受扭构件承载力计算ppt课件.pptx
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- 构件 承载力 计算 ppt 课件
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1、5 受扭构件承载力计算受扭构件承载力计算Flexural Strength of Reinforced ConcreteFlexural Strength of Reinforced Concrete提纲提纲(syllabus)(syllabus):5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.2 5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的承载力在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的承载力计算计算5.3 T5.3 T形和形和I I形截面受扭构件形截面受扭构件5.4 5.4 箱形截面受扭构件箱形截面受扭构件5.5 5.5 构造要求构造要求第5章 受扭构件承载力计
2、算概概 述述受扭构件也是一种基本构件受扭构件也是一种基本构件 两类受扭构件:两类受扭构件: 平衡扭转平衡扭转 约束扭转约束扭转第5章 受扭构件承载力计算 桥梁工程中的弯梁桥斜梁桥梁工程中的弯梁桥斜梁桥(板)等不仅有弯矩剪力桥(板)等不仅有弯矩剪力还存在有扭矩作用。实际工还存在有扭矩作用。实际工程中的构件,会同时作用有程中的构件,会同时作用有弯矩剪力和扭矩。即弯、剪、弯矩剪力和扭矩。即弯、剪、扭共同作用。扭共同作用。5 受扭构件承载力计算 构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出 受扭构件必须提供足够的抗扭承载力,否则不能与作用扭受扭构件必须提供足够的抗扭承载
3、力,否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏矩相平衡而引起破坏。平衡扭转平衡扭转 第5章 受扭构件承载力计算约束扭转在超静定结构,扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的,在超静定结构,扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的,扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关,称为扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关,称为约束扭转约束扭转约束扭转约束扭转第5章 受扭构件承载力计算5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算第5章 受扭构件承载力计算图图5 52 2为配置箍筋和纵筋的钢筋混凝为配置箍筋和纵筋的钢筋混凝土受扭构件从加载到破坏的扭矩和扭土受扭构件从加载到破坏的扭矩和扭转角的关系曲线
4、转角的关系曲线5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算第5章 受扭构件承载力计算钢筋混凝土构件抗扭性能的两个指标:钢筋混凝土构件抗扭性能的两个指标: 1 1)构件的开裂扭矩)构件的开裂扭矩 2 2)构件的破坏扭矩)构件的破坏扭矩 荷载增加接近荷载增加接近极限扭矩,在构极限扭矩,在构件截面长边上的件截面长边上的斜裂缝中有一条斜裂缝中有一条发展为临界裂缝。发展为临界裂缝。纯扭构件开裂前的剪应力状态 5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开矩形截面纯扭构件的开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算
5、5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算 弹塑性理论弹塑性理论: 截面上各点应力均达到屈服强度各点应力均达到屈服强度时,构件达到极限承载力,此时截面上的剪应力分布如图5-5(a)所示。计算各区合力及其对截面形心的力偶之和,可得塑性总极限扭矩为tetecrWfT,5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算ttpf剪力假定矩形截面进入全塑性状态,计
