Где поперечной арматуры требуется? Обзор результатов научных исследований и методики
В настоящем документе рассматриваются последние 60 лет исследований поведения сдвига при этом внимание уделяется балок от коротких пролетов глубокой пучков для членов контролируемых прогиб. База данных испытаний 1849 входит и выводы, основанные на этих тестах производится, касающиеся безопасности сдвига положения используются в настоящее время в Северной Америке. Сделан вывод, что, используя текущую сдвига ACI положения решить, где поперечной арматуры требуется может быть unconservative для членов с более эффективной глубины или выше напряжения в продольной арматуры. Совершенствование ACI кодекса предлагается смягчить эти недостатки. В документе также показывает, что AASHTO-LRFD и Канады CSA секционных и стойкой и галстук положений обеспечить более равномерный уровень безопасности для всех государств-членов типов.
Ключевые слова: совокупный блокировки, безопасность, сдвига, размер эффекта; деформации эффект; стойки и галстук.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Хорошо продуманная железобетонных конструкций, если подвергаются экстремальным перегрузкам, не сможет при изгибе, чем сдвига. Такие структуры являются жесткими, давать заблаговременное предупреждение о приближении отказа, и нередко способны противостоять удивительно большой loads.1 отличие от изгиба неудач, железобетонных неудачи сдвига относительно хрупким, и в частности для членов без стремян, может произойти без предупреждения. Из-за этого, главная цель сдвига дизайн определить, где поперечной арматуры требуется для предотвращения такого отказа, а затем в менее важное решение, сколько требуется. Поперечной арматуры, как правило, называется стремя, связывает воедино изгиб напряженности и изгиб стороны сжатия члена и гарантирует, что обе стороны действуют как единое целое. Shear неудачи связаны разбивка этой связи, а для членов без стремян, как правило, предполагает открытие основных диагональные трещины, как показано на рис. 1,2
Текущего ACI секционные дизайн procedures3 для изгиба и сдвига были разработаны в 1950-х годов как часть исследований, направленных на развитие методов разработки конечной прочности. В то время как изгиб разработанной методики была признана рациональной и целом было признано в 1962 семенной доклад Совместной ACI-ASCE Комитета 3264, что они не преуспели в развитии "в основном рациональную теорию эффектов сдвига". Они писали, что в то время как проблемы в основном не решена ", в некоторых областях, исследования накопили достаточные данные, из которых надежных эмпирических процедур образца может быть установлен". Предлагаемого уравнения дизайн сдвигу членов без стремян, который в настоящее время формуле. (11-5) МСА 318-08, должна была быть настолько консервативными, что "предел прочности балок в результате практического дизайна будут регулироваться изгиб, а не сдвига". В заключение, Комитет подчеркнул, что дальнейших исследований требовалось "не только для оценки и совершенствования практических процедур проектирования, но и создать принципиально рациональной теории прочности на сдвиг.".
В течение четырех десятилетий, прошедших с МСА "основные выражения для сдвига силы" была получена, огромное количество дальнейшей исследовательской работы по сдвига была conducted.5 В этом исследовании, в дополнение к улучшению понимания сдвига поведения, сделал более очевидным, что ACI традиционных уравнения для V ^ с ^ к югу становится менее консервативной в качестве члена глубине г увеличивается, а прочность бетона е '^ с ^ к югу увеличивается, а максимальный совокупный размер уменьшается, а так как напряжение в продольной арматуры F ^ S ^ к югу увеличивается. Последствия этих тенденций для многих членов смягчены требования ACI минимальной поперечной арматуры, где V ^ и ^ к югу превышает 0,5 [прямой фи] V ^ с ^ к югу. Unconservative конструкций, однако, все еще возможно для некоторых широкой балки, плиты, фундаменты и перекрытия, которые освобождены от этого требования. 2 показаны три ситуации, когда существующие процедуры сдвига ACI дизайна может привести к членам недостаточной безопасности. Толстый конец плиту в кондоминиуме здания переводы близко расположенных стены нагрузки от верхних этажей на более широко расставленных стены ниже, больших фундаментов полосы передачи нагрузки стены в почву, а толстые плиты крыши туннеля метро перевозит высококачественные почвы давления через метро открытия.
Цель настоящего документа заключается в обзоре, что сейчас известно о сдвиговой прочности железобетонных членов без стремян, изучив более 1800 имеющихся экспериментальных результатов и сравнение полученных результатов для предсказания текущего североамериканского сдвига процедур дизайна. Основная цель заключается в выявлении ситуаций, когда существующие процедуры дизайн привести членов, которые недопустимо высоким риском сдвига провала.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Этот обзор сдвига исследования членами без стремян из последних 60 лет свидетельствует о слабых и сильных областях действующих положений сдвига. Результаты этого сравнения позволит инженерам определить членов в их собственных структур, где более консервативные сдвига методика расчета целесообразно при проектировании новых сооружений и для оценки существующих структур.
НОЖНИЦЫ ПОВЕДЕНИЯ ЧЛЕНОВ ИЗГИБАЕМЫХ
Если проектировщики понять основы сдвига поведения, риск их хрупких структур страдания неудачи сдвига будет снижена. В целях содействия развитию такого понимания поведения толстые плиты передачи, изображенного на рис. 2, в котором содержится 60 Оценка укрепление (410 МПа) и производится из 5000 фунтов на квадратный дюйм (35 МПа) бетона с 3 / 4 дюйма (19 мм) совокупная максимальная, будет обсуждаться. Продольная арматура предназначена для удовлетворения потребностей изгиб ACI 318-08 показано на рис. 3 (а), а также эксплуатационные нагрузки (79% из которых связаны с мертвой нагрузки), что плита должна сопротивляться. На основании лабораторных experiments6 на плите полос, ожидается, что в рамках этих услуг нагрузки трещины картины в передаче плита будет таким же, как показано на рис. 3. На этом уровень нагрузки, напряжение в верхней продольной арматуры, где он пересекает Crack будет 44 KSI (305 МПа), в то время как среднее напряжение сдвига V / (Ь югу W ^ г) в бетон в разделе расстояние г от лица стены W2 будет 80 фунтов на квадратный дюйм (0,56 МПа).
