受扭构件的扭曲截面承载能力.ppt

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1、混凝土结构设计原理,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,章节要点,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,本章主要讲述钢筋混凝土纯扭构件及复合受力构件的扭曲截面承载能力。主要内容为：纯扭构件的受力性能及破坏特点、配筋对破坏形态的影响、素混凝土纯扭和钢筋混凝土纯扭的承载能力计算原理、配筋强度系数对承载能力及破坏状态的影响、钢筋混凝土受扭构件扭曲截面承载能力计算公式、适用范围与构造要求、剪扭构件的受力特点及剪扭相互影响规律、剪扭构件、剪扭压与剪扭拉构件的受剪与受扭截面承载能力、压（拉）弯剪扭构件的纵向配筋与箍筋计算等。,本章内容,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-1 概述9-2 纯扭构件的受力原

2、理及截面承载能力计算9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算9-4 压（拉）弯剪扭构件的受力原理及截面承载,能力计算,9-1 概述,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,钢筋混凝土构件的两类扭转 平衡扭转和协调扭转,a)、b)平衡扭转,c)协调扭转,图9-1 受扭构件实例,图9-2 素混凝土纯扭构件破坏面,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,9.2.1 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,1.素混凝土纯扭构件的受扭性能,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,2.钢筋混凝土纯扭构件的受扭性能,受扭构件

3、的四类破坏1、少筋破坏 2、适筋破坏3、部分超筋破坏 4、完全超筋破坏,弹性阶段,塑性阶段,应力产生的扭矩分析,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9.2.2 矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,图9-3 构件开裂前截面剪应力分布,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,由于混凝土材料性质决定，实际大小介于两者之间,规范按理想弹塑性材料的分布图计算，但考虑混凝土抗拉强度降低，对高强取0.7，低强取0.8。,规范公式为：,(理想弹塑性材料),(弹性材料),9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,根据变角空间桁架模型，钢筋混凝土受扭构件的极限扭矩表达式：钢筋

4、混凝土纯扭构件的抗扭承载力表达式：考虑到设计应用上的方便，矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的抗扭承载力设计计算公式：,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9.2.3 矩形截面纯扭构件的承载力计算,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,T形、I形截面纯扭构件的承载力计算,处理方法：将整个截面划分为若干个矩形截面，并将扭矩按各个矩形分块的受扭塑性抵抗矩分配给各个分块矩形，以求得各个分块矩形所承担的扭矩。,形、I形截面划分的原则：首先满足腹板矩形截面的完整性，然后再划分受压翼缘或受拉翼缘，按照腹板和翼缘的抗扭抵抗矩分配扭矩。见下图9-4,9-2 纯扭构件的受力原

5、理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,图9-4 T形和I形截面划分矩形截面方法,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,T形、I形截面所划分腹板、受压翼缘、受拉翼缘部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩,腹 板：受压翼缘：受拉翼缘：全截面受扭塑性抵抗矩：,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,腹板：受压翼缘：受拉翼缘：,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,为了简化计算，按各矩形截面的受扭塑性抵抗矩的比例来分配截面总扭矩，以确定各矩形截面所承担的扭矩。当已知腹板、受压翼缘和受拉翼缘的受扭塑性抵抗矩之和时，则各矩形截面所承担的扭矩：,式中

6、：,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9.2.5 箱形截面纯扭构件的承载力计算,箱形截面受扭承载力公式箱形截面受扭塑性抵抗矩,9-2 纯扭构件的受力原理及截面承载能力计算,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,钢筋混凝土构件在弯矩、剪力、扭矩共同作用下，其破坏特征及承载力与构件的外部荷载条件和内在因素有关。荷载条件以扭弯比 和扭剪比 表示，构件的内在因素是指构件的截面尺寸、配筋及材料强度。,弯剪扭构件的承载能力取决于：扭弯比、扭剪比。不同的大小，会发生不同的破坏形态。实际上，不同的扭弯比、扭剪比大小，反映了截面上不同的应力状态，或者说裂

7、缝的产生主要是什么应力引起的。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,主要的破坏形式：弯型破坏、扭型破坏和剪扭型破坏。,图9-5 弯剪扭构件的破坏类型,（a）弯型坡坏,（b）扭型破坏,（c）剪扭型破坏,t的近似计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9.3.2 弯剪扭构件截面承载能力计算,1.剪扭承载力的计算,相关关系,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,图9-6,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,当 时，（CD段）取 此时可忽略扭矩的影响，仅按受弯构件的斜截面受剪承载力公式计算。,当

8、 时，（AB段）取此时可忽略剪力的影响，仅按纯扭构件的受扭承载力公式计算。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,当 或（BC段），需考虑剪扭相关性。其线性相关关系为：即,设，并用实际作用的设计值 代替式中 则,剪扭构件的混凝土受扭承载力降低系数。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,（1）矩形截面剪扭构件的承载力计算一般剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力：,其中：,集中荷载作用下的独立剪扭构件，受剪承载力公式：,此时,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,（2）T形和I形截面剪扭承载力的计算 对于T形和

9、I形截面剪扭构件，腹板部分要承受全部剪力和分配给腹板的扭矩，翼缘板仅承受所分配的扭矩，但冀缘板中配置的箍筋应贯穿整个翼缘。,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,（3）箱形截面剪扭承载力的计算 箱形截面一般剪扭构件,其中,当,时，取,集中荷载作用下的箱形截面独立剪扭构件,其中：,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,2.弯扭承载力的计算 为了简化设计，规范采用按受弯构件和纯扭构件分别计算其纵筋和箍筋的面积，然后将所求得的相应的钢筋截面面积采用简单叠加的方法。因此，弯扭构件的纵筋数量为受弯所需的纵筋和受扭所需的纵筋截面面积之和，如下图所示，而箍筋用量则由受扭箍筋所决定。,9-3 弯剪扭构

