混凝土结构与砌体结构第2版教学课件作者赵维霞项目5.ppt

混凝土结构与砌体结构第2版教学课件作者赵维霞项目5.ppt

《混凝土结构与砌体结构第2版教学课件作者赵维霞项目5.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《混凝土结构与砌体结构第2版教学课件作者赵维霞项目5.ppt（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

项目5钢筋混凝土受扭构件设计,任务5.1受扭构件的分类任务5.2纯扭构件的承载力计算任务5.3弯剪扭构件的承载力计算,返回,任务.受扭构件的分类,扭转是结构构件受力的一种基本形式。

构件截面受有扭矩，截面就要受扭。

受扭构件是指处于扭矩作用下的受力构件。

钢筋混凝土结构中，构件受到的扭矩作用通常可分为两类：

第一类是由荷载作用直接引起，并且由结构的平衡条件所确定的扭矩，它是维持结构平衡不可缺少的主要内力之一，通常称这类扭矩为“平衡扭矩”。

常见的这一类扭矩作用的构件有雨篷梁图-（）和吊车横向制动力作用下的吊车梁图-（）等。

第二类是由于相邻构件的弯曲转动受到支承梁的约束，在支承梁内引起的扭转，其扭矩由于梁的开裂会产生内力重分布而减小，这类扭矩一般称为“变形协调扭矩”，其值不能仅由平衡条件得出，需结合变形协调条件才能求得。

下一页,返回,任务.受扭构件的分类,在实际工程中，承受扭矩作用的构件，大多数情况下还同时承受弯矩、剪力的共同作用，如雨篷梁、吊车横向制动力作用下的吊车梁等。

因此，受扭构件承载力计算，实质上是一个弯剪扭的复合受力计算问题。

为便于分析，本项目首先介绍纯扭构件的承载力计算，然后再介绍弯剪扭共同作用下的承载力计算问题。

上一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,.矩形截面纯扭构件的破坏形态试验表明，素混凝土构件在扭矩作用下，首先在构件一个长边侧面的中点犿附近出现斜裂缝。

该条裂缝沿着与构件轴线约的方向迅速延伸，到达该侧面的上、下边缘a、b两点后，在顶面和底面上大致沿方向继续延伸到c、d两点，形成构件三面开裂一面受压的受力状态。

最后，受压面c、d两点连线上的混凝土被压碎，构件裂断破坏。

破坏面为一个空间扭曲面（图-）。

构件破坏具有突然性，属于脆性破坏。

下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,配有适量纵筋和箍筋的矩形截面构件在扭矩作用下，裂缝出现前，钢筋应力很小，抗裂扭矩T与同截面的素混凝土构件极限扭矩T几乎相等，配置的钢筋对抗裂扭矩T的贡献很少。

裂缝出现后，由于钢筋的存在，构件并不立即破坏，而是随着外扭矩的增加，构件表面逐渐形成大体连续、近于方向呈螺旋式向前发展的斜裂缝（图-），而且裂缝之间的距离从总体来看是比较均匀的。

此时，原由混凝土承担的主拉力大部分由与斜裂缝相交的箍筋和抗扭纵筋承担，构件可以继续承受更大的扭矩。

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,纯扭构件中，最合理的抗扭配筋方式是在构件靠近表面处设置呈方向的螺旋形箍筋，其方向与混凝土的主拉应力方向相平行，也就是与裂缝相垂直，但是螺旋箍筋施工比较复杂，实际上很少采用。

在实际工程中，一般采用靠近构件表面设置的横向箍筋和沿构件周边均匀对称布置的纵向钢筋共同组成抗扭钢筋骨架。

根据试验结果，受扭构件的破坏可分为以下四类。

.少筋破坏当构件中的箍筋和纵筋或者其中之一配置过少，配筋构件的抗扭承载力与素混凝土构件抗扭承载力几乎相等。

这种破坏层脆性，没有任何预兆，在工程设计中应予以避免。

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,因此，应控制受扭构件箍筋和纵筋的最小配筋率。

.适筋破坏当构件中的箍筋和纵筋配置适当时，构件上先后出现多条呈走向的螺旋裂缝，随着与其中一条裂缝相交的箍筋和纵筋达到屈服，该条裂缝不断加宽，形成三面开裂、一边受压的空间破坏面，最后受压边混凝土被压碎，构件破坏。