Вертикальная трещина в лицо Уолл-W5 не будет представлять опасность сдвига провала. Если трещины настолько широк, что весь сдвига в этом разделе осуществляется без трещин в зоне изгиба сжатия, то максимальное напряжение сдвига в этой зоне будет 480 фунтов на квадратный дюйм (3,31 МПа). Благотворное влияние двухосных сжимающих напряжений в этом месте означает, что он будет считать напряжения сдвига примерно 1130 фунтов на квадратный дюйм (7,8 МПа), чтобы достичь главной растягивающие напряжения 283 фунтов на квадратный дюйм (1,95 МПа), которая для данного конкретного, является МСА значение для диагональных трещин. Реальная угроза хрупкому разрушению сдвиг в местах расположения наклонных трещин б и С, второй из этих двух трещин, наиболее опасный.
Поскольку вертикальные сжимающие представил Уолл-W2 веером в плиту на расстоянии примерно деревня, растягивающие напряжения в верхней продольной арматуры проживания достаточно постоянной на протяжении большей части этого расстояния. Вне этого возмущенной области пучка действие начинается, и напряжение в арматуре уменьшается момент уменьшается. Растягивающих напряжений в верхней укрепления, где он пересекает Трещины В и С могут быть вычислены из свободной диаграмм тело так, как показано на рис. 3 (г), а 36 и 25 KSI (250 и 173 МПа). Это изменение в усилении напряжения означает, что среднее напряжение сдвига 89 фунтов на квадратный дюйм (0,61 МПа) необходимо на горизонтальной плоскости между этими двумя трещинами (см. рис. 3 (б)).
Изменение прочности на растяжение силой в верхней укрепление пытается повернуть вертикальных бетонных кантилевера Трещины между В и С в направлении против часовой стрелки (см. рис. 3 (с)). Если бы не было напряжения сдвига V, действующих на Трещины б и равновесия потребуется часовой момент M на базе конкретных кантилевера, что приведет к максимальной вертикальной растягивающие напряжения на базе консоли от 680 фунтов на квадратный дюйм (4,7 МПа) под эксплуатационные нагрузки. Поскольку это растяжения составляет примерно 2,4 раза конкретные диагональных прочность на растяжение, бетон кантилевера потерпит неудачу. Для лучом происходит, это так важно, чтобы трещины б и передачи значительных напряжений сдвига. Если напряжения сдвига на берегах трещины равной V / (Ь югу W ^ JD), как это определено Морша, 7 они будут оказывать все часовой пара, необходимого для равновесия.
Как увеличить нагрузки, расширение б Трещины и с снижает касательные напряжения, которые могут передаваться через эти трещины, которая будет вызывать некоторые вертикальные растягивающие напряжения в корне Crack C. В конце концов, сочетание этих вертикальных растягивающих напряжений и напряжений сдвига приведет существующих крутой изгиб трещины сдвига для распространения в зоне изгиба сжатия на плоский угол, уничтожая сдвига связи между двумя сторонами члена, и в результате характерные S-образный провал трещины на рис. 3 (е). Ключевым вопросом является то, что касательное напряжение, что вызовет катастрофические неудачи этого сдвига? Уравнение (11-5) МСА 318-08 предсказывает, что для этого члена, где M / (Vd) соотношение в критический раздел 1,37 и МПа), что 1,79 раза сдвига полезной нагрузки напряжения. Как и [прямой фи] V ^ п ^ к югу превышает факторинговой применять силу сдвига на 4%, ACI кодекса указывает, что этот член не требует поперечной арматуры ..
КРАТКИЙ ОБЗОР 60 ЛЕТ сдвига ИССЛЕДОВАНИЯ
Чтобы понять контекст, в котором действующие процедуры сдвига дизайн были разработаны, краткий обзор будет уделяться сдвига исследования, проведенного в 60 лет, что деформировало арматура широко используется. Рисунок 4 показывает, как экспериментальные исследования сдвига с различной интенсивностью в течение этого периода. За предыдущие годы, железобетонных дизайн был основан на предельных напряжений на эксплуатационные нагрузки и сдвига ACI provisions8 заявил, что стремена не требуется, если напряжения сдвига вызваны услуг нагрузки не превышает 0.03f '^ с ^ к югу. Failures4 в 36 дюйма (914 мм) глубиной пучков в два Воздух склады силы показали, что эти положения могут быть небезопасными, а в результате резкого увеличения сдвига исследования привели к предлагаемые изменения Совместное ACI-ASCE Комитета 326, которые до сих пор составляют основу текущего сдвига ACI положений. Эти предлагаемые изменения должны были быть "пересмотра основных философии сдвига / (
Этот параметр был выбран потому, что считалось, что отказ касательное напряжение V будет уменьшаться по мере продольных напряжений стали F ^ S ^ югу увеличилось, и это стали стресс примерно равна M / ( нагрузку до ближайшей точки реакции (то есть сдвиг интервала) была короткой, было отмечено, что членами не удалось "при нагрузке в 100% больше", чем диагональных трещин нагрузки. Однако, поскольку считалось, что этот пост-диагональных трещин силы не могут быть достоверно предсказать, разрушающая нагрузка принималась равной диагональных трещин нагрузки ..
В 25 лет после 1960 года, значительное исследование было проведено в механизмы, посредством которых трещины железобетонных балок передается сдвига. Shear силы в регионе показывает, что сейчас меняется по всей длине члена. Фенвик и Paulay9 указал на то, что момент может изменить либо напряжения в арматуре изменение, которое называется лучом, или внутреннего рычага меняется по длине, которая называется свод действий. Если арка действий является проведение всей сдвига в регионе, который имеет постоянный сдвиг, то конкретные зоны сжатия должна стать наклонной стойкой, идущей от нагрузки на опоры. Было показано, что из-за геометрической несовместимости этих двух механизмов, с лучом как правило, являются гораздо более жесткая, чем свод действий, почти все из сдвига будет осуществляться пучком действий, пока этот механизм не удалось. После провала пучка механизма внутреннего перераспределения напряжений может произойти, а остальные арки механизм мог бы провести еще более ножницы, если расстояние между приложенной нагрузки, и поддержка была достаточно короткий ..
