第5章 受扭構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算(新)

1、第第5 5章章 受扭構(gòu)件承載力計(jì)算受扭構(gòu)件承載力計(jì)算圖圖5-1 曲線梁示意圖曲線梁示意圖 5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算一、試驗(yàn)研究分析一、試驗(yàn)研究分析 1. 1. 矩形截面矩形截面素混凝土素混凝土純扭構(gòu)件的受扭性能純扭構(gòu)件的受扭性能n 當(dāng)外扭矩較小時(shí)，受力情況類似于彈性體。當(dāng)外扭矩較小時(shí)，受力情況類似于彈性體。n 隨扭距增大，首先在長邊中點(diǎn)達(dá)到最大剪應(yīng)力隨扭距增大，首先在長邊中點(diǎn)達(dá)到最大剪應(yīng)力( (抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度) ) ；由于；由于 混凝土的塑性性能，構(gòu)件并未開裂?；炷恋乃苄孕阅?，構(gòu)件并未開裂。n 隨扭矩增大，塑性應(yīng)力重分布，逐漸充分。最后，

2、在構(gòu)件某薄弱截面隨扭矩增大，塑性應(yīng)力重分布，逐漸充分。最后，在構(gòu)件某薄弱截面 長邊長邊首先出現(xiàn)與構(gòu)件縱軸呈首先出現(xiàn)與構(gòu)件縱軸呈4545斜裂縫，并很快向兩窄面發(fā)展，最斜裂縫，并很快向兩窄面發(fā)展，最后后 形成三面開裂一面受壓的空間扭曲破壞面，表現(xiàn)出明顯的脆性。形成三面開裂一面受壓的空間扭曲破壞面，表現(xiàn)出明顯的脆性。5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算抗扭配筋的形式抗扭配筋的形式受扭受扭開裂開裂形成大約形成大約4545方向的螺旋式裂縫方向的螺旋式裂縫 配抗扭鋼筋配抗扭鋼筋5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算2.2.鋼筋混

3、凝土矩形截面純扭構(gòu)件的受扭性能鋼筋混凝土矩形截面純扭構(gòu)件的受扭性能圖圖5-2 鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的鋼筋混凝土受扭構(gòu)件的T-曲線曲線 圖圖5-3 扭轉(zhuǎn)裂縫分布圖扭轉(zhuǎn)裂縫分布圖 T(T)T(T)5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算二、矩形截面純扭構(gòu)件的破壞特征二、矩形截面純扭構(gòu)件的破壞特征1. 1. 少筋破壞少筋破壞l 發(fā)生情況：發(fā)生情況：當(dāng)抗扭鋼筋（箍筋、縱筋）配置當(dāng)抗扭鋼筋（箍筋、縱筋）配置過少過少或其中之一或其中之一過少過少。l 預(yù)防措施：預(yù)防措施：限制最小配筋率和最大箍筋間距。限制最小配筋率和最大箍筋間距。2. 2. 適筋破壞適筋破壞l 發(fā)生情況：發(fā)

4、生情況：箍筋與縱筋適當(dāng)。（箍筋先屈服，后混凝土被壓碎）箍筋與縱筋適當(dāng)。（箍筋先屈服，后混凝土被壓碎）3. 3. 超筋破壞超筋破壞l 發(fā)生情況：發(fā)生情況：兩種鋼筋均過量。（混凝土被壓碎，鋼筋未屈服）兩種鋼筋均過量。（混凝土被壓碎，鋼筋未屈服）l 預(yù)防措施：預(yù)防措施：限制最大配筋率或最小截面尺寸。限制最大配筋率或最小截面尺寸。4. 4. 部分超筋破壞部分超筋破壞l 發(fā)生情況：發(fā)生情況：箍筋和縱筋中一種配置合適，另一種配置過多。（較少的鋼箍筋和縱筋中一種配置合適，另一種配置過多。（較少的鋼 筋先屈服，后混凝土被壓碎筋先屈服，后混凝土被壓碎 ，配置過多的鋼筋達(dá)不到屈服），配置過多的鋼筋達(dá)不到屈服）5-

5、1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算三、矩形截面純扭構(gòu)件的開裂扭矩三、矩形截面純扭構(gòu)件的開裂扭矩圖圖5 55 5 純扭構(gòu)件開裂前截面剪應(yīng)力分布純扭構(gòu)件開裂前截面剪應(yīng)力分布 2crmaxbb1b2 b1b 2 b1T2(hb)4( )2b(hb)24223 222 3 22 2crmaxbT(3h b)6 t maxt td111 WWfcrt tdT0.7Wf5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算corsvsvvstsdUAfSAf1（5-3）配筋強(qiáng)度比配筋強(qiáng)度比u0.61.7，縱筋和箍筋基本上能同時(shí)屈服，設(shè)計(jì)時(shí)可取，縱

