同济大学-混凝土基本原理顾祥林课件-第八章--构件扭曲截面性能
第八章 构件扭曲截面性能与计算,同济大学土木工程学院建筑工程系顾祥林,混凝土结构基本原理,一、工程实例,平衡扭转-静定问题,约束扭转-超静定问题,受扭构件中通常也配置纵筋和箍筋以抵御扭矩,二、纯扭构件的破坏特征 1. 素混凝土纯扭构件,素混凝土纯扭构件,先在某长边中点开裂,形成一螺旋形裂缝，一裂即坏,三边受拉，一边受压,二、纯扭构件的破坏特征 2. 钢筋混凝土纯扭构件,钢筋混凝土纯扭构件,开裂前钢筋中的应力很小,开裂后不立即破坏，裂缝可以不断增加，随着钢筋用量的不同，有不同的破坏形态,二、纯扭构件的破坏特征 2. 钢筋混凝土纯扭构件,破坏形态,少筋破坏： 裂后钢筋应力激增，构件破坏,适筋破坏： 裂后钢筋应力增加，继续开裂，钢筋屈服，混凝土压碎，构件破坏,超筋破坏： 裂后钢筋应力增加，继续开裂，混凝土压碎，构件破坏，钢筋未屈服,部分超筋破坏： 裂后钢筋应力增加，继续开裂，混凝土压碎，构件破坏，纵筋或箍筋未屈服,设计时应避免出现,三、纯扭构件的开裂扭矩 1. 矩形截面纯扭构件,弹性材料,理想弹塑性材料,矩形截面的抗扭塑性抵抗矩 亦可用砂堆比拟导出,三、纯扭构件的开裂扭矩 1. 矩形截面纯扭构件,三、纯扭构件的开裂扭矩 2. T形、 I形截面纯扭构件,简化成三棱柱,对T形I形截面的受扭构件，可分成若干个矩形求Tcri。再求和Tcri 。,划分矩形的原则：使Wt最大。 以T形截面为例,试验表明，挑出部分不应超过翼缘厚度的3倍,三、纯扭构件的开裂扭矩 3. 闭口薄壁纯扭构件,砂堆体积 = 相应实心砂堆体积 将空心部分 看作是实心而得的砂堆体积,得出Wt,四、矩形截面纯扭构件承载力 1. 基本假定,*箱形截面：忽略核心区混凝土的作用,*空间桁架,*混凝土开裂后不承受拉力,*忽略混凝土斜杆的抗剪作用,*忽略纵筋和箍筋的销栓作用,四、矩形截面纯扭构件承载力 2. 承载力计算分析,定义剪力流,剪力流中心线所包围的面积,抗扭承载力,四、矩形截面纯扭构件承载力 2. 承载力计算分析,纵筋的拉力,对隔离体ABCD,相应其它三个面的隔离体,四、矩形截面纯扭构件承载力 2. 承载力计算分析,纵筋的拉力,如果配筋适中，纵筋可以屈服,四、矩形截面纯扭构件承载力 2. 承载力计算分析,箍筋的拉力,对斜裂缝上半部分的隔离体ACD,如果配筋适中，箍筋亦可以屈服,四、矩形截面纯扭构件承载力 2. 承载力计算分析,纵筋与箍筋的配筋强度比,纵筋与箍筋配筋强度比,四、矩形截面纯扭构件承载力 2. 承载力计算分析,抗扭承载力的计算公式,反映配筋对抗扭承载力的贡献，对任意形状的薄壁构件可导出类似的公式,五、实用抗扭承载力计算公式 1. 矩形截面,考虑混凝土和钢筋的共同贡献，经回归分析得出实用计算公式,为保证纵、箍筋均能屈服，建议取0.61.7，当1.7 时，取=1.7，常用值的区间为1.01.3,箍筋内皮所包围的面积，取截面尺寸减去保护层厚度算得,五、实用抗扭承载力计算公式 1. 矩形截面,防止少筋破坏,防止超筋破坏,线性插值,五、实用抗扭承载力计算公式 2. T形、I形截面,将截面分成若干个矩形截面，求Tui,注意翼缘抗扭抵抗矩的计算,五、实用抗扭承载力计算公式 3. 箱形截面,六、抗扭承载力计算公式应用 1. 基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面-设计步骤,六、抗扭承载力计算公式应用 1.