6、算各区合力及其对截面形心的力偶之和,可得塑性总极限扭矩为第5章 受扭构件承载力计算max,)(212322223212244)(22bhbbbbbbbbhbTecr假定矩形截面进入全塑性状态,计算各区合力及其对截面形心的力偶之和,可得塑性总极限扭矩为maxmax2,)3(6tpcrWbhbT5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算 规范规范取值取值 混凝土材料既非完全弹性,也非理想弹塑性,因此构件的开裂扭矩Tcr应介于应介于Tcr,e和和Tcr,p之间之间。 为简单起
7、见,可按塑性理论计算塑性理论计算,并引入修正系引入修正系数数以考虑非完全塑性剪应力分布的影响。根据实验结果,修正系数在0.87-0.97之间。 规范取修正系数为0.7,故开裂扭矩的计算公式为 (6-4)5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算ttdcrWfT7 . 0开裂扭矩开裂扭矩 ft ft ft45按弹性理论按弹性理论按塑性理论按塑性理论ttpcrWfT,ttdcrWfT7 . 0考虑混凝土的弹考虑混凝土的弹塑性性质塑性性质tW 截面受扭塑性抵抗矩截面受扭塑性抵
8、抗矩)3(62bhbWt5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算第5章 受扭构件承载力计算5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征矩形截面纯扭构件的破坏特征 抗扭钢筋的配置抗扭钢筋的配置对矩形截面的抗扭能对矩形截面的抗扭能力有很大影响,实际力有很大影响,实际工程中,采用箍筋和工程中,采用箍筋和纵向钢筋组成的骨架纵向钢筋组成的骨架来承担扭矩:来承担扭矩: 1 1)箍筋箍筋直接抵抗主直接抵抗主拉应力
9、拉应力 2 2)纵向钢筋纵向钢筋抵抗纵抵抗纵向分力并抑制斜裂缝向分力并抑制斜裂缝的展开的展开T破坏面呈一空间扭曲曲面破坏面呈一空间扭曲曲面开裂情况、破坏面及受扭钢筋形式开裂情况、破坏面及受扭钢筋形式受扭钢筋受扭钢筋纵向受扭钢筋纵向受扭钢筋受扭箍筋受扭箍筋第5章 受扭构件承载力计算5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征矩形截面纯扭构件的破坏特征破坏形态破坏形态随着配置钢筋数量的不同,受扭构件的破坏形态随着配置钢筋数量的不同,受扭构件的破坏形态也可分为:也可分为:适筋破坏适筋破坏、少筋破坏少筋破坏和和超筋破坏超筋破坏(1 1)适筋破坏)适筋破坏箍筋箍筋和和纵筋纵筋配置都合适配置都合适与临界(斜)裂
10、缝相交的钢筋与临界(斜)裂缝相交的钢筋然后混凝土压坏然后混凝土压坏与受弯适筋梁的破坏类似,具有一定的延性与受弯适筋梁的破坏类似,具有一定的延性都能先达到屈服,都能先达到屈服,第5章 受扭构件承载力计算(2)少筋破坏)少筋破坏当配筋数量过少时当配筋数量过少时一旦开裂,将导致扭转角迅速增大一旦开裂,将导致扭转角迅速增大,构件随即破坏。构件随即破坏。与受弯少筋梁类似,呈受拉脆性破坏特征与受弯少筋梁类似,呈受拉脆性破坏特征第5章 受扭构件承载力计算5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征矩形截面纯扭构件的破坏特征 (3)超筋破坏)超筋破坏箍筋箍筋和和纵筋纵筋配置都过大配置都过大在钢筋屈服前混凝土就在钢筋
11、屈服前混凝土就压坏,压坏,为受压脆性破坏。为受压脆性破坏。与受弯超筋梁类似与受弯超筋梁类似(4)部分超筋破坏部分超筋破坏箍筋和受扭纵筋两部分配置不协调箍筋和受扭纵筋两部分配置不协调第5章 受扭构件承载力计算5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征矩形截面纯扭构件的破坏特征第5章 受扭构件承载力计算5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征矩形截面纯扭构件的破坏特征抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比svsdcorsvvstffUASA1规范建议取规范建议取0.6 1.7,将不会发生将不会发生“部分超筋破坏部分超筋破坏” 设计中通常取设计中通常取 =1.01.2stA受扭计算中对称布置