6、筋和箍筋基本上能同時(shí)屈服，設(shè)計(jì)時(shí)可取=1.01.2。 corcorcoru2(bh)l 箱形截面：忽略核心區(qū)混凝土的作用箱形截面：忽略核心區(qū)混凝土的作用l 空間桁架空間桁架l 混凝土開裂后不承受拉力混凝土開裂后不承受拉力l 忽略縱筋和箍筋的銷栓作用忽略縱筋和箍筋的銷栓作用1. 1. 基本假定基本假定四、純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算理論四、純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算理論5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算變角度空間桁架模型變角度空間桁架模型5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算圖圖5-8 變角度空間桁架模型變角度空間桁架模型a)計(jì)算

7、模型示意圖計(jì)算模型示意圖 b)環(huán)向剪力流環(huán)向剪力流2.2.抗扭承載力計(jì)算分析抗扭承載力計(jì)算分析2corTqtAl 定義剪力流定義剪力流 qqATcoru2l 抗扭承載力抗扭承載力剪力流中心線所包圍的面積剪力流中心線所包圍的面積2corTtA5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算圖圖5-8 變角度空間桁架模型變角度空間桁架模型a)計(jì)算模型示意圖計(jì)算模型示意圖 b)環(huán)向剪力流環(huán)向剪力流 c)內(nèi)力平衡圖內(nèi)力平衡圖2.2.抗扭承載力計(jì)算分析抗扭承載力計(jì)算分析縱筋的拉力縱筋的拉力取隔離體取隔離體1121corFFqhctg相應(yīng)其它三個(gè)面的隔離體相應(yīng)其它三個(gè)面的隔離體

8、2232corFFqbctg3343corFFqhctg4414corFFqbctg5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算圖圖5-8 變角度空間桁架模型變角度空間桁架模型a)計(jì)算模型示意圖計(jì)算模型示意圖 b)環(huán)向剪力流環(huán)向剪力流 c)內(nèi)力平衡圖內(nèi)力平衡圖2.2.抗扭承載力計(jì)算分析抗扭承載力計(jì)算分析縱筋的拉力縱筋的拉力1234c o rFFFFFqc t g如果配筋適中，縱筋可以屈服如果配筋適中，縱筋可以屈服1121corFFqhctgst sdA f2232corFFqbctg3343corFFqhctg4414corFFqbctg5-1 5-1 純扭構(gòu)件

9、的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算圖圖5-8 變角度空間桁架模型變角度空間桁架模型a)計(jì)算模型示意圖計(jì)算模型示意圖 b)環(huán)向剪力流環(huán)向剪力流 c)內(nèi)力平衡圖內(nèi)力平衡圖2.2.抗扭承載力計(jì)算分析抗扭承載力計(jì)算分析箍筋的拉力箍筋的拉力對(duì)斜裂縫上半部分的隔離對(duì)斜裂縫上半部分的隔離體體ACDcorsv1 svcorvhctgNAfqhs如果配筋適中，箍筋亦可以屈服如果配筋適中，箍筋亦可以屈服5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算縱筋與箍筋配筋強(qiáng)度比縱筋與箍筋配筋強(qiáng)度比sdst vsvsv1corf A sctgf A變角度變角度公式公式2.2.抗

10、扭承載力計(jì)算分析抗扭承載力計(jì)算分析corsv1 svcorvhctgAfqhsst sdcorA fqctg消去消去q5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算st sdsv1 svvcorA f Afqssv1 svucorvAfT2As抗扭承載力的計(jì)算公式抗扭承載力的計(jì)算公式2.2.抗扭承載力計(jì)算分析抗扭承載力計(jì)算分析corsv1 svcorvhctgAfqhsst sdcorA fqctg消去消去ucorT2Aq5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算五、五、公路橋規(guī)公路橋規(guī)對(duì)矩形截面純扭構(gòu)件的承載力計(jì)算對(duì)矩形截面純扭

11、構(gòu)件的承載力計(jì)算 考慮混凝土和鋼筋的共同貢獻(xiàn)，經(jīng)回歸分析得出實(shí)用計(jì)算公式：考慮混凝土和鋼筋的共同貢獻(xiàn)，經(jīng)回歸分析得出實(shí)用計(jì)算公式：1. 1. 承載力計(jì)算公式承載力計(jì)算公式0 ducsTTTTsvsv1tdtcorvf A0.35f W1.2AS為保證縱、箍筋均能屈服，建議為保證縱、箍筋均能屈服，建議取取0.61.7，當(dāng)，當(dāng) 1.7 時(shí)，取時(shí)，取 =1.7，常用值的區(qū)間為常用值的區(qū)間為1.01.2箍筋內(nèi)表面所包圍的面積，箍筋內(nèi)表面所包圍的面積，取截面尺寸減去保護(hù)層厚取截面尺寸減去保護(hù)層厚度算得度算得5-1 5-1 純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算純扭構(gòu)件的破壞特征和承載力計(jì)算2.2.公式適用條件公

