第8章受扭构件的扭曲截面承载力

第8章受扭构件的扭曲截面承载力8.1概述8.2纯扭构件的试验研究8.3纯扭构件的扭曲承载力8.4弯剪扭构件的扭曲承载力8.7构造要求8.1概述两类扭转：平衡扭转－静定的受扭构件，由荷载产生的扭矩是由构件的静力平衡条件确定而与受扭构件的扭转刚度无关的，称为平衡扭转。附加扭转（约束扭转）－超静定受扭构件，因构件间的连续性引起的扭转，扭矩除了静力平衡条件以外，还必须由相邻构件的变形协调条件才能确定。扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，8.2纯扭构件的试验研究一、矩形截面纯扭构件开裂前的受力性能根据材料力学可确定主拉应力方向，当主拉应力大于混凝土抗拉强度时，混凝土即开裂；先在长边中点处开裂，然后沿45度斜向发展，与上下底面相交，形成三边开裂的螺旋形斜裂缝，最后对边混凝土被压碎。裂缝出现前，钢筋混凝土纯扭构件的受力性能与弹性扭转理论基本吻合。扭矩较小时，其扭矩－扭转角曲线为直线，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－扭转角曲线偏离了直线。钢筋混凝土受扭试件的破坏展开图受扭构件的破坏形态与受扭纵筋和受扭箍筋的配筋率有关，分为：适筋破坏、部分超筋破坏、超筋破坏和少筋破坏。①适筋受扭构件：对于箍筋和纵筋配置都合适的情况，与临界（斜）裂缝相交的钢筋都能先达到屈服，然后混凝土压坏，与受弯适筋梁的破坏类似，属于延性破坏。破坏时的极限扭矩与配筋量有关。④少筋受扭构件：当配筋量过少时，配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，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，与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。②部分超筋受扭构件：受扭箍筋和受扭纵筋两者配筋量相差过大时，会出现一个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。具有一定的延性。③超筋受扭构件当箍筋和纵筋配置都过大时，则会在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏。受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。8.3纯扭构件的扭曲承载力一、开裂扭矩的计算45°F1F2F3F445°maxmaxmax若混凝土为弹性材料，当最大扭剪应力或最大主拉应力达到混凝土抗拉强度ft时，构件即开裂。ttcrWfTttcrWfT7.0二、扭曲截面受扭承载力的计算一、力学模型-变角度空间桁架模型纵筋-弦杆箍筋-腹杆混凝土-斜压杆二、矩形截面纯扭构件承载力的计算corstyvttscuAsAfWfTTT12.135.0－称为受扭构件纵筋与箍筋的配筋强度比。理论范围0.5-2.0，规范规定0.6-1.7。Acor－按箍筋内表面计算的截面核心面积，Acor=bcorhcor；ucor－截面核心部分的周长，ucor=2(bcor+hcor)。yvycorststffuAsA1T形截面和工形截面纯扭构件将截面划分为几个矩形截面TWWTttww.腹板TWWTttff.''受压翼缘TWWTttff.受拉翼缘)3(62bhbWw)(2'2''bbhWfftf)(22bbhWfftftftftwt'一、试验研究及破坏形态底面、两侧面混凝土开裂，底部钢筋先屈服，顶面混凝土后压碎剪力较小，弯矩/扭矩较大顶面、两侧面混凝土开裂，顶部钢筋受扭屈服，底部混凝土后压碎剪力较小，扭矩/弯矩较大顶部钢筋较少弯型破坏扭型破坏扭剪型破坏长边一侧混凝土开裂，该侧抗扭纵筋，抗扭、抗剪箍筋屈服，另一长边混凝土压碎剪力、扭矩较大破坏形态外力大小配筋特征8.4钢筋混凝土构件在弯、剪、扭共同作用下的承载力计算底部钢筋多于顶部钢筋二、弯、剪、扭作用下的承载力计算TV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，因此承载力总是小于剪力和扭矩单独作用的承载力。