4 剪力與斜拉力Shear and Diagonal Tension - Shear Failure

Slides:



Advertisements
Similar presentations
McGraw-Hill/Irwin © 2003 The McGraw-Hill Companies, Inc.,All Rights Reserved. 肆 資料分析與表達.
Advertisements

第六章 積分方法 課程目標 基本積分公式 代換積分法 部分積分法 積分表法 瑕積分 數值積分法.
布林代數的應用--- 全及項(最小項)和全或項(最大項)展開式
第七章 抽樣與抽樣分配 蒐集統計資料最常見的方式是抽查。這 牽涉到兩個問題: 抽出的樣本是否具有代表性?是否能反應出母體的特徵?
第二章 太陽能電池的基本原理 及其結構 2-1 太陽能電池的基本原理 2-2 太陽能電池的基本結構 2-3 太陽能電池的製作.
指導教授:陳淑媛 學生:李宗叡 李卿輔.  利用下列三種方法 (Edge Detection 、 Local Binary Pattern 、 Structured Local Edge Pattern) 來判斷是否為場景變換,以方便使用者來 找出所要的片段。
亂數產生器安全性評估 之統計測試 SEC HW7 姓名:翁玉芬 學號:
Review of Chapter 3 - 已學過的 rules( 回顧 )- 朝陽科技大學 資訊管理系 李麗華 教授.
:New Land ★★★★☆ 題組: Problem Set Archive with Online Judge 題號: 11871: New Land 解題者:施博修 解題日期: 2011 年 6 月 8 日 題意:國王有一個懶兒子,為了勞動兒子,他想了一個 辦法,令他在某天早上開始走路,直到太陽下山前,靠.
Chapter 2 聯立線性方程式與矩陣 緒言 線性方程式組 (systems of linear equations) 出現 在多數線性模式 (linear model) 中。根據以往解 題的經驗,讀者們也許已發現方程式的解僅與 該方程式的係數有關,求解的過程也僅與係數 的運算有關,只要係數間的相關位置不改變,
Section 2.3 Least-Squares Regression 最小平方迴歸
第一章 信號與系統初論 信號的簡介與DSP的處理方式。 系統特性與穩定性的判定方法。 以MATLAB驗證系統的線性、非時變、因果等特性。
1. 假設以下的敘述為一未提供 “ 捷徑計算 ” 能力的程式段,試用程 式設計的技巧,使此敘述經此改 寫的動作後,具有與 “ 捷徑計算 ” 之 處理方法相同之處理模式。 if and then E1 else E2 endif.
STAT0_corr1 二變數的相關性  變數之間的關係是統計研究上的一大目標  討論二分類變數的相關性,以列聯表來表示  討論二連續隨機變數時,可以作 x-y 散佈圖觀察它 們的關係強度  以相關係數來代表二者關係的強度.
Section 2.2 Correlation 相關係數. 散佈圖 1 散佈圖 2 散佈圖的盲點 兩座標軸的刻度不同,散佈圖的外觀呈 現的相聯性強度,會有不同的感受。 散佈圖 2 相聯性看起來比散佈圖 1 來得強。 以統計數字相關係數做為客觀標準。
McGraw-Hill/Irwin © 2003 The McGraw-Hill Companies, Inc.,All Rights Reserved. 肆 資料分析與表達.
Department of Air-conditioning and Refrigeration Engineering/ National Taipei University of Technology 模糊控制設計使用 MATLAB 李達生.
Monte Carlo Simulation Part.2 Metropolis Algorithm Dept. Phys. Tunghai Univ. Numerical Methods C. T. Shih.
空間域之影像強化 3.1 背景介紹 3.2 基礎灰階值轉換 3.3 以灰階統計圖為基礎之處理 3.4 算術與邏輯運算 3.5 基礎空間域濾波
2009fallStat_samplec.i.1 Chap10 Sampling distribution (review) 樣本必須是隨機樣本 (random sample) ,才能代表母體 Sample mean 是一隨機變數,隨著每一次抽出來的 樣本值不同,它的值也不同,但會有規律性 為了要知道估計的精確性,必需要知道樣本平均數.
桁架分析.
五力模式 -葛維鈞-. 2 五力分析 產業內 競爭者 產業內 競爭者 替代者 購買者 供應者 潛 在 進入者 潛 在 進入者.
1 第四章 多變數函數的微分學 § 4.1 偏導數定義 定義 極限值 ■. 2 定理 極限值的基本定理 (1) 極限值的唯一性 : 若 存在,則 其值必為唯一。 (2) 若 且 ( 與 為常數 ) , 則 且 為常數且.
