구조 요소를 설계 할 때 왜 최대 응력을 사용하지 않습니까?

콘크리트 기둥이 상부 하중으로 압축되고 일부 전단 응력이있는 것을 고려하십시오.

이러한 응력이있는 기둥에서 평면 2D 요소를 가져 와서 최대 수직 응력을 제공하는 지점으로 회전 한 다음 회전하면 최대 전단 응력이 발생하여 두 값이 원래 계산 된 응력보다 높아야합니다.

왜 그 값을 콘크리트의 압축 및 전단 강도와 비교하지 않습니까?

내 질문이 너무 단순하면 사과하지만 여전히 토목 공학 신입생입니다.

짧은 대답은 너무 복잡하거나 불가능하기 때문입니다.

다음은 굽힘 및 압축 모두 에서 균열이없는 콘크리트 보 의 주요 응력 궤적 다이어그램입니다 .

보시다시피 주요 응력의 방향과 크기는 관심있는 지점과 적용된 하중에 따라 변경됩니다. 우리는 콘크리트가 긴장이 약하다는 것을 알고 있습니다. 따라서 주요 인장 응력의 위치를 ​​살펴보면이를 콘크리트의 인장 용량 (종종 의 함수로 간주)과 비교할 수 있습니다 .$\sqrt{f_c'}$

주요 인장 응력이 콘크리트의 인장 용량을 초과하면 어떻게됩니까?

그 시점에서 콘크리트가 실패 할 수 있습니다. 그러나 이것이 전체 요소가 실패한다는 의미는 아닙니다. 그것은 그 위치에서 갈라질 것임을 의미합니다 . 그러나 그것은 좋습니다, 그것은 강화를위한 것입니다!

이제 우리는 균열 (또는 많은 균열!)이있는 콘크리트 요소와 조각을 함께 붙일 수있는 보강재를 갖습니다.

이제 우리의 주요 스트레스를 계산하려면 특정 지점에서 스트레스 상태는 무엇입니까? 우리는 보강재에 의해 전달되는 응력, 균열을 따라 골재 인터 락에 의해 전달되는 응력, 압축에 의해 전달되는 응력 및 응력이 존재하지 않는 공극이 있습니다-각 메커니즘에 얼마나 많은 양이 있습니까? 와 같은 공식은 단순히 균일 한 재료에만 적용되므로 사용할 수 없습니다 .$\nu = \frac{VQ}{It}$

균열 콘크리트 섹션 에서 합리적인 확신을 가지고 응력 상태를 확인할 수 없습니다 .$_1$

이제 어떻게해야합니까? 글쎄, 우리는 많은 테스트 와 많은 테스트 를 한 다음 결과에 디자인 방정식을 맞 춥니 다.

질문에 열을 언급했습니다. 열은 압축 응력에 의해 좌우되므로 균열은 큰 문제가되지 않습니다. 그러나 스트레스 상태를 결정하기 어렵거나 불가능하게 만드는 복잡한 요소가 여전히 있습니다. 실제로 ACI 318 의 논평 은 다음과 같이 말합니다.

콘크리트 압축 응력의 실제 분포는 복잡하며 일반적으로 명시 적으로 알려져 있지 않습니다. ... 본 강령은 포괄적 인 시험 결과와 합의하여 궁극적 인 강도를 예측할 수있는 것으로 보일 경우 특정 응력 분포를 설계에 적용 할 수 있도록 허용합니다.

다시, 우리는 단순화 된 응력 상태를 가정하고 테스트에 따라 안전하다는 것을 확인하는 더 쉬운 경로를 취해야합니다.

이러한 단순화 사용과 관련된 불확실성은 건축법에 사용되는 안전 요소에 통합됩니다.

주요 스트레스를 바탕으로 한 설계 방법론을 갖추는 것이 훨씬 더 만족 스러울 것입니다. 이것은 과거에 시도 된 적이 있었지만 스트레스 상태 결정이 어려워 항상 실패했습니다 .$_2$

1. 홍콩, 홍콩, 에반스, RH (2013). 철근 및 프리스트레스 콘크리트. 봄 병아리.

2. ACI-ASCE위원회 326 (1962). 전단 및 대각선 인장