a纯扭构件的扭曲承载力计算讲解PPT课件

第八章受扭构件的扭曲截面承载力受扭构件的基础知识纯扭构件的扭曲承载力计算弯剪扭构件的扭曲截面承载力计算*一、受扭构件的基础知识（一）受扭构件的类型（二）受扭构件横截面边缘点的剪应力方向（三）圆轴扭转的剪应力（四）矩形截面扭转的剪应力公式*扭转是结构承受的五种基本受力状态之一。在钢筋混凝土结构中，大多数情况下都是处于弯矩、剪力和扭转共同作用下的复合受力状态。如下图所示：（一）受扭构件的类型平衡扭转协调扭转*平衡扭转：静定的受扭构件，由荷载产生的扭矩是由构件的静力平衡条件确定而与受扭构件的扭转刚度无关的，称为平衡扭转。（一）受扭构件的类型*协调扭转：对于超静定受扭构件，作用在构件上的扭矩除了静力平衡条件以外，还必须由相邻构件的变形协调条件才能确定的，称为协调扭转。（一）受扭构件的类型*（二）受扭构件横截面边缘点的剪应力方向假设横截面边缘线为光滑曲线， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 皮上没有作用轴向分布的外力，则横截面边缘各点的剪应力方向必然沿着此点边缘线的切线方向。*（二）受扭构件横截面边缘点的剪应力方向假设横截面边缘线为光滑曲线，表皮上没有作用轴向分布的外力，则横截面边缘各点的剪应力方向必然沿着此点边缘线的切线方向。*截面极惯性矩（圆截面）（三）圆轴扭转的剪应力截面极惯性矩（环截面）*（三）圆轴扭转的剪应力截面抗扭系数强度条件*（四）矩形截面扭转的剪应力矩形截面杆受扭时的应力和变形分析，必须借助精确的理论--弹性力学的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 解决，其结论为：（1）横截面边缘各点处的剪应力均平行于截面周边；（2）四个角点和中心的处剪应力为零；（3）最大剪应力发生在长边的中点。杆两端相对转角剪应力G是材料的剪切弹性模量，L是两力偶之间的杆长*二、纯扭构件的扭曲承载力计算（一）纯扭构件的试验成果介绍（二）纯扭构件的开裂扭矩（三）纯扭构件的扭曲承载力计算公式*（一）纯扭构件的试验成果介绍1、无筋矩形截面纯扭构件的受力性能2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能3、纯扭构件的破坏形态*对于均质材料，理想的受扭裂缝为螺旋形1、无筋矩形截面纯扭构件的受力性能*(1)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，截面长边中点剪应力最大，在截面四角点处剪应力为零。(2)当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会开裂。(3)随着扭矩增加，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。(4)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。1、无筋矩形截面纯扭构件的受力性能*2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能纯扭构件受力*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。扭矩一扭转角曲线为直线，扭转刚度与按弹性理论的计算值十分接近，纵筋和箍筋的应力都很小、当扭矩稍大至接近开裂扭矩Tcr时,扭矩-扭转角曲线偏离了原直线。2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能扭矩一扭转角曲线*(1)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。(2)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。(3)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35º～55º的螺旋形裂缝。2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能*2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能*2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能钢筋棍凝土受扭试件的破坏展开图*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，可以用变角度空间桁架模型来进行受力。2、钢筋混凝土矩形截面纯扭构件的受力性能变角度空间桁架模型的基本假定有：(1)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；(2)纵筋和箍筋只承受拉力，分别为桁架的弦杆和腹杆；(3)忽略核心混凝土的受扭作用及钢筋的销栓作用。*3、纯扭构件的破坏形态受扭构件的破坏形态与受扭纵筋和受扭箍筋配筋率的大小有关，大致可分为适筋破坏、部分超筋破坏、超筋破坏和少筋破坏四类。*适筋破坏对于正常配筋条件下的钢筋混凝土构件，在扭矩作用下，纵筋和箍筋先到达屈服强度，然后混凝土被压碎而破坏，这种破坏与受弯构件适筋梁类似，属延性破坏。3、纯扭构件的破坏形态受扭构件的破坏形态与受扭纵筋和受扭箍、筋配筋率的大小有关，大致可分为适筋破坏、部分超筋破坏、超筋破坏和少筋破坏四类。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。*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，构件立即破坏。此时，纵筋和箍筋不仅达到屈服强度而且可能进入强化阶段，其破坏特性类似于受弯构件中的少筋梁。