第8章 受扭構(gòu)件截面承載力計(jì)算.ppt

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1、第八章受扭構(gòu)件截面承載力計(jì)算8.1重點(diǎn)與難點(diǎn)8.1.1純扭構(gòu)件(1)試驗(yàn)研究分析1)無筋矩形截面在純扭矩作用下,無筋矩形截面混凝土構(gòu)件開裂前具有與均質(zhì)彈性材料類似的性質(zhì),截面長邊中點(diǎn)剪應(yīng)力最大,在截面四角點(diǎn)處剪應(yīng)力為零。當(dāng)截面長邊中點(diǎn)附近最大主拉應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí),構(gòu)件就會開裂。隨著扭矩的增加,裂縫與構(gòu)件縱軸線成450角向相鄰兩個(gè)面延伸,最后構(gòu)件三面開裂,一面受壓,形成一空間扭曲斜裂面而破壞。自開裂至構(gòu)件破壞的過程短暫,破壞突然,屬于脆性破壞,抗扭承載力很低。當(dāng)扭矩很小時(shí),混凝土未開裂,鋼筋拉應(yīng)力也很低,構(gòu)件受力性能類似于無筋混凝土截面。隨著

2、扭矩的增大,在某薄弱截面的長邊中點(diǎn)首先出現(xiàn)斜裂縫,此時(shí)扭矩稍大于開裂扭矩Tcr。斜裂縫出現(xiàn)后,混凝土卸載,裂縫處的主拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān),因而鋼筋應(yīng)力突然增大。當(dāng)構(gòu)件配筋適中時(shí),荷載可繼續(xù)增加,隨之在構(gòu)件表面形成連續(xù)或不連續(xù)的與縱軸線成約35o~55o的螺旋形裂縫。扭矩達(dá)到一定值時(shí),某一條螺旋形裂縫形成主裂縫,與之相交的縱筋和箍筋達(dá)到屈服強(qiáng)度,截面三邊受拉,一邊受壓,最后混凝土被壓碎而破壞。破裂面為一空間曲面。2)鋼筋混凝土矩形截面(2)截面破壞的幾種形態(tài)1)少筋破壞當(dāng)縱筋和箍筋中只要有一種配置不足時(shí)便會出現(xiàn)此種破壞。斜裂縫一旦出現(xiàn),其中配置不足的鋼筋

3、便會因混凝土卸載很快屈服,使構(gòu)件突然破壞。破壞屬于脆性破壞,類似于粱正截面承載能力時(shí)的少筋破壞。設(shè)計(jì)中通過規(guī)定抗扭縱筋和箍筋的最小配筋率來防止少筋破壞;2)適筋破壞如前所述,當(dāng)構(gòu)件縱筋和箍筋都配置適中時(shí)出現(xiàn)此種破壞。從斜裂縫出現(xiàn)到構(gòu)件破壞要經(jīng)歷較長的階段,有較明顯的破壞預(yù)兆,因而破壞具有一定的延性。3)部分超筋破壞當(dāng)縱筋或箍筋其中之一配置過多時(shí)出現(xiàn)此種破壞。破壞時(shí)混凝土被壓碎,配置過多的鋼筋達(dá)不到屈服,破壞過程有一定的延性,但較適筋破壞的延性差。4)超筋破壞當(dāng)縱筋和箍筋都配置過多時(shí)出現(xiàn)此種破壞。破壞時(shí)混凝土被壓碎,而縱筋和箍筋都不屈服,破壞突然,因,而

4、延性差,類似于梁正截面設(shè)計(jì)時(shí)的超筋破壞。設(shè)計(jì)中通過規(guī)定最大配筋率或限制截面最小尺寸來避免。(3)矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩Tcr按下式計(jì)算式中0.7——考慮到混凝土非完全塑性材料的強(qiáng)度降低系數(shù);ft——混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Wt——截面抗扭抵抗矩,按下式計(jì)算混凝土材料既非完全彈性,也不是理想彈塑性,而是介于兩者之間的彈塑性材料。(4)純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算1)矩形截面根據(jù)變角度空間模型或扭曲破壞面極限平衡理論,矩形截面純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算公式如下式中fyv——抗扭箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;Ast1——抗扭箍筋的單肢截面面積,s——

5、抗扭箍筋的間距;Acor——截面核芯部分面積,即由箍筋內(nèi)表面所圍成的截面面積;bcor,hcor——分別為核芯部分短邊及長邊尺寸;ζ——縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度之比;fy——縱向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;根據(jù)試驗(yàn),當(dāng)0.5≤ζ≤2.0時(shí),破壞時(shí)縱筋和箍筋都能達(dá)到屈服。但為了穩(wěn)妥起見,《規(guī)范》規(guī)定0.6≤ζ≤1.7。當(dāng)ζ=0.2左右時(shí),效果最佳。因此設(shè)計(jì)時(shí)通常取ζ=1.2~1.3。Ast1——對稱布置的全部縱向鋼筋截面面積;Ucor——截面核芯部分周長。2)T形或工字形截面對于T形或工字形截面構(gòu)件,《規(guī)范》將其劃分為若干個(gè)矩形截面,然后按矩形截面分別進(jìn)行配筋計(jì)

6、算。矩形截面劃分的原則是首先保證腹板截面的完整性,然后再劃分受壓和受拉翼緣,如圖所示。劃分的矩形截面所承擔(dān)的扭矩,按其受扭抵抗矩與截面總受扭抵抗矩的比值進(jìn)行分配。對腹板、受壓和受拉翼緣部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf′和Wtf分別按下列公式計(jì)算截面總的受扭塑性抵抗矩為有效翼緣寬度應(yīng)滿足bf'≤b+6hf'及bf≤b+6hf的條件,且hw/b≤6。8.1.2矩形截面復(fù)合受扭構(gòu)件(1)試驗(yàn)研究分析及主要結(jié)論在彎矩、剪力和扭矩共同作用下,鋼筋混凝土構(gòu)件的受力狀態(tài)極為復(fù)雜,構(gòu)件破壞特征及其承載力與所作用的外部荷載條件和內(nèi)在因素有關(guān)。其中外部荷載條件,

7、通常以扭彎比ψ(ψ=T/M)和扭剪比χ(χ=T/(Vb))表示;所謂內(nèi)在條件系指構(gòu)件的截面形狀、尺寸、配筋及材料強(qiáng)度等。根據(jù)外部條件和內(nèi)部條件的不同,構(gòu)件可能出現(xiàn)以下幾種破壞形態(tài)。1)彎型破壞在配筋適當(dāng)?shù)臈l件下,扭彎比較小時(shí),裂縫首先在構(gòu)件彎曲受拉的底面出現(xiàn),然后向兩側(cè)面發(fā)展,破壞時(shí)底面和兩側(cè)面開裂,形成螺旋形扭曲破壞面,與之相交的縱筋及箍筋都達(dá)到受拉屈服強(qiáng)度,最后使處于彎曲受壓的頂面壓碎而破壞。2)扭型破壞當(dāng)扭彎比和扭剪比都比較大且構(gòu)件頂部縱筋少于底部縱筋時(shí),盡管彎矩作用使頂部縱筋受壓,但由于頂部縱筋少于底部縱筋,在構(gòu)件頂部由扭矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過彎矩

8、所產(chǎn)生的壓應(yīng)力,使頂部首先開裂,裂縫向兩側(cè)延伸,破壞時(shí)頂部及兩側(cè)面開裂,形成螺旋形扭曲破壞面,

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