关于协调扭转的一些基本说明,支持次梁铰接!
sollance
sollance Lv.2
2007年06月17日 16:04:32
只看楼主

关于协调扭转(compatibility torsion)问题的讨论帖子在这个论坛里面已经成了月经贴,大家对这个问题似乎没有达成统一的看法,其实《混凝土规范》关于扭转的条文说明已经把这个问题解释了一下,一位叫碎冰的网友也曾经在帖子里面贴出来过。可能是条文说明的解释太简要的缘故,还是有人多网友疑惑这个问题。于是我自己也找了些资料,虽然非常有限,但是足以把这个问题解释清楚了。 本人主要藏考一些口碑比较好的教材:1.《Reinforced Concrete Structures》by R Park 2.《Rinforced Concrete--Mechanics and Design》(4e) by J.G.MacGregor 3.《Design of Concrete structures》(12e) by A.H.Nilson

关于协调扭转(compatibility torsion)问题的讨论帖子在这个论坛里面已经成了月经贴,大家对这个问题似乎没有达成统一的看法,其实《混凝土规范》关于扭转的条文说明已经把这个问题解释了一下,一位叫碎冰的网友也曾经在帖子里面贴出来过。可能是条文说明的解释太简要的缘故,还是有人多网友疑惑这个问题。于是我自己也找了些资料,虽然非常有限,但是足以把这个问题解释清楚了。

本人主要藏考一些口碑比较好的教材:1.《Reinforced Concrete Structures》by R Park 2.《Rinforced Concrete--Mechanics and Design》(4e) by J.G.MacGregor 3.《Design of Concrete structures》(12e) by A.H.Nilson
以一般的边梁抗扭为例,就本人对这个问题的理解,大家主要有以下几个错误的认识:

1.认为次梁搭在主梁上计算时应该点铰接,原因是次梁支座截面会形成塑性铰。(做法一般情况下是对的,但是原理彻底理解错误)
2.认为在任何情况下主次梁交接处绝对不能点铰接,应该按照主梁输入次梁,然后程序算出多少配筋就配多少。(完全理解错误.....唉........建议好好回去看看教科书)

下面我稍微解释一下(不是我的观点,是参考书1、2、3的观点):
1.配有适量抗扭钢筋的梁若受到扭矩作用,在混凝土开裂前和开裂后由于受力的机理不同,刚度有显著的变化!开裂前刚度相对很大,开裂后刚度锐减,出现一段屈服平台(参考书2图7.12,参考书3图7.6)。
2.这意味着一般情况下,主梁一旦受扭开裂,它对于次梁的约束就相当与一个铰支座加上一个固定的弯矩反力。这个弯矩反力的大小可以近似为就是主梁受扭开裂的时候次梁作用在主梁上的扭矩,也就是次梁的支座弯矩。
3.主梁的这个开裂弯矩相对来说很小,并且与配置抗扭钢筋的多少关系不大,而是主梁截面尺寸和混凝土强度决定的!美国ACI规范给出了具体式子,一根200X400截面的C25主梁,开裂扭矩约为4.5kNm,如果一根次梁搭在这根主梁中间,那么次梁的支座负弯矩只有9kNm,很小,考虑到次梁顶端构造钢筋的存在,一般可以忽略这个反力,把主梁看成是扭转刚度为0的构建设计,只要给主梁配适当的构造抗扭钢筋(控制正常使用阶段的裂缝)就可以了。
4.显然,如果将次梁按照主梁输入,按照线弹性分析算出的次梁跨中内力没有考虑主梁扭转开裂后的内力重分布,是不安全的。实际上一般情况下主梁总是受扭开裂的(主梁的开裂扭矩很小),主梁扭转刚度为零的设计方法完全适用 ,但必须给主梁按 开裂扭矩=极限扭矩 的原则配置一些受扭钢筋,前面说过了,这个是为了保证主梁的扭转延性和控制正常使用下的裂缝宽度。
5.有一些特殊的情况,比如主梁截面很大,次梁传来的内力不足以使得主梁受扭开裂,那么就必须按照主梁输入次梁,让后按照程序算出的内力给次梁配筋。

总结:
显然,一味的追求线弹性分析下边梁的扭矩(次梁传来也好,板传来也好)是没有太大意义的。本人也曾经一度幼稚的认为一根次梁搭在两根主梁上,与一根梁搭在两根柱子上,分析起来没有区别~~~~~考虑主梁扭转开列后主梁与次梁的内力重分布才是关键问题!
最后,上传一个例子,是参考书2上的一个例子,希望对大家有帮助。
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ougaogong
2007年06月18日 18:09:23
2楼
一言堂未免孤单,我来凑凑热闹。
“实际上一般情况下主梁总是受扭开裂的(主梁的开裂扭矩很小)”有信口开河之嫌,并非所有梁都要它开裂,你也没有见过那么多抗扭开裂的梁。
照你1,2点的说明,我觉得你应该提出一个计算扭曲裂缝宽度的公式!中国规范是不允许你过大裂缝的,而在梁开裂后,应力突变,很可能就造成过大裂缝,按裂缝宽度讲,虽然你的梁还不塌,按国内道理已经属于破坏了。
楼主有心,不过那些理论的东西还是不能直接引到工程中。
需要抗扭的梁并不多,我觉得还是谨慎为好,尽量不要让主梁受扭开裂,对整个楼盖说是增加不了多少钢筋的。
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sollance
2007年06月19日 09:32:26
3楼
谢谢1楼的朋友和我讨论这个问题 :)
就你提出的几个问题,我想这么解释应该能让你满意:

“实际上一般情况下主梁总是受扭开裂的(主梁的开裂扭矩很小)”有信口开河之嫌,并非所有梁都要它开裂,你也没有见过那么多抗扭开裂的梁。

这一点请参考美国05规范第11.6.1及其条文说明,绝非本人信口开河阿,呵呵。主梁扭转开裂是指在承载力极限荷载下(这一点可能是我自己没有表达清楚),平时的荷载远远没有达到正常使用极限荷载,更别说承载力极限荷载,所以主梁可能没有裂,就算有,因为抗扭钢筋的存在,我们也观察不到。

照你1,2点的说明,我觉得你应该提出一个计算扭曲裂缝宽度的公式!中国规范是不允许你过大裂缝的,而在梁开裂后,应力突变,很可能就造成过大裂缝,按裂缝宽度讲,虽然你的梁还不塌,按国内道理已经属于破坏了。

呵呵,既然连发展中国家的规范都控制裂缝了,发达国家的规范能不控制吗?有过之而无不及阿!但是有一点很重要,试验发现,只要按照主梁 开裂扭矩=极限扭矩 的原则配置一定的抗扭钢筋,就能把正常使用极限状态的扭转裂缝控制在规定的范围内,这个《混凝土结构设计规范》第277页也有说明。至于承载力极限状态下的裂缝,这就不管了(越大越好应该~~~~~~)

总之,一根配置了适当抗扭钢筋的受扭主梁在各个荷载状态应该会表现出:
1.一般使用情况下(比如 1.0*恒载+0.3*活载),主梁可能受扭开裂,也可能不开裂,就算开裂,裂缝很小,肉眼看不出。
2.正常使用极限状态(比如1.0*恒载+1.0*活载),主梁一般已经受扭开裂,不过因为配有一定的抗扭钢筋,裂缝很小,不影响使用。
3.承载力极限状态下(比如1.35*恒载+1.4*活载),主梁严重受扭开裂,裂缝很大,大到正常人一看这样到的裂缝脑子里就只有一个念头---------It’s running time! :)
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ougaogong
2007年06月19日 11:32:49
4楼
不知道把次梁点铰接之后,satwe能否自动按你所说的开裂扭矩计算抗扭筋。
可以参考我这个帖子,里面有关于1楼所说的错误1条件下的扭矩计算。http://co.163.com/forum/content/170_673899_1.htm
看了楼主的这2个帖子我心里清晰不少。一些东西我做出一定计算和思考之后再来讨论。
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sollance
2007年06月21日 10:53:24
5楼
以下是引用ougaogong在2007-06-19 11:32:49.0发表的内容:
不知道把次梁点铰接之后,satwe能否自动按你所说的开裂扭矩计算抗扭筋。
quote]
的确satwe没法考虑的。
但是按主梁输入次梁,程序武断的将主梁按弹性方法算出的扭矩折减40%,这也是没有什么道理的,应该直接折减为主梁受扭开裂弯矩。而且satwe折减主梁扭矩的同时因该并没有考虑次梁的内力重分布。
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stonejkd
2008年07月02日 15:08:48
6楼
学习学习!觉得有点道理额!!
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418958731
2008年10月24日 16:38:17
7楼
楼主你好 我是一个结构新手 我非常赞同楼主的观点 在理论上完全行得通
可是在现实设计中 我们都是用的pkpm软件计算结构的 随之问题就来了
1,如果你主次梁交接处你点铰接 我们知道铰接是不传扭矩的 所以算出来的结果是扭筋为零 那么是不是我们要手算主梁的开裂扭矩的构造钢筋(目前我还不知道怎么计算如果可以提供个公式 呵呵) 一栋几十层的房子要算多少时才能算完
2,次梁按主梁输入setwe已经对扭矩折减40% 而 主梁都是有弯矩调幅的(通过调幅系数) 按主梁输入的次梁应该也是有调幅的,所以按主梁输次梁不点铰接还是有其合理性的
3,个人感觉 主梁的开裂扭矩应该和次梁折减40%的扭矩差距应该不是太大否则setwe折减40%有什么意义 设计追求的是概念 不是100%的精确 既然setwe已经考虑过此问题我们也没有必要去计较这一点点的误差

刚做设计几个月 有些观点坐进观天 希望大家多多批评
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nvslch
2008年10月27日 17:15:37
8楼
弹性分析,次梁对边梁的扭矩:
Mc=(q*L^2/8)/(1+3*i*Ls/Ks)
i为边梁线刚度,Ls为次梁距主梁支座间距,Ks为主梁抗扭刚度Gc*Ir,关键在于Ir主梁极惯性矩的取值。
边梁开裂扭矩Tc:一根次梁时为Mc/2,两根时Mc。

另:楼上说的有点道理,但规范从未给过可以折减60%,SATWE里0.4是折减乘数而不是折减幅度。如sollance所言,软件里根本没对次梁“协调扭转”因为次梁根本没有考虑内力重分布,考虑主梁扭矩折减,次梁端部弯矩也应折减,跨中弯矩却没增加。
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vic_262626
2009年01月08日 10:39:46
9楼
学习学习!觉得有点道理额!!:) :)
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shuiqijun
2009年01月08日 10:48:05
10楼
过来学习了一下,深有感触。
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sunmoonsd
2009年01月13日 09:43:46
11楼
关于点胶的问题,我也遇到过,只是总共说要点就点了,现在学到了不少。
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