Использование детальные измерения трещин балок и прямыми измерениями на сборочных узлов, Фенвик и Paulay9 смогли заключить, что примерно 70% от вертикального сдвига в flexurally трещины разделе осуществляется через изгиб треск, и что для тонких пучков без стремян, то разбивка совокупного действия блокировки, которые вызывают разрушение при сдвиге. Ключевую роль совокупного блокировки при передаче напряжения сдвига по наклонной трещины изгиба было позже подтверждено Тейлор, 10 и др. Кани., 11 и др. Шервуд al.6 Уолравен трещины на совокупный блокировки уменьшается по мере увеличения трещины и как совокупный размер уменьшается. 1978 КСР-модель FIB code13 ясно, что трещина шириной могут быть рассчитаны как произведение трещины расстояние раза превышает средний растяжения в бетоне, а затем и Breen14 Франц отметил, что для крупных балок, трещины шириной в middepth может быть до трех раза шире тех, у изгиба поверхностного натяжения, так как трещины расстояние около middepth было гораздо больше.
Путем тестирования железобетонных элементов на чистый сдвиг в специально предназначенные для тестирования системы, Веккьо и Collins15 разработали модифицированной теории сжатия поля (MCFT), которая использует равновесия, совместимости и напряженно-деформированного взаимоотношений в целях прогнозирования сдвига ответ трещинами железобетонных элементов . Для членов только с продольной арматурой, теория предсказывает, что провал будет происходить, когда касательное напряжение на трещины, необходимого для равновесия достигает максимального напряжения сдвига, которые могут передаваться по совокупности блокировки. Предсказал провал напряжения сдвига уменьшается предсказал ширина наклонной трещины увеличивается. Таким образом, отсутствие сдвига уменьшается по мере растяжения в продольном увеличивается подкрепление, которое называется эффектом деформации, а также трещины расстояние около middepth увеличивается, размерный эффект ..
В 1960-Кани и др. al.11 провели 362 испытаний сдвига на бетонных балок без стремян в попытке систематически изменять все главными факторами, влияющими прочность на сдвиг. Его experiments16 показал, что основные уравнения ACI переоценить влияние изменения прочности бетона и недооценивать влияние изменения параметров M / ( Он также concluded17, что касательное напряжение в связи с тем сократилось в качестве члена глубина увеличилась. Потому что его глубокие образцы содержали большое количество продольной арматуры ( В последние 20 лет, ряд крупных проектов изучали, как стресс неудачи сдвига членов с менее чем 1% от продольной арматуры разнообразны, как и любой ширины или глубины опытных образцов были изменены при сохранении всех остальных переменных постоянными. Результаты некоторых из этих больших испытаний Series2 ,6,18-21 приведены на рис. 5 наряду с ранее tests22 расследования ширина эффектов.
Видно, что в то время как напряжение сдвига отказа ряда элементов существенно не изменяются ширина образцов увеличивается, есть последовательное и значительное снижение провал напряжения сдвига, как глубина образцов увеличивается. В этих сериях размерного эффекта, было noted19, что шаг изгиб трещины в middepth образцов было примерно 0.5d, следовательно, такое же усиление растяжения, трещины шириной в middepth увеличилось глубине образцов увеличилось. Обратите внимание, что члены либо высоких значениях параметра стресса стали M / ( ) (0,17 [квадратный корень из F] '^ с ^ к югу [МПа]) определяется ACI.3.
Наконец, важно понимать, что напряжение в изгибе усиление напряженности зависит не только от момента, но и на сдвиг. На рисунке 6 показана модель трещины и измеряли продольных деформаций в опертой, крупные железобетонные member23 подвергаются точечную нагрузку на середине пролета. Если все вертикальные трещины, деформации продольного армирования в треснувший бетон будет M / (jdEsAs), и это можно видеть, что это точно ближайшем середине пролета. На место сдвига критической, однако, что примерно в D из точки нагрузки, трещины наклонных и деформации в продольной арматуры более точно предсказать, как (M / JD V) / (E ^ югу S ^ ^ к югу S ^).
ACI СЕКЦИОННЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИЗАЙН НОЖНИЦЫ
Использование всех соответствующих экспериментальных данных и на основе понимания сдвига в то время, Объединенный ACI-326 ASCE Комитет разработал то, что в настоящее время формуле. (11-5), используя график, аналогичный показанному на рис. 7, путем составления наклонной прямой в нижней части облака доступных данных. Полученное уравнение предсказать достаточно хорошо диагональных трещин нагрузки 430 образцов из 18 ссылок, которые были изучены на 1962 г., 4 дает в среднем V ^ югу TEST ^ / V ^ ^ CALC югу от 1,18 с коэффициентом вариации 16,2 %. Для целей разработки конструкции, Объединенный ACI-326 ASCE Комитет рекомендовал, что основные уравнения быть изменен через / ^ с ^ к югу, как показано на рис. 7, поскольку для многих практических проектов, F ^ S ^ югу будет близка к прочности ф выход подкрепления. Потому что эффект изменения стали напряжений в диапазоне практических предсказывают уравнения. (11-5) будет небольшой, инженеры-конструкторы обычно используют упрощенные уравнения. (11-3) от ACI 318-08. Эта формула утверждает, что провал напряжения сдвига V / (bwd) члена без стремян зависит только от прочности бетона и дается 2 [квадратный корень из F] '^ с ^ к югу (PSI) (0,17 [квадратный корень в] е '^ ^ к югу с [МПа]).
AASHTO-LFRD И CSA СЕКЦИОННЫЕ разработке процедур для сдвига
В 1994 году AASHTO-LRFD сдвига процедур, в основе которых лежат MCFT и учитывать как влияние размера и деформации эффект, были published.24 упрощенный вариант этих секционных положений сдвига дизайн developed25, 26 за 2004 канадских конкретных code27 (CSA A23.3-04). Для членов nonprestressed не подвергается осевой нагрузки и не содержащих стремена, эти упрощенные положения MCFT предсказывают, что секционные напряжения сдвига неудачи будут
... (1)
, где в знаменателе первой модели термин деформации эффект и второй модели термин размерного эффекта. Продольной деформации при middepth,
... (2)
При использовании этого уравнения, M и V всегда положительные величины и срока 1.1M / (Vd) не следует рассматривать как менее 1.
