抗剪强度Vc符合ACI 318-19

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使用最新的ACI 318-19标准,重新定义了混凝土抗剪承载力V c的长期关系。 使用新方法时,杆件高度,纵向配筋率和正应力会影响抗剪强度Vc。 下面的文章描述了剪切设计的更新,并通过一个实例演示了该应用。

简介

在以前的标准ACI 318-14 [2]中,计算抗剪强度V c-时指定了8个公式,而没有考虑应用极限。 用户可以在简化计算和精确计算之间进行选择。 ACI 318-19中新概念的目的之一是简化Vc的设计方程。 此外,该概念还应考虑构件高度,纵向配筋率和法向应力的影响。

抗剪强度V c符合ACI 318-19

对于非预应力钢筋混凝土梁,抗剪承载力V c是根据ACI 318-19 [1]中的公式a)到c)由表22.5.5.1计算得出。 使用新的公式b)和c),杆件高度,纵向配筋率和法向应力会影响抗剪强度Vc 。 公式a)基本上取自ACI 318-14 [2]

根据表22.5.5.1 [1]确定抗剪承载力V c取决于所插入的抗剪配筋Av 。 如果存在或超过了9.6.3.4中的最小抗剪配筋Av,min ,则可以根据公式a)计算V c。

抗剪承载力Vc根据ACI 318-19,表22.5.5.1,公式a)

Vc,a = 2 · λ · fc' + Nu6 Ag · bw · d

Vc,a 混凝土抗剪承载力按照表22.5.5.1中的a)
λ 标准或轻质混凝土的系数
F”Ç 混凝土抗压强度
NU 轴力设计值
[THESIS.TITEL]g 截面面积
BW 截面宽度
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

或公式b)

抗剪承载力Vc根据ACI 318-19,表22.5.5.1,公式b)

Vc,b = 8 · λ (ρw)13 · fc' + Nu6 Ag · bw · d

Vc,b 混凝土的抗剪承载力按表22.5.5.1中的公式b)计算
λ 普通混凝土或轻质混凝土的系数
ρw ^ 受拉钢筋纵向受力比
F'Ç 混凝土抗压强度
NU 轴力设计值
[THESIS.TITEL]g 截面面积
BW 截面宽度
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

从表22.5.5.1 [1]开始

如果比较以上示出的两个方程,就可以看到,在公式B)λ已取代期限8λ的因子2(ρw)的1/3。 纵向加固比ρ瓦特影响剪切阻力VC的持续计算。 图01示出了8λ的分布(ρW)1/3ρw的函数(λ= 1)。

为λ=1.0,8λ(ρW)1/3变得等于值2λ为一个纵向加强比ρW = 1.56%。 当计算vC案例方程式a)用于λ= 1和一个纵向加强比ρ瓦特<1.56%)和式(B)为λ=1,ρW>在大混凝土1.56%的结果的抗剪切性。 该标准允许应用两个方程。 因此,可以将公式a)和b)中的最大值用于具有成本效益的设计中。

对于具有抗剪配筋Av <Av,min的梁,按照ACI 318-19 [1]的规定使用表22.5.5.1 [1]中的公式c)。

抗剪承载力Vc根据ACI 318-19,表22.5.5.1,公式c)

Vc,c = 8 · λs · λ · (ρw)13 · fc' + Nu6 Ag · bw · d

Vc,c 混凝土的抗剪承载力按照表22.5.5.1中的c)
λS] 考虑构件高度的系数
λ 普通混凝土或轻质混凝土的系数
ρw ^ 受拉钢筋纵向受力比
F'Ç 混凝土抗压强度
NU 轴力设计值
[THESIS.TITEL]g 截面面积
BW 截面宽度
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

除变量λs外公式c)与上述公式b)相似。 对于没有或几乎没有抗剪配筋的结构构件,混凝土抗剪承载力Vc随着构件高度的增加而减小。 通过引入系数λs时,“规模效应”的考虑。 系数λs计算公式为22.5.5.1.3 [1]

根据ACI 318-19,公式22.5.5.1.3计算构件高度的系数λs

λs = 21 + d10   1

λS] 考虑构件高度的系数
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

通过因子λS的减小剪切阻力vC案例的,c是只用于结构高度d> 10英寸有效。 图02示出了期限8λSλ(ρW)1/3为不同的有效深度分布D。

示例 根据ACI 318-19计算所需的抗剪配筋

以下部分描述了如何根据ACI 318-19的新概念确定所需的抗剪钢筋[1]用于钢筋混凝土梁,其被设计在一个以前的知识库文章根据ACI 318-14 [2] 。 图03显示了结构模型和设计荷载。

矩形截面的尺寸为25in·11in。 混凝土的抗压强度f'c = 5,000 psi。 所使用的钢筋的屈服强度为fy = 60,000 psi。 拉力钢筋的有效深度为d = 22.5in。 距支座d处的作用剪力Vu的设计值为61.10 kips。

