結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理第五章受扭構(gòu)件

1、第5章 受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,5.1 概述 5.2 純扭構(gòu)件的試驗(yàn)研究 5.3 純扭構(gòu)件承載力計(jì)算 5.4 在彎扭剪共同作用下受扭扭構(gòu)件承載力計(jì)算 5.5 構(gòu)造要求,5.1 概述,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,工程實(shí)例 曲線梁橋,曲線梁示意圖,5.2 受扭構(gòu)件的試驗(yàn)研究,5.2.1 矩形截面純扭構(gòu)件的受力性能,最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力max發(fā)生在截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)處，由產(chǎn)生的主拉應(yīng)力tp和主壓應(yīng)力cp，作用在與構(gòu)件軸線成45的方向。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,矩形截面純扭構(gòu)件,混凝土中應(yīng)配置抗扭鋼筋，為了最有效地發(fā)揮抵抗扭矩作用，抗扭鋼筋應(yīng)做成與構(gòu)件軸線成45角的螺旋鋼筋，其方向與主拉應(yīng)力方

2、向一致。但這種螺旋鋼筋施工復(fù)雜，也不能適應(yīng)扭矩方向的改變，實(shí)際工程采用沿構(gòu)件截面周邊均勻?qū)ΨQ布置的縱向鋼筋和沿構(gòu)件長(zhǎng)度方向均勻布置的封閉箍筋作為抗扭鋼筋。,鋼筋混凝土純扭構(gòu)件在混凝土開裂以前鋼筋應(yīng)力是很小的，所配置的抗扭鋼筋不能有效地提高受扭構(gòu)件的開裂扭矩，但卻能較大幅度地提高受扭構(gòu)件破壞時(shí)的極限扭矩值。,第6章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,第一條裂縫出現(xiàn)在構(gòu)件的長(zhǎng)邊（側(cè)面）中點(diǎn)m，與構(gòu)件軸線成450方向，斜裂縫出現(xiàn)后逐漸變寬以螺旋型發(fā)展到構(gòu)件頂面和底面，在頂面也大致沿450方向延伸到b點(diǎn)和d點(diǎn)，形成三面受拉開裂，一面受壓（cd側(cè)）的空間斜曲面，直到cd面混凝土壓壞，破壞面是一空間扭曲裂面，

3、構(gòu)件破壞突然，為脆性破壞 。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,5.2.2 矩形截面純扭構(gòu)件的破壞特征,適筋破壞（箍筋和縱筋配置都合適）,在正常配筋的條件下，隨著外扭矩不斷增加，抗扭縱筋和箍筋相繼達(dá)到屈服強(qiáng)度，然后主裂縫迅速開展，最后促使混凝土受壓面被壓壞，構(gòu)件破壞，屬延性破壞，與受彎構(gòu)件適筋梁類似。,適筋構(gòu)件受力狀態(tài)作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,少筋破壞（箍筋和縱筋配置數(shù)量過少時(shí)）,當(dāng)抗扭鋼筋過少時(shí)，混凝土開裂后，由于鋼筋沒有足夠的能力承受混凝土開裂后卸給它的那部分彎矩，鋼筋快速達(dá)到屈服強(qiáng)度并進(jìn)入強(qiáng)化階段，破壞扭矩與開裂扭矩接近，破壞無預(yù)兆，屬于脆性破壞。,為了

4、防止這種少筋破壞，規(guī)范規(guī)定，受扭箍筋和縱向受扭鋼筋的配筋率不得小于各自的最小配筋率，并應(yīng)符合受扭鋼筋的構(gòu)造要求。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,超筋破壞（箍筋和縱筋配置數(shù)量過多時(shí)）,當(dāng)縱向鋼筋和箍筋配置過多或混凝土強(qiáng)度等級(jí)太低，隨著外扭矩的增加，構(gòu)件混凝土先被壓縮導(dǎo)致構(gòu)件破壞。而縱筋和箍筋都沒有達(dá)到屈服強(qiáng)度，鋼筋未充分發(fā)揮作用，屬脆性破壞。,為了避免此種破壞，規(guī)范對(duì)構(gòu)件的截面尺寸作了限制，間接限定抗扭鋼筋最大用量。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,如果縱筋和箍筋比率相差較大，在破壞時(shí)發(fā)生縱筋和箍筋不能同時(shí)達(dá)到屈服強(qiáng)度情況，此類構(gòu)件稱部分超配筋

5、構(gòu)件。部分超配筋構(gòu)件破壞時(shí)，具有一定延性，但較適筋構(gòu)件延性小。,部分超筋破壞,5.3 純扭構(gòu)件承載力計(jì)算,1 矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件,開裂扭矩Tcr,由于受扭構(gòu)件混凝土即將出現(xiàn)裂縫時(shí)，混凝土極限拉應(yīng)變很小，鋼筋的應(yīng)力很小，鋼筋的配置對(duì)構(gòu)件提高開裂扭矩作用不大，因此在進(jìn)行開裂扭矩計(jì)算時(shí)可忽略鋼筋的影響，按素混凝土構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算, 彈性分析（圖a）： 將混凝土視為彈性材料，按材料力學(xué)公式, 塑性分析（圖b）： 將混凝土視為理想的塑性材料,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,混凝土是介于二者之間的彈塑性材料，對(duì)于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，具有一定的塑性性質(zhì)；對(duì)于高