Эффективного трещины на расстояние middepth является функцией пучка глубина и совокупного размера. Для членов сделал с 1 дюйма (25 мм) или больше совокупности, с ^ к югу х = 0.77d, для 3 / 4 дюйма (20 мм) совокупности схе = 0.9d, для 3 / 8 дюйма (10 мм ) совокупности S ^ югу х = 1.2d, а для высокопрочных бетонов (е '^ к югу с ^> 10000 фунтов на квадратный дюйм [70 МПа]), где трещины обычно проходят совокупности, с ^ ^ к югу х = 2d. Во всех случаях, [квадратный корень из F] '^ к югу с ^ в формуле. (1) ограничивается максимум 100 фунтов на квадратный дюйм (8,31 МПа).
При использовании этих уравнений для проектирования, (2) с V ^ и ^ к югу и Му, а затем к югу V ^ с ^ может быть получен непосредственно из уравнения. (1). Для анализа существующих строений, уравнение. (1) и (2) должны быть решены одновременно. Хотя это не является алгебраически комплекса, обычно проще оценить (1), а затем с помощью уравнения. (2), чтобы проверить правильность первоначальной оценки Когда в результате деформации равна предполагаемой деформации, сходимость достигается.
Стойка-И-TIE разработке процедур
Значительный прогресс в процедурах ACI сдвига явилось введение стойки и галстук модели для сдвига дизайн членов с короткими сдвига охватывает в ACI 318-02.28 Эти новые процедуры разрешения после диагональной взлома потенциала членов с короткими пролетами сдвига будет приняты во внимание. Они находились под влиянием стойки и галстук положения в 1984 канадских конкретные код (CSA) 29 и новаторской работы и др. Schlaich al.30
Процедуры будут продемонстрированы на серию испытаний, проведенных др. Кани и др., 11, результаты которых приведены на рис. 8. Видно, что больше образцов, прочность на сдвиг не был под сильным влиянием изменений на сдвиг пролета. Когда A / D была меньше примерно в 2,5, однако, небольшое уменьшение сдвига службы вызвало сбой сдвига значительно увеличить. Кроме того, отношение размера пластины было установлено, что существенное значение только для коротких пролетов сдвига. Эти различия являются результатом больше образцов под контролем распада пучка действий в то время как подавление конкретных стойки контроля прочности на срез коротких пролетов. Кроме того, показано на рис. 8 являются вариации прочности на сдвиг со сдвигом службы предсказывали МСА и CSA процедур. Видно, что для данной геометрии, уравнение. (11-5) и уравнение. (1) дают очень похожие прогнозы, и оба хорошо согласуются с результатами испытаний больше лучей.
Прогнозы для пост-диагональных трещин силы были сделаны с помощью стойки и галстук модели, описанной в рис. 8. Оба предсказания, полученные для дробления стойка с МСА и из AASHTO31 и CSA положения показано на рисунке. Принципиальное отличие этих положений кроется в предполагалось провал напряжения диагональная распорка. ACI положения предположить, что эта стойка будет давить на эффективное сжатие FCE сила равна 0,85 AASHTO CSA и положений, которые основаны на MCFT, предположим, что стойка стресс неудачи снижает как среднее основных растяжения
F ^ югу се = е '^ с ^ к югу / (0,8 170
где
В этом уравнении, S ^). Как сдвига увеличивается диапазон, угол В методе ACI, е ^ ^ се югу остается постоянной, но нижний предел 25 градусов находится на угол Для обоих комплектов процедур, отсутствие сдвига определяется как вертикальная составляющая разрушающая нагрузка от диагональной стойки, где ширина стойки, к югу W ^ S ^, рассчитывается, как показано на рис. 8. Поиск предсказал сильные включает определения толщины верхней горизонтальной стойки, с тем чтобы подчеркнуть в этой стойки равна предполагаемой стресс провал ^ югу 0.85f 'с ^.
DATABASE сдвига НЕУДАЧИ ДЛЯ ЧЛЕНОВ без стремян
Чтобы собрать базу сдвига экспериментов на железобетонные членов без стремян, 114 ссылок, в основном в публикации ACI, были изучены, который подробно рассказал о 1849 сдвиговых испытаний normalweight, nonprestressed конкретных членов не подвергается осевой нагрузки и содержащий деформированных продольной арматуры. Рисунок 4 показывает количество сообщили испытаний для каждого 2-летний период и кратко вида нагрузки используется. Видно, что 84% проб участие опертой балок, точечные нагрузки, в то время как только 1% моделируемых непрерывного члены подвергаются равномерной нагрузки. Удивительно, что только 144 из 1849 испытаний глубинах более 22 дюйма (560 мм) и что большинство из этих больших образцов были протестированы в течение последнего десятилетия. В общей сложности 1696 особей были зарегистрированы на неудачу при сдвиге, а 153 образцов было зарегистрировано на неудачу при изгибе. В дополнение к ликвидации образцов, которые, как сообщается, изгиб неудачи, образцы, в которых максимальный момент, приложенное к образцу в ходе эксперимента превысил 1.10M югу ^ п ^, где М ^ п ^ к югу является номинальной мощностью момент, вычисленный МСА 318 - 08, также были устранены.
