受扭构件承载力计算.ppt

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1、,5 受扭构件承载力计算Flexural Strength of Reinforced Concrete,提纲(syllabus)：5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的承载力计算5.3 T形和I形截面受扭构件5.4 箱形截面受扭构件5.5 构造要求,第5章 受扭构件承载力计算,概 述,受扭构件也是一种基本构件 两类受扭构件：平衡扭转 约束扭转,第5章 受扭构件承载力计算,桥梁工程中的弯梁桥斜梁桥（板）等不仅有弯矩剪力还存在有扭矩作用。实际工程中的构件，会同时作用有弯矩剪力和扭矩。即弯、剪、扭共同作用。,5 受扭构件承载力计算,构件中的扭矩可以直接由

2、荷载静力平衡求出 受扭构件必须提供足够的抗扭承载力，否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏。,平衡扭转,第5章 受扭构件承载力计算,在超静定结构，扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关，称为约束扭转,约束扭转,第5章 受扭构件承载力计算,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,图52为配置箍筋和纵筋的钢筋混凝土受扭构件从加载到破坏的扭矩和扭转角的关系曲线,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,钢筋混凝土构件抗扭性能的两个指标：1）构件的开裂扭矩 2）构件的破坏扭矩,荷载增加接近极限扭矩，在构件截面长边上的斜

3、裂缝中有一条发展为临界裂缝。,纯扭构件开裂前的剪应力状态,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,弹塑性理论:截面上各点应力均达到屈服强度时,构件达到极限承载力，此时截面上的剪应力分布如图5-5(a)所示。,计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可得塑性总极限扭矩为,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,假定矩形截面进入全塑性状态，计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可得塑性总极

4、限扭矩为,第5章 受扭构件承载力计算,假定矩形截面进入全塑性状态，计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可得塑性总极限扭矩为,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,开裂扭矩,按弹性理论,按塑性理论,考虑混凝土的弹塑性性质,截面受扭塑性抵抗矩,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏

5、特征,抗扭钢筋的配置对矩形截面的抗扭能力有很大影响，实际工程中，采用箍筋和纵向钢筋组成的骨架来承担扭矩：1）箍筋直接抵抗主拉应力 2）纵向钢筋抵抗纵向分力并抑制斜裂缝的展开,破坏面呈一空间扭曲曲面,开裂情况、破坏面及受扭钢筋形式,第5章 受扭构件承载力计算,5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征,破坏形态,随着配置钢筋数量的不同，受扭构件的破坏形态也可分为：适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏,第5章 受扭构件承载力计算,（2）少筋破坏,当配筋数量过少时,一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，,构件随即破坏。,与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征,第5章 受扭构件承载力计算,5.1.2 矩形截面纯扭构件的破

6、坏特征,第5章 受扭构件承载力计算,5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征,第5章 受扭构件承载力计算,5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征,抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比,规范建议取0.6z 1.7，将不会发生“部分超筋破坏”设计中通常取z=1.01.2,受扭计算中对称布置在截面周边的全部抗扭纵筋的截面面积；,受扭纵筋的抗拉强度设计值；,截面核芯部分的周长，,第5章 受扭构件承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,纯扭构件的承载力理论,第5章 受扭构件承载力计算,（1）变角度空间桁架模型,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,纯扭构件的承载力理论,第5

7、章 受扭构件承载力计算,变角度空间桁架模型基本假定,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，倾角；纵筋和箍筋只承受拉力，分别形成桁架的弦杆和腹杆；忽略核心混凝土的抗扭作用和钢筋的销栓作用。,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩,第5章 受扭构件承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,（1）变角度空间桁架模型,导出：抗扭承载力,忽略核心混凝土的抗扭作用 箱形截面或薄壁管构件,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,纯扭构件的承载力理论,第5章 受扭构件承载力计算,（2）斜弯曲破坏理论（扭曲破坏面极限平衡理论）,第5章 受扭构件承载力计算,（2