國家地震工程研究中心 National Center for Research on Earthquake Engineering 1 國立台灣海洋大學 河海工程學系 耐震設計 ( 一 ) 結構之基本振動週期 鍾立來.
Chapter 13 塑模靜態觀點:物件圖 Static View : Object Diagram.
Introduction to Java Programming Lecture 17 Abstract Classes & Interfaces.
錄音筆,MP3 撥放器, 隨身碟 之原理及規格. 定義 錄音筆 – 以錄音為首要功能 MP3 撥放器 – 以播放音樂為首要功能 隨身碟 – 以行動碟為功能.
選舉制度、政府結構與政 黨體系 Cox (1997) Electoral institutions, cleavage strucuters, and the number of parties.
Fourier Series. Jean Baptiste Joseph Fourier (French)(1763~1830)
: Playing War ★★★★☆ 題組: Problem Set Archive with Online Judge 題號: 11061: Playing War 解題者:陳盈村 解題日期: 2008 年 3 月 14 日 題意:在此遊戲中,有一類玩家一旦開始攻擊, 就會不停攻擊同一對手,直到全滅對方或無法再.
緒論 統計的範圍 敘述統計 推論統計 有母數統計 無母數統計 實驗設計 統計的本質 大量 數字 客觀.
Fugacity Coefficient and Fugacity
Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics
Analysis of Variance (ANOVA) CH 13 變異數分析. What is ANOVA? n 檢定 3 個或 3 個以上的母體平均數是否相等的統計檢定 n 檢定多個母體平均數是否相同 n 比較大二、大三、大四學生實習滿意度是否一樣 ? ( 來 自相同的 population)
:Nuts for nuts..Nuts for nuts.. ★★★★☆ 題組: Problem Set Archive with Online Judge 題號: 10944:Nuts for nuts.. 解題者:楊家豪 解題日期: 2006 年 2 月 題意: 給定兩個正整數 x,y.
The application of boundary element evaluation on a silencer in the presence of a linear temperature gradient Boundary Element Method 期末報告 指導老師:陳正宗終身特聘教授.
Surface Wave Force Acting on Submerged Logs 林琮文.
Section 4.2 Probability Models 機率模式. 由實驗看機率 實驗前先列出所有可能的實驗結果。 – 擲銅板:正面或反面。 – 擲骰子: 1~6 點。 – 擲骰子兩顆: (1,1),(1,2),(1,3),… 等 36 種。 決定每一個可能的實驗結果發生機率。 – 實驗後所有的實驗結果整理得到。
溶劑可以溶解反應物,形成均勻的反應系統; 溶劑用來調整反應物的濃度與反應溫度,控制速率與方向; 溶劑萃取,分離特定的化合物。 溶劑,特別是有機溶劑,是環境污染的主要來源。 綠色(永續)化學逐漸形成一種新的科學理念。溶劑的選擇 與化學反應的設計,必須加上環境因素的考量。 化學家已發展出許多有機溶劑替代液體及綠色的合成方法:
JAVA 程式設計與資料結構 第二十章 Searching. Sequential Searching Sequential Searching 是最簡單的一種搜尋法,此演 算法可應用在 Array 或是 Linked List 此等資料結構。 Sequential Searching 的 worst-case.
演算法 8-1 最大數及最小數找法 8-2 排序 8-3 二元搜尋法.
1 第七章 植基於可調整式量化表及離散餘 弦轉換之浮水印技術. 2 Outlines 介紹 介紹 灰階浮水印藏入 灰階浮水印藏入 灰階浮水印取回 灰階浮水印取回 實驗結果 實驗結果.
介紹不同坐標系之間的轉換 以LS平差方式求解坐標轉換參數
Structural Equation Modeling Chapter 6 CFA 根據每個因素有多重指標,以減少 測量誤差並可建立問卷的構念效度 驗證性因素分析.
Learning Method in Multilingual Speech Recognition Author : Hui Lin, Li Deng, Jasha Droppo Professor: 陳嘉平 Reporter: 許峰閤.
