文档介绍：第八章 受扭构件承载力的计算
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教学提示:以试验研究为基础,基于变角度空间桁架计算模型,建立纯扭构件承载力计算公式和适用条件。构件受扭、受弯与受剪承载力之间的相互影响过于复杂,为简化计算,弯剪扭构件对混凝土提供的抗力考虑其相关性,钢筋提供的抗力采用叠加的方法。 教学要求:要求学生掌握矩形截面受扭构件的破坏形态、变角度空间桁架计算模型、受扭承载力的计算方法、限制条件及配筋构造。掌握弯剪扭构件的配筋计算方法及构造要求。
本章内容 ● 概述 ● 试验研究分析 ● 纯扭构件承载力的计算 ● 弯剪扭构件承载力的计算 ● 构造要求 ● 协调扭转的设计 ● 思考题 ● 习题
概述 在建筑结构中,结构处于受扭的情况很多,比如吊车梁、框架边梁、雨棚梁等,。但在实际工程中,处于纯扭矩作用的情况很少,大多数都是处于弯矩、剪力、扭矩共同作用下的复合受扭情况,、剪、扭复合受扭构件。
受扭构件实例
过去,在结构设计中,由于采用现浇钢筋混凝土结构,或者截面尺寸较大的预制构件,相对于弯矩、剪力、轴力而言,扭转属于次要因素,在结构设计中不起控制作用,因此往往忽略其影响或采用保守的计算方法和构造措施来处理。 近几十年来,随着材料强度的提高和建筑艺术的发展,构件尺寸愈来愈小,结构跨度不断扩大,异型构件不断出现,都使扭转作用突出起来。 建筑结构在地震作用下除了发生平移振动外,而且还会发生扭转。震害调查表明,扭转作用会加重结构的破坏,在某些情况下将成为导致结构破坏的主要因素。
概述
试验研究分析 无腹筋构件 一个素混凝土矩形截面构件承受扭矩的作用,在加载的初始阶段,截面的剪应力分布符合弹性分析,最大剪应力发生在截面长边的中间。根据剪应力成对原则,且忽略截面上的正应力,最大主拉应力发生在同一位置,与纵轴成角,。
素混凝土构件受扭
随着扭矩的增大,剪应力随之增加,出现少量塑性变形,截面剪应力图形趋向饱满。当主拉应力值达到混凝土的极限拉应力后,构件首先在侧面(长边)的中部出现斜裂缝,垂直于主拉应力方向。随即,斜裂缝的两端同时沿方向延伸,并转向短边侧面。当3个侧面的裂缝贯通后,沿第4个侧面(长边)撕裂,形成翘曲的扭转破坏面,,构件断成两截。试件断口的混凝土形状清晰、整齐,其他位置一般不再发生裂缝。其破坏带有突然性,属于脆性破坏。 试验研究表明,仅配纵筋但无腹筋的构件,极限扭矩比素混凝土构件的稍有增加,但增加的幅度有限。
试验研究分析
有腹筋构件 钢筋混凝土构件,沿截面周边均匀布置纵筋和横向钢筋。这样的构件在纯扭矩作用下的变形、裂缝和破坏过程的特点()如下:
有腹筋梁的受扭
试验研究分析
扭矩很小时,构件的受力性能大体上符合弹性理论,扭矩-扭角曲线为直线,裂前,纵筋和箍筋的应力都很小缝出现。 随着扭矩的增大,当截面长边(侧面)中间混凝土的主拉应力达到其抗拉强度后,出现方向的斜裂缝,与裂缝相交的箍筋和纵筋的拉应力突然增大,扭转角迅速增加,在扭矩-扭角曲线上出现转折,甚至形成一个平台。 继续增大扭矩,斜裂缝的数量增多,形成间距大约相等的平行裂缝组,并逐渐加宽,延伸至构件的4个侧面,成为多重螺旋状表面裂缝。随着裂缝的开展、深入,外层混凝土退出工作,箍筋和纵筋承担更大的扭矩,应力增长快,构件扭转角增大加快,构件截面的扭转刚度降低较大。当与斜裂缝相交的一些箍筋和纵筋达到屈服强度后,裂缝增宽加快,相邻的箍筋和纵筋相继屈服,扭矩不再增大,扭转角继续增大,直至构件破坏。
试验研究分析
钢筋混凝土纯扭构件的最终破坏形态为:三面螺旋形受拉裂缝和一面(截面长边)的斜压破坏面。试验研究表明,钢筋混凝土构件截面的极限扭矩比相应的素混凝土构件增大很多,但开裂扭矩增大不多。 钢筋混凝土纯扭构件的最终破坏形态为:三面螺旋形受拉裂缝和一面(截面长边)的斜压破坏面。试验研究表明,钢筋混凝土构件截面的极限扭矩比相应的素混凝土构件增大很多,但开裂扭矩增大不多。
配筋(箍)量的影响
受扭构件的破坏形态与受扭纵筋和受扭箍筋配筋率的大小有关,大致可以为适筋破坏、部分超筋破坏、超筋破坏和少筋破坏4类。
对于正常配筋条件下的钢筋混凝土构件,在扭矩作用下纵筋和箍筋先到达屈服强度,然后混凝土被压碎而破坏。这种破坏与受弯构件适筋梁类似,属延性破坏。此类受扭构件称为适筋受扭构件。
试验研究分析