受扭构件扭曲截面承载力课件.pptx
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- 构件 扭曲 截面 承载力 课件
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1、第第5章章 受扭构件受扭构件1.2.3.4.5.第第5章章 受扭构件受扭构件第第5章章 受扭构件受扭构件第第 5 章章 受受 扭扭 构构 件件 5.1概述概述 5.2扭曲破坏的机理与形式扭曲破坏的机理与形式 5.3纯扭构件的承载力纯扭构件的承载力 5.4弯、剪、扭构件的承载力弯、剪、扭构件的承载力 5.5受扭构件的构造要求受扭构件的构造要求第第5章章 受扭构件受扭构件扭转是扭转是五种基本受力状态五种基本受力状态之一,以雨蓬为例:之一,以雨蓬为例: 5.1 概述概述 雨蓬梁雨蓬梁要承受弯矩、剪力和扭矩。工程中要承受弯矩、剪力和扭矩。工程中只承受纯扭作只承受纯扭作用的结构很少,大多数情况下结构都处
2、于用的结构很少,大多数情况下结构都处于弯矩弯矩、剪力、扭矩剪力、扭矩等等内力内力共同作用下的共同作用下的复杂受力状态复杂受力状态。雨蓬雨蓬板板根部的剪力就是作用在雨蓬根部的剪力就是作用在雨蓬梁梁上的均布荷载,上的均布荷载,雨蓬板根部的雨蓬板根部的弯矩弯矩就是作用在雨蓬梁上的均布就是作用在雨蓬梁上的均布扭矩扭矩,雨蓬雨蓬梁梁承受雨蓬承受雨蓬板板传来的均布荷载及均布扭矩。传来的均布荷载及均布扭矩。请思考并绘出请思考并绘出雨蓬梁的扭矩图雨蓬梁的扭矩图第第5章章 受扭构件受扭构件 吊吊车的横向水平制动力及吊车竖向轮压偏心都可使车的横向水平制动力及吊车竖向轮压偏心都可使吊车梁受扭,屋面板偏心也可导致屋架
3、受扭。吊车梁受扭,屋面板偏心也可导致屋架受扭。第第5章章 受扭构件受扭构件制动力制动力轮压轮压 在在静定结构静定结构中,扭矩是由荷载产生的,可根据平衡条件求中,扭矩是由荷载产生的,可根据平衡条件求得,称为得,称为平衡扭转平衡扭转(Equilibrium Torsion)。)。偏心轮压偏心轮压制动力制动力 偏心轮压和吊车横向水平偏心轮压和吊车横向水平制动力都会产生制动力都会产生扭矩扭矩 T螺旋楼梯中扭矩也较大螺旋楼梯中扭矩也较大第第5章章 受扭构件受扭构件 在在超静定超静定结构结构中,扭矩是由于相邻构件的变形互相受到中,扭矩是由于相邻构件的变形互相受到约束而产生的,称为约束而产生的,称为约束扭转
4、约束扭转(Compatibility Torsion)。)。 例如:单向板肋梁楼盖中次梁的一端支承在边梁上,次例如:单向板肋梁楼盖中次梁的一端支承在边梁上,次梁在荷载下在支承处要发生转角,梁在荷载下在支承处要发生转角,节点处的变形协调,将迫节点处的变形协调,将迫使边梁扭转使边梁扭转。 边梁中的扭矩值与边梁中的扭矩值与节点处节点处边梁的抗扭刚度边梁的抗扭刚度及及次梁的抗弯次梁的抗弯刚度刚度的比值有关。边梁的抗扭刚度越大,其扭矩也越大;当的比值有关。边梁的抗扭刚度越大,其扭矩也越大;当边梁的抗扭刚度为无穷大时,次梁相当于嵌固在边梁中,此边梁的抗扭刚度为无穷大时,次梁相当于嵌固在边梁中,此时的扭矩达
5、到最大值。次梁的抗弯刚度越大,则在节点处的时的扭矩达到最大值。次梁的抗弯刚度越大,则在节点处的转角越小,边梁的扭矩也越小。转角越小,边梁的扭矩也越小。边梁边梁边梁边梁框架结构楼盖框架结构楼盖第第5章章 受扭构件受扭构件 5.2 扭曲破坏的机理与形式扭曲破坏的机理与形式teWTmax理想匀质构件理想匀质构件的受扭裂缝的受扭裂缝从主拉应力最大处开始从主拉应力最大处开始对匀质材料,理想的受扭裂缝应当呈对匀质材料,理想的受扭裂缝应当呈螺旋形螺旋形。螺旋形裂缝螺旋形裂缝ptpt第第5章章 受扭构件受扭构件T破坏面呈一空间扭曲曲面破坏面呈一空间扭曲曲面受扭钢筋受扭钢筋纵向钢筋纵向钢筋箍筋箍筋 虽然螺旋配筋