Поскольку различные параметры влияют на прочность на сдвиг членов с короткими пролетами сдвига, тесты также были разделены на две группы. Члены, для которых промежуток сдвига равен или даже превышает 2.5D были определены как тонкая и должна будет находиться под управлением распада пучка действий. Для членов подвергаются равномерной нагрузки, расположение равнодействующая равномерной нагрузки причиной сдвига при поддержке рассматривается в качестве места эквивалентной нагрузки точки. Таким образом, для опертой членов, сдвиг пролета будет равна 0.25 л. Такой подход, рекомендованный Кани, 16 при поддержке экспериментов с Леонхардт и Walther.32 На основе этих определений было 1098 сдвига неудачи тонких членов и 503 сдвига отказов краткий членов. Конкретных деталей всех этих испытаний приведены в отдельном приложении .*
При разработке основных сдвига ACI уравнения в 1962, Объединенный ACI-326 ASCE Комитет рассмотрел результаты 430 экспериментов, 4 241 из которых лежат в практической ряд переменных показано на рис. 7. В новую базу данных, дополнительные 1065 самые последние данные точки могут быть построены в рамках оси спектр показан на рис. 7. Для большинства проектов, значение параметра 1000 Облако намного больше, чем наклон предсказал формулой. (11-5). Это означает, что уравнения. (11-5) недооценивает уменьшение прочности на сдвиг, что результаты с увеличением усиления напряжения F ^ S ^ к югу. В то время как только 3% от первоначальной 1962 результаты показали падение ниже линии определяется формулой. (11-5), более 14% новых и больших результатов базы данных находятся за чертой. Еще важнее то, примерно на 1% больше последние результаты не менее половины нагрузки предсказал формулой. (11-5), который для плит, фундаментов, а некоторые широких пучков может указывать на серьезный риск неудачи на эксплуатационные нагрузки, так как эти члены освобождаются от требования о предоставлении стремена, когда V ^ и ^ к югу превышает [прямой фи] V ^ к югу с ^ / 2 ..
Чтобы конкретно определить сочетания факторов, которые приводят к этим небезопасных ситуациях, систематическое изучение было сделано сдвига сбоев в базе данных. 1098 сдвига неудачи тонких членов и 503 сдвига отказов краткий члены разделены на девять подгруппы в зависимости от глубины член г и значения параметра * M / ( Этот параметр является мерой напряжения в продольной арматуры, е ^ с ^ к югу, в критической секции сдвига в том числе влияние момент смены показано на рис. 6. Для тонких членов критической секции берется как д, нагрузках точке и д, поддержка равномерной загрузке образцов. Параметр рассчитывается как
... (5)
Напряжений F ^ S ^ югу может быть определена путем умножения параметру V / г (см. рис. 7). Для того чтобы точка загруженных членов, это значение F ^ S ^ югу соответствует стали напряжения в месте максимального момента. Для сдвига критической члена с 4000 фунтов на квадратный дюйм (28 МПа), бетон и арматура Grade 60, где V ^ к югу и ^ = [прямой фи] 2 [квадратный корень из F] '^ с ^ к югу bwd, сдвиговые напряжения V при учтены нагрузки будет 95 фунтов на квадратный дюйм (0,65 МПа), в то время как F ^ S ^ югу будет 54000 фунтов на квадратный дюйм (372 МПа). Если предположить, что J = 7 / 8, параметр * M / ( Исходя из этого, три диапазона выбранного параметра напряжение стальных M * ( , чем 200, где нагрузки стали будет низкой, а М * ( В отношении членов глубине трех диапазонов были выбраны: д меньше, чем 12 дюйма (+305 мм), которая определяется как малого, г больше, чем 22 дюйма (+560 мм), которые определяются как крупные, и г между 12 и 22 дюйма
Рисунок 9 обобщены результаты исследования по девять групп узких членов в плане напряжений сдвига неудачи отношение ^ F 'к югу с ^). Значения (11-3) от ACI 318-08 является unconservative. Для каждой группы, эта цифра показывает количество особей в группе, среднее значение Обратите внимание, что мелкие особи с низким уровнем напряжения стали составляют 54% от 1098 тонкие образцы. Это можно видеть, что Только 5% малых образцов с низкой нагрузкой на сталь не удалось менее чем на 2,54
Рисунок 10 Аналогичное резюме для членов с короткими пролетами сдвига. Как и предсказывалось в стойку и галстук моделей, провал напряжения сдвига соотношения для таких членов все гораздо выше, чем для тонких членов и нет никаких убедительных доказательств размерного эффекта. Для этих типов членов уравнения. (11-3) практически всегда будут в безопасности.
ТОЧНОСТЬ североамериканских НОЖНИЦЫ разработке процедур
ACI 318-083 говорится, что одной из целей факторов силы сокращения "для установления неточностей в разработке уравнений". Если эти неточности больше, чем предполагалось в первоначальном выборе [прямой фактор фи], то структурные безопасность может оказаться под угрозой. Рисунок 8 показывает, что одна серия испытаний, точные прогнозы прочность на сдвиг может быть получена путем принятия больших расчетных сдвига действия пучка неудачи и стойки сокрушительный провал сдвига. Рисунок 11 обобщены результаты применения этого подхода ко всем 1601 сдвига сбоев в базе данных.
Рисунок 11 (а) основывается на формуле. (11-5) и ACI стойки и галстук модели, а рис. 11 (б) на основе уравнения. (1) и CSA / AASHTO стойки и галстук модели. Чтобы подчеркнуть unconservative испытаний, сюжет был достигнут в V ^ югу CALC ^ / V ^ ^ к югу TEST, а это означает, что координаты у на участке показывает, необходимых номинальной запас прочности для обеспечения того, чтобы конкретный анализ бы не указали на возможное провал на эксплуатационные нагрузки. Если отношение V ^ к югу ACI ^ / V ^ ^ к югу TEST превышает 1,5, номинальный коэффициент безопасности против сдвига провалом для случая, когда мертвым грузом равна временная нагрузка будет снижена с (0,5 до менее чем 1,25. Отношение V ^ к югу ACI ^ / V ^ ^ к югу TEST превысил 1,5 для 56 испытаний, которые включают как членов регулируются стойка дробления (A / D
Использование обычных отношение V ^ к югу TEST ^ / V ^ ^ к югу CALC и установка нормального распределения в нижней 50% от базы данных, 33 ACI процедур приводит к нормальному распределению со средним значением V югу ^ ^ TEST / V ^ ^ CALC югу от 1,36 и коэффициент вариации 26,9%. CSA процедур результате в среднем за 1,21, а коэффициент вариации 15,3%. Значения факторов ACI силы сокращения первоначально chosen34 основана на концепции, что только 1% членов не сможет менее чем на [прямой фи] раз номинальной силы. Исходя из этого, используя ACI процедуры поиска Vn для членов без стремян потребует [прямой фи] значение 1,36 Если CSA или AASHTO процедуры были использованы для V ^ ^ п к югу, а затем [прямой фи] должна быть 0,78.