Chapter 10 m-way 搜尋樹與B-Tree
CH 19- 可靠度設計 -MIL- HDBK-271D 之應用  零件應力分析法  影響失效率之因素  零件應力分析法之應用步驟  各種零件之失效率計算公式  系統裝置之可靠度估算.
第七节 有腹筋梁斜截面的受力特点、破坏形态和影响因素 一、有腹筋梁斜裂缝出现前后的受力特点 二、 有腹筋梁沿斜截面破坏的形态 三、 影响斜截面受剪承载力的主要因素.
1/17 A Study on Separation between Acoustic Models and Its Application Author : Yu Tsao, Jinyu Li, Chin-Hui Lee Professor : 陳嘉平 Reporter : 許峰閤.
結構力學總複習 Review of Structural Mechanics
冷凍空調自動控制 - 系統性能分析 李達生. Focusing here … 概論 自動控制理論發展 自控系統設計實例 Laplace Transform 冷凍空調自動控制 控制系統範例 控制元件作動原理 控制系統除錯 自動控制理論 系統穩定度分析 系統性能分析 PID Controller 自動控制實務.
連續隨機變數 連續變數:時間、分數、重量、……
McGraw-Hill/Irwin © 2003 The McGraw-Hill Companies, Inc.,All Rights Reserved. 壹 企業研究導論.
耐震補強構材與原結構 接合細部設計要點.
Lecture 07 Fault current (I) Meiling CHEN 2005.
指導教授 : 林啟芳 教授 組員 : 邱秉良 林育賢. 何謂 GPS  GPS 即全球定位系統,是一個中距離圓 型軌道衛星導航系統。它可以為地球表面 絕大部分地區( 98% )提供準確的定位、 測速和高精度的時間標準。
: Finding Paths in Grid ★★★★☆ 題組: Contest Archive with Online Judge 題號: 11486: Finding Paths in Grid 解題者:李重儀 解題日期: 2008 年 10 月 14 日 題意:給一個 7 個 column.
PART 2 近觀市場 5 需求與供給彈性 CHAPTER. PART 2 近觀市場 5 需求與供給彈性 CHAPTER.
結構學 ( 一 ) 第八次作業 97/05/22. 題目一 題目一 (a) 先決定放鬆哪個束制,成為靜定結構 以支承 C 之水平反力為贅力,則 C 點滾支 承變成自由端,即形成靜定基元結構 C 點滿足變位諧和  Δ CH =0.
1 Chemical and Engineering Thermodynamics Chapter 1 Introduction Sandler.
McGraw-Hill/Irwin © 2003 The McGraw-Hill Companies, Inc.,All Rights Reserved. 肆 資料分析與表達.
3-3 雙筋樑 Doubly Reinforced Beams - Strength of Doubly Reinforced Beam
SHEAR IN BEAMS. SHEAR IN BEAMS Introduction Loads applied to beams produce bending moments, shearing forces, as shown, and in some cases torques. Beams.
Lecture 21 – Splices and Shear
柱之設計 Design of Columns 5. 柱之設計 Design of Columns - Column load transfer from beams and slabs - Type of Columns - Strength of Short Axially Loaded Columns.
1 Chap. 7 Response of First-Order RL and RC Circuits Contents 7.1 The Natural Response of an RL Circuit 7.2 The Natural Response of an RC Circuit 7.3 The.
By Dr. Attaullah Shah Swedish College of Engineering and Technology Wah Cantt. Reinforced Concrete Design-6 Shear Design of Beams.
微分器與積分器 類比電子實驗 單元二 教材投影片放在
Presentation transcript:

