水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)課件第七章

1、 .1純扭構(gòu)件純扭構(gòu)件 （1）試驗(yàn)研究分析）試驗(yàn)研究分析 1）無(wú)筋矩形截面）無(wú)筋矩形截面 在純扭矩作用下，無(wú)筋矩形截面混凝土構(gòu)件開裂前 具有與均質(zhì)彈性材料類似的性質(zhì)，截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)剪應(yīng)力 最大，在截面四角點(diǎn)處剪應(yīng)力為零。當(dāng)截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)附 近最大主拉應(yīng)變達(dá)到混凝土的極限拉應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件就會(huì) 開裂。隨著扭矩的增加，裂縫與構(gòu)件縱軸線成450角向相 鄰兩個(gè)面延伸，最后構(gòu)件三面開裂，一面受壓，形成一 空間扭曲斜裂面而破壞。自開裂至構(gòu)件破壞的過(guò)程短暫， 破壞突然，屬于脆性破壞，抗扭承載力很低。 當(dāng)扭矩很小時(shí)，混凝土未開裂，鋼筋拉應(yīng)力也很低， 構(gòu)件受力性能類似于無(wú)筋混凝土截面。隨著扭矩的增大，

2、在某薄弱截面的長(zhǎng)邊中點(diǎn)首先出現(xiàn)斜裂縫，此時(shí)扭矩稍 大于開裂扭矩Tcr。斜裂縫出現(xiàn)后，混凝土卸載，裂縫處 的主拉應(yīng)力主要由鋼筋承擔(dān)，因而鋼筋應(yīng)力突然增大。 當(dāng)構(gòu)件配筋適中時(shí)，荷載可繼續(xù)增加，隨之在構(gòu)件表面 形成連續(xù)或不連續(xù)的與縱軸線成約3555的螺旋形裂 縫。扭矩達(dá)到一定值時(shí)，某一條螺旋形裂縫形成主裂縫， 與之相交的縱筋和箍筋達(dá)到屈服強(qiáng)度，截面三邊受拉， 一邊受壓，最后混凝土被壓碎而破壞。破裂面為一空間 曲面。 2）鋼筋混凝土矩形截面）鋼筋混凝土矩形截面 （2）截面破壞的幾種形態(tài)）截面破壞的幾種形態(tài) 1）少筋破壞）少筋破壞 當(dāng)縱筋和箍筋中只要有一種配置不足時(shí)便會(huì)出現(xiàn)此 種破壞。斜裂縫一旦出現(xiàn)，其

3、中配置不足的鋼筋便會(huì)因 混凝土卸載很快屈服，使構(gòu)件突然破壞。破壞屬于脆性 破壞，類似于粱正截面承載能力時(shí)的少筋破壞。設(shè)計(jì)中 通過(guò)規(guī)定抗扭縱筋和箍筋的最小配筋率來(lái)防止少筋破壞； 2）適筋破壞）適筋破壞 如前所述，當(dāng)構(gòu)件縱筋和箍筋都配置適中時(shí)出現(xiàn)此種 破壞。從斜裂縫出現(xiàn)到構(gòu)件破壞要經(jīng)歷較長(zhǎng)的階段，有較 明顯的破壞預(yù)兆，因而破壞具有一定的延性。 3）部分超筋破壞）部分超筋破壞 當(dāng)縱筋或箍筋其中之一配置過(guò)多時(shí)出現(xiàn)此種破壞。 破壞時(shí)混凝土被壓碎，配置過(guò)多的鋼筋達(dá)不到屈服，破 壞過(guò)程有一定的延性，但較適筋破壞的延性差。 4）超筋破壞）超筋破壞 當(dāng)縱筋和箍筋都配置過(guò)多時(shí)出現(xiàn)此種破壞。破壞時(shí) 混凝土被壓碎，而

4、縱筋和箍筋都不屈服，破壞突然，因， 而延性差，類似于梁正截面設(shè)計(jì)時(shí)的超筋破壞。設(shè)計(jì)中 通過(guò)規(guī)定最大配筋率或限制截面最小尺寸來(lái)避免。 （3）矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩）矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩 矩形截面純扭構(gòu)件的抗裂扭矩Tcr按下式計(jì)算 式中 0.7考慮到混凝土非完全塑性材料的強(qiáng)度降低 系數(shù)； f t混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Wt截面抗扭抵抗矩，按下式計(jì)算 ttcr WfT7 . 0 )3( 6 2 bh b Wt 混凝土材料既非完全彈性，也不是理想彈塑性，而 是介于兩者之間的彈塑性材料。 （4）純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算）純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算 1）矩形截面）矩形截面 根據(jù)變角度空間模型或扭曲破壞

5、面極限平衡理論， 矩形截面純扭構(gòu)件抗扭承載力計(jì)算公式如下 式中 fyv抗扭箍筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； Ast1抗扭箍筋的單肢截面面積， s 抗扭箍筋的間距； Acor截面核芯部分面積，即由箍筋內(nèi)表面所圍成 的截面面積； cor styv ttu A s Af WfTT 1 2 . 135. 0 corcorcor Abh bcor， hcor分別為核芯部分短邊及長(zhǎng)邊尺寸； 縱向鋼筋與箍筋的配筋強(qiáng)度之比； yv y corst stl f f uA sA 1 fy縱向鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 根據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)0.52.0時(shí)，破壞時(shí)縱筋和箍筋 都能達(dá)到屈服。但為了穩(wěn)妥起見，規(guī)范規(guī)定 0.61.7。當(dāng)=0.2左右

