钢筋混凝土受扭构件精要.pptx
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1、第第8 8章章 混凝土受扭构件混凝土受扭构件8.1 受扭构件的受力特点及构造要求受扭构件的受力特点及构造要求8.2 混凝土矩形截面纯扭构件承载力计算混凝土矩形截面纯扭构件承载力计算8.3 混凝土矩形截面弯剪扭构件承载力计算混凝土矩形截面弯剪扭构件承载力计算8.4 混凝土混凝土T形形I形截面受扭构件承载力计算形截面受扭构件承载力计算化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日28.1 受扭构件的受力受扭构件的受力 特点及构造要求特
2、点及构造要求 混凝土混凝土受扭受扭纯扭构件纯扭构件复合受扭构件复合受扭构件剪剪扭扭构构件件弯弯扭扭构构件件弯弯剪剪扭扭构构件件平衡扭转平衡扭转由荷载直接引由荷载直接引起,由平衡方起,由平衡方程求出扭矩程求出扭矩T协调扭转协调扭转由相邻构件的位移受到该构件的约束由相邻构件的位移受到该构件的约束而引起该构件的扭转,通过变形协调而引起该构件的扭转,通过变形协调条件才能求出扭矩条件才能求出扭矩T化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周
3、日3一、素混凝土纯扭构件受力特点一、素混凝土纯扭构件受力特点v弹性剪应力分布规律弹性剪应力分布规律剪应力平行于周边剪应力平行于周边剪应力平行于周边剪应力平行于周边最大剪应力发生在长边中点最大剪应力发生在长边中点最大剪应力发生在长边中点最大剪应力发生在长边中点h/b1.01.21.51.752.02.53.04.06.010.0 0.2080.2080.2190.2190.2310.2310.2390.2390.2460.2460.2580.2580.2670.2670.2820.2820.2990.2990.3130.3130.3330.3338.1.1 纯扭构件的特点扭构件的特点化学工业出版
4、社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日4v主应力与开裂扭矩主应力与开裂扭矩主应力的大小与方向主应力的大小与方向主应力的大小与方向主应力的大小与方向 纯剪应力状态,主应力纯剪应力状态,主应力纯剪应力状态,主应力纯剪应力状态,主应力 tptp=cpcp=maxmax 主方向:与构件轴线成主方向:与构件轴线成主方向:与构件轴线成主方向:与构件轴线成4545 开裂扭矩开裂扭矩开裂扭矩开裂扭矩裂缝垂直于主拉应力方向,与构件轴线大裂缝垂直于主拉应
5、力方向,与构件轴线大裂缝垂直于主拉应力方向,与构件轴线大裂缝垂直于主拉应力方向,与构件轴线大致成致成致成致成45454545 夹角。夹角。夹角。夹角。以长边中点主拉应力达到混凝土的以长边中点主拉应力达到混凝土的以长边中点主拉应力达到混凝土的以长边中点主拉应力达到混凝土的抗拉强度设计值作为开裂标志,计抗拉强度设计值作为开裂标志,计抗拉强度设计值作为开裂标志,计抗拉强度设计值作为开裂标志,计算的开裂扭矩算的开裂扭矩算的开裂扭矩算的开裂扭矩化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李
6、章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日5v理想塑性材料极限扭矩理想塑性材料极限扭矩塑性力学理论,截面上的剪应力分成四个部分,塑性力学理论,截面上的剪应力分成四个部分,塑性力学理论,截面上的剪应力分成四个部分,塑性力学理论,截面上的剪应力分成四个部分,计算合力偶计算合力偶计算合力偶计算合力偶实际材料非弹性,非理想塑实际材料非弹性,非理想塑实际材料非弹性,非理想塑实际材料非弹性,非理想塑性,故规范开裂扭矩取值为性,故规范开裂扭矩取值为性,故规范开裂扭矩取值为性,故规范开裂扭矩取值为破坏面为三面开裂一面受压的斜曲面破坏面为三面开裂一面受压的斜曲面混凝土的抗扭承载力,混凝土的抗扭承载力,取