Рис 12 () показывает, V ^ югу ACI ^ / V ^ ^ к югу TEST соотношения для сдвига 1343 неудач, которые свидетельствуют о ACI процедуры регулируются распада пучка действий. Видно, что увеличение глубины и образца увеличивается усиление стресса, отношения стали менее консервативны. Кроме того, целый ряд очень unconservative результаты связаны с высоким конкретные сильные и малых совокупного размера. Обратите внимание, что в то время как Есть unconservative испытания на больших и малых глубинах, unconservative малых членов регулируются деформации эффект, а для больших глубин, все члены unconservative независимо от прочности бетона или напряжения влияние условий. Потому что CSA и AASHTO процедур более точно учесть влияние глубины, усиление деформации, прочность бетона, а совокупный размер, V ^ ^ к югу CSA / V ^ ^ к югу TEST значения приведены на рис. 12 (б) достаточно последовательной для всех 1188 сдвига неудач, и эти процедуры прогнозирования регулируются распада пучка действий. Установка нормальной кривой unconservative половина из этих неудач секционные дает среднее значение V ^ югу TEST ^ / V ^ ^ CSA югу от 1,19 и коэффициент вариации только 12,9%, что приближается к качеству изгибных прогнозы ..
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
Если ACI 318-08 процедуры используются для определения сбоев толстой плиты передачи, изображенного на рис. 3, они подсчитали, что вязкий разрушение при изгибе бы произойти, если эксплуатационные нагрузки увеличиваются на коэффициент 1,44 в то время как хрупкого разрушения сдвига не будет прогнозам, произойти, если услуга нагрузки может быть увеличена на коэффициент 1,79. Исходя из этого, дизайнер будет считать, что это хорошо продуманная структура. Как показано в настоящем документе, однако, нынешняя сдвига ACI уравнений может быть очень unconservative для больших, слегка усилены членами таких, как этот, и разрушающая нагрузка будет гораздо более точно предсказал формулой. (1). Эта формула предсказывает, что передача плиты будут страдать от хрупкого разрушения сдвига на рис. 3 (е) если эксплуатационные нагрузки увеличиваются на коэффициент всего 1,10. Если для строительства удобства максимальный размер был сокращен до 3 / 8 дюйма (10 мм), уравнение. (1) будет предсказать провал на служебной нагрузки. Если, наоборот, инженер решил использовать арматурной стали с 80 KSI (+550 МПа) дают как разрешено 2008 Кодекса, сумму изгибных подкрепление будет сокращен на 25% и обусловленное этим повышение напряжений на служебной нагрузки вновь привести к неспособность предсказать на эксплуатационные нагрузки.
До уравнений ACI сдвига улучшилось, было бы целесообразно, чтобы быть более консервативными, чем ACI кодекса при принятии решения, где поперечной арматуры не требуется. Для этой цели рекомендуется секционные прочности на сдвиг для членов без стремян, V ^ с ^ к югу, рассчитывается либо по формуле. (1) или упрощенную версию этого уравнения. Такой вариант может быть сформулирована, признав, что если член не выполняет сдвига, а не прогиб, максимальное значение напряжения в изгибе усиление напряженности будет меньше, чем доходность деформации арматуры, также небольшой деформации сжатия на противоположной стороне элемента. Основываясь на этих двух соображений, консервативные считать, что (1) равно 0.42
... (6)
где для нормального бетона с 3 / 4 дюйма (20 мм) совокупности S ^ югу х = 0.9d.
Так как значения V ^ с ^ к югу определяется формулой. (6) никогда не превышала стоимости V ^ C ^ югу разрешается МСА уравнения. (11-3), члены разработан с использованием формулы. (6) удовлетворяют ACI кодекса. Результат следовать данной рекомендации является то, что члены, которые будут исключаться из раздела 11.4.6 МСА 318-08 будет содержать минимальное поперечной арматуры, если V ^ и ^ к югу превышает [прямой фи] V ^ с ^ к югу, а члены, которые не являются освобождаются будет содержать минимальное поперечной арматуры, если V ^ и ^ к югу превышает 0,5 [прямой фи] V ^ с ^ к югу, где в обоих случаях V ^ с ^ к югу дается формулой. (6) и [прямой фи] = 0,75.
Для передачи толстые плиты, уравнения. (6) предсказывает, номинальное напряжение сдвига провала 83 фунтов на квадратный дюйм (0,58 МПа). Как и [прямой фи] V ^ с ^ к югу затем будет 62 фунтов на квадратный дюйм (0,43 МПа) и вю составляет 103 фунтов на квадратный дюйм (0,71 МПа), не менее усиление сдвига не требуется. Оценка 60 одной ноге № 6 стремена интервала на 22 х 22 дюйма (+560 х 560 мм), сетка будет удовлетворять минимальным усиление сдвига requirements.3 Когда такое подкрепление, то она управляет spacing6, 35 наклонной трещины, а затем схе в формуле. (6) можно считать 12 дюймов (305 мм). Использование ACI уравнения. (11-15) для Vs, номинальное напряжение сдвига провала передачи плиты, армированной сеткой № 6 одного стременах ноги, будет
... (7)
Таким образом добавив минимальной усиление сдвига более чем в два раза прочность на сдвиг, а это означает, что эксплуатационные нагрузки в настоящее время необходимо увеличить на коэффициент 2,34 до сдвига неудача предсказать. Возможности передачи плиту таким образом будут регулироваться изгиба и, следовательно, плита будет рассматриваться как хорошо продуманные конкретные членов.
Если V ^ с ^ к югу рассчитывается по формуле. (6) для кровельных плит из туннеля метро и поддержку основу стены, изображенного на рис. 2, то минимальное усиление сдвига бы также, как представляется, необходимых для обоих участников. Хотя такое усиление необходимо для кровельных плит метро, 2 стойки-andtie действий позволит за относительно короткий промежуток сдвига в основе безопасного противостоять касательное напряжение по меньшей мере равно, что предсказать МСА уравнения. (11.3). Для таких членов, было recommended36, что уравнение. (11.3) является безопасным, при условии, что расстояние от поверхности стены до конца основе менее 3D. За основу показано на рис. 2, это расстояние 2.4D.