8、）斜弯曲破坏理论（扭曲破坏面极限平衡理论）,假定通过扭曲裂面的纵向钢筋、箍筋在构件破坏时均已达到其屈服强度。受压区高度近似取两倍的保护层厚度，即受压中心位于箍筋处。混凝土的抗扭能力忽略不计，扭矩全部由抗扭纵筋和箍筋承担。假定抗扭纵筋沿构件核心周边对称、均匀布置，抗扭箍筋沿构件轴线方向等距离布置，且均锚固可靠。,基本假定,抗扭承载力,第5章 受扭构件承载力计算,（2）斜弯曲破坏理论（扭曲破坏面极限平衡理论）,5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算,公路桥规对矩形截面纯扭构件的承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,规范矩形截面受扭承载力计算公式,为纯扭构件的配筋强度比，公路桥规规定钢筋混凝土构件

9、的应符合0.61.7，当1.7时，取=1.7。,第5章 受扭构件承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,（1）抗扭钢筋的上限值,公路桥规矩形截面纯扭构件的抗扭承载力计算的限制条件,公路桥规规定钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的截面尺寸应符合,第5章 受扭构件承载力计算,（2）抗扭钢筋的下限值,公路桥规矩形截面纯扭构件的抗扭承载力计算的限制条件,公路桥规规定钢筋混凝土矩形截面纯扭构件满足下式要求时可以按构造（最小配筋率）配置抗扭钢筋,第5章 受扭构件承载力计算,最小配筋率,公路桥规矩形截面纯扭构件的抗扭承载力计算的限制条件,公路桥规规定纯扭构件的箍筋配筋率,纵向钢筋配筋率,5.2 在弯、剪、扭共同作用

10、下矩形构件的承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,、弯、剪、扭的破坏类型,在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，构件的受力性能十分复杂。构件的破坏特征及承载能力与外部荷载条件和构件内在因素有关,外部荷载条件,构件内在因素构件截面形状、尺寸、配筋及材料强度,5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形构件的承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,、弯、剪、扭的破坏类型,图示对称配筋截面构件破坏时的扭矩和弯矩相对关系图,5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形构件的承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,、弯、剪、扭的破坏类型,第5章 受扭构件承载力计算,、弯、剪、扭的破坏类型,1）第I类型（弯型）受压区在构件的顶面

11、,对于弯、扭共同作用的构件，当扭弯比较小时，弯矩起主导作用。,第5章 受扭构件承载力计算,、弯、剪、扭的破坏类型,扭矩和剪力起控制作用，特别是扭剪比较大时。,2）第II类型（弯扭型）受压区在构件的一个侧面,第5章 受扭构件承载力计算,、弯、剪、扭的破坏类型,3）第III类型（扭型）受压区在构件的底面,当扭弯比较大时，顶部纵筋明显少于底部纵筋时，顶部纵筋先于底部纵筋屈服。,第5章 受扭构件承载力计算,5.2.1 弯、剪、扭的破坏类型,不同扭剪比的破坏形态,试验表明：在弯矩、剪力和扭矩的共同作用下，各项承载力是相互关联的，其相互影响十分复杂。为了简化，规范偏于安全地将受弯所需的纵筋与受扭所需纵筋分

12、别计算后进行叠加，而对剪扭作用为避免混凝土部分的抗力被重复利用，考虑混凝土项的相关作用，箍筋的贡献则采用简单叠加方法。,5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形构件的承载力计算,第5章 受扭构件承载力计算,5.2.2 弯剪扭构件的计算方法,规范 计算中的简化处理 将受弯与受扭所需纵筋分别计算后进行叠加 对剪扭作用考虑混凝土项的相关作用 受扭箍筋和受剪箍筋采用简单叠加方法,第5章 受扭构件承载力计算,1）受剪扭构件的承载力计算,5.2.2 弯剪扭构件的计算方法,公路桥规公式 根据有关试验资料，对在剪、扭共同作用下矩形截面构件的抗剪和抗扭承载力按下列公式进行计算,剪扭作用下混凝土项的相关关系,为剪扭构件

