第5章--受扭构件承载力公开课教案课件.ppt
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1、第五章钢筋混凝土受扭构件第五章钢筋混凝土受扭构件构件中的扭矩可以直接由荷构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出静力平衡求出平衡扭转 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。5.1概述5.1.1受扭构件扭转第五章钢筋混凝土受扭构件在超静定在超静定结构,扭矩是由相构,扭矩是由相邻构件的构件的变形受到形受到约束而束而产生的,生的,扭矩大小与受扭构件的抗扭扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关度有关 约束扭束扭转或或协调扭扭转。5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件平衡扭转约束扭转5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件5.1.2.5.1.2.纯扭构件的破坏形态(一)、开裂前的(一)、开
2、裂前的应力状力状态 截面受扭截面受扭弹性抵抗矩性抵抗矩在纯扭矩作用下,无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质。1)无筋矩形截面截面长边中点剪应力最大在截面四角点处剪应力为零5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件5.1.2.5.1.2.纯扭构件的破坏形态(一)、开裂前的(一)、开裂前的应力状力状态 截面受扭截面受扭弹性抵抗矩性抵抗矩在纯扭矩作用下,无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质。1)无筋矩形截面截面长边中点剪应力最大在截面四角点处剪应力为零5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件矩形截面的扭曲变形及应力分布图5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件当截面长边中点附近最
3、大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时,构件就会开裂。随着扭矩的增加,裂缝与构件纵轴线成450角向相邻两个面延伸,最后构件三面开裂,一面受压,形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂,破坏突然,属于脆性破坏,抗扭承载力很低。5.1概述弯、扭纯扭第五章钢筋混凝土受扭构件当构件配筋适中时,荷载可继续增加,随之在构件表面形成连续或不连续的与纵轴线成约3555的螺旋形裂缝。扭矩达到一定值时,某一条螺旋形裂缝形成主裂缝,与之相交的纵筋和箍筋达到屈服强度,截面三边受拉,一边受压,最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。2)钢筋混凝土矩形截面 破坏面呈一空破坏面呈一空间扭曲曲面扭曲曲面受扭受扭
4、钢筋筋纵向受扭向受扭钢筋筋受扭箍筋受扭箍筋5.1概述当扭矩很小时,混凝土未开裂,钢筋拉应力也很低,构件受力性能类似于无筋混凝土截面。随着扭矩的增大,在某薄弱截面的长边中点首先出现斜裂缝,此时扭矩稍大于开裂扭矩Tcr。斜裂缝出现后,混凝土卸载,裂缝处的主拉应力主要由钢筋承担,因而钢筋应力突然增大。第五章钢筋混凝土受扭构件(二)截面破坏的几种形态1)少筋破坏当纵筋和箍筋中只要有一种配置不足时便会出现此种破坏。斜裂缝一旦出现,其中配置不足的钢筋便会因混凝土卸载很快屈服,使构件突然破坏。破坏属于脆性破坏,类似于粱正截面承载能力时的少筋破坏。设计中通过规定抗扭纵筋和箍筋的最小配筋率来防止少筋破坏。一旦开
5、裂,将一旦开裂,将导致致扭扭转角迅速增大角迅速增大,构件随即破坏。构件随即破坏。与受弯少筋梁与受弯少筋梁类似,似,呈受拉脆性破坏特征呈受拉脆性破坏特征5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件2)适筋破坏)适筋破坏与与临界(斜)裂界(斜)裂缝相交的相交的钢筋,都筋,都能先达到屈服,然后混凝土能先达到屈服,然后混凝土压坏,坏,当构件纵筋和箍筋都配置适中时出现此种破坏。从斜裂缝出现到构件破坏要经历较长的阶段,有较明显的破坏预兆,与受弯适筋梁的破坏类似,因而破坏具有一定的延性。3)部分超筋破坏当纵筋或箍筋其中之一配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎,配置过多的钢筋达不到屈服,破坏过程有一定的延性,但较