根据表22.5.5.1 [1]确定抗剪承载力V c取决于所插入的抗剪配筋Av的高度。 使用公式a)和b)的前提条件是应用9.6.3.6 [1]中规定的最小抗剪配筋。 因此在第一步中检查是否必须按照9.6.3.1 [1]考虑最小配筋。

根据ACI 318-19,9.6.3.1规定的最小抗剪配筋

Vu > λ · fc' · bw · d

vU 设计荷载的剪力
λ 普通混凝土或轻质混凝土的系数
F'Ç 混凝土抗压强度
BW 截面宽度
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

61,10 kips > 13,13 kips

这需要最小的配筋。 根据9.6.3.6 [1]计算。

最小抗剪钢筋av,min按照ACI 318-19,9.6.3.6

av,min = Avs = max 0,75 · fc' · bwfy ; 50 · bwfy

av,min 最小抗剪配筋
[THESIS.TITEL]eqv 抗剪钢筋的截面积
S 钢筋间距
F'Ç 混凝土抗压强度
BW 截面宽度
[F12]y 钢筋屈服强度

av,min = 0.12in²/ft

在考虑最小抗剪配筋时,混凝土抗剪承载力V c现在可以通过表22.5.5.1 [1]中的a)或b)公式确定。

根据公式a)计算的抗剪承载力Vc,a为V c,a = 35.0 kips。

应用等式b)中,有必要知道纵向加固比ρ瓦特 为了能够计算出的抗剪钢筋与RF-混凝土构件的计算结果进行比较,ρw是与在从所述支撑一个距离d所需的纵筋确定。 MY的弯曲力矩,U = 1533 KIP-在AS,REQ = 1.33平方英寸,这是ρW = 0.536%的纵向加强的结果。 图01示出了纵向加固比ρ的瓦特开VC,B的计算的影响。 由于ρ瓦特<1.5%这里,等式B)将导致较低的剪切阻力vC案例,B比等式a)和我们可以跳过确定vC案例,B。 然而,我们计算Vc,b来显示它。

Vc,b = 24.52 kips

正如预期的那样,公式b)的抗剪承载力要小于公式a)。

此外,按照22.5.5.1.1 [1] ,抗剪承载力V c限制为最大值Vc,max

根据ACI 318-19,22.5.5.1.1,混凝土的最大抗剪承载力Vc,max

Vc,max = 5 · λ · fc' · bw · d

Vc,max 根据公式22.5.5.1.1计算混凝土的抗剪承载力最大值
λ 普通混凝土或轻质混凝土的系数
F'Ç 混凝土抗压强度
BW 截面宽度
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

Vc,max = 87.5 kips

最后,计算所需的抗剪配筋,得出以下适用的混凝土抗剪承载力Vc

Vc = max [Vc,a ; Vc,b ]≤Vc,max

Vc = [35.0 kips; 24.5公斤]≤87.5公斤

Vc = 35.0 kips

所需的抗剪钢筋REQ的V的计算方法如下:

根据ACI 318-19要求的抗剪配筋要求av

req av = Vu - Φ · VcΦ · d · fy av,min,9.6.3.4

要求v 所需抗剪配筋
vU 设计荷载的剪力
Φ 根据表21.2.1进行剪力设计的分项系数
vC 混凝土抗剪强度按表22.5.5.1
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度
[F12]y 钢筋屈服强度
av,min,9.6.3.4 最小受剪钢筋按9.6.3.4

rev av = 0.41in²/ft≥0.12in²/ft

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使用RFEM可以按照ACI 318-19 [1]进行钢筋混凝土设计。 附加模块RF-CONCRETE Members还计算了在距支座d处所需的抗剪钢筋为0.41in²/ft(见图04)。

最后,按照22.5.1.2节对剪力桁架混凝土压杆的最大承载力进行验算。

根据ACI 318-19,22.5.1.2检查抗剪桁架混凝土压杆的最大承载力

Vu  Vc + 8 · fc' · bw · d

vU 设计荷载的剪力
vC 混凝土抗剪强度按表22.5.5.1
F'Ç 混凝土抗压强度
BW 截面宽度
[SCHOOLTRAINING.NUMBEROFSTUDENTS] 有效高度

61,10 kips ≤ 175,0 kips

符合ACI 318-19的抗剪设计。

小结

ACI 318-19 [1]引入了一个新的概念来确定抗剪承载力V c 。 在考虑了法向应力,构件高度和纵向配筋率的影响的前提下,可以将以前的设计方程式的数量减少到三个。 这简化了抗剪承载力Vc的计算。

关键词

钢筋混凝土 剪力设计 ACI 318-19 剪力 抗剪承载力 vC

参考

[1]   ACI 318-19, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary
[2]   ACI 318-14, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary

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  • 更新 2021年01月7日

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