整个破坏过程有一定的延性和较明显的预兆，工程设计中应设计成具有这种破坏特征的构件。

.部分超筋破坏当构件中的箍筋或纵筋配置过多时，构件破坏前，数量相对较少的那部分钢筋受拉屈服，而另一部分钢筋直到构件破坏仍未能屈服。

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,由于构件破坏时有部分钢筋达到屈服，破坏特征并非完全脆性，所以这类构件在设计中允许采用，但不经济。

.完全超筋破坏当构件中的箍筋和纵筋配置过多时，在两者都未达到屈服前，构件中混凝土被压碎而导致突然破坏。

这类构件破坏具有明显的脆性，工程设计中也应予以避免。

试验研究表明，为了使抗扭箍筋和抗扭纵筋均能得以充分利用，共同发挥抗扭作用，应将两种钢筋的用量比例控制在合理的范围内，采用纵向钢筋与箍筋的配筋强度比值进行控制：

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,.矩形截面纯扭构件的开裂扭矩及承载力计算.矩形截面纯扭构件开裂扭矩计算对于匀质弹性材料，矩形截面在扭矩T的作用下，截面中各点均产生剪应力，其分布规律如图-所示。

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,最大剪应力发生在截面长边的中点，与该点剪应力作用相对应的主拉应力和主压应力分别与构件轴线成方向，其大小均为。

当主拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土将沿主压应力方向开裂，并发展成螺旋形裂缝。

按照弹性理论，当f时的扭矩即为开裂扭矩T，按下列公式计算：

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,对于理想的塑性材料，在弹性阶段，最大剪应力发生在截面长边的中点，当该剪应力达到屈服点时，并不说明构件破坏，仅说明构件开始进入塑性阶段，仍能继续增加荷载，直到截面上的应力全部达到屈服点后，构件才开始丧失承载力而破坏。

这时，截面上的剪应力分布如图-（）所示。

按图-（）所示的应力分布求截面的塑性抗扭承载力。

为便于计算，将截面上的剪应力分成四个部分图-（），计算各部分剪应力的合力及相应组成的力偶，其力偶矩的总和即为开裂扭矩T：

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,由于混凝土既非弹性材料又非理想塑性材料，而是介于两者之间的弹塑性材料，为了计算方便，可按全塑性状态的截面应力分布计算，而将材料强度适当降低。

混凝土结构设计规范（），取混凝土抗拉强度降低系数为，故开裂扭矩的计算公式为：

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,.矩形截面纯扭构件承载力计算.承载力计算公式试验研究结果表明，钢筋混凝土纯扭构件的抗扭承载力由混凝土的抗扭承载力T和钢筋（纵筋和箍筋）的抗扭承载力T两部分组成，即混凝土结构设计规范（）给出矩形截面钢筋混凝土纯扭构件的受扭承载力计算公式为：

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,.公式的适用范围为了保证受扭构件破坏时有一定的延性，设计中应避免出现少筋破坏和超筋破坏，承载力计算公式要满足相应的限制条件：

（）上限值最小截面尺寸。

对于完全超筋破坏，采用控制截面尺寸不能过小的方式来防止，混凝土结构设计规范（）规定的截面尺寸限制条件为：

当h/b时当h/b时（）下限值最小配筋率。

上一页,下一页,返回,任务.纯扭构件的承载力计算,对少筋破坏，用限制最小配筋率来防止，建筑抗震设计规范（）规定，箍筋的最小配筋率应满足：

相应地，纵向抗扭纵筋的最小配筋率应满足：

上一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,.剪扭构件承载力计算同时受到剪力和扭矩作用的构件，其承载力总是低于剪力或扭矩单独作用时的承载力，即存在着剪扭相关性。

剪扭构件的受力性能比较复杂，完全按照其相关关系进行承载力计算是很困难的。

由于受剪承载力和纯扭承载力中均包含混凝土和钢筋两项，混凝土结构设计规范（）在试验研究的基础上，采用混凝土部分相关、钢筋部分不相关的近似计算方法。

箍筋按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别计算其所需箍筋用量，采用叠加配筋方法。

混凝土部分为了防止重复利用而降低承载能力，通过采用降低系数来考虑其相关关系。

一般剪扭构件降低系数的计算公式为,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,.一般剪扭构件（）受剪承载力计算公式。

（）受扭承载力计算公式。

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,.集中荷载作用下的独立剪扭构件（）受剪承载力计算公式。

（）受扭承载力计算公式。

按式（-）计算，但式中降低系数按式（-）得到：

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,在弯矩、剪力和扭矩共同作用下的钢筋混凝土构件，当符合式（-）条件时可不进行构件剪扭承载力计算，但为了防止构件的脆断和保证构件破坏时具有一定的延性，需按构造要求配置纵向钢筋和箍筋。

