文理学院混凝土结构设计原理.pptx
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1、混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章本章重点本章重点了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、了解受扭构件的分类和受扭构件开裂、破坏过程破坏过程;掌握受扭构件的设计计算方法掌握受扭构件的设计计算方法;熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章7.1概概概概 述述述述7.1.1 土木工程中常见的受扭构件土木工程中常见的受扭构件土木工程土木工程受扭构件受扭构件的特点:的特点:一般均为一般均为弯、剪、弯、剪、扭构件扭构件
2、。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章7.1.2 7.1.2 扭转按扭矩形成原因分类扭转按扭矩形成原因分类两类受扭构件:两类受扭构件:平衡扭转平衡扭转和和协调扭转协调扭转1.1.平衡扭转平衡扭转 扭矩由荷载产生,扭矩可由平衡条件求得,与构扭矩由荷载产生,扭矩可由平衡条件求得,与构件的抗扭刚度无关。件的抗扭刚度无关。对于平衡扭转,受扭构对于平衡扭转,受扭构件必须提供足够的抗扭件必须提供足够的抗扭承载力,否则不能与作承载力,否则不能与作用扭矩相平衡而引起破用扭矩相平衡而引起破坏坏。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录
3、录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章2.2.协调扭转或附加扭转协调扭转或附加扭转 扭转由变形协调产生,扭矩的大小与构件的刚度扭转由变形协调产生,扭矩的大小与构件的刚度有关。如与次梁相连的边框架的主梁扭转。有关。如与次梁相连的边框架的主梁扭转。对于协调扭转,由于受对于协调扭转,由于受扭构件在受力过程中的扭构件在受力过程中的非线性性质,扭矩大小非线性性质,扭矩大小与构件受力阶段的刚度与构件受力阶段的刚度比有关,不是定值,需比有关,不是定值,需要考虑内力重分布进行要考虑内力重分布进行扭矩计算。扭矩计算。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一
4、章第 7 章7.1.3 抗扭钢筋的形式抗扭钢筋的形式抗弯抗弯 受拉区纵筋受拉区纵筋抗剪抗剪 箍筋或箍筋箍筋或箍筋+弯筋弯筋抗扭抗扭 箍筋箍筋+沿截面周边沿截面周边 均匀布置的纵筋,均匀布置的纵筋,箍筋与纵筋的比例箍筋与纵筋的比例 要适当。要适当。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章7.1.4 纯扭构件的破坏特征纯扭构件的破坏特征1.1.素混凝土纯扭构件素混凝土纯扭构件素混凝土纯扭构件素混凝土纯扭构件先在某长边中点开裂先在某长边中点开裂形成一螺旋形裂缝,一裂即坏形成一螺旋形裂缝,一裂即坏三边受拉,一边受压三边受拉,一边受压Tmax裂
5、缝1122T(T)T(T)受压区混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章2.2.钢筋混凝土纯扭构件钢筋混凝土纯扭构件钢筋混凝土纯扭构件钢筋混凝土纯扭构件开裂前钢筋中的应力很小开裂前钢筋中的应力很小开裂后不立即破坏,裂缝可开裂后不立即破坏,裂缝可以不断增加,随着钢筋用量以不断增加,随着钢筋用量的不同,有不同的破坏形态的不同,有不同的破坏形态T(T)T(T)混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章2.2.钢筋混凝土纯扭构件钢筋混凝土纯扭构件破坏形态破坏形态少筋破坏:少筋破坏:裂后
6、钢筋应力裂后钢筋应力激增,构件破激增,构件破坏坏适筋破坏:适筋破坏:裂后钢筋应力裂后钢筋应力增加,继续开增加,继续开裂,钢筋屈服,裂,钢筋屈服,混凝土压碎,混凝土压碎,构件破坏构件破坏超筋破坏:超筋破坏:裂后钢筋应力裂后钢筋应力增加,继续开增加,继续开裂,混凝土压裂,混凝土压碎,构件破坏,碎,构件破坏,钢筋未屈服钢筋未屈服部分超筋部分超筋破坏:破坏:裂后钢筋应力裂后钢筋应力增加,继续开增加,继续开裂,混凝土压裂,混凝土压碎,构件破坏,碎,构件破坏,纵筋或箍筋未纵筋或箍筋未屈服屈服设计时应避免出现设计时应避免出现混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章
7、下一章第 7 章3钢筋混凝土纯扭构件的破坏特点钢筋混凝土纯扭构件的破坏特点(1)少筋破坏少筋破坏产生条件:箍筋和纵筋或者其中之一配置过少。产生条件:箍筋和纵筋或者其中之一配置过少。破坏特点:破坏特征与素混凝土构件相近,因而抗扭破坏特点:破坏特征与素混凝土构件相近,因而抗扭承载力与素混凝土构件相近,破坏扭矩基本上与开裂扭承载力与素混凝土构件相近,破坏扭矩基本上与开裂扭矩相等。破坏是脆性的,没有任何预兆,在工程中应予矩相等。破坏是脆性的,没有任何预兆,在工程中应予以避免。以避免。(2)适筋破坏适筋破坏产生条件:构件中的箍筋和纵筋配置适当。产生条件:构件中的箍筋和纵筋配置适当。破坏特点:破坏前构件上
8、陆续出现多条与杆件轴线呈破坏特点:破坏前构件上陆续出现多条与杆件轴线呈角度的螺旋裂缝,与其中一条裂缝相交的箍筋和纵筋达角度的螺旋裂缝,与其中一条裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服,该条裂缝不断加宽,直到最后形成三面开裂一到屈服,该条裂缝不断加宽,直到最后形成三面开裂一边受压的空间扭曲破坏面。整个破坏过程具有一定的延边受压的空间扭曲破坏面。整个破坏过程具有一定的延性和较明显的预兆。因此,受扭构件尽可能设计成这种性和较明显的预兆。因此,受扭构件尽可能设计成这种具有适筋破坏特征的构件。具有适筋破坏特征的构件。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7
