文档介绍：第 5 章受扭构件
§ 概述
§ 扭曲破坏的机理与形式
§ 纯扭构件的承载力
§ 弯、剪、扭构件的承载力
§ 受扭构件的构造要求
扭转是五种基本受力状态之一,以雨蓬为例:
§ 概述
雨蓬梁要承受弯矩、剪力和扭矩。工程中只承受纯扭作用的结构很少,大多数情况下结构都处于弯矩、剪力、扭矩等内力共同作用下的复杂受力状态。
雨蓬板根部的剪力就是作用在雨蓬梁上的均布荷载,
雨蓬板根部的弯矩就是作用在雨蓬梁上的均布扭矩,
雨蓬梁承受雨蓬板传来的均布荷载及均布扭矩。
请思考并绘出
雨蓬梁的扭矩图
吊车的横向水平制动力及吊车竖向轮压偏心都可使吊车梁受扭,屋面板偏心也可导致屋架受扭。
制动力
轮压
在静定结构中,扭矩是由荷载产生的,可根据平衡条件求得,称为平衡扭转(Equilibrium Torsion)。
偏心轮压
制动力
偏心轮压和吊车横向水平制动力都会产生扭矩 T
螺旋楼梯中扭矩也较大
在超静定结构中,扭矩是由于相邻构件的变形互相受到约束而产生的,patibility Torsion)。
例如:单向板肋梁楼盖中次梁的一端支承在边梁上,次梁在荷载下在支承处要发生转角,节点处的变形协调,将迫使边梁扭转。
边梁中的扭矩值与节点处边梁的抗扭刚度及次梁的抗弯刚度的比值有关。边梁的抗扭刚度越大,其扭矩也越大;当边梁的抗扭刚度为无穷大时,次梁相当于嵌固在边梁中,此时的扭矩达到最大值。次梁的抗弯刚度越大,则在节点处的转角越小,边梁的扭矩也越小。
边梁
边梁
框架结构楼盖
§ 扭曲破坏的机理与形式
理想匀质构件的受扭裂缝从主拉应力最大处开始
对匀质材料,理想的受扭裂缝应当呈螺旋形。
螺旋形裂缝
σpt
σpt
T
破坏面呈一空间扭曲曲面
受扭钢筋
纵向钢筋
箍筋
虽然螺旋配筋抗扭最好,但工程中通常采用由箍筋与抗扭纵筋组成的钢筋骨架来抵抗扭矩,不但施工方便,且沿构件全长可承受正负两个方向的扭矩。
受压区
螺旋形裂缝
受压边
工程中由于受力不完全对称,构件会突然破坏,形成由歪斜裂缝形成的空间扭曲破坏面,三面开裂一面受压, 如图。
主拉应力
主拉应力
σpt
σpt
由于配置钢筋数量的不同,受扭构件的破坏形态可分为:
适筋破坏、少筋破坏和超筋破坏
(1)适筋破坏
当箍筋和纵筋数量配置适当时,在受压区混凝土被压坏前,与临界斜裂面相交的钢筋都能达到屈服,这种破坏具有一定的延性,与适筋梁的情况类似。
设计中应当使受扭构件设计成适筋构件。
受压区
(2)少筋破坏
当配筋数量过少时,一旦开裂,钢筋就会被拉断,导致构件立即破坏,为脆性破坏特征,与受弯构件少筋破坏类似。设计中应适当配置构造钢筋,防止出现少筋破坏。
(3)超筋破坏
当箍筋和纵筋配置都过多时,在钢筋屈服前混凝土就先被压碎了,为受压脆性破坏,与受弯构件超筋破坏类似。
超筋破坏又可细分为部分超筋和完全超筋。部分超筋是指纵筋或箍筋中的一种配置过多而没有屈服; 而完全超筋是指纵筋和箍筋都没有屈服。超筋破坏时钢筋没有被充分利用,是一种浪费,破坏时的延性也比较差,设计中应避免。
§ 纯扭构件的承载力Tu
根据国内试验数据确定系数后,《规范》受扭承载力计算公式为
式中:Tc—混凝土的抗扭承载力; Ts—钢筋的抗扭承载力;
将Tc 和Ts 的表达式代入上式可得Tu的一般表达式
纯扭构件承载力
试验结果与计算公式比较