6、抗扭最好,但工程中通常采用由虽然螺旋配筋抗扭最好,但工程中通常采用由箍筋箍筋与与抗扭抗扭纵筋纵筋组成的钢筋骨架来抵抗扭矩,不但施工方便,且沿构件全组成的钢筋骨架来抵抗扭矩,不但施工方便,且沿构件全长长可承受正负两个方向的扭矩可承受正负两个方向的扭矩。受压区受压区螺旋形裂缝螺旋形裂缝受压边受压边 工程中由于受力不完全对称,构件会突然破坏,形成工程中由于受力不完全对称,构件会突然破坏,形成由歪斜裂缝形成由歪斜裂缝形成的空间扭曲破坏面,的空间扭曲破坏面,三面开裂一面受压三面开裂一面受压, 如图。如图。主拉应力主拉应力ptpt第第5章章 受扭构件受扭构件由于由于配置钢筋数量的不同,受扭构件的破坏形态可
7、分为:配置钢筋数量的不同,受扭构件的破坏形态可分为: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)适筋破坏适筋破坏 当当箍筋箍筋和和纵筋纵筋数量数量配置适配置适当当时,时,在受压区在受压区混凝土混凝土被被压坏压坏前,前,与临界斜裂与临界斜裂面面相交的钢筋都能达相交的钢筋都能达到到屈服屈服,这种这种破坏具有一定的延破坏具有一定的延性性,与适筋与适筋梁梁的的情况情况类似类似。 设计中应当使设计中应当使受扭构件受扭构件设计设计成适筋构件。成适筋构件。受压区受压区第第5章章 受扭构件受扭构件(2)少少筋破坏筋破坏 当配筋数量过少时当配筋数量过少时,一旦开裂,一旦开裂,钢筋就会被拉断,钢筋
8、就会被拉断,导致导致构构 件件立立即破坏,即破坏,为为脆性破坏特征脆性破坏特征,与受弯与受弯构件构件少筋少筋破坏破坏类似类似。设。设计中应适当配置构造钢筋,防止出现少计中应适当配置构造钢筋,防止出现少筋破坏筋破坏。(3)超超筋破坏筋破坏 当当箍筋和纵筋配置都过箍筋和纵筋配置都过多时,多时,在钢筋屈服前混凝土就在钢筋屈服前混凝土就先被先被压压碎了碎了,为为受压脆性破坏受压脆性破坏,与受弯与受弯构件构件超筋超筋破坏破坏类似类似。 超超筋破坏筋破坏又可细分为又可细分为部分超筋部分超筋和和完全超筋。完全超筋。部分超筋是部分超筋是指指纵筋纵筋或或箍筋箍筋中的中的一种一种配置过多而没有屈服配置过多而没有屈
9、服; 而完全超筋是指而完全超筋是指纵筋纵筋和和箍筋箍筋都没有屈服。都没有屈服。超超筋破坏筋破坏时钢筋没有被充分利用,时钢筋没有被充分利用,是一种浪费,破坏时的延性也比较差,设计中应避免。是一种浪费,破坏时的延性也比较差,设计中应避免。第第5章章 受扭构件受扭构件 5.3 纯扭构件的承载力纯扭构件的承载力TuscuTTTcorstyvttuAsAfWfT121根据国内试验数据确定系数后,根据国内试验数据确定系数后,规范规范受扭承载力计算公式受扭承载力计算公式为为corstyvttuAsAfWfT12 . 135. 0式中:式中:Tc混凝土的抗扭承载力;混凝土的抗扭承载力; Ts钢筋的抗扭承载力;
10、钢筋的抗扭承载力; 将将Tc 和和Ts 的表达式代入上式可得的表达式代入上式可得Tu的一般表达式的一般表达式 纯扭构件承载力纯扭构件承载力试验结果与计算公式比试验结果与计算公式比较较第第5章章 受扭构件受扭构件corstyvttuAsAfWfTT12 . 135. 0 T 扭矩设计值扭矩设计值; tf 混凝土的抗拉强度设计值混凝土的抗拉强度设计值;yvf 箍筋的抗拉强度设计值箍筋的抗拉强度设计值;1stA单肢箍筋的截面面积;单肢箍筋的截面面积; s 箍筋的间距箍筋的间距; 截面核芯部分的面积截面核芯部分的面积, corcorcorhbAcorb和和corh分别为分别为按按箍筋内箍筋内侧侧计算的
