ACI规范的剪切设计原理[强度折减系数0.75*(Vc+Vs)]
1 引言
目前ACI规范的剪力设计过程假设是: 对于没有抗剪加固的梁，当垂直平面上的分项剪力超过混凝土的假想剪切强度，在这个平面上就会发生破坏。混凝土的假想抗剪强度是根据ACI规范中规定的经验表达式进行计算的。这种简化基于以下原因:
(1) 混凝土抗拉强度变化很大，因此很难评价一个可持续的斜拉力。
(2) 钢筋混凝土的非均质性，使得精确计算某一截面的剪应力成为一项艰巨的任务。
(3) 剪切破坏发生在斜拉平面上。
假定45度的剪切裂缝
2 剪切设计原理
首先解释一个术语, 材料的实际强度称为名义强度。根据ACI规范11.1.1，受剪力的截面设计应基于如下公式：
其中, Vu---截面处的分项剪切应力(factored shear force), 即设计剪切强度;
Vn---名义剪切强度;
---剪切强度折减系数, 取0.75
名义剪切强度由混凝土和剪力钢筋两部分组成:
Vn=Vc+Vs
其中, Vc---混凝土的名义抗剪力(Shear Strength of Concrete)
Vs---剪力钢筋的名义抗剪力(Shear Strength of Shear Reinforcement)
3 最大设计剪切强度Vu计算
根据下图所示的梁截面, 求最大设计剪切强度Vu
计算步骤如下:
(1) 根据混凝土的抗压强度fc',截面尺寸bw和d, 按照经验公式计算混凝土的实际抗剪强度Vc; bw为截面宽度, d为截面有效高度;
(2) 根据钢筋的抗拉强度fy, 箍筋面积Av, 箍筋间距s, 按照经验公式计算钢筋的实际抗剪强度Vs, #3钢筋面积按下图取为0.11, Av为箍筋面积;
(3) 按照 Vn=0.75(Vc+Vs)计算出最大的Vu.
4 需要加箍筋的条件
按照 ACI规范 11.5.5, 需要加箍筋的条件是:
理论上来说, 如果Vu小于Vc, 那么就不需要加箍筋. 不过,即使是这样, 规范仍然需要最小的加筋面积:
5 参考文献
[1] University of Illinois (2005) NCHRP: Simplified shear design of structural concrete members. 338p.
[2] ACI-ASCE 445(1999) 445R-99 Recent approaches to shear design of structural concrete. 55p.
[3] PDHonline Course (2012) Shear strength of reinforced concrete beams per ACI 318-02. 25p.
[4] University of Maryland (2004) Design of concrete structures: Shear and diagonal tension in beams. 33p.
关键词: 剪力; 箍筋
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