7、开裂扭矩的一半:取开裂扭矩的一半:化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日6二、钢筋混凝土纯扭构件受力特点二、钢筋混凝土纯扭构件受力特点v适筋构件的抗扭机理适筋构件的抗扭机理开裂前,主要由混凝土承担扭矩,钢筋对开裂前,主要由混凝土承担扭矩,钢筋对开裂前,主要由混凝土承担扭矩,钢筋对开裂前,主要由混凝土承担扭矩,钢筋对提高受扭构件抗裂性能的作用不大提高受扭构件抗裂性能的作用不大提高受扭构件抗裂性能的作用不大提高受扭构件抗裂性能
8、的作用不大开裂后,钢筋承担拉力,使构件受扭承载开裂后,钢筋承担拉力,使构件受扭承载开裂后,钢筋承担拉力,使构件受扭承载开裂后,钢筋承担拉力,使构件受扭承载力大大提高。空间桁架模拟:力大大提高。空间桁架模拟:力大大提高。空间桁架模拟:力大大提高。空间桁架模拟:纵向钢筋相当于受拉弦杆纵向钢筋相当于受拉弦杆纵向钢筋相当于受拉弦杆纵向钢筋相当于受拉弦杆 箍筋相当于受拉腹杆箍筋相当于受拉腹杆箍筋相当于受拉腹杆箍筋相当于受拉腹杆 裂缝之间接近构件表面一定厚度的混裂缝之间接近构件表面一定厚度的混裂缝之间接近构件表面一定厚度的混裂缝之间接近构件表面一定厚度的混 凝土则形成承担斜向凝土则形成承担斜向凝土则形成承
9、担斜向凝土则形成承担斜向 压力的斜腹杆压力的斜腹杆压力的斜腹杆压力的斜腹杆化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日7v钢筋用量和受扭破坏的关系钢筋用量和受扭破坏的关系低配筋构件(适筋构件)低配筋构件(适筋构件)低配筋构件(适筋构件)低配筋构件(适筋构件)(1 1)抗扭钢筋配置适中)抗扭钢筋配置适中)抗扭钢筋配置适中)抗扭钢筋配置适中(2 2)纵筋和箍筋首先屈服,混凝土后压碎)纵筋和箍筋首先屈服,混凝土后压碎)纵筋和箍筋首先屈
10、服,混凝土后压碎)纵筋和箍筋首先屈服,混凝土后压碎(3 3)延性破坏)延性破坏)延性破坏)延性破坏部分超配筋构件部分超配筋构件部分超配筋构件部分超配筋构件(1 1)纵筋和箍筋比率相差较大)纵筋和箍筋比率相差较大)纵筋和箍筋比率相差较大)纵筋和箍筋比率相差较大(2 2)配筋率小的纵筋或箍筋屈服,另一种)配筋率小的纵筋或箍筋屈服,另一种)配筋率小的纵筋或箍筋屈服,另一种)配筋率小的纵筋或箍筋屈服,另一种 钢筋不屈服钢筋不屈服钢筋不屈服钢筋不屈服(3 3)延性相对较小)延性相对较小)延性相对较小)延性相对较小化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑
11、结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日8超配筋构件超配筋构件超配筋构件超配筋构件(1 1)抗扭纵筋和箍筋配置过多)抗扭纵筋和箍筋配置过多)抗扭纵筋和箍筋配置过多)抗扭纵筋和箍筋配置过多(2 2)钢筋不屈服,混凝土先压碎)钢筋不屈服,混凝土先压碎)钢筋不屈服,混凝土先压碎)钢筋不屈服,混凝土先压碎(3 3)脆性破坏(类似于超筋梁)脆性破坏(类似于超筋梁)脆性破坏(类似于超筋梁)脆性破坏(类似于超筋梁)少配筋构件少配筋构件少配筋构件少配筋构件(1 1)抗扭纵筋和箍筋配筋率过低)抗扭纵筋和箍筋配筋率过低)抗扭纵筋和箍筋
12、配筋率过低)抗扭纵筋和箍筋配筋率过低(2 2)混凝土一开裂便破坏)混凝土一开裂便破坏)混凝土一开裂便破坏)混凝土一开裂便破坏(3 3)钢筋不仅屈服,而且可能进入强化阶段)钢筋不仅屈服,而且可能进入强化阶段)钢筋不仅屈服,而且可能进入强化阶段)钢筋不仅屈服,而且可能进入强化阶段(4 4)脆性破坏(类似于少筋梁)脆性破坏(类似于少筋梁)脆性破坏(类似于少筋梁)脆性破坏(类似于少筋梁)化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日9纵筋
13、和箍筋的配筋强度比纵筋和箍筋的配筋强度比 纵筋、箍筋的体积比与强度比的乘积纵筋、箍筋的体积比与强度比的乘积箍筋间距箍筋间距抗扭纵筋总截面面积抗扭纵筋总截面面积混凝土核心部分混凝土核心部分截面周长截面周长箍筋单肢截面面积箍筋单肢截面面积化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日10试验表明,试验表明,在在0.52.0范围内,构件破坏时受扭范围内,构件破坏时受扭纵筋和箍筋基本上都能屈服。规范限制条件为:纵筋和箍筋基本上都能屈服。规