6、時(shí)，效果最佳。因此設(shè)計(jì)時(shí) 通常取=1.21.3。 Ast1對(duì)稱布置的全部縱向鋼筋截面面積； U cor截面核芯部分周長(zhǎng)。 2）T形或工字形截面形或工字形截面 對(duì)于T形或工字形截面構(gòu)件，規(guī)范將其劃分為若 干個(gè)矩形截面，然后按矩形截面分別進(jìn)行配筋計(jì)算。矩 形截面劃分的原則是首先保證腹板截面的完整性，然后 再劃分受壓和受拉翼緣，如圖所示。劃分的矩形截面所 承擔(dān)的扭矩，按其受扭抵抗矩與截面總受扭抵抗矩的比 值進(jìn)行分配。 對(duì)腹板、受壓和受拉翼緣部分的矩形截面抗扭塑性 抵抗矩Wtw、Wtf和Wtf分別按下列公式計(jì)算 )3( 6 2 bh b Wtw )( 2 2 bb h W f f tf )( 2 2

7、bb h W f f tf tftftwt WWWW 截面總的受扭塑性抵抗矩為 有效翼緣寬度應(yīng)滿足有效翼緣寬度應(yīng)滿足bf b+6hf 及及bf b+6hf的條件，且的條件，且 hw/b6。 b bf hf hf hw h bf 8.1.2 8.1.2 矩形截面復(fù)合受扭構(gòu)件矩形截面復(fù)合受扭構(gòu)件 （1） 試驗(yàn)研究分析及主要結(jié)論試驗(yàn)研究分析及主要結(jié)論 在彎矩、剪力和扭矩共同作用下，鋼筋混凝土構(gòu)件的 受力狀態(tài)極為復(fù)雜，構(gòu)件破壞特征及其承載力與所作用的 外部荷載條件和內(nèi)在因素有關(guān)。其中外部荷載條件，通常 以扭彎比 （=T/M）和扭剪比（=T/（Vb）表示；所 謂內(nèi)在條件系指構(gòu)件的截面形狀、尺寸、配筋及材

8、料強(qiáng)度 等。根據(jù)外部條件和內(nèi)部條件的不同，構(gòu)件可能出現(xiàn)以下 幾種破壞形態(tài)。 1）彎型破壞）彎型破壞 在配筋適當(dāng)?shù)臈l件下，扭彎比較小時(shí)，裂縫首先在 構(gòu)件彎曲受拉的底面出現(xiàn)，然后向兩側(cè)面發(fā)展，破壞時(shí) 底面和兩側(cè)面開裂，形成螺旋形扭曲破壞面，與之相交 的縱筋及箍筋都達(dá)到受拉屈服強(qiáng)度，最后使處于彎曲受 壓的頂面壓碎而破壞。 2）扭型破壞）扭型破壞 當(dāng)扭彎比和扭剪比都比較大且構(gòu)件頂部縱筋少于底 部縱筋時(shí)，盡管彎矩作用使頂部縱筋受壓，但由于頂部 縱筋少于底部縱筋，在構(gòu)件頂部由扭矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力超 過(guò)彎矩所產(chǎn)生的壓應(yīng)力，使頂部首先開裂，裂縫向兩側(cè) 延伸，破壞時(shí)頂部及兩側(cè)面開裂，形成螺旋形扭曲破壞 面，與之相交

9、的鋼筋達(dá)到其抗拉屈服強(qiáng)度，最后使構(gòu)件 底面受壓而破壞。 3）剪扭型破壞）剪扭型破壞 當(dāng)剪力和扭矩都較大時(shí)，由于剪力與扭矩所產(chǎn)生的 剪應(yīng)力的相互迭加，首先在其中一個(gè)側(cè)面出現(xiàn)裂縫，然 后向頂面和底面擴(kuò)展，使該側(cè)面、頂面和底面形成扭曲 破壞面，與之相交的縱筋與箍筋都達(dá)到其抗拉屈服強(qiáng)度， 最后使另一側(cè)面被壓碎而破壞。 式中 t 剪扭構(gòu)件混凝土受扭承載力降低系 數(shù),0.5t1.0。 . 一般復(fù)合受扭構(gòu)件 cor st yvtttu A s A fWfTT 1 2 . 135. 0 0 1.5 10.2(1) t t WV Tbh 00 0.7(1.5)1.25 sv uttyv A VVf bhfh s

10、 在用以上各式進(jìn)行計(jì)算時(shí)，當(dāng)t 1.0 時(shí)，不考剪力對(duì)混凝土受扭承載力的影響，即取t =1.0。 由此可知混凝土抗剪與抗扭相關(guān)曲線由三條直線所組成。 受扭承載力公式仍采用式 0 5 .01 5 .1 bh W T V t t cor st yvtttu A s A fWfTT 1 2 . 135. 0 0 0.25 cc t VT f bhW t t f W T bh V 7 . 0 0 （2）截面尺寸限制及最小配筋率）截面尺寸限制及最小配筋率 1）截面尺寸限制條件）截面尺寸限制條件 為了避免超筋破壞，構(gòu)件截面尺寸應(yīng)滿足下式要求 2）構(gòu)造配筋問題）構(gòu)造配筋問題 構(gòu)造配筋的界限：當(dāng)滿足下式要求時(shí)，箍筋和抗扭 縱筋可采用構(gòu)造配筋。 最小配筋率：配箍率必須滿足以下最小配箍率要求 抗扭縱筋最小配筋率為 yv t sv sv sv f f bs A 28. 0 min, ,min ,min 0.6 stl t stl y Af T bhVb f （3）簡(jiǎn)化計(jì)算的條件）簡(jiǎn)化計(jì)算的條件 1）不進(jìn)行抗剪計(jì)算的條件）不進(jìn)行抗剪計(jì)算的條件： 一般構(gòu)件 0 0.35 t Vf bh 受集中荷載作用（或以集中荷載為主）的矩形截面獨(dú) 立構(gòu)件 0