基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面-构造要求,纵筋沿截面均匀布置，否则亦可能出现局部超筋，对设计题可能会出现不安全的结果,箍筋带135°的弯钩，当采用复合箍时，位于内部的箍筋不应计入受扭箍筋的面积,六、抗扭承载力计算公式应用 1.基于承载力的截面设计,T形截面或I形截面-设计步骤,将截面分成若干个矩形,六、抗扭承载力计算公式应用 1.基于承载力的截面设计,T形截面或I形截面-配筋构造,六、抗扭承载力计算公式应用 2. 既有构件截面承载力,矩形截面或箱形截面,按纵筋均匀布置的原则，确定抗扭纵筋的截面积,六、抗扭承载力计算公式应用 2.既有构件截面承载力,T形截面或I形截面,步骤和矩形截面类似，不予赘述！,七、弯剪扭构件的破坏特征,V不起控制作用，且T/M较小，配筋适量时,斜裂缝首先在弯曲受拉的底部开裂，再发展,破坏时，底部受拉纵筋已屈服,七、弯剪扭构件的破坏特征,V不起控制作用，T/M较大，且AsAs时,由M引起的As的压力不足以抵消T引起的As中的拉力,由于AsAs， As 先受拉屈服，之后构件破坏,七、弯剪扭构件的破坏特征,M不起控制作用,V、T的共同工作使得一侧混凝土剪应力增大，一侧混凝土应力减小,剪应力大的一侧先受拉开裂，最后破坏， T很小时，仅发生剪切破坏,八、弯扭作用时截面的承载力,弯扭构件的抗扭承载力,纯扭构件的抗扭承载力,弯扭构件的抗弯承载力,纯弯构件的抗弯承载力,八、弯扭作用时截面的承载力,实用的承载力计算方法,确定弯扭钢筋后，分别计算其抗弯和抗扭承载力，不考虑弯、扭的相关作用,九、剪扭作用时截面的承载力,只考虑Vc、Tc的相关性，不考虑Vs、Ts的相关性,得出公式后再用试验验证,九、剪扭作用时截面的承载力,扭剪构件混凝土对抗扭承载力的贡献,纯扭构件混凝土对抗扭承载力的贡献,扭剪构件混凝土对抗剪承载力的贡献,纯剪构件混凝土对抗剪承载力的贡献,九、剪扭作用时截面的承载力,扭剪构件受扭承载力降低系数,九、剪扭作用时截面的承载力,扭矩对抗剪承载力无影响,剪力对抗扭承载力无影响,十、弯剪扭构件实用计算公式 1. 均布荷载下的矩形截面及T形、I形截面构件,弯和扭分开计算,抗弯钢筋布置在构件的受拉区，抗扭纵筋沿截面均匀布置,剪和扭考虑混凝土部分的相关关系,十、弯剪扭构件实用计算公式 2. 集中荷载为主的矩形截面独立构件,其他和上一节相同,十一、弯剪扭构件承载力公式应用 1. 基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面为例-步骤一：扭剪钢筋,分别按照扭、剪公式计算相应配筋,十一、弯剪扭构件承载力公式应用 1. 基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面为例-步骤二：受弯钢筋,按照单筋矩形截面受弯构件的正截面承载力计算公式计算受弯钢筋（纵筋）,十一、弯剪扭构件承载力公式应用 1. 基于承载力的截面设计,矩形截面或箱形截面为例-步骤三：截面配筋,十一、弯剪扭构件承载力公式应用 2.既有构件截面承载力,矩形截面或箱形截面-步骤一：抗弯承载力,确定抗弯和抗扭纵筋,确定抗弯承载力,十一、弯剪扭构件承载力公式应用 2.既有构件截面承载力,矩形截面或箱形截面-步骤二：确定抗扭、抗剪箍筋,十一、弯剪扭构件承载力公式应用 2.既有构件截面承载力,矩形截面或箱形截面-步骤三：确定扭剪承载力,按照相关公式求Vu、Tu,