13、的混凝土抗扭承载力降低系数,第5章 受扭构件承载力计算,1）受剪扭构件的承载力计算,5.2.2 弯剪扭构件的计算方法,第5章 受扭构件承载力计算,1）受剪扭构件的承载力计算,5.2.2 弯剪扭构件的计算方法,第5章 受扭构件承载力计算,2）抗剪扭配筋的 上下限,5.2.2 弯剪扭构件的计算方法,(1)截面限制条件：抗剪扭钢筋的上限,公路桥规规定，在弯、剪、扭共同作用下，矩形截面构件的截面尺寸必须符合：,第5章 受扭构件承载力计算,2）抗剪扭配筋的 上下限,5.2.2 弯剪扭构件的计算方法,(2)最小配筋与构造配筋限制条件：抗剪扭钢筋的下限,当公路桥规规定，在剪扭构件的箍筋配筋率应满足：,第5章

14、 受扭构件承载力计算,2）抗剪扭配筋的上下限,2最小配筋与构造配筋限制条件：抗剪扭钢筋的下限,纵向受力钢筋配筋率应满足：,构造配筋：公路桥规规定，矩形截面承受弯、剪、扭的构件，符合下述条件时，可按构造配置钢筋：,矩形截面弯剪扭构件的承载力计算可按以下步骤进行：,按受弯构件单独计算在弯矩作用下所需的受弯纵向钢筋截面面积,及,(2)按抗剪承载力计算需要的抗剪箍筋,第5章 受扭构件承载力计算,3）在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋计算,(3)按抗扭承载力计算需要的抗扭箍筋,(4)按抗扭纵筋与箍筋的配筋强度比关系，确定抗扭纵筋,第5章 受扭构件承载力计算,3）在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋计算,(

15、5)按照叠加原则计算抗弯剪扭总的纵筋和箍筋用量,第5章 受扭构件承载力计算,3）在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋计算,有效翼缘宽度应满足bf b+6hf 及bf b+6hf的条件，且hw/b6。,T形和工字形截面纯扭构件,腹板：,受压翼缘：,受拉翼缘：,总扭矩T由腹板、受压翼缘和受拉翼缘三个矩形块承担,第5章 受扭构件承载力计算,5.3 T形和I字形截面受扭构件,第5章 受扭构件承载力计算,T形和工字形截面纯扭构件,第5章 受扭构件承载力计算,箱形截面受扭承载力计算,当箱形截面壁厚与计量方向的宽度之比满足：,图5-14 箱形截面,5.4 箱形截面截面受扭构件,箱形截面受扭构件的抗扭承载力按相

16、同外形尺寸的带翼缘的矩形截面进行计算。（将箱形空洞部分视为实体）,5.4 箱形截面截面受扭构件,第5章 受扭构件承载力计算,箱形截面受扭承载力计算,图5-14 箱形截面,当箱形截面壁厚与计量方向的宽度之比满足：,考虑箱壁尺寸的减薄，其抗扭承载力较同尺寸带翼缘的矩形实心梁有所降低规范给出如下的计算公式当箱形截面,5.4 箱形截面截面受扭构件,第5章 受扭构件承载力计算,箱形截面受扭承载力计算,当箱形截面壁厚与计量方向的宽度之比：,5.5 构造要求,受扭构件的配筋构造要求,第5章 受扭构件承载力计算,（1）纵筋,受扭纵筋应对称设置于截面的周边，不少于4根，间距不宜大于300mm，直径不应小于8mm。端部应有足够的锚固长度，伸入支座长度应按充分利用强度的受拉钢筋考虑。,（2）箍筋,箍筋的最小直径和最大间距要满足：直径：不小于8mm和1/4主钢筋直径；间距：不大于梁高1/2且不大于400mm，且不宜大于抗剪箍筋的最大间距。,箍筋要采用封闭式。,第5章 受扭构件承载力计算,例题,第5章 受扭构件承载力计算,例题,第5章 受扭构件承载力计算,例题,第5章 受扭构件承载力计算,例题,第5章 受扭构件承载力计算,例题,第5章 受扭构件承载力计算,例题,第5章 受扭构件承载力计算,例题,思考题部分 5-1、2、3,本章作业：,第5章 受扭构件承载力计算,