4 剪力與斜拉力Shear and Diagonal Tension - Shear Failure - Shear Strength of Concrete - Shear Reinforcement by Stirrup - ACI Code Provision for Shear Reinforcement

鋼筋混凝土樑之抗剪機制 及剪力強度預測式 鋼筋混凝土樑之抗剪機制 剪力強度預測式

剪應力之概念 l 撓曲應力 剪應力 剪力流 剪力 斷面 樑元素 R = w l 2 w R dx y b Ai NA T V C dx v V- w dx T + dT C+dC z qmax = q = b v 斷面 樑元素 撓曲應力 剪力流 剪應力 vmax v = V Ai y b I

樑之主應力軌跡 The stress trajectories intersect the neutral 45° f1 f2   f1 f2 v f The stress trajectories intersect the neutral axis at 45°. The principal tensile stresses become excessive due to cracking. 主拉應力 : 主壓應力 :

剪力與斜拉力Shear and Diagonal Tension Shear failure: A A M V Pure shear at neutral axis: 45o 90o 45o Web-shear crack

Below neutral axis: Potential cracks Combination of shear stress and tensile stress Potential cracks

無腹筋RC樑之抗剪機制 無腹筋RC樑開裂時,其主要的抗剪機制如下所列: 抗壓區未開裂混凝土所提供的剪力抵抗VCZ 裂縫兩側混凝土表面的骨材鎖結作用力Vag之垂直分量Vay 縱向鋼筋的合釘作用力Vd vag Vcz 2 V Vd 1 T C x

The equilibrium of the free body : V = Vcz + Vay + Vd Equilibrium in the Shear Span of Beam The equilibrium of the free body : V = Vcz + Vay + Vd V C (2) (1) T Vd Vay Ha G Vcz Where : V = shear resistance in beam without web reinforcement Vcz = shear contribution of compression zone Vay = shear contribution of aggregate interlock Vd = shear contribution of dowel action x Vcz V Vd T C jd  G (1) (2) jd cot  1 2 M = x V = jd (T + Vd cot ) If the contribution of the dowel force is ignored (particularly in the absence of stirrups), then : M = T jd Where : M = moment resistance in beam without web reinforcement

The Principal Mechanism of Shear Resistance x Vcz V Vd T C jd  G (1) (2) jd cot  1 2 V = = (T jd) = jd + T dM dx d dT d(jd)

If the Bond between Steel and Concrete is Good In the elastic theory analysis of prismatic flexural members is assumed that the internal lever arm remain constant, then d(jd)/dx = 0, the equation of perfect “beam action” is obtained : V = = (T jd) = jd + T dM dx d dT d(jd) Where : q = the bond force per unit length = shear flow

If the Bond between Steel and Concrete is Destroyed * The tensile force T cannot change, hence dT/dx = 0. * The external shear can be resisted only by inclined internal compression. This extreme case may be termed “arch action”. The shear resistance is expressed by : V = = (T jd) = jd + T dM dx d dT d(jd) V = T = C d(jd) dx

拱作用Arch Action in the Shear Span jd P Line of thrust C L d a Slip * Second term of the equation signifies that shear can be sustained by inclined compression in a beam. * The shaded area indicates the extent of the compressed concrete outside which cracks can form. V = = (T jd) = jd + T dM dx d dT d(jd)

剪跨Shear Span (a = M /V ) Distance a over which the shear is constant P V = +P V = -P Shear Diagram + - M = Va Moment Diagram +

Variation in Shear Strength with a/d for rectangular beams Flexural moment strength Shear-compression strength Inclined cracking strength, Vc Failure moment = Va Shear-tension and shear-compression failures Deep beams Flexural failures Diagonal tension failures 1 2 3 4 5 6 7 a/d

RC樑之裂縫型態 撓曲裂縫及撓剪裂縫 腹剪裂縫

RC樑之剪力破壞模式 腹剪開裂 撓剪開裂

深樑之剪力破壞模式 拱作用 破壞之種類 1:錨定破壞 2:承壓破壞 3:撓曲破壞 4及5:拱肋破壞

RC樑之剪力破壞模式 剪拉破壞模式 (shear-tension failure) 剪壓破壞模式 (shear-compression failure )

Crack Pattern in Several Lengths of Beam Span Mark (m) a/d 1 0.90 1.0 2 1.15 1.5 3 1.45 2.0 4 1.70 2.5 5 1.95 3.0 6 2.35 4.0 7/1 3.10 5.0 8/1 3.60 6.0 10/1 4.70 8.0 9/1 5.80 7.0 1 2 3 4 5 6 7/1 8/1 10/1 9/1

SHEAR FAILURE MECHANISM 400 160 140 Theoretical flexural strength of section Mu 350 Shear force corresponding with the theoretical flexural capacity Vu 300 120 Observed ultimate moment 250 100 Observed ultimate shear 200 80 Moment, kNm Shear force, kN 150 60 Shear corresponding with “beam action” Flexural capacity corresponding with “beam action” in the shear span 100 40 50 20 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 Momen / Shear ratio = a d M V d Momen / Shear ratio = a d M V d a/d < 2.5 (Crushing / Splitting of concrete - Type 3) 2 < a/d < 3 (Shear compression failure - Type 2) 3 < a/d < 7 (Flexural tension failure - Type 1)