9、章(3)部分超配筋部分超配筋产生条件:构件中配置的箍筋或纵筋的数量过多。产生条件:构件中配置的箍筋或纵筋的数量过多。破坏特点:构件破坏前,只有数量相对较少的那部分破坏特点:构件破坏前,只有数量相对较少的那部分钢筋受拉屈服,而另一部分钢筋直到受压边混凝土被压钢筋受拉屈服,而另一部分钢筋直到受压边混凝土被压碎时仍未屈服。碎时仍未屈服。由于构件破坏时有部分钢筋屈服,破坏特征并非由于构件破坏时有部分钢筋屈服,破坏特征并非完全脆性,故可在工程中采用。完全脆性,故可在工程中采用。(4)完全超配筋完全超配筋产生条件:箍筋和纵筋都配置过多。产生条件:箍筋和纵筋都配置过多。破坏特点:两者都还未能达到屈服前,构件
10、上出现很破坏特点:两者都还未能达到屈服前,构件上出现很多间距较密的螺旋形裂缝,构件裂缝间混凝土被局部压多间距较密的螺旋形裂缝,构件裂缝间混凝土被局部压碎而导致突然破坏。碎而导致突然破坏。破坏具有明显的脆性,而且抗扭钢筋未充分利用。破坏具有明显的脆性,而且抗扭钢筋未充分利用。工程中应避免。工程中应避免。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章7.1.5 受扭构件分类受扭构件分类纯扭纯扭剪扭剪扭 土土木工程中少见木工程中少见 弯扭弯扭弯剪扭:土木工程中常见弯剪扭:土木工程中常见 混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一
11、章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章7.2纯扭构件承载力计算纯扭构件承载力计算纯扭构件承载力计算纯扭构件承载力计算7.2.1 7.2.1 纯扭构件开裂扭矩计算纯扭构件开裂扭矩计算1.1.理想弹塑性材料纯扭构件承载力理想弹塑性材料纯扭构件承载力bhmaxbhftftftftd2d1F2F2F1F1bhb/2b/2弹性材料弹性材料理想弹塑性材料理想弹塑性材料若混凝土为若混凝土为弹性材料弹性材料时,当最大扭剪应力或最大主拉时,当最大扭剪应力或最大主拉应力达到混凝土抗拉强度应力达到混凝土抗拉强度ft时,构件即开裂。时,构件即开裂。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章
12、帮帮 助助下一章下一章第 7 章则其计算公式为:则其计算公式为:若混凝土为若混凝土为塑性材料塑性材料,则按塑性理论,截面上某一点,则按塑性理论,截面上某一点达到极限强度时并不立即破坏,截面上各点的应力均达到极限强度时并不立即破坏,截面上各点的应力均达到混凝土的极限抗拉强度后,截面才会开裂。达到混凝土的极限抗拉强度后,截面才会开裂。则其计算公式为:则其计算公式为:混凝土材料既非完全弹性,也不是理想弹塑性,而是混凝土材料既非完全弹性,也不是理想弹塑性,而是介于两者之间的弹塑性材料,达到开裂极限状态时截介于两者之间的弹塑性材料,达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间,面的应力分布介
13、于弹性和理想弹塑性之间,因此开裂因此开裂扭矩也是介于前两个公式计算值之间之间扭矩也是介于前两个公式计算值之间之间。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章2.2.素混凝土纯扭构件承载力素混凝土纯扭构件承载力d2d1F2F2F1F1bhb/2b/2理想弹塑性材料理想弹塑性材料混凝土材料并非理想弹塑性材料,故可取按塑性应力分布计算,并引入修正降低系按塑性应力分布计算,并引入修正降低系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。根数以考虑应力非完全塑性分布的影响。根据实验结果,据实验结果,混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范为为偏于安全起见,取偏于安
14、全起见,取0.7。于是,素混凝土开。于是,素混凝土开裂扭矩的计算公式为,裂扭矩的计算公式为,混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章7.2.2 7.2.2 按变角度空间桁架模型的扭曲截面受扭按变角度空间桁架模型的扭曲截面受扭承载力计算承载力计算hq=TtetebAcorTF4+F4=Ast4fyF3+F3=Ast3fyF2+F2=Ast2fyF1+F1=Ast1fysT箍筋纵筋裂缝ABCDhcorhcor cosNdBDF2dqF1qhcorACsNsvt hcor ctg混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章
15、上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章1.1.变角空间桁架模型理论的基本假定:变角空间桁架模型理论的基本假定:(1 1)混凝土只承受压力,具有螺旋形裂缝)混凝土只承受压力,具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆,其倾角为的混凝土外壳组成桁架的斜压杆,其倾角为a a;(2 2)纵筋和箍筋只承受拉力,分别为桁架)纵筋和箍筋只承受拉力,分别为桁架的弦杆和腹杆;的弦杆和腹杆;(3 3)忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的)忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用。销栓作用。混凝土结构设计原理混凝土结构设计原理主主 页页目目 录录上一章上一章帮帮 助助下一章下一章第 7 章2.由变角空间桁架模型推导后,
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