第八章扭转作用1-课件
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与纵轴成45。和135。，其大小就等于剪应力，当主拉应力达到混凝土的抗 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。
T
tmaxbT2h
T Wte
第八章 受扭构件
二、钢筋混凝土纯扭构件 抗扭钢筋有两种：抗扭纵筋和抗扭箍筋，两者不可缺一，抗
第八章扭转作用1
精品jin
本章重点
了解受扭构件的分类和受扭构件开裂， 破坏机理；
掌握受扭构件的设计计算方法； 熟悉公路桥涵工程与建筑工程关于受扭
结构构件计算的相同与不同之处； 熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。
第八章 受扭构件
8.1 概 述 两类受扭构件：平衡扭转和约束扭转
构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出，与构件刚度 无关，如图所示支承悬臂板的梁、偏心荷载作用下的梁（箱 形梁、吊车梁），称为平衡扭转 Equilibrium Torsion。
F4+F4=Ast4st
F1+F1=Ast1st
s F3+F3=Ast3st
第八章 受扭构件
构件的抗扭承载力与抗扭钢筋的用量有关，抗 扭钢筋有抗扭箍筋和抗扭纵筋两部分组成，这两 种钢筋的数量即强度相对大小对构件的承载力有 一定影响，试验表明：当抗扭箍筋相对较少时， 抗扭强度由抗扭箍筋控制，即多配的纵筋起不到 提高抗扭强度的作用，当纵筋配置较少时，抗扭 强度由抗扭纵筋控制。
8.3.1开裂扭矩的计算
一、矩形截面
开裂扭矩等于构件即将开裂时截面单位面积上的内力对中心 的力矩和，因此，开裂扭矩与开裂时截面上的应力有关，混凝 土既不是弹性的，也不是完全塑性的，按弹性理论分析和塑性 理论分析都不合适，《规范》给出的开裂扭矩计算公式，是近 似采用塑性材料的应力分布计算，但要乘以降低系数。
◆超筋破坏：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。受扭构件的这种超筋破坏称 为完全超筋，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。
◆部分超筋破坏：当箍筋和纵筋配筋量相差过大时，会出现一 个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。
破坏形态
少筋破坏：
裂后钢筋应力 激增，构件破 坏
bh
W t b6h 2(3hbh)b6w 2(3hwbw)
第八章 受扭构件
第八章 受扭构件
b2
wenku.baidu.com
ft6(3hb)
截面受扭塑性抵抗矩
b2 Wt 6 (3hb)
第八章 受扭构件
二、箱形截面
bw
hw
tw
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 箱形截面的壁厚过薄对受力产生不利 h 影响，规定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6。
适筋破坏：
裂后钢筋应力 增加，继续开 裂，钢筋屈服， 混凝土压碎， 构件破坏
超筋破坏：
裂后钢筋应力 增加，继续开 裂，混凝土压 碎，构件破坏， 钢筋未屈服
设计时应避免出现
部分超筋
破坏：
裂后钢筋应力 增加，继续开 裂，混凝土压 碎，构件破坏， 纵筋或箍筋未 屈服
第八章 受扭构件
8.3 纯扭构件的承载力计算
位形成裂缝，拉力卸给钢筋。随荷载增加，裂缝沿主拉应力迹
线迅速延伸，并且形成许多新的裂缝，构件表面形成连续的螺
旋状裂缝。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，最后在另一个长边上的混凝土受压破坏，达到
极限扭矩。
裂缝 箍筋
T T
纵筋
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、部分超筋破坏和超筋破坏。
◆适筋破坏:箍筋和纵筋配置都适当，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，具有一定的延性。破 坏时的极限扭矩与配筋量有关。