.弯剪扭构件承载力计算根据前述剪扭构件配筋计算的方法，钢筋混凝土弯剪扭构件配筋计算的一般原则是：

纵向钢筋应按受弯构件正截面受弯承载力和剪扭构件的受扭承载力所需的钢筋截面面积并配置在相应的位置，箍筋应按剪扭构件的受剪承载力和受扭承载力分别按所需的箍筋截面面积并配置在相应的位置。

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,在弯矩、剪力和扭矩共同作用下但剪力或扭矩较小的钢筋混凝土构件，当符合下列条件时，可按相应规定进行承载力计算：

（）当Vfbh或Vfbh（）时，可忽略剪力对构件承载力的影响，仅按受弯构件的正截面承载力和纯扭构件的受扭承载力分别进行计算，按弯矩和扭矩共同作用构件计算配筋后叠加配置。

（）当TfW或TfW时，可忽略扭矩对构件承载力的影响，仅按受弯构件的正截面承载力和斜截面承载力分别进行计算，即按弯矩和剪力共同作用构件计算配筋。

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,.计算公式的适用范围和构造要求.适用范围（）截面限制条件。

为了保证受扭构件截面尺寸不致过小，避免其在破坏时混凝土首先被压碎，混凝土结构设计规范（）规定，截面尺寸的限制条件为：

当h/b时当h/b时,上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,当h/b时，按线性内插法取用。

若不满足上式，则需增大截面尺寸或提高混凝土强度等级。

（）最小配筋率。

混凝土结构设计规范（）规定，弯剪扭构件中箍筋的配筋率应符合式（-），即：

相应地，纵向抗扭纵筋的最小配筋率应满足：

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,弯曲受拉边纵向受拉钢筋的最小配筋量不应小于按受弯构件纵向受拉钢筋最小配筋率计算出的钢筋截面面积与按受扭构件纵向受力钢筋最小配筋率计算，并分配到弯曲受拉边的钢筋截面面积之和。

.构造要求（）箍筋的构造要求。

为了保证箍筋在整个周长上都能充分发挥抗拉作用，必须将其做成封闭式且应沿截面周边布置。

当采用复合箍筋时，位于截面内部的箍筋不应计入受扭所需的箍筋面积；当采用绑扎骨架时，受扭所需箍筋的末端应做成弯钩，弯钩端头平直段长度不应小于d（d为箍筋直径），如图-所示。

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,另外，箍筋的直径和间距还应符合受弯构件对箍筋的有关规定（参见项目）。

（）纵筋的构造要求。

构件中的抗扭纵筋应均匀地沿截面周边对称布置，间距不应大于和梁截面短边长度，在截面的四角必须设有抗扭纵筋。

当支座边作用有较大扭矩时，受扭纵筋应按充分受拉钢筋锚固在支座内。

当受扭纵筋是按计算确定时，纵筋的接头及锚固均应按受拉钢筋的构造要求处理。

.承载力计算步骤,上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,一般情况下，已知构件中的弯矩设计值、剪力设计值和扭矩设计值，并初步选定了截面尺寸和材料强度等级后，弯剪扭构件的承载力计算可按以下步骤进行：

.验算截面尺寸（）按式（-）或式（-）验算构件截面是否满足要求。

如不满足，则应加大构件截面尺寸或提高混凝土的强度等级。

（）满足Vfbh或Vfbh（）条件时，可不考虑剪力作用，只按抗弯和抗扭进行配筋计算。

（）满足式（-）的条件时，不需对构件进行抗剪和抗扭计算，箍筋和抗扭纵筋分别按最小配筋用量的要求配置，同时满足构造要求。

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,（）满足TfW或TfW条件时，可仅按受弯构件的正截面受弯承载力和斜截面受剪承载力分别进行计算。

.确定箍筋用量选取扭矩和剪力相对较大的一个或几个截面，考虑剪扭相关性，分别进行抗扭和抗剪计算。

计算时，首先应选定一个适当的纵筋与箍筋的配筋强度比值，一般可取。

然后按式（-）或式（-）计算系数。

将、和其他数据代入抗剪公式式（-）或式（-）以及抗扭公式式（-），分别求得抗剪所需的单侧箍筋用量As和抗扭所需的单侧箍筋用量A/d。

上一页,下一页,返回,任务.弯剪扭构件的承载力计算,两者相加即可求出单侧箍筋总用量，并考虑有关构造要求选取箍筋直径和间距。

3.确定纵筋用量先由抗弯计算和考虑了剪扭相关性的抗扭计算分别确定所需的纵筋数量。

抗弯