11、截面核芯部分的短边和长边尺寸计算的截面核芯部分的短边和长边尺寸。设计设计时应满足:时应满足:第第5章章 受扭构件受扭构件 ft ft ft45)3(62bhbWt 截面截面抗抗扭塑性抵抗矩扭塑性抵抗矩,见右图,见右图tWyvycorststlffuAsA1 为避免部分超配筋,引入为避免部分超配筋,引入抗扭纵筋抗扭纵筋与箍筋的与箍筋的配筋强度比配筋强度比,stlA抗扭抗扭纵筋的纵筋的总总面积面积,应均匀,应均匀布置在截面周边布置在截面周边; yf抗抗扭纵筋的抗拉强度设计值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第第5章章 受扭构
12、件受扭构件 由于受扭钢筋由由于受扭钢筋由箍筋箍筋和和受扭纵筋受扭纵筋两部分组成,其受扭性能两部分组成,其受扭性能及其极限承载力不仅与及其极限承载力不仅与总配筋量总配筋量有关,还与两部分钢筋的有关,还与两部分钢筋的配筋配筋比比有关,如果一种钢筋过多,另一种钢筋太少,前一种钢筋就有关,如果一种钢筋过多,另一种钢筋太少,前一种钢筋就可能不屈服,而出现可能不屈服,而出现部分超配筋部分超配筋的情况。故设计中用配筋强度的情况。故设计中用配筋强度比比来控制,防止出现来控制,防止出现部分超配筋部分超配筋的情况,的情况,yvycorststlffuAsA1抗扭纵筋强度抗扭纵筋强度抗扭箍筋强度抗扭箍筋强度第第5章
13、章 受扭构件受扭构件 实验研究表明,当实验研究表明,当 0.6 1.7 时不会时不会发生发生“部分超部分超配配筋筋破坏破坏”。设计中通常设计中通常可取可取 =1.2。 越大,表明纵筋越大,表明纵筋相对相对较较多,箍筋多,箍筋相对相对较少。较少。10.351.2yvstuttcorf ATTfWAs)3(62bhbWtyvycorststlffuAsA1 由于引入了配筋强度比由于引入了配筋强度比,式,式中只出现抗扭箍筋面积中只出现抗扭箍筋面积 Ast1 ; 求出抗扭箍筋面积求出抗扭箍筋面积 Ast1 后后,可由可由配筋强度比配筋强度比公公式求解抗扭式求解抗扭纵纵筋的截面筋的截面面积面积 Astl
14、。第第5章章 受扭构件受扭构件作业作业 (homework)已知已知: : 矩形截面受扭构件,承受扭矩设计值矩形截面受扭构件,承受扭矩设计值T T =35 =35 kNkNm m ,截面尺,截面尺寸寸b b300 mm 300 mm ,h h600 mm600 mm,保护层厚度,保护层厚度 a=30 mma=30 mm。混凝土强。混凝土强度等级选用度等级选用C25C25,钢筋为,钢筋为HPB235HPB235级。级。( fc =11.9 N/mm2 , ft =1.27 N/mm2 , fy =210 N/mm2 )求解:求解: 抵抗该扭矩所需的箍筋和纵筋面积,并绘制截面配筋图。抵抗该扭矩所需
15、的箍筋和纵筋面积,并绘制截面配筋图。第第5章章 受扭构件受扭构件 在弯扭共同作用下,在弯扭共同作用下,扭矩扭矩使使沿截面周边所有沿截面周边所有纵筋纵筋都受都受拉,拉,而而弯弯矩只使弯曲受拉区的矩只使弯曲受拉区的钢筋钢筋受受拉,拉,故在弯曲受拉区纵故在弯曲受拉区纵筋筋的拉的拉应力应力是叠加的是叠加的,从而会降低从而会降低抗抗弯承载力弯承载力。 在扭剪共同作用下,在扭剪共同作用下,而扭矩和剪力产生的剪应力总会在构而扭矩和剪力产生的剪应力总会在构件的一个侧面上叠加,因此件的一个侧面上叠加,因此会降低会降低抗剪抗剪承载力承载力。 5.4 弯、剪、扭构件的承载力弯、剪、扭构件的承载力 纯扭构件在工程中几
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