g第七章混凝土构件受扭性能.ppt
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1、第七章 混凝土构件受扭性能一、工程实例平衡扭转平衡扭转-静定问题静定问题约束扭转约束扭转-超静定问题超静定问题受扭构件中通常也配置纵筋和箍筋以抵御扭矩受扭构件中通常也配置纵筋和箍筋以抵御扭矩二、纯扭构件的破坏特征 1. 素混凝土纯扭构件Tmax裂缝1122T(T)T(T)受压区素素混凝土纯扭构件混凝土纯扭构件先在某长边先在某长边中点开裂中点开裂形成一螺旋形裂缝,一裂即坏形成一螺旋形裂缝,一裂即坏三边受拉,一边受压三边受拉,一边受压.纯扭构件的承载力纯扭构件的承载力无腹筋构件无腹筋构件n 一个素混凝土矩形截面构件承受扭矩的作用,加载初一个素混凝土矩形截面构件承受扭矩的作用,加载初始阶段,截面剪应
2、力按弹性分布,最大剪应力发生在截面长边始阶段,截面剪应力按弹性分布,最大剪应力发生在截面长边中间,若忽略截面上正应力,则最大主拉应力发生在中间,若忽略截面上正应力,则最大主拉应力发生在同一位置,与纵轴成同一位置,与纵轴成4545角。角。n扭矩增大,剪应力增加,出现塑性变形,当主拉应力达扭矩增大,剪应力增加,出现塑性变形,当主拉应力达 后,构件首先在侧面(长边)中部出现斜裂缝,垂直后,构件首先在侧面(长边)中部出现斜裂缝,垂直主拉应力,然后两端同时沿主拉应力,然后两端同时沿4545方向延伸,并转向短边侧面,方向延伸,并转向短边侧面,当三侧面裂缝贯通后,沿第四侧面(长边)撕裂,形成翘曲的当三侧面裂
3、缝贯通后,沿第四侧面(长边)撕裂,形成翘曲的扭转破坏面,构件断成两截,而其他位置一般不再发生裂缝。扭转破坏面,构件断成两截,而其他位置一般不再发生裂缝。构件极限扭矩等于或稍大于开裂扭矩。构件极限扭矩等于或稍大于开裂扭矩。 可见可见, ,混凝土受扭破坏前,塑性变形有一定发展,但不充混凝土受扭破坏前,塑性变形有一定发展,但不充分。受扭时混凝土处于二轴拉压状态,抗拉强度远低于单分。受扭时混凝土处于二轴拉压状态,抗拉强度远低于单轴抗压强度轴抗压强度 分析表明分析表明:受纯扭时,裂缝沿与纵轴成:受纯扭时,裂缝沿与纵轴成4545角出现在一个角出现在一个侧面,并延伸到底面与顶面的受拉区,破坏时三个面的裂缝相
4、侧面,并延伸到底面与顶面的受拉区,破坏时三个面的裂缝相互贯通,另外第四侧面受有主压应力,但在该主压应力的垂直互贯通,另外第四侧面受有主压应力,但在该主压应力的垂直方向受有主拉应力,最后发生撕裂破坏。方向受有主拉应力,最后发生撕裂破坏。二、纯扭构件的破坏特征 1. 钢筋混凝土纯扭构件T(T)T(T)钢筋混凝土纯扭构件钢筋混凝土纯扭构件开裂前钢筋中的应力很小开裂前钢筋中的应力很小开裂后不立即破坏,裂缝可开裂后不立即破坏,裂缝可以不断增加,随着钢筋用量以不断增加,随着钢筋用量的不同,有不同的破坏形态的不同,有不同的破坏形态有腹筋构件有腹筋构件n纵筋和箍筋构成了腹筋纵筋和箍筋构成了腹筋n扭矩很小时,剪
5、应力分析与弹性分析一致,腹筋基本不起作用扭矩很小时,剪应力分析与弹性分析一致,腹筋基本不起作用。当截面侧面(长边)混凝土主拉应力达到混凝土抗拉强度,出现。当截面侧面(长边)混凝土主拉应力达到混凝土抗拉强度,出现4545方向斜裂缝,与箍筋相交的腹筋拉应力突然增大。扭矩增大方向斜裂缝,与箍筋相交的腹筋拉应力突然增大。扭矩增大, ,斜裂缝数量增多,形成间距大致相等的平行裂缝组,逐渐延伸至构斜裂缝数量增多,形成间距大致相等的平行裂缝组,逐渐延伸至构件各侧面,成为多重螺旋状表面裂缝,并由表面深入截面内部,外件各侧面,成为多重螺旋状表面裂缝,并由表面深入截面内部,外层混凝土退出工作,腹筋承当更大的扭矩,扭
6、转角增大加快,抗扭层混凝土退出工作,腹筋承当更大的扭矩,扭转角增大加快,抗扭刚度逐渐降低。当腹筋达到屈服强度时,裂缝加宽,相邻腹筋随之刚度逐渐降低。当腹筋达到屈服强度时,裂缝加宽,相邻腹筋随之屈服,扭转角加快发展,当斜裂缝一条宽度超过其他裂缝,成为临屈服,扭转角加快发展,当斜裂缝一条宽度超过其他裂缝,成为临界斜裂缝,扭矩不再加大,而扭转角继续增大,达到极限扭矩。界斜裂缝,扭矩不再加大,而扭转角继续增大,达到极限扭矩。.最终破坏形态:最终破坏形态:三面螺旋形受拉裂缝、一面(截面长边)受压的斜扭破坏面。三面螺旋形受拉裂缝、一面(截面长边)受压的斜扭破坏面。二、纯扭构件的破坏特征 1. 钢筋混凝土纯
7、扭构件破坏形态破坏形态少筋破坏:少筋破坏: 裂后钢筋应裂后钢筋应力激增,构件力激增,构件破坏破坏适筋破坏:适筋破坏: 裂后钢筋应裂后钢筋应力增加,继续力增加,继续开裂,钢筋屈开裂,钢筋屈服,混凝土压服,混凝土压碎,构件破坏碎,构件破坏超筋破坏:超筋破坏: 裂后钢筋应裂后钢筋应力增加,继续力增加,继续开裂,混凝土开裂,混凝土压压 碎,构件破碎,构件破坏,钢筋未屈坏,钢筋未屈服服部分超筋破坏部分超筋破坏: 裂后钢筋应力增裂后钢筋应力增加,继续开裂,混加,继续开裂,混凝土压碎,构件破凝土压碎,构件破坏,纵筋或箍筋未坏,纵筋或箍筋未屈服屈服设计时应避免出现设计时应避免出现三、纯扭构件的开裂扭矩 1.
8、矩形截面纯扭构件bhmaxbhftftftftd2d1F2F2F1F1bhb/2b/2弹性材料弹性材料理想弹塑性材料理想弹塑性材料矩形截面的抗扭塑性矩形截面的抗扭塑性抵抗矩,亦可用砂堆抵抗矩,亦可用砂堆比拟导出。比拟导出。三、纯扭构件的开裂扭矩三、纯扭构件的开裂扭矩n弹性解:弹性解:n 圆形截面承受纯扭矩作用,截面保持平截面,圆形截面承受纯扭矩作用,截面保持平截面,正应力为零,剪应力沿半径线性分布。正应力为零,剪应力沿半径线性分布。截面极惯性矩截面极惯性矩圆形截面受扭弹性抵抗矩圆形截面受扭弹性抵抗矩. 矩形截面在纯扭矩作用下,截面翘曲,不在保持平截矩形截面在纯扭矩作用下,截面翘曲,不在保持平截
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