6、強(qiáng)度等級(jí)混凝土，其脆性顯著增大，截面上混凝土剪應(yīng)力不會(huì)出現(xiàn)理想塑性材料那樣完全的應(yīng)力重分布，而且混凝土應(yīng)力也不會(huì)全截面達(dá)到抗拉強(qiáng)度ft。 故實(shí)際梁的扭矩抗力介于彈性分析和塑性分析結(jié)果之間。,采用理想塑性材料理論計(jì)算值乘以一個(gè)降低系數(shù)。規(guī)范統(tǒng)一取為0.7，故開裂扭矩計(jì)算公式為：,按彈性理論計(jì)算的Tcr比試驗(yàn)值低，按塑性理論計(jì)算的Tcr比試驗(yàn)值高。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,矩形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件承載力計(jì)算,變角空間桁架理論簡(jiǎn)介,混凝土受扭構(gòu)件，其核心部分混凝土對(duì)產(chǎn)生抵抗扭矩貢獻(xiàn)甚微，因此可以將其計(jì)算簡(jiǎn)圖簡(jiǎn)化為等效箱形截面。由四周側(cè)壁混凝土、箍筋、縱向鋼筋組成空間受力結(jié)構(gòu)體系。,每

7、個(gè)側(cè)壁受力狀況相當(dāng)于一個(gè)平面桁架，縱筋為桁架的弦桿，箍筋為桁架的豎腹桿，斜裂縫間的混凝土為桁架的斜腹桿。斜裂縫與構(gòu)件軸線夾角會(huì)隨抗扭縱筋與箍筋的強(qiáng)度比值的變化而變化（故稱為變角）,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,基本假定：,混凝土只承受壓力，具有螺紋形裂縫的混凝土外殼組成桁架的斜壓桿；,縱筋和箍筋只承受拉力，分別構(gòu)成桁架的弦桿和腹桿；,忽略截面核心部分混凝土產(chǎn)生抵抗扭矩作用以及鋼筋的銷栓作用。 （這一點(diǎn)最重要）,根據(jù)變角空間桁架模型，由試驗(yàn)結(jié)果，提出了由混凝土承擔(dān)的扭矩Tc和鋼筋承擔(dān)的扭矩Ts兩項(xiàng)相加的設(shè)計(jì)計(jì)算公式截面抗扭承載力為：,關(guān)于鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的計(jì)算，是建立在變角空間桁架模型

8、的基礎(chǔ)之上的。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,規(guī)范矩形截面抗扭承載力計(jì)算公式：,Td扭矩設(shè)計(jì)值； ftd混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Wt截面的抗扭塑性抵抗矩； fsv箍筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Asv1箍筋的單肢截面面積； Sv箍筋的間距； Acor截面核芯部分的面積； Acor =bcor hcor 抗扭縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,抗扭縱筋與箍筋的配筋強(qiáng)度比。,Astl對(duì)稱布置在截面周邊的全部抗扭縱筋的截面面積； fsv抗扭縱筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； ucor核心截面部分的周長(zhǎng)，,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,公路橋規(guī)規(guī)定： 值得范圍應(yīng)符合0.6 1

9、.7，當(dāng) 1.7時(shí)，取1.7。,公路橋規(guī)規(guī)定：應(yīng)用上述公式的限制條件: (1)抗扭鋼筋的上限值 (2)抗扭鋼筋的下限值,2 T形和工字形截面純扭構(gòu)件承載力計(jì)算,對(duì)于T形、I形截面構(gòu)件，可將其截面視為由若干個(gè)矩形截面組成。當(dāng)構(gòu)件受扭整個(gè)截面轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，組成截面的各矩形分塊也將各自扭轉(zhuǎn)相同的角度，構(gòu)件的截面受扭塑性抵抗矩Wt為,Wtw 腹板部分矩形截面的受扭塑性抵抗拒； Wtf 受壓區(qū)翼緣矩形截面的受扭塑性抵抗矩； Wtf 受拉區(qū)翼緣矩形截面的受扭塑性抵抗矩。,T形和I形截面劃分為矩形截面的原則是首先滿足腹板矩形的完整性，再劃分受壓翼緣和受拉翼緣。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,計(jì)算時(shí)取用的

10、翼緣寬度尚應(yīng)符合bf b+6hf 及bf b+6 hf的規(guī)定，且hw/b6。,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,計(jì)算原則：,剪力全部由腹板承擔(dān)；,扭矩由腹板、受拉翼緣和受壓翼緣共同承受，并按各部分截面的抗扭塑性抵抗矩分配。,腹板：,受壓翼緣：,受拉翼緣：,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,3 箱形截面鋼筋混凝土純扭構(gòu)件,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,bcor,tw,tw,bh,hh,hcor,hw,t w,t w,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,5.4 在彎扭剪共同作用下受扭扭構(gòu)件承載力計(jì)算,5.4.1 純扭構(gòu)件承載力計(jì)算,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,5.4.2 矩形截面剪扭和彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算,1 剪扭構(gòu)件,1.抗剪承載力,2.抗扭承載力,公式,第5章 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件承載力計(jì)算,3 彎剪扭構(gòu)件,(1)抗縱向鋼筋按受彎構(gòu)件正截面受彎承載力計(jì)算所需的鋼筋截面面積配置在受拉區(qū)邊緣；,(2)按剪扭構(gòu)件計(jì)算縱向鋼筋和箍筋，即按抗扭承載力計(jì)算所