6、适筋破坏的延性差。5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件2)适筋破坏)适筋破坏与与临界(斜)裂界(斜)裂缝相交的相交的钢筋,都筋,都能先达到屈服,然后混凝土能先达到屈服,然后混凝土压坏,坏,当构件纵筋和箍筋都配置适中时出现此种破坏。从斜裂缝出现到构件破坏要经历较长的阶段,有较明显的破坏预兆,与受弯适筋梁的破坏类似,因而破坏具有一定的延性。3)部分超筋破坏当纵筋或箍筋其中之一配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎,配置过多的钢筋达不到屈服,破坏过程有一定的延性,但较适筋破坏的延性差。5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件 4)超筋破坏当纵筋和箍筋都配置过多时出现此种破坏。破坏时混凝土被压碎,而纵筋和
7、箍筋都不屈服,破坏突然,因而延性差,类似于梁正截面设计时的超筋破坏。设计中通过规定最大配筋率或限制截面最小尺寸来避免。箍筋箍筋和和纵筋筋配置都配置都过大大在在钢筋屈服前混凝土就筋屈服前混凝土就压坏,坏,为受受压脆性破坏。脆性破坏。与受弯超筋梁与受弯超筋梁类似似部分超筋破坏部分超筋破坏箍筋和受扭箍筋和受扭纵筋两部分配置不筋两部分配置不协调5.1概述第五章钢筋混凝土受扭构件5.2矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力5.2.1开裂扭矩开裂扭矩按按弹性理性理论按塑性理按塑性理论考考虑混凝土的混凝土的弹塑性性塑性性质 截面受扭塑性抵抗矩截面受扭塑性抵抗矩0.7考虑到混凝土非完全塑性材料的强度降低系数bh5
8、.2 矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力 第五章钢筋混凝土受扭构件钢筋混凝土纯扭构件的试验结果表明,构件的抗扭承载力由混凝土的抗扭承载力和箍筋与纵筋的抗扭承载力两部分构成,即:TU=Tc+Ts由前述纯扭构件的空间桁架模型可以看出,混凝土的抗扭承载力和箍筋与纵筋的抗扭承载力并非彼此完全独立的变量,而是相互关联的。因此,应将构件的抗扭承载力作为一个整体来考虑。对于混凝土的抗扭承载力Tc,可以借用Wtft作为基本变量;而对于箍筋与纵筋的抗扭承载力Ts,则根据空间桁架模型以及试验数据的分析,选取箍筋的单肢配筋承载力Ast1fyv/S与截面核芯部分面积Acor的乘积作为基本变量,再用来反映纵筋与箍筋的共
9、同工作,于是式(Tc+Ts)可进一步表达为:5.2.2.矩形截面矩形截面纯扭构件承扭构件承载力力规范采用的方法是先确定有关的基本变量,然后根据大量的实测数据进行回归分析,从而得到抗扭承载力计算的经验公式。5.2 矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力 第五章钢筋混凝土受扭构件式中和两系数1、2可由实验数据确定。为便于分析,将上式两边同除以ftWt得分别为纵、横坐标如图建立无量纲坐标系,并标出纯扭试件的实测抗扭承载力结果。由回归分析可求得抗扭承载力的双直线表达式,即图中AB和BC两段直线。纯扭构件抗扭承载力试验数据图5.2 矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力 其中,B点以下的试验点一般具有适筋构件的
10、破坏特征,BC之间的试验点一般具有部分超配筋构件的破坏特征,C点以上的试验点则大都具有完全超配筋构件的破坏特征。第五章钢筋混凝土受扭构件考虑到设计应用上的方便,规范采用一根略为偏低的直线表达式,即与图中直线AC相应的表达式。在式中取10.35,21.2。如进一步写成极限状态表达式,则矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的抗扭承载力计算公式为 纯扭构件抗扭承载力试验数据图这就是根据变角度空间模型或扭曲破坏面极限平衡理论,矩形截面纯扭构件抗扭承载力计算公式。5.2 矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力 0.35规范受扭承载力计算公式第五章钢筋混凝土受扭构件考虑到设计应用上的方便,规范采用一根略为偏低的直线表达
11、式,即与图中直线AC相应的表达式。在式中取10.35,21.2。如进一步写成极限状态表达式,则矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的抗扭承载力计算公式为 纯扭构件抗扭承载力试验数据图这就是根据变角度空间模型或扭曲破坏面极限平衡理论,矩形截面纯扭构件抗扭承载力计算公式。5.2 矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的承载力 0.35规范受扭承载力计算公式第五章钢筋混凝土受扭构件 扭矩扭矩设计值设计值;混凝土的抗拉混凝土的抗拉强度度设计值;截面的抗扭塑性抵抗矩截面的抗扭塑性抵抗矩;箍筋的抗拉箍筋的抗拉强度度设计值;箍筋的箍筋的单单肢截面面肢截面面积积;箍筋的箍筋的间间距;距;截面核芯部分的面截面核芯部分的面积积,和和分
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