◆少筋破坏：当箍筋和纵筋配筋数量过少时，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，构件呈明显的脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的 抗拉强度。
总结
平衡扭转----静定问题
约束扭转----超静定问题
受扭构件中通常也配置纵筋和箍筋以抵御扭矩
第八章 受扭构件
第八章 受扭构件
8.2 纯扭构件的试验研究
一、素混凝土的纯扭构件
在扭矩作用下，截面上任何一点只有剪应力，矩形截面受扭构件最大剪
应力tmax发生在截面长边中点，由于剪应力产生的主拉应力和主压应力分别
扭纵筋应沿构件截面的周边均匀布置。
T(T)
钢筋混凝土纯扭构件
开裂前钢筋中的应力很小
T(T)
开裂后不立即破坏，裂缝可 以不断增加，随着钢筋用量 的不同，有不同的破坏形态
第八章 受扭构件
二、钢筋混凝土纯扭构件
抗扭钢筋有两种：抗扭纵筋和抗扭箍筋，两者不可缺一，抗 扭纵筋应沿构件截面的周边均匀布置。
当主拉应力达到混凝土的抗拉强度时，在构件中某个薄弱部
45° ft
Tcr0.7ftWt
Wt
b2 6
(3hb)
截面受扭塑性抵抗矩
ft ft
第八章 受扭构件
按塑性理论
45° ft ft
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 ft 面形心的力偶之和，可 求得塑性总极限扭矩为，
Tft(hb)b 2b 421 2b 2b 23 2b 24bb 21 2(h 2b 6)2
对于平衡扭转，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。
第八章 受扭构件
边梁抗扭刚度大
约束扭转
边梁抗扭刚度小
在超静定结构，若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 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。
第八章 受扭构件
配筋强度比z
z Astls fy
Ast1 ucor fyv
试验表明，当0.5≤z ≤2.0范围时，受扭破坏时纵筋和箍筋基本
上都能达到屈服强度。但由于配筋量的差别，屈服的次序是有 先后的。
《规范》建议取0.6≤z ≤1.7，设计中通常取z =1.0~1.3。
第八章 受扭构件
三、破坏形式
T
tmaxbT2h
T Wte
第八章 受扭构件
二、钢筋混凝土纯扭构件 抗扭钢筋有两种：抗扭纵筋和抗扭箍筋，两者不可缺一，抗
第八章扭转作用1
精品jin
本章重点
了解受扭构件的分类和受扭构件开裂， 破坏机理；
掌握受扭构件的设计计算方法； 熟悉公路桥涵工程与建筑工程关于受扭
结构构件计算的相同与不同之处； 熟悉钢筋混凝土受扭构件的构造要求。
第八章 受扭构件
8.1 概 述 两类受扭构件：平衡扭转和约束扭转
构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出，与构件刚度 无关，如图所示支承悬臂板的梁、偏心荷载作用下的梁（箱 形梁、吊车梁），称为平衡扭转 Equilibrium Torsion。
F4+F4=Ast4st
F1+F1=Ast1st
s F3+F3=Ast3st
第八章 受扭构件
构件的抗扭承载力与抗扭钢筋的用量有关，抗 扭钢筋有抗扭箍筋和抗扭纵筋两部分组成，这两 种钢筋的数量即强度相对大小对构件的承载力有 一定影响，试验表明：当抗扭箍筋相对较少时， 抗扭强度由抗扭箍筋控制，即多配的纵筋起不到 提高抗扭强度的作用，当纵筋配置较少时，抗扭 强度由抗扭纵筋控制。
8.3.1开裂扭矩的计算
一、矩形截面
开裂扭矩等于构件即将开裂时截面单位面积上的内力对中心 的力矩和，因此，开裂扭矩与开裂时截面上的应力有关，混凝 土既不是弹性的，也不是完全塑性的，按弹性理论分析和塑性 理论分析都不合适，《规范》给出的开裂扭矩计算公式，是近 似采用塑性材料的应力分布计算，但要乘以降低系数。
◆超筋破坏：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。受扭构件的这种超筋破坏称 为完全超筋，受扭承载力取决于混凝土的抗压强度。