剪扭相关性:受扭承载力随着剪力的增加而减小t受剪承载力随着扭矩的增加而减小1.5-t。1、剪扭作用的相关性2、不考虑弯扭作用的相关性0/cctTT5.100ccccVVTT1.01.00.50.5Vc/Vc0Tc/Tc0BCVc0，Tc0－纯剪，纯扭时混凝土的抗剪，抗扭承载力Vc，Tc－剪力和扭距同时作用时，混凝土的抗剪，抗扭承载力。cocvVV/注意：t和的范围为0.5~1.0t当t0.5时，不考虑扭矩对混凝土受剪承载力的影响，取t=0.5，则V=1当t1时，则不考虑剪力对混凝土受扭承载力的影响，取t=1，则V=0.5受剪扭构件承载力计算公式01025.1)5.1(7.0hsnAfbhfVsvyvtt010)5.1(175.1hsnAfbhfVsvyvttcorstyvtttAsAfWfT12.135.005.015.1TbhVWtt纯剪、纯扭计算公式0)1(2.015.1TbhVWtt三、弯剪扭构件承载力计算方法弯剪扭构件设计（M、V、T）纵向受弯钢筋As布置在受拉区受弯计算（M）受剪计算（V）受扭计算（T）横向抗剪箍筋Asv1/sv和纵向钢筋垂直抗扭纵筋AstL抗扭箍筋Ast1/st沿截面周边均匀布置和纵向钢筋垂直8.7构造要求1、弯剪扭构件受扭纵筋的最小配筋率ytstltlffVbTbhA6.0min,min,注意：同时受弯纵筋满足其最小配筋要求率2、箍筋的构造要求受扭纵筋最大间距为200mm和梁截面宽度，纵筋沿截面周边均匀配置。yvtsvsvff/28.0min,cctfWTbhV25.08.003、截面尺寸验算4、满足下列条件可按构造配置剪扭钢筋：ttfWTbhV7.005、出现下列情况时，可不考虑剪力或扭矩的作用(1)当可不考虑剪力，即V＝0035.0bhfVt01875.0bhfVc＋或(2)当可不考虑扭矩，即T＝0ttWfT175.0设计步骤1、验算截面尺寸；2、验算是否可按构造配筋；3、按受弯构件正截面计算抵抗弯矩所需纵向受力钢筋As和As并满足受弯构件正截面最小配筋率的要求；4、验算是否考虑剪力或者扭矩4、按弯剪扭构件计算抵抗剪力所需箍筋Asv1/Sv；5、按弯剪扭构件计算抵抗扭矩所需箍筋Ast1/St；验算最小配箍率6、按弯剪扭构件计算抵抗扭矩所需纵向钢筋并检验最小配筋率，将其均匀分配到各边。分配到矩形截面长边的受扭纵筋为AstLhcor/Ucor；分配到矩形截面短边的受扭纵筋为AstLbcor/Ucor7.钢筋用量（1）顶部所需纵向钢筋为：As+AstLbcor/Ucor（2）底部所需纵向钢筋为：As＋AstLbcor/Ucor（3）侧边所需纵向钢筋为：AstLhcor/Ucor4.箍筋总用量：Asv1/sv＋Ast1/st01025.17.0hsnAfbhfVsvyvt010175.1hsnAfbhfVsvyvtcorstyvttAsAfWfT12.135.0扭剪型破坏扭型破坏弯型破坏2、满足下列条件可按构造配置剪扭钢筋：ttfWTbhV7.003、出现下列情况时，可不考虑剪力或扭矩的作用(1)当(2)当可不考虑剪力，即V＝0035.0bhfVt01875.0bhfVc＋或可不考虑扭矩，即T＝0ttWfT175.0cctfWTbhV25.08.001、截面尺寸验算ytstltlffVbTbhA6.0min,min,yvtsvsvff/28.0min,)%/45(%2.0minytff或二者中的较大值4、最小配筋率01025.1)5.1(7.0hsnAfbhfVsvyvtt010)5.1(175.1hsnAfbhfVsvyvttcorstyvtttAsAfWfT12.135.005.015.1TbhVWtt0)1(2.015.1TbhVWtt