14、范限制条件为:当当 1.7时,取时,取 =1.7。当当 =1.2左右时,为钢筋左右时,为钢筋达到屈服的最佳值达到屈服的最佳值。按变角度空间桁架模型分析,钢筋混凝土受按变角度空间桁架模型分析,钢筋混凝土受扭构件极限扭矩的理论表达式为扭构件极限扭矩的理论表达式为截面核心部截面核心部分的面积分的面积化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日11三、变角度空间桁架理论三、变角度空间桁架理论v基本假定基本假定混凝土只承受压力,作为桁架的
15、斜腹杆,混凝土只承受压力,作为桁架的斜腹杆,混凝土只承受压力,作为桁架的斜腹杆,混凝土只承受压力,作为桁架的斜腹杆,其倾角其倾角其倾角其倾角 与配筋强度比有关,故名变角度与配筋强度比有关,故名变角度与配筋强度比有关,故名变角度与配筋强度比有关,故名变角度纵筋和箍筋仅承受拉力,作为桁架的弦杆纵筋和箍筋仅承受拉力,作为桁架的弦杆纵筋和箍筋仅承受拉力,作为桁架的弦杆纵筋和箍筋仅承受拉力,作为桁架的弦杆和竖腹杆和竖腹杆和竖腹杆和竖腹杆忽略核心混凝土忽略核心混凝土忽略核心混凝土忽略核心混凝土 的抗扭作用及钢的抗扭作用及钢的抗扭作用及钢的抗扭作用及钢 筋的销栓作用筋的销栓作用筋的销栓作用筋的销栓作用化学工
16、业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日12v受力分析受力分析混凝土压力混凝土压力混凝土压力混凝土压力F Fc c纵筋拉力纵筋拉力纵筋拉力纵筋拉力N Nst stl l箍筋拉力箍筋拉力箍筋拉力箍筋拉力N Nsvsv高度为高度为hcor的侧面的侧面纵筋面积(均匀纵筋面积(均匀对称布置)对称布置)纵筋拉力纵筋拉力纵向长度纵向长度hcorcot,该长度上箍筋面,该长度上箍筋面积积箍筋拉力箍筋拉力平衡条件平衡条件hcorbcorhcorh
17、corcot NsvNst l/2Nst l/2FcNsvNst lFc(a)(b)(c)hcorcot 化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日13平衡条件平衡条件化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日14v弹性薄壁杆件扭转弹性薄壁杆件扭转剪力流由箍筋
18、拉力剪力流由箍筋拉力剪力流由箍筋拉力剪力流由箍筋拉力 计算计算计算计算hcorbcorhbttttqq极限扭矩极限扭矩极限扭矩极限扭矩取该值的取该值的0.6倍作为钢筋倍作为钢筋对抗扭承载力的贡献对抗扭承载力的贡献化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日158.1.2 弯剪扭构件的受力特点弯剪扭构件的受力特点一、承载力之间的相关性一、承载力之间的相关性v相关性概念相关性概念弯、剪、扭属于复合受力状态弯、剪、扭属于复合受力状态弯
19、、剪、扭属于复合受力状态弯、剪、扭属于复合受力状态一种承载能力会因另一种内力的存在而受影一种承载能力会因另一种内力的存在而受影一种承载能力会因另一种内力的存在而受影一种承载能力会因另一种内力的存在而受影响,这种现象称为承载力之间的响,这种现象称为承载力之间的响,这种现象称为承载力之间的响,这种现象称为承载力之间的相关性相关性相关性相关性v相关性类型相关性类型弯扭相关性弯扭相关性弯扭相关性弯扭相关性 (1 1)扭矩的作用使纵筋产生拉应力,加重扭矩的作用使纵筋产生拉应力,加重扭矩的作用使纵筋产生拉应力,加重扭矩的作用使纵筋产生拉应力,加重了受弯构件纵向受拉钢筋的负担,降低了受了受弯构件纵向受拉钢筋