◆部分超筋破坏：当箍筋和纵筋配筋量相差过大时，会出现一 个未达到屈服、另一个达到屈服的部分超筋破坏情况。
破坏形态
少筋破坏：
裂后钢筋应力 激增，构件破 坏
bh
W t b6h 2(3hbh)b6w 2(3hwbw)
第八章 受扭构件
第八章 受扭构件
b2
wenku.baidu.com
ft6(3hb)
截面受扭塑性抵抗矩
b2 Wt 6 (3hb)
第八章 受扭构件
二、箱形截面
bw
hw
tw
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 箱形截面的壁厚过薄对受力产生不利 h 影响，规定壁厚tw≥bh/7，且hw/tw≤6。
适筋破坏：
裂后钢筋应力 增加，继续开 裂，钢筋屈服， 混凝土压碎， 构件破坏
超筋破坏：
裂后钢筋应力 增加，继续开 裂，混凝土压 碎，构件破坏， 钢筋未屈服
设计时应避免出现
部分超筋
破坏：
裂后钢筋应力 增加，继续开 裂，混凝土压 碎，构件破坏， 纵筋或箍筋未 屈服
第八章 受扭构件
8.3 纯扭构件的承载力计算
位形成裂缝，拉力卸给钢筋。随荷载增加，裂缝沿主拉应力迹
线迅速延伸，并且形成许多新的裂缝，构件表面形成连续的螺
旋状裂缝。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，最后在另一个长边上的混凝土受压破坏，达到
极限扭矩。
裂缝 箍筋
T T
纵筋
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、部分超筋破坏和超筋破坏。
◆适筋破坏:箍筋和纵筋配置都适当，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，具有一定的延性。破 坏时的极限扭矩与配筋量有关。
◆少筋破坏：当箍筋和纵筋配筋数量过少时，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，构件呈明显的脆性破坏特征，受扭承载力取决于混凝土的 抗拉强度。
总结
平衡扭转----静定问题
约束扭转----超静定问题
受扭构件中通常也配置纵筋和箍筋以抵御扭矩
第八章 受扭构件
第八章 受扭构件
8.2 纯扭构件的试验研究
一、素混凝土的纯扭构件
在扭矩作用下，截面上任何一点只有剪应力，矩形截面受扭构件最大剪
应力tmax发生在截面长边中点，由于剪应力产生的主拉应力和主压应力分别
扭纵筋应沿构件截面的周边均匀布置。
T(T)
钢筋混凝土纯扭构件
开裂前钢筋中的应力很小
T(T)
开裂后不立即破坏，裂缝可 以不断增加，随着钢筋用量 的不同，有不同的破坏形态
第八章 受扭构件
二、钢筋混凝土纯扭构件
抗扭钢筋有两种：抗扭纵筋和抗扭箍筋，两者不可缺一，抗 扭纵筋应沿构件截面的周边均匀布置。
当主拉应力达到混凝土的抗拉强度时，在构件中某个薄弱部
45° ft
Tcr0.7ftWt
Wt
b2 6
(3hb)
截面受扭塑性抵抗矩
ft ft
第八章 受扭构件
按塑性理论
45° ft ft
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 ft 面形心的力偶之和，可 求得塑性总极限扭矩为，
Tft(hb)b 2b 421 2b 2b 23 2b 24bb 21 2(h 2b 6)2
对于平衡扭转，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。
第八章 受扭构件
边梁抗扭刚度大
约束扭转
边梁抗扭刚度小
在超静定结构，若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 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。
第八章 受扭构件
配筋强度比z
z Astls fy
Ast1 ucor fyv
试验表明，当0.5≤z ≤2.0范围时，受扭破坏时纵筋和箍筋基本
上都能达到屈服强度。但由于配筋量的差别，屈服的次序是有 先后的。
《规范》建议取0.6≤z ≤1.7，设计中通常取z =1.0~1.3。
第八章 受扭构件
三、破坏形式