12、在截面周边的全部抗扭纵筋的截面面积;受扭计算中对称布置在截面周边的全部抗扭纵筋的截面面积; sdf受扭纵筋的抗拉强度设计值;受扭纵筋的抗拉强度设计值; corU 截面核芯部分的周长,截面核芯部分的周长, )(2corcorcorhbU第5章 受扭构件承载力计算第5章 受扭构件承载力计算)(2corcorcorhbU5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.3 纯扭构件的承载力理论纯扭构件的承载力理论第5章 受扭构件承载力计算(1)变角度空间桁)变角度空间桁架模型架模型5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.3
13、 纯扭构件的承载力理论纯扭构件的承载力理论第5章 受扭构件承载力计算 变角度空间桁架模型变角度空间桁架模型基本假定基本假定(1)(1)混凝土只承受压力,具有螺旋形裂缝的混凝土外混凝土只承受压力,具有螺旋形裂缝的混凝土外壳组成桁架的斜压杆,倾角壳组成桁架的斜压杆,倾角;(2)(2)纵筋和箍筋只承受拉力,分别形成桁架的弦杆和纵筋和箍筋只承受拉力,分别形成桁架的弦杆和腹杆;腹杆;(3)(3)忽略核心混凝土的抗扭作用和钢筋的销栓作用。忽略核心混凝土的抗扭作用和钢筋的销栓作用。5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.1、矩形截面纯扭构件的开、矩形截面纯扭构件的
14、开裂扭矩裂扭矩第5章 受扭构件承载力计算第5章 受扭构件承载力计算(1)变角度空间桁架模型)变角度空间桁架模型vcorsvsvvcorsvsvuSAfASAfAT112cot2导出:抗扭承载力导出:抗扭承载力忽略核心混凝土的抗扭作用忽略核心混凝土的抗扭作用 箱形截面或薄壁管构件箱形截面或薄壁管构件xoruuATtqT2向剪力流作用下沿箱形截面的环扭矩tan FN根据力的平衡5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.3 纯扭构件的承载力理论纯扭构件的承载力理论第5章 受扭构件承载力计算(2)斜弯曲破)斜弯曲破坏理论(扭曲坏理论(扭曲破坏面极限平破坏面极限
15、平衡理论)衡理论)第5章 受扭构件承载力计算 (2 2)斜弯曲破坏理论(扭曲)斜弯曲破坏理论(扭曲破坏面极限平衡理论)破坏面极限平衡理论)(1)(1)假定通过扭曲裂面的纵向钢筋、箍筋在构件破坏假定通过扭曲裂面的纵向钢筋、箍筋在构件破坏时均已达到其屈服强度。时均已达到其屈服强度。(2)(2)受压区高度近似取两倍的保护层厚度,即受压中受压区高度近似取两倍的保护层厚度,即受压中心位于箍筋处。心位于箍筋处。(3)(3)混凝土的抗扭能力忽略不计,扭矩全部由抗扭纵混凝土的抗扭能力忽略不计,扭矩全部由抗扭纵筋和箍筋承担。筋和箍筋承担。(4)(4)假定抗扭纵筋沿构件核心周边对称、均匀布置,假定抗扭纵筋沿构件核
16、心周边对称、均匀布置,抗扭箍筋沿构件轴线方向等距离布置,且均锚固可抗扭箍筋沿构件轴线方向等距离布置,且均锚固可靠。靠。基本假定基本假定vcorsvsvuSAfAT12抗扭承载力抗扭承载力第5章 受扭构件承载力计算 (2 2)斜弯曲破坏理论(扭曲)斜弯曲破坏理论(扭曲破坏面极限平衡理论)破坏面极限平衡理论)5.1 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.1.4 公路桥规公路桥规对矩形截对矩形截面纯扭构件的承载力计算面纯扭构件的承载力计算第5章 受扭构件承载力计算corvsvsvttdudASAfWfTT102 . 135. 0scuTTTcorsvsvttduAS
17、AfWfT121规范矩形截面受扭承载力计算公式规范矩形截面受扭承载力计算公式 为纯扭构件的配筋强度比,为纯扭构件的配筋强度比,公路桥规公路桥规规定钢规定钢筋混凝土构件的筋混凝土构件的应符合应符合0.61.7,当当1.7时,取时,取=1.7。corvsvsvttdudAsAfWfTTT102 . 135. 0 T扭矩组合设计值;扭矩组合设计值; tdf混凝土的抗拉强度设计值;混凝土的抗拉强度设计值;tW截面的抗扭塑性抵抗矩截面的抗扭塑性抵抗矩; svf箍筋的抗拉强度设计值;箍筋的抗拉强度设计值;1svA箍筋的单肢截面面积;箍筋的单肢截面面积; vs箍筋的间距箍筋的间距;corA截面核芯部分的面积
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