20、的负担,降低了受了受弯构件纵向受拉钢筋的负担,降低了受了受弯构件纵向受拉钢筋的负担,降低了受弯承载力。扭矩越大,抗弯承载力降低越多弯承载力。扭矩越大,抗弯承载力降低越多弯承载力。扭矩越大,抗弯承载力降低越多弯承载力。扭矩越大,抗弯承载力降低越多化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日16(2 2)弯矩的存在,截面抗扭承载力也会下降)弯矩的存在,截面抗扭承载力也会下降)弯矩的存在,截面抗扭承载力也会下降)弯矩的存在,截面抗扭承
21、载力也会下降(3 3)精确计算很难,实用方法是分别配筋,)精确计算很难,实用方法是分别配筋,)精确计算很难,实用方法是分别配筋,)精确计算很难,实用方法是分别配筋,相应位置纵筋叠加相应位置纵筋叠加相应位置纵筋叠加相应位置纵筋叠加剪扭相关性剪扭相关性剪扭相关性剪扭相关性(1 1)两者剪应力在构件的一个侧面上是叠加)两者剪应力在构件的一个侧面上是叠加)两者剪应力在构件的一个侧面上是叠加)两者剪应力在构件的一个侧面上是叠加 的,所以一种内力的存在会使另一种承的,所以一种内力的存在会使另一种承的,所以一种内力的存在会使另一种承的,所以一种内力的存在会使另一种承 载下降。载下降。载下降。载下降。(2 2
22、)受剪性能理论分析十分复杂,实际应用)受剪性能理论分析十分复杂,实际应用)受剪性能理论分析十分复杂,实际应用)受剪性能理论分析十分复杂,实际应用 中不可行。中不可行。中不可行。中不可行。(3 3)实用中在混凝土一项中引进承载力降低)实用中在混凝土一项中引进承载力降低)实用中在混凝土一项中引进承载力降低)实用中在混凝土一项中引进承载力降低 系数,各自计算箍筋,叠加箍筋。系数,各自计算箍筋,叠加箍筋。系数,各自计算箍筋,叠加箍筋。系数,各自计算箍筋,叠加箍筋。化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件
23、第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日17二、典型的破坏类型二、典型的破坏类型v弯型破坏弯型破坏 配筋适当,弯矩较大,构件底面先开裂(纵配筋适当,弯矩较大,构件底面先开裂(纵配筋适当,弯矩较大,构件底面先开裂(纵配筋适当,弯矩较大,构件底面先开裂(纵筋屈服),顶面混凝土后压碎。筋屈服),顶面混凝土后压碎。筋屈服),顶面混凝土后压碎。筋屈服),顶面混凝土后压碎。v扭型破坏扭型破坏 扭矩较大,顶部纵筋少于底部,顶面先开裂,扭矩较大,顶部纵筋少于底部,顶面先开裂,扭矩较大,顶部纵筋少于底部,顶面先开裂,扭矩较大,顶部纵筋少于底部,顶面先开裂,向两侧发展,顶筋受扭先屈
24、服,最后底部混向两侧发展,顶筋受扭先屈服,最后底部混向两侧发展,顶筋受扭先屈服,最后底部混向两侧发展,顶筋受扭先屈服,最后底部混凝土压碎。凝土压碎。凝土压碎。凝土压碎。v剪扭破坏剪扭破坏 剪力和扭矩都较大,截面长边一侧先开裂,剪力和扭矩都较大,截面长边一侧先开裂,剪力和扭矩都较大,截面长边一侧先开裂,剪力和扭矩都较大,截面长边一侧先开裂,该侧纵筋、箍筋屈服,另一长边压区混凝土该侧纵筋、箍筋屈服,另一长边压区混凝土该侧纵筋、箍筋屈服,另一长边压区混凝土该侧纵筋、箍筋屈服,另一长边压区混凝土压碎。压碎。压碎。压碎。化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社化学工业出版社建筑结构设计原理建筑结构设计
25、原理建筑结构设计原理建筑结构设计原理第二版课件第二版课件第二版课件第二版课件李章政李章政李章政李章政2024/8/25 周日周日18一、受扭纵筋一、受扭纵筋v纵筋布置纵筋布置沿截面周边均匀对称布置沿截面周边均匀对称布置沿截面周边均匀对称布置沿截面周边均匀对称布置矩形四角、矩形四角、矩形四角、矩形四角、T T形和形和形和形和I I形各分块矩形的四角,形各分块矩形的四角,形各分块矩形的四角,形各分块矩形的四角,必须设置受扭纵筋必须设置受扭纵筋必须设置受扭纵筋必须设置受扭纵筋受扭纵筋间距不大于受扭纵筋间距不大于受扭纵筋间距不大于受扭纵筋间距不大于200mm,200mm,不大于短边长度不大于短边长度不
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