混凝土结构基本原理第2版教学课件作者马芹永a9课件.pptVIP

混凝土结构设计原理 Design Principle for Concrete Structure 讲课教师：马芹永 博士、教授、博导 0554-6668045， qyma@aust.edu.cn 第九章 受扭构件扭曲截面受扭承载力计算 受扭构件 第九章 受扭构件 Torsion Members 9.1 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 受扭构件 ◆ 构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出 ◆ 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 Equilibrium Torsion 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，扭矩大小与受扭够的抗扭刚度有关， 称为约束扭转Compatibility Torsion。 对于约束扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性性质，扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，需要考虑内力重分布进行扭矩计算。 受扭构件 受扭构件 9.2 开裂扭矩 一、开裂前的应力状态 裂缝出现前，钢筋混凝土纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低，可忽略钢筋的影响。 矩形截面受扭构件在扭矩T作用下截面上的剪应力分布情况，最大剪应力tmax发生在截面长边中点 受扭构件 ◆ 由材料力学知，构件侧面的主拉应力stp和主压应力scp相等。 ◆ 主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。 ◆ 当主拉应力达到混凝土抗拉强度时，在构件中某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。 ◆ 对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲曲面。 二、矩形截面开裂扭矩 按弹性理论，当主拉应力stp = tmax= ft时 按塑性理论，对理想弹塑性材料，截面上某一点达到强度时并不立即破坏，而是保持极限应力继续变形，扭矩仍可继续增加，直到截面上各点应力均达到极限强度，才达到极限承载力。 此时截面上的剪应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为ft，分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩为， 受扭构件 ◆ 混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料。 ◆ 达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是介于Tcr,e和Tcr,p之间。 ◆ 为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。 ◆ 根据实验结果，修正系数在0.87~0.97之间，《规范》为偏于安全起见，取 0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为 截面受扭塑性抵抗矩 受扭构件 受扭构件 箱形截面 ◆ 封闭的箱形截面，其抵抗扭矩的作用与同样尺寸的实心截面基本相同。 ◆ 实际工程中，当截面尺寸较大时，往往采用箱形截面，以减轻结构自重，如桥梁中常采用的箱形截面梁。 ◆ 为避免壁厚过薄对受力产生不利影响，规定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6 受扭构件 带翼缘截面 受扭构件 带翼缘截面 有效翼缘宽度应满足bf ≤b+6hf 及bf ≤b+6hf的条件，且hw/b≤6。 一、开裂后的受力性能 ■ 由前述主拉应力方向可见，受扭构件最有效的配筋应形式是沿主拉应力迹线成螺旋形布置。 ■ 但螺旋形配筋施工复杂，且不能适应变号扭矩的作用。 ■ 实际受扭构件的配筋是采用箍筋与抗扭纵筋形成的空间配筋方式。 受扭构件 9.3 纯扭构件的承载力计算 ■ 开裂前，T-q 关系基本呈直线关系。 ■ 开裂后，由于部分混凝土退出受拉工作，构件的抗扭刚度明显降低，T-q 关系曲线上出现一不大的水平段。 ■ 对配筋适量的构件，开裂后受扭钢筋将承担扭矩产生的拉应力，荷载可以继续增大，T-q 关系沿斜线上升，裂缝不断向构件内部和沿主压应力迹线发展延伸，在构件表面裂缝呈螺旋状。 受扭构件 受扭构件 ■ 当接近极限扭矩时，在构件长边上有一条裂缝发展成为临界裂缝，并向短边延伸，与这条空间裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，T-q 关系曲线趋于水平。 ■ 最后在另一个长边上的混凝土受压破坏，达到极限扭矩。 二、破坏特征 按照配筋率的不同，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。 ◆ 对于箍筋和纵筋配置都合适的情况，与临界（斜）裂缝相交的钢筋都能先达到屈服，然后混凝土压坏，与受弯适筋梁的破坏类似，具有一定的延性。破坏时的极限扭矩与配筋量有关。 ◆ 当配筋数量过少时，配筋不足以承担混凝土开裂后释放的拉应力，一旦开裂，将导致扭转角迅速增大，与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的抗拉强度。 ◆ 当箍筋和纵筋配置都过大时，则会在钢筋屈服前混凝土就压坏，为受压脆性破坏。受扭