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。3、纯扭构件的破坏形态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。*（二）纯扭构件的开裂扭矩1、矩形截面构件的开裂扭矩2、T和工形截面构件的开裂扭矩*（1）弹性分析方法若混凝土为弹性材料，构件截面上的剪应力分布如图所示。最大扭剪应力τmax及最大主应力均发生在长边中点，与该点剪应力相对应的主拉应力和主压应力分别与构件轴线成450方向。1、矩形截面构件的开裂扭矩当最大扭剪应力或最大主拉应力达到混凝土抗拉强度ft时，构件开裂，从而开裂扭矩Tcr为：式中α为h与b比值有关的系数*最大扭剪应力τmax及最大主应力均发生在长边中点，与该点剪应力相对应的主拉应力和主压应力分别与构件轴线成450方向1、矩形截面构件的开裂扭矩（1）弹性分析方法*（2）塑性分析方法若混凝土为理想塑性材料，当最大扭剪应力值或者说最大主应力值到达混凝土抗拉强度值时，并未发生破坏，荷载还可少量增加，直到截面边缘的拉应变达到混凝土的极限拉应变值，截面上各点的应力全部到达混凝土的抗拉强度后，截面开裂。此时，截面承受的扭矩称为开裂扭矩。1、矩形截面构件的开裂扭矩截面上剪应力分布可近似划分为四个部分，分别计算各个部分剪应力的合力和相应的力偶，可求得开裂扭矩。*1、矩形截面构件的开裂扭矩（2）塑性分析方法*矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩Tcr按下式计算0.7——考虑到混凝土非完全塑性材料的强度降低系数；ft——混凝土抗拉强度设计值；Wt——截面抗扭抵抗矩。（3）规范计算方法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。为实用计算方便，纯扭构件开裂扭矩设计时，采用理想塑性材料截面的应力分布计算模式，但开裂扭矩值要适当降低。1、矩形截面构件的开裂扭矩*对于T形或工字形截面构件，《规范》将其划分为若干个矩形截面，然后按矩形截面分别进行配筋计算。矩形截面划分的原则是首先保证腹板截面的完整性，然后再划分受压和受拉翼缘。划分的矩形截面所承担的扭矩，按其受扭抵抗矩与截面总受扭抵抗矩的比值进行分配。2、T和工形截面构件的开裂扭矩设腹板、受压和受拉翼缘部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩分别为Wtw、Wtf′和Wtf，截面总的受扭塑性抵抗矩为：*对腹板、受压和受拉翼缘部分的矩形截面抗扭塑性抵抗矩Wtw、Wtf′和Wtf分别按下列公式计算：2、T和工形截面构件的开裂扭矩有效翼缘宽度应满足bf'≤b+6hf'及bf≤b+6hf的条件，且hw/b≤6。*T形和工字形截面纯扭构件承受扭矩T时，可将截面划分为腹板、受压翼缘及受拉翼缘等三个矩形块，将总的扭矩T按各矩形块的受扭塑性抵抗矩分配给各矩形块承担，各矩形块承担的扭矩即为：（2）受压翼缘（3）受拉翼缘2、T和工形截面构件的开裂扭矩（1）腹板*（三）纯扭构件的扭曲承载力计算公式1、受扭构件的配筋2、受扭纵筋与箍筋的配筋强度比3、矩形截面纯扭构件的承载力计算公式4、箱形截面纯扭构件的承载力计算公式5、T和工形截面纯扭构件的承载力计算公式6、适用条件*主拉应力和主压应力分别与构件轴线成450方向，从理论上讲，在混凝土受扭构件中可沿45度角主拉应力方向配置螺旋钢筋，并将螺旋钢筋配置在构件截面的边缘处的配筋方式是最有效的。1、受扭构件的配筋由于45度角方向螺旋钢筋不便于施工，而且实际工程中扭矩可能会改变方向，为此通常在构件中配置纵筋和封闭箍筋组成空间骨架来承受主拉应力，承受扭矩作用效应。*根据试验，当0.5≤ζ≤2.0时，破坏时纵筋和箍筋都能达到屈服。但为了稳妥起见，《规范》规定0.6≤ζ≤1.7。当ζ>1.7时，取ζ＝1.7工程实际中通常取ζ=1.0～1.3。2、受扭纵筋与箍筋的配筋强度比fy——纵向钢筋抗拉强度设计值；fyv——抗扭箍筋抗拉强度设计值；AstL——全部纵向钢筋截面面积；Ast1——抗扭箍筋的单肢截面面积；s——抗扭箍筋的间距；Ucor——截面核芯部分周长。*3、矩形截面纯扭构件的承载力计算公式*以变角度空间模型扭曲破坏面极限平衡理论为基础，矩形截面纯扭构件抗扭承载力计算公式如下：式中fyv——抗扭箍筋抗拉强度设计值Ast1——抗扭箍筋的单肢截面面积s——抗扭箍筋的间距ζ——纵向钢筋与箍筋的配筋强度之比Acor——截面核芯部分面积，即由箍筋内表面所围成的截面面积3、矩形截面纯扭构件的承载力计算公式bcor，hcor——分别为核芯部分短边及长边尺寸*对于在轴向压力和扭矩共同作用下的矩形截面钢筋混凝土纯扭构件，其受扭承载力应按下列公式计算：上式应符合0.6<ζ<1.7的要求，当ζ>1.7时，取ζ=1.7。式中N为与扭矩设计值T相应的轴向压力设计值，当N>0.5fcA时，取N=0.5fcA；A为构件截面面积3、矩形截面纯扭构件的承载力计算公式*4、箱形截面纯扭构件的承载力计算公式式中：αh——箱形截面壁厚系数，当αh>1.0时，取αh=1.0tw——箱形截面壁厚，其值不应小于bh／7；hh,bh——箱形截面的长边和短边尺寸；*hw/tw<6的箱形截面钢筋混凝土纯扭构件的扭曲截面受扭承载力实验和理论研究表明，一定壁厚箱形截面的受扭承载力与实心截面是相同的4、箱形截面纯扭构件的承载力计算公式对于箱形截面纯扭构件，《混凝土设计规范》系将混凝土承载力项乘以与截面相对壁厚有关的折减系数，得出下列计算公式：*5、T和工形截面纯扭构件的承载力计算公式*避免少筋破坏（应满足最小配筋率的要求）6、适用条件避免超筋破坏（截面限制条件）在受扭构件计算时，为了保证结构截面尺寸及混凝土材料强度不致过小，因此规定截面限制条件。《规范》在试验的基础上，对钢筋混凝土剪扭构件，规定截面限制条件如下式：式中hw——截面的腹板高度，对于矩形截面取有效高度h0；对于T形截面取有效高度减去翼缘高度；对于工字形截面取腹板净高度*