10、件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,图9-7 弯扭构件纵向钢筋的叠加,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,梁底受拉钢筋,受扭纵筋,受弯受扭纵筋叠加,3.规范弯剪扭构件的计算方法（1）截面尺寸限制条件 对矩形、T形、I形和箱形截面构件，其截面应符合下列条件：,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,当（或）4时,当（或）=6时,当4（或）6时，按线性内插法确定。,（2）最小配筋率 为了避免发生少筋破坏，在弯剪扭构件中，受扭纵筋的配筋率应满足下式要求：在弯剪扭构件中，箍筋的配筋率应满足下式要求：,第九章 受扭构

11、件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,受扭箍筋的直径和最大间距满足第7章的相关规定。,（3）构造配筋要求 在弯矩、剪力和扭矩共同作用下，当矩形、T形、I形和箱形截面构件符合下列公式要求时可不进行构件受剪扭承载力计算，但为了防止构件的脆断和保证构件破坏时具有一定的延性，需按构造要求配置纵向钢筋和箍筋。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,（4）配筋计算可忽略剪力V或扭矩T的条件 规范规定，T形、I形和箱形截面钢筋混凝土构件，当符合下列条件时，可按以下规定进行承载力计算：当 或 时，可仅按受弯构件的正截面承载力和纯扭构

12、件的受扭承载力分别进行计算，即忽略剪力对构件承载力的影响，按弯矩和扭矩共同作用构件计算配筋；当 或 时，可仅按受弯构件的正截面承载力和斜截面承载力分别进行计算，即忽略扭矩对构件承载力的影响，按弯矩和剪力共同作用构件计算配筋。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,（5）弯剪扭构件配筋方法 纵向钢筋截面面积应分别按受弯构件的正截面受弯承载力和剪扭构件的受扭承载力计算确定,并应配置在相应的位置；箍筋截面面积应分别按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力计算确定，并应配置在相应的位置；叠加上述计算所得到的纵向钢筋截面面积和箍

13、筋截面面积，即得最后所需的纵向钢筋截面面积和箍筋截面面积。,9-3 弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9.4.1 压弯剪扭构件截面承载能力计算原理 压扭构件的试验结果表明，构件破坏时，轴向压力对箍筋应变的影响不明显，而对纵向钢筋应变的影响比较显著。轴向压力的存在明显地减小了纵筋的拉应变，抑制了斜裂缝的出现与开展，增强了混凝土的骨料咬合作用，从而提高了构件的受扭承载力。但当NA超过0.3fc时，进一步增加轴向力，将会降低构件的受扭承载力。,9-4 压(拉)弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,9.4.2 压弯剪扭构件截面承载能力计算 在轴向压力、弯矩、

14、剪力和扭矩共同作用下钢筋混凝土矩形截面框架柱，其剪扭承载力计算公式：1.受剪承载力：2.受扭承载力：,9-4 压(拉)弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,在轴向压力、弯矩、剪力和扭短共同作用下钢筋混凝土矩形截面框架柱，纵向钢筋应该按偏心受压构件的正截面承载力和剪扭构件的受扭承载力分别计算，并按所需的纵筋截面面积和相应的位置进行配置。箍筋应按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别计算，并按所需的箍筋截面面积和相应的位置进行。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-4 压(拉)弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,当 时，可仅按偏心受压构件的正截面承载力和

15、框架柱斜截面受剪承载力分别计算,拉弯剪扭构件截面承载能力计算 轴拉力的作用会降低剪扭构件的截面承载能力。其剪扭承载能力为：1、受剪承载能力：2、受扭承载能力：当 时，可仅按偏心受拉构件的正截面承载力和框架柱斜截面受剪承载力分别计算。,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,9-4 压(拉)弯剪扭构件的受力原理及截面承载能力计算,本章小结,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,1、开裂后的扭曲截面，扭矩由纵筋、箍筋以及纵筋、箍筋周围的混凝土组成的箱形空间桁架承担。在纯扭构件承载能力计算公式中，构件的抗扭承载能力由两部分组成，一部分是混凝土抵抗的扭矩、另一部分是变角空间桁架模型中的钢筋所提供的承载力。注

16、意 的取值。,2、扭曲截面有四种破坏形态。在正截面受弯和斜截面受剪中，受弯的纵筋以及受剪的腹剪（箍筋和弯筋）是分别计算的，互相之间没有影响。但在受扭构件中，纵筋和箍筋组成的骨架共同承受扭矩的作用。所以配筋强度比应有取值范围。,本章小结,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,3、压（拉）弯剪扭构件中，除了要考虑剪扭的影响外，还要考虑轴力对抗剪和抗扭的提高（压力）和降低（拉力）作用。,4、扭曲截面所计算的纵向钢筋，应该均匀分布于截面的外边缘，而正截面计算的受弯钢筋，分布于受拉或受压一侧。,5、工字形、T形截面翼缘、腹板等部分对正截面、斜截面受剪、斜截面受扭的作用是不同的。每一部分的纵筋和箍筋的配筋总量，既要考虑各部分承载能力计算中的互相影响，又要将各部分的计算结果进行叠加。,本章小结,第九章 受扭构件的扭曲截面承载能力,6、有扭矩存在的情况下，截面限制条件变得更加严格。,7、受扭截面也有最小配筋率的要求，包括纵筋和箍筋。实际受扭箍筋和受剪箍筋要完全叠加在一起，受扭纵筋和正截面纵筋不完全叠加。,