混凝土结构――第6章弯矩、剪力和扭矩作用下构件的扭曲截面承载力

混凝土结构——混凝土结构设计原理主讲人:魏海本课程的课程体系第六章弯矩、剪力和扭矩作用下构件的扭曲截面承载力本章参考文献•中华人民共和国国家标准，《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）•中华人民共和国国家标准，《建筑结构荷载规范》（GBJ50009—2001）•马嵘.《钢筋混凝土短柱的受力性能及一般处理方法》.《嘉兴高等专科学校学报》1995.1。•姜维山等.《X形筋钢筋混凝土短柱的抗震性能及抗震设计》.《建筑结构学报》.1994.1第一节概述→第二节纯扭构件的试验研究•裂缝出现前的性能→•裂缝出现后的性能→第三节纯扭构件的扭曲截面承载力•开裂扭矩Tcr→•扭曲截面受扭承载力的计算→•按《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）的配筋计算方法→第四节弯剪扭构件的扭曲截面承载力•试验研究及破坏形态→•按《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）的配筋计算方法→复习思考题1•什么叫平衡扭转和协调扭转？•混凝土纯扭构件的破坏形态有几种？各有什么特点？在受扭计算中如何避免少筋破坏和超筋破坏？•受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比含义是什么？起什么作用？有什么限制？•混凝土弯剪扭构件的破坏形态有几种？各有什么特点？复习思考题2•简述混凝土纯扭和弯剪扭构件的承载力设计计算步骤。•为满足受扭构件受扭承载力计算和构造规定要求，配置受扭纵筋及箍筋应注意哪些问题？计算题计算题本章完请同学们认真做好复习工作！平衡扭转与协调扭转•由荷载产生并可通过构件的静力平衡条件确定，而与受扭构件的扭转刚度无关，我们把这样的扭转称为平衡扭转。•在超静定受扭构件中，除了通过构件的静力平衡条件外，还须由相邻构件的变形协调条件才能确定的，我们把这样的扭转称为协调扭转。←裂缝出现前的性能裂缝出现前，混凝土纯扭构件的受力性能，基本上符合圣维南弹性扭转理论。在扭矩较小时，其扭矩-扭转角曲线为直线，扭转刚度与按弹性理论的计算值十分接近，纵筋和箍筋的应力都很小。当扭矩稍大至接近开裂扭矩Tcr时，扭矩-扭转角曲线偏离了原直线。←裂缝出现后的性能•裂缝出现时，部分混凝土退出工作，钢筋应力明显增大，带有裂缝的混凝土和钢筋共同组成一个新的受力体系以抵抗扭矩，并获得新的平衡。•试验研究表明，裂缝出现后，在带有裂缝的混凝土和钢筋共同组成新的受力体系中，混凝土受压，受扭纵筋和箍筋均受拉。混凝土构件截面的开裂扭矩比相应的素混凝土构件约高10%~30%。纯扭破坏的类型•少筋受扭构件→•适筋受扭构件→•部分超筋受扭构件→•超筋受扭构件→←少筋受扭构件若纵筋和箍筋配置均过少，一旦裂缝出现，构件立即发生破坏。此时，纵筋和箍筋不仅达到屈服强度而且可能进入强化阶段，其破坏特性类似于受弯构件少筋梁，属脆性破坏类型。设计应予避免。此类受扭构件称为少筋受扭构件。←适筋受扭构件对于纵筋和箍筋配置合理的混凝土构件，在扭矩作用下，纵筋和箍筋先到达屈服强度，然后混凝土被压碎而破坏。这种破坏与受弯构件适筋梁类似，属延性破坏。此类受扭构件称为适筋受扭构件。←部分超筋受扭构件若纵筋和箍筋不匹配，破坏时具有一定的延性，但较适筋受扭构件破坏时的截面延性小。此类受扭构件称为部分超筋受扭构件。←超筋受扭构件若纵筋和箍筋配筋率都过高，致使纵筋和箍筋迟迟不屈服，但此时混凝土先行压碎，这种破坏与受弯构件超筋梁类似，属脆性破坏类型。设计应予避免。此类受扭构件称为超筋受扭构件。←开裂扭矩Tcr开裂扭矩Tcr←扭曲截面受扭承载力的计算•变角度空间桁架模型的基本假定→•受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比→←变角度空间桁架模型的基本假定•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；•纵筋和箍筋只承受拉力，分别为桁架的弦杆和腹杆；•忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用。←受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比←corstyvstlyuAfsAf1箍筋体积箍筋强度纵筋体积纵筋强度)(2corcorcorhbu其中：按《混凝土结构设计规范》的配筋计算方法•hw/b≤6的矩形截面混凝土纯扭构件受扭承载力Tu计算公式→•对于T形、Ι形截面纯扭构件配筋计算→•矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力计算设计步骤→•例题→←Tu计算公式•0.35、1.2——系数，是在统计试验资料的基础上，考虑了可靠指标值的要求，由试验点偏下限得出的。