受扭構(gòu)件截面抵抗矩計算資料.ppt

第八章受扭構(gòu)件截面承載力計算 8 1重點與難點 8 1 1純扭構(gòu)件 1 試驗研究分析 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) 截面長邊中點剪應(yīng)力最大 在截面四角點處剪應(yīng)力為零 當(dāng)截面長邊中點附近最大主拉應(yīng)變達到混凝土的極限拉應(yīng)變時 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 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 隨著扭矩的增大 在某薄弱截面的長邊中點首先出現(xiàn)斜裂縫 此時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 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35 55 的螺旋形裂縫 扭矩達到一定值時 某一條螺旋形裂縫形成主裂縫 與之相交的縱筋和箍筋達到屈服強度 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的少筋破壞 設(shè)計中通過規(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出現(xiàn)此種破壞 破壞時混凝土被壓碎 配置過多的鋼筋達不到屈服 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出現(xiàn)此種破壞 破壞時混凝土被壓碎 而縱筋和箍筋都不屈服 破壞突然 因 而延性差 類似于梁正截面設(shè)計時的超筋破壞 設(shè)計中通過規(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按下式計算 式中0 7 考慮到混凝土非完全塑性材料的強度降低系數(shù) ft 混凝土抗拉強度設(shè)計值 Wt 截面抗扭抵抗矩 按下式計算 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)件抗扭承載力計算公式如下 式中fyv 抗扭箍筋抗拉強度設(shè)計值 Ast1 抗扭箍筋的單肢截面面積 s 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 縱向鋼筋與箍筋的配筋強度之比 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 將其劃分為若干個矩形截面 然后按矩形截面分別進行配筋計算 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 通常以扭彎比 T M 和扭剪比 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 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到受拉屈服強度 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 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 破壞時頂部及兩側(cè)面開裂 形成螺旋形扭曲破壞面 與之相交的鋼筋達到其抗拉屈服強度 最后使構(gòu)件底面受壓而破壞 3 剪扭型破壞當(dāng)剪力和扭矩都較大時 由于剪力與扭矩所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的相互迭加 首先在其中一個側(cè)面出現(xiàn)裂縫 然后向頂面和底面擴展 使該側(cè)面 頂面和底面形成扭曲破壞面 與之相交的縱筋與箍筋都達到其抗拉屈服強度 最后使另一側(cè)面被壓碎而破壞 式中 t 剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系數(shù) 0 5 t 1 0 一般復(fù)合受扭構(gòu)件 在用以上各式進行計算時 當(dāng) t1 0時 不考剪力對混凝土受扭承載力的影響 即取 t 1 0 由此可知混凝土抗剪與抗扭相關(guān)曲線由三條直線所組成 受扭承載力公式仍采用式 2 截面尺寸限制及最小配筋率1 截面尺寸限制條件 為了避免超筋破壞 構(gòu)件截面尺寸應(yīng)滿足下式要求 2 構(gòu)造配筋問題 構(gòu)造配筋的界限 當(dāng)滿足下式要求時 箍筋和抗扭縱筋可采用構(gòu)造配筋 最小配筋率 配箍率必須滿足以下最小配箍率要求 抗扭縱筋最小配筋率為 3 簡化計算的條件 1 不進行抗剪計算的條件 一般構(gòu)件 受集中荷載作用 或以集中荷載為主 的矩形截面獨立構(gòu)件 2 不進行抗扭計算的條件 驗算截面尺寸 驗算構(gòu)