Если минимальное усиление сдвига добавляется к члену, стройная, прочность на сдвиг государств-членов будет в значительной степени расширить и, кроме того, отказ станет намного более ductile.6, 20 В связи с этим рекомендуется, чтобы все балки и плиты с важное значение для целостности структуры содержат по крайней мере минимальные поперечной арматуры, удовлетворяющих ACI уравнения. (11-13). С появлением более мощных балок и плит толще в целом поддерживают больше, чем структура малых государств-членов, она рекомендовала, чтобы все балок и плит с общей толщиной более 30 дюймов (760 мм), содержат по крайней мере, минимальный усиление сдвига.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Большинство инженеров-строителей, снять напряжение сдвига отказа члена без стремян, как функция только от прочности бетона (V ^ к югу с = 2 [квадратный корень из F] '^ к югу с ^ Ь югу W ^ г), а затем использовать это значение для определения того, где стремена не требуется. Эта статья показывает, что это традиционное предположение может привести к небезопасной конструкции и может привести к инженерам принимать решения, которые непреднамеренно повышает вероятность хрупкого разрушения сдвига. Новые факторы нагрузки представил в 2002,28 например, привели к увеличению напряжения в изгибе укрепление на эксплуатационные нагрузки и, таким образом, согласно прогнозам, снизили и без того низкий коэффициент безопасности для сдвига. Важно, что инженеры понимают, что в дополнение к прочности бетона, сдвига также сильно зависит от членов глубине трещины шероховатости и деформации сосуществующих в продольной арматуры.
Для достижения поставленной цели, что "предел прочности балок в результате практических проектов будет регулироваться изгиб, а не сдвига", 4 необходимо будет обновить основные выражения для ACI сдвигу членов без поперечной арматуры (уравнение (11-5)), и, что более важно, упрощенный вариант этого выражения, которые используются практически во всех конструкций (формула (11.3)). Обзор исследований в этой работе показано, что в то время как эмпирически ACI выражение правильно указывает, что отказ сдвига будет уменьшаться по мере напряжения в продольной увеличивается арматуры, более поздних данных тест показывает, что влияние этого штамма эффект намного больше, чем первоначально предполагалось. Для трещин железобетонных членов продолжать нести нагрузку пучка действий, необходимо, чтобы касательные напряжения передается через трещины в совокупности действия блокировки. Высокое напряжение в продольной арматуры и / или шире трещины шаг приведет к более широкому ширины трещины и, таким образом, снизить сильные сдвига.
Высокая конкретные сильные и малых размеров совокупного результата в трещинах с плавным лица, которые также ограничивают напряжения сдвига, которые могут перевозиться. Уравнение (1), которая основана на MCFT, прогнозирует деформации эффект размерного эффекта, а также влияние свойств бетона в надежным образом и, следовательно, может рассматриваться в качестве обновления уравнения. (11-5), который счетам за последние 40 лет сдвига исследований ..
Упрощенный вариант уравнения MCFT подходит для повседневный дизайна в данной работе, как и уравнение. (6). В классе усиления и максимальный размер известно, это уравнение лишь незначительно сложнее, чем текущий уравнения дизайна. Если в том, где поперечной арматуры необходимо, инженер использует формулу. (6) настоящего документа, а не формула. (11-3) от ACI кодекса, в результате структура будет отвечать ACI кодекса. Более того, если в результате структура подвергается перегрузке, следует предусмотреть в пластичных изгиб режиме, а не хрупкий режим сдвига и, следовательно, будет хорошо продуманные железобетонных конструкций.
Авторы
Авторы хотели бы выразить свою признательность естествознания и техники Научно-исследовательского совета Канады за ряд грантов, которые дали возможность долгосрочного исследовательского проекта, посвященного сдвига проектирование железобетонных в Университете Торонто.
* Приложение доступно на сайте <a target="_blank" href="http://www.concrete.org" rel="nofollow"> www.concrete.org </> в формате PDF в качестве добавления к опубликованной бумаги. Он также доступен в печатном виде в штаб-квартире ACI за дополнительную плату в размере стоимости воспроизводства плюс управляемость на момент запроса.
Ссылки
1. Vecchio, FJ, и Коллинз, М., "Исследование Крах Склад структура," Бетон International, V. 12, № 3, март 1990, с. 72-78.
2. Коллинз, член парламента, и Кучма, Д. "Как пригодная для нашей большой, слегка-железобетонных балок, плит и Фундамент"? ACI Структурные Journal, V. 96, № 4, июль-август 1999, с. 482-490.
3. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-08) и Комментарии" Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2008, 465 с.
4. Совместное ACI-ASCE Комитет 326 ", сдвиг и диагонали напряженность", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 59, № 1, 2 и 3, январь, февраль и март 1962, с. 1-30, 277 - 334 и 352-396; также обсуждение и закрытие, В. 59, № 10, октябрь 1962, с. 1323-1349.
5. Совместное ACI-ASCE Комитет 445 ", в последнее время подходы к сдвигу Дизайн Железобетона. Современное состояние Доклад ASCE-ACI Комитет 445 по Shear и кручение," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 124, № 12, январь 1998, с. 1375-1417.
6. Шервуд, Е.; Бенц, ЕС и Коллинз, М., "Влияние на совокупный размер Beam-Прочность на сдвиг толстых плит", ACI Структурные Journal, В. 104, № 2, март-апрель 2007, с. 180-191.
7. Морша Е., бетонных стальных конструкций, McGraw-Hill, Нью-Йорк, 1909, 368 с.
8. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к железобетона (ACI 318-51)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1951, 64 с.
9. Фенвик, RC, и Paulay, T., "Механизмы сдвигового сопротивления бетонных балок," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 94, № ST10, октябрь 1968, с. 2235-2350.
10. Тейлор, ГПЖ, "Исследование силы совершили через трещины в железобетонных балок в сдвиге блокировки агрегата," TRA 42,447, цемента и бетона Ассоциации Уэксхем Спрингс, Великобритания, 1970, 22 с.
11. Кани, МВт; Хаггинс, МВт, и Витткопп, РР, "Кани на Shear из железобетона," Отдел архитектурно-строительный университет Торонто, Toronto, ON, Канада, 1979, 225 с.