←corstyvttuAsAfWfT12.135.0corcorcorcorhbA截面核心部分的面积，—其中：A1.70.6的限制条件为对于T形、Ι形截面纯扭构件配筋计算对于T形、Ι形截面纯扭构件，可将其截面划分为几个矩形截面进行配筋计算，矩形截面划分的原则是首先满足腹板截面的完整性，然后再划分受压翼缘和受拉翼缘的面积，如图所示。←纯扭构件的承载力计算设计步骤•检查截面尺寸是否符合要求。应满足•验算是否需要计算配筋。当时，需要计算配置抗扭纵筋和抗扭箍筋；当时，按构造配筋。•假定值。应满足的规定。•利用式计算箍筋用量。•利用式计算纵筋用量。•验算配筋率及构造要求。应满足：←ccf0.250.8WTt小于tf7.0WTt大于tf7.0WTt1.70.622T,6.0min,min,VbTVbffVbTbhAbhAytstlstlstlstl时，取大于其中当yvtsvstsvffbsnA28.0min,1corstyvttuAsAfWfT12.135.0corstyvstlyuAfsAf1例题已知钢筋混凝土矩形截面纯扭构件，其截面尺寸为bXh=200mmX350mm，承受扭矩T=8.6X106Nmm，混凝土采用C25，钢筋采用HPB235级，试计算配筋。←试验研究及破坏形态•试验研究：弯矩、剪力和扭矩共同作用下的混凝土构件，其受力状态是十分复杂的，构件的破坏特征及其承载力与荷载条件和构件的内在因素有关。•破坏形态：弯型破坏、扭型破坏、剪扭型破坏和剪切破坏形态。→←破坏形态试验表明，在配筋适当的条件下，若弯矩作用显著即扭弯比较小时，裂缝首先在弯曲受拉底面出现，然后发展到两侧面。三个面上的螺旋形裂缝形成一个扭曲破坏面，而第四面即弯曲受压顶面无裂缝。构件破坏时与螺旋形裂缝相交的纵筋及箍筋均达受拉屈服强度，顶部混凝土受压破坏。属于弯型破坏。破坏形态若扭矩作用显著即扭弯比及扭剪比均较大、而构件顶部纵筋少于底部纵筋时，可能形成受压区在构件底部的扭型破坏。这种现象出现的原因是，虽然由于弯矩作用使顶部纵筋受压，但由于弯矩较小，从而其压应力亦较小。又由于顶部纵筋少于底部纵筋，故扭矩产生的拉应力就有可能抵消弯矩产生的压应力并使顶部纵筋先达屈服强度，最后促使构件底部混凝土受压破坏。属于扭型破坏。破坏形态若剪力和扭矩起控制作用，则裂缝首先在侧面出现，然后向顶面和底面扩展，这三个面上的螺旋形裂缝构成扭曲破坏面，破坏时与螺旋形裂缝相交的纵筋及箍筋均达受拉屈服强度，而受压区则靠近另一侧面，形成剪扭型破坏。破坏形态对于弯剪扭共同作用下的构件，除了上述三种破坏形态外，试验表明，若剪力作用十分显著而扭矩较小即扭剪比较小时，还会发生与剪压破坏十分相近的剪切破坏形态。←试验研究及破坏形态•试验研究：构件的破坏特征及其承载力与荷载条件和构件的内在因素有关。•破坏形态：弯型破坏、扭型破坏、剪扭型破坏、剪切破坏形态。←按《混凝土结构设计规范》的配筋计算方法•对于剪力和扭矩共同作用下的矩形、T形和Ⅰ形截面一般剪扭构件→•对于剪力和扭矩共同作用下的以集中荷载作用为主的矩形、T形和Ⅰ形截面剪扭构件→•基本计算公式的有关说明•弯扭构件截面的配筋计算→•矩形、T形和Ⅰ形截面弯剪扭构件配筋计算一般原则→•混凝土弯剪扭构件的承载力计算设计步骤←一般剪扭构件←010u25.1)5.1(7.0V1hsnAfbhfsvyvtt力：、剪扭构件的受剪承载corstyvtttAsAfWf1u2.135.0T2力：、剪扭构件的受扭承载0.10.5,VW0.511.50tttTbh系数，混凝土受扭承载力降低其中：以集中荷载作用为主的剪扭构件←010u)5.1(0.175.1V1hsnAfbhfsvyvtt力：、剪扭构件的受剪承载corstyvtttAsAfWf1u2.135.0T2力：、剪扭构件的受扭承载0.10.5,VW1)0.2(11.50tttTbh系数，混凝土受扭承载力降低其中：弯扭构件截面的配筋计算《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）采用按纯弯矩和纯扭矩计算所需的纵筋和箍筋，然后将相应的钢筋截面面积叠加的计算方法。因此，弯扭构件的纵筋用量为受弯所需的纵筋和受扭所需的纵筋截面面积之和，而箍筋用量则由受扭箍筋所决定。←弯剪扭构件配筋计算一般原则纵筋用量为按受弯构件正截面受弯承载力和剪扭构件受扭承载力分别计算所需的纵筋截面面积，并按相应的位置进行配筋，箍筋用量应按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别计算所需的箍筋截面面积，并按相应的位置进行配筋。←