纯扭构件的受力性能.ppt

1、第九章 受扭构件,9.1 概 述,第九章 受扭构件 Torsion MembersP.186,第九章 受扭构件,9.1 概 述,Questions1 What is the behavior and crack pattern of a RC beam under pure torsion?2 How to reinforce torsional member?3 Torsional resistant mechanism and analysis model of RC torsional member?4 Torsional capacity calculation?5 Upper and

2、 lower limit of torsional member?6 Behavior and calculation under combined torsion and shear?,第九章 受扭构件,9.1 概 述,9.1 概 述,受扭构件也是一种基本构件两类受扭构件：平衡扭转 Equilibrium Torsion由静力平衡条件确定约束（协调）扭转 Compatibility Torsion由变形协调条件确定,第九章 受扭构件,9.1 概 述,静定结构中(Statically determinate structure)，构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出；受扭构件必须提供足够的抗

3、扭承载力，否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏。,平衡扭转 Equilibrium Torsion,超静定结构中(Indeterminated structure)，扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭够的抗扭刚度有关，称为约束扭转Compatibility Torsion。对于约束扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性性质，扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，需要考虑内力重分布(redistribution)进行扭矩计算。,第九章 受扭构件,9.1 概 述,第九章 受扭构件,9.2 纯扭构件,开裂扭矩 Cracking Torque,一、开裂前的应力状态 裂缝出现前

4、，RC纯扭构件的受力与弹性扭转理论基本吻合。由于开裂前受扭钢筋的应力很低，可忽略钢筋的影响。矩形截面受扭构件在扭矩T作用下截面上的剪应力分布情况，最大剪应力tmax发生在截面长边中点,截面受扭弹性抵抗矩Wte,第九章 受扭构件,9.2 纯扭构件,由材料力学知，构件侧面的主拉应力stp和主压应力scp相等 主拉应力和主压应力迹线沿构件表面成螺旋型。当主拉应力达到混凝土抗拉强度ft时，在构件中某个薄弱部位形成裂缝，裂缝沿主压应力迹线迅速延伸。对于素混凝土构件，开裂会迅速导致构件破坏，破坏面呈一空间扭曲曲面。,二、矩形截面开裂扭矩,按弹性理论，当主拉应力stp=tmax=ft时:,按塑性理论，对理想

5、弹塑性材料，截面上某一点应力达到材料强度时并不立即破坏，而是保持极限应力继续变形，扭矩仍可继续增加，直到截面上各点应力均达到极限强度，才达到极限承载力。,此时截面上的剪应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为ft，分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩为:,第九章 受扭构件,9.2 纯扭构件,截面受扭弹性抵抗矩Wte 截面受扭塑性抵抗矩Wt,此时截面上的剪应力分布如图所示分为四个区，取极限剪应力为ft，分别计算各区合力及其对截面形心的力偶之和，可求得塑性总极限扭矩为：,第九章 受扭构件,9.2 纯扭构件,b为截面短边，h为截面长边,第九章 受扭构件,9.2 开裂扭距,

6、假想在与截面相同的平面上淋洒松散的干燥细沙，直到沙粒四周滚落而不能再往上堆积为止。设沙堆安息角各斜面均为，沙堆体积为V，受扭塑性抵抗矩为：,堆沙模拟法是一种模拟的方法，原理来自塑性力学，它的作用在于为形状比较复杂的截面提供了推导截面受扭塑性抵抗矩公式的简便方法。,第九章 受扭构件,9.2 开裂扭距,混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料，达到开裂极限状态时截面的应力分布介于弹性和理想弹塑性之间，因此开裂扭矩也是介于Tcr,e和Tcr,p之间。为简便实用，可按塑性应力分布计算，并引入修正降低系数以考虑应力非完全塑性分布的影响。根据实验结果，修正系数在0.870.97之间，规范为偏于安全起见，取 0.7。于是，开裂扭矩的计算公式为，,截面受扭塑性抵抗矩Wt，b为截面短边 P.188公式（10-4）,第九章 受扭构件,9.2 开裂扭距,第九章 受扭构件,9.2 开裂扭距,箱形截面Hollow section,封闭的箱形截面，其抵抗扭矩的作用与同样尺寸的实心截面基本相同。实际工程中，当截面尺寸较大时，往往采用箱形截面，以减轻结构自重，如桥梁中常采用的箱形截面梁。