受扭构件承载力计算[详细]

第5章 受扭构件承载力计算
约束扭转
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， 扭矩大小与受扭构件的抗扭刚度有关，称为约束扭转
第八章 受扭构件
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
纯扭构件的破坏特征——素混凝土构件
素混凝土纯扭构件
T(T) 2
先在某长边中点开裂
箍筋和纵筋配置都合适
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
第5章 受扭构件承载力计算
5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征 （2）少筋破坏 当配筋数量过少时 一旦开裂，将导致扭转角迅速增大， 构件随即破坏。
与受弯少筋梁类似，呈受拉脆性破坏特征
和箍筋受拉；裂缝呈螺旋状，构件长边上有一条裂缝发 展成为临界裂缝；
前侧 面
T=0~Tu
底面
后侧 面
顶面
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
钢筋混凝土构件抗扭性能的两个指标： 1）构件的开裂扭矩
2）构件的破坏扭矩
荷载增加接近 极限扭矩，在构 件截面长边上的 斜裂缝中有一条 发展为临界裂缝。
第5章 受扭构件承载力计算
5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征 • （3）超筋破坏
箍筋和纵筋配置都过大
在钢筋屈服前混凝土就 压坏，
为受压脆性破坏。
(3h b) max
Wt max
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
5.1.1、矩形截面纯扭构件的开 裂扭矩
◆ 《规范》取值
※ 混凝土材料既非完全弹性，也非理想弹塑性，因 此构件的开裂扭矩Tcr应介于Tcr,e和Tcr,p之间。 ※ 为简单起见，可按塑性理论计算，并引入修正系 数以考虑非完全塑性剪应力分布的影响。
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
5.1.1、矩形截面纯扭构件的开 裂扭矩
按弹性理论
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
5.1.1、矩形截面纯扭构件的开裂扭矩
◆ 弹塑性理论: 截面上各点应力均达到屈服强度时,构件达到
极限承载力，此时截面上的剪应力分布如下图所示。
1
1
2
Tmax
裂缝
形成一螺旋形裂缝，一裂即坏
T(T)
三边受拉，一边受压受压区ຫໍສະໝຸດ 第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
纯扭构件的破坏特征——钢筋混凝土构件
T(T)
钢筋混凝土纯扭构件
开裂前钢筋中的应力很小
开裂后不立即破坏，裂缝可
T(T)
以不断增加，随着钢筋用量
的不同，有不同的破坏形态
第5章 受扭构件承载力计算
5 受扭构件承载力计算
概述
桥梁工程中的弯梁桥斜梁 桥（板）等不仅有弯矩剪力 还存在有扭矩作用。实际工 程中的构件，会同时作用有 弯矩剪力和扭矩。即弯、剪、 扭共同作用。
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
第5章 受扭构件承载力计算
平衡扭转
◆ 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。
Tcr
2(F1d1 F2d2 )
b2 6
(3h b) ft
Wt
ft
矩形截面的抗扭塑性抵抗矩
亦可用砂堆比拟导出
b/2
第5章 受扭构件承载力计算
纯扭构件的开裂扭矩——矩形
砂堆比拟(Nadai)
V 1 b b(h b) 1 b2 b b2 (3h b)
22
3 2 12
d2 F2
d1
※ 《规范》取修正系数为0.7，故开裂扭矩的计算公 式为
Tcr 0.7 ftdWt
(6-4)
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征
抗扭钢筋的配置对 矩形截面的抗扭能力 有很大影响，实际工 程中，采用箍筋和纵 向钢筋组成的骨架来 承担扭矩： 1）箍筋直接抵抗主 拉应力
Wt 2V / b2 (3h b)
6
F1
F1
F2 b
b/2
h
b/2
理想弹塑性材料
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
5.1.1、矩形截面纯扭构件的开 裂扭矩
假定矩形截面进入全塑性状态，计算各区合力及 其对截面形心的力偶之和，可得塑性总极限扭矩 为
Tcr, p
b2 6
2）纵向钢筋抵抗纵 向分力并抑制斜裂缝 的展开
第5章 受扭构件承载力计算
5.1.2 矩形截面纯扭构件的破坏特征 ◆ 开裂情况、破坏面及受扭钢筋形式
T
受扭钢筋
纵向受扭钢筋 受扭箍筋
破坏面呈一空间扭曲曲面
第5章 受扭构件承载力计算
◆ 破坏形态 随着配置钢筋数量的不同，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 （1）适筋破坏
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算
图5－2为配置箍筋和纵筋的钢筋混凝土受扭构件 从加载到破坏的扭矩和扭转角的关系曲线
第5章 受扭构件承载力计算
5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算 受扭钢筋的组成
受扭纵筋
受扭箍筋
hcor h
Acor
bcor
S
b
第5章 受扭构件承载力计算
第5章 受扭构件承载力计算
5 受扭构件承载力计算
Flexural Strength of Reinforced Concrete
提纲(syllabus)： 5.1 纯扭构件的破坏特征和承载力计算 5.2 在弯、剪、扭共同作用下矩形截面构件的承载力 计算 5.3 T形和I形截面受扭构件 5.4 箱形截面受扭构件 5.5 构造要求
剪力＝ tp ft
45° ft
计算各区合力及 其对截面形心的 力偶之和，可得 塑性总极限扭矩 为
ft
ft
按塑性理论
第5章 受扭构件承载力计算
假定矩形截面进入全塑性状态，计算各区合力及其对截 面形心的力偶之和，可得塑性总极限扭矩为
d2
b/2
ft ft
h
F2
F1
F1
h
b/2
ft
F2
b b
理想弹塑性材料
纯扭构件的试验研究
裂缝出现前的性能 1. 受力性能大体符合弹性扭转理论；
2. 钢筋应力很低； T-j 关系呈线性； 3. 最大剪应力max发生在截面长边中点；
适筋破坏
max
T(kN.m)
第八章 受扭构件
裂缝出现后的性能——针对适筋受扭构件
开裂时，部分混凝土退出工作，钢筋应力明显增大；
开裂后：扭转刚度明显降低； 混凝土受压，受扭纵筋