12、式適用條件（1 1）抗扭承載力上限值）抗扭承載力上限值30,0.51 10dcu ktTfW2()kN mm（2 2）抗扭承載力下限值）抗扭承載力下限值300.50 10dtdtTfW公路橋規(guī)公路橋規(guī)規(guī)定，純扭構(gòu)件：規(guī)定，純扭構(gòu)件：l 箍筋配筋率應(yīng)滿足：箍筋配筋率應(yīng)滿足： 0.055svcdsvvsvAfS bfl 縱向受力鋼筋配筋率應(yīng)滿足：縱向受力鋼筋配筋率應(yīng)滿足： 0.08stcdstsdAfbhf2()kN mm5-2 5-2 彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算 圖圖5-10 對(duì)稱配筋截面的彎扭相關(guān)曲線對(duì)稱配筋截面的彎扭相關(guān)曲線一、彎

13、剪扭構(gòu)件的破壞類型一、彎剪扭構(gòu)件的破壞類型圖圖5-10 非對(duì)稱配筋截面的彎扭相關(guān)曲線非對(duì)稱配筋截面的彎扭相關(guān)曲線1.1.第第I I類類 型（彎型）型（彎型）2.2.第第IIII類型（剪扭型）類型（剪扭型）3.3.第第IIIIII類型類型( (扭型扭型) ) 5-2 5-2 彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算 二、彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算二、彎剪扭構(gòu)件的承載力計(jì)算1. 1. 受剪扭的構(gòu)件承載力計(jì)算受剪扭的構(gòu)件承載力計(jì)算(1) (1) 剪扭構(gòu)件抗剪承載力計(jì)算剪扭構(gòu)件抗剪承載力計(jì)算0130,10220.620tducu ksvsvVVbhPff05

14、 . 015 . 1bhTWVdtdt5-2 5-2 彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算 由于剪力的存在，抗扭承載力降低由于剪力的存在，抗扭承載力降低由于扭矩的存在，抗剪承載力降低由于扭矩的存在，抗剪承載力降低5-2 5-2 彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算 （2 2）剪扭構(gòu)件抗扭承載）剪扭構(gòu)件抗扭承載力力100.351.2svsvcorduttdtvf A ATTf WSN mm（3 3）抗剪扭配筋的上下限）抗剪扭配筋的上下限a) a) 抗剪扭配筋的上限抗剪扭配筋的上限矩形截面構(gòu)件的

15、截面尺寸必須符合條件：矩形截面構(gòu)件的截面尺寸必須符合條件：300,00.51 10ddcu ktVTfbhWb b）抗剪扭配筋的下限）抗剪扭配筋的下限2kNmm5-2 5-2 彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算 5-2 5-2 彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算彎、剪、扭共同作用下矩形截面構(gòu)件的承載力計(jì)算 2.2.在彎矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋計(jì)在彎矩、剪力和扭矩共同作用下的配筋計(jì)算算5-3 T5-3 T形和形和工工形截面受扭構(gòu)件形截面受扭構(gòu)件圖圖5-13 T形、工形、工 形截面形截面分塊示意圖分塊示意圖tftftwtWWWW

16、)3(62bhbWtw)(22bbhWfftf)(22bbhWfftf肋板：肋板：受壓翼緣：受壓翼緣：受拉翼緣：受拉翼緣：截面受扭塑性抵抗矩：截面受扭塑性抵抗矩：截面總塑性抵抗矩：截面總塑性抵抗矩：ffbb6hffbb6h有效翼緣寬度應(yīng)滿足有效翼緣寬度應(yīng)滿足5-3 T5-3 T形和工形截面受扭構(gòu)件形和工形截面受扭構(gòu)件T T形和工字形截面彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算的原則：形和工字形截面彎剪扭構(gòu)件承載力計(jì)算的原則：（1 1）不考慮彎矩、剪力、扭矩的相關(guān)性，構(gòu)件在）不考慮彎矩、剪力、扭矩的相關(guān)性，構(gòu)件在彎矩彎矩的作用的作用 下按受彎構(gòu)件有關(guān)方法計(jì)算。下按受彎構(gòu)件有關(guān)方法計(jì)算。（2 2）剪力剪力全部由腹板承受。全部由腹板承受。（3 3）扭矩扭矩由腹板、受拉翼緣和受壓翼緣共同承受，各部分分由腹板、受拉翼緣和受壓翼緣共同