12. Уолравен, JC, "Фундаментальный анализ совокупных Interlock," Журнал структурной отдела ASCE, В. +107, № ST11, ноябрь 1981, с. 2245-2270.
13. КСР-FIP, "Модель Код для железобетонных конструкций: КСР-МФП Международные рекомендации", третье издание, Комит Евро-дю-Бетон "Интернационал / Международной федерацией де-ла-Precontrainte, Париж, Франция, 1978, 348 с.
14. Франц, GC, и Брин, JE, "Крекинг на боковых гранях больших железобетонных балок," ACI ЖУРНАЛ, Труды V. 77, № 5, май 1980, с. 307-313.
15. Vecchio, FJ, Коллинз, депутаты ", модифицированной теории сжатия поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 2, март-апрель 1986, с. 219-231.
16. Кани, GNJ, "Основные факты, касающиеся Shear провал", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 63, № 6, июнь 1966, с. 675-692.
17. Кани, GNJ "Как пригодная для наших крупных бетонных балок? ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 64, № 3, март 1967, с. 128-141.
18. Shioya, T.; Iguro, M.; Нодзири, Ю.; Акияма, H.; и Окада, T., "Прочность на сдвиг больших железобетонных балок," Механика деформируемого твердого тела: применение для бетона, SP-118, VC и Li ZP Ba.ant, ред., американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 1989, с. 259-279.
19. Shioya, T., "Shear свойства больших железобетонных Участники" Специальном докладе, технологический институт, корпорации "Симидзу", № 25, февраль 1989, стр. 198. (На японском)
20. Lubell, A.; Шервуд, T.; Бенц, E.; и Коллинз, М., "Безопасный Shear Дизайн большие, широкие пучки," Бетон International, V. 26, № 1, январь 2004, с. 66 - 78.
21. Шервуд, Е.; Lubell, AS; Бенц, ЕС и Коллинз, М., "В одну сторону Прочность на сдвиг толстых плит", ACI Структурные Journal, В. +103, № 6, ноябрь-декабрь 2006, с. 794-802.
22. Раджагопалан К. С., Ferguson, ТЧ, "Поисковое Тесты Shear подчеркивая Процент Продольная Сталь", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 65, № 8, август 1968, с. 634-638.
23. Шервуд, например, "один-Way Shear Поведение Большие, слегка железобетонных балок и плит", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, 2007, 547 с.
24. AASHTO ", LRFD мост проектной документации и комментарии", первый выпуск, Американской ассоциации государственных автомобильных дорог и транспорта лиц, Вашингтон, DC, 1994, 1091 с.
25. Бенц, ЕС; Vecchio, FJ, и Коллинз, М., "Упрощенная MCFT для расчета прочности на сдвиг железобетонных элементов", ACI Структурные Journal, В. 103, № 4, июль-август 2006, с. 614-624.
26. Бенц, ЕС, и Коллинз, М., "Развитие 2004 CSA A23.3 Shear Резервы на железобетонные," Canadian Journal строительства, В. 33, № 5, май 2006, с. 521-534.
27. CSA A23.3 комитета, "Проектирование железобетонных конструкций", Канадская ассоциация стандартов, Mississauga, ON, Канада, 2004, стр. 214.
28. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт Concrete, Фармингтон, М., 2002, стр. 443.
29. Митчелл, Д., Коллинз, депутаты ", рациональный подход к сдвигу положения design.The 1984 канадских кодекса" ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 6, ноябрь-декабрь 1986, с. 925-933.
30. Schlaich, J.; Шефер, К. и Jennewein, М., "На пути соответствии Дизайн железобетонных конструкций", PCI Journal, V. 32, № 3, май-июнь 1987, с. 74-150.
31. AASHTO ", LRFD мост проектной документации и комментарии", третье издание, Американская ассоциация государства дорожного хозяйства и транспорта должностных лиц, Вашингтон, DC, 2004, 1264 с.
32. Леонхардт Ф., Вальтер Р., "Штутгарт Shear Тесты 1961", перевод статьи, которая появилась в Бетон унд Stahlbetonbau, В. 56, № 12, 1961, V. 57, № 2, 3 , 6, 7 и 8, 1962, цемента и бетона Перевод библиотечной ассоциации № 111 Уэксхем Спрингс, Великобритания, декабрь 1964, 134 с.
33. Новак А.С., Szerszen, М., "Калибровка Дизайн Код для зданий (ACI 318): Часть 1.Statistical модели сопротивления", ACI Структурные Journal, В. 100, № 3, май-июнь 2003, с. 377 -382.
34. Мак-Грегор, JG, и Wight, JK, железобетон: механика и дизайн, четвертое издание, Пирсон Prentice Hall, Аппер-Садл-Ривер, штат Нью-Джерси, 2005, 1132 с.
35. Angelakos Д., Бенц, ЕС, и Коллинз, М., "Влияние прочности бетона и минимального Stirrups Прочность на сдвиг на больших членов", ACI Структурные Journal, В. 98, № 3, май-июнь 2001, с. 290 -300.
36. Узел, A., "Shear проектирования больших Фундамент", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, 2003, 383 с.
Michael P. Коллинз, ВВСКИ, является профессор университета и Бахен-Таненбаум профессор гражданского строительства в Университете Торонто, Toronto, ON, Канада. Он является членом Совместного ACI-ASCE Комитет +445, сдвига и кручения. Его исследовательские интересы включают развитие рационального и последовательного сдвига спецификаций для структурных конкретных приложений.
Входящие в состав МСА C. Эван Бенц является адъюнкт-профессор гражданского строительства в Университете Торонто. Он является членом комитета ACI 365, срок службы прогнозирования и совместной ACI-ASCE Комитет 445, сдвига и кручения. Его исследовательские интересы включают механики из железобетона, службы моделирования, а также создание практических инструментов, что передача железобетонных обследования инженерных сообщества.
ACI членов Эдвард Г. Шервуд является профессором в Департаменте гражданской и экологической инженерии в университете Карлтон, Оттава, Онтарио, Канада. Его научные интересы включают в себя интеграцию современных аналитических методов, методов реабилитации, а также современные материалы с действующим армированных и предварительно напряженного бетона практика.