ACI 318規範之剪力計算強度 影響剪力計算強度之主要因子: 混凝土強度 ( fc’) 拉力鋼筋比 (w = As / bwd) 跨深比(Shear span to depth ratio) M/Vd 精確剪力計算強度經驗公式 (U.S. customary units) (SI units) 簡化剪力計算強度經驗公式 (SI units) (U.S. customary units)

Shear strength with axial load: Simple formula: Shear strength with axial load: Compression: Tension:

. Comparison of Simplified Expression with Experimental Result 0.2 0.4 = 1.9 +  3.5 v f’c 2500 w Vd M f’c = 2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2.0  6.0 5.0 4.0 3.0 bwdf’c V = , psi 1000 wVd

剪力強度Shear Strength of Rectangular Concrete Section from experiment vc

ACI 318規範對輕質骨材混凝土之 剪力計算強度修正 當其平均開裂抗拉強度fct已予以規定時,fc'1/2須以fct/8替代修正之,但所用之fct/8值不得超過fc'1/2。 當輕質骨材混凝土之平均開裂抗拉強度fct未予規定時,fc'1/2值對全輕質骨材混凝土須乘以0.75;對於砂輕質骨材混凝土須乘以0.85;介於以上兩者間之含有部分輕質骨之輕質骨材混凝土可採內插法決定之。

Eurocode規範之剪力計算強度 式中: k = 1.6-d 1(d之單位為m)  = 1(當a/d > 2.5)或 = 2.5d/a  5(當a/d < 2.5) 為As/(bd)與0.02中之小值 Rd = 0.25fctk0.05/c(其中:c =1.5;fctk0.05 = 0.7fctm;fctm =0.3 fc'2/3)。

Zsutty之剪力計算強度 當a/d < 2.5時,則上式右邊必須乘以2.5(d/a)。

Example: Determine shear strength of the concrete section. As = 18 cm2 25 cm 45 cm 5 cm Vu = 9 ton, Mu = 4 t-m Use simple formula:

剪力鋼筋Shear Reinforcement Requirement No need for shear reinforcement only when: 1) Vu < f Vc /2 ; f = 0.85 for shear 2) Shallow beam (slab, footing) - d ฃ 25 cm - d ฃ 2.5 tf - d ฃ 1/2 bw

腹筋所提供之剪力強度Shear Strength Provided by Stirrup Av = 2As d s Number of stirrup Shear strength provided by stirrup

含腹筋粱之剪力強度Shear Strength of RC Beam with Stirrup Vu ฃ f Vn where f = 0.85 for shear Vn = Vc + Vs ; Shear strength from concrete and steel Vu ฃ f (Vc + Vs) 腹筋之最大間距Maximum Stirrup Spacing (smax) smax ฃ d/2 or 60 cm when smax ฃ d/4 or 30 cm when

腹筋之最大與最小用量Maximum & Minimum Shear Reinforcement

剪力設計之分類Shear Design Categories (1) Vu ฃ 0.5 f Vc No shear reinforcement (2) 0.5 f Vc < Vu ฃ f Vc Min. shear reinforcement Min Vs = 3.5 bw d Max s ฃ d/2 ฃ 60 cm (3) f Vc < Vu ฃ f (Vc + min Vs) same as (2)

(4) f (Vc + min Vs) < Vu ฃ f (Vc + 1.1 bwd) Max s ฃ d/2 ฃ 60 cm (5) f (Vc + 1.1 bwd) < Vu ฃ f (Vc + 2.1 bwd) Vs = Vu /f - Vc Max s ฃ d/4 ฃ 30 cm

剪力設計之步驟Design Procedure for Shear STEP 1 Compute Vu at critical section d from face of support h d L w d+h/2 wL/2 L/2 Critical section for shear

STEP 2 Compute shear strength Vc of concrete or STEP 3 Design shear reinforcement Where is Vn = Vu / f ? 0.5 Vc Vc + min Vs

Example: The simply supported beam spans 6 m, support width 40 cm, wDL= 2 t/m, wLL= 4 t/m, fy = 2,400 ksc and f’c=240 ksc. Design a vertical stirrup. d=55cm b=40cm wu=1.4(2)+1.7(5) = 11.3 t/m Vu = 11.3(6)/2-(.55+.2)11.3 = 25.4 ton [Vu=25.4 ton] > [fVc=0.85(18.1)=15.4 ton] f (Vc + min Vs)= 0.85(18.1+3.5ด40ด55/1,000) = 21.9 ton 21.9 ton < Vu=25.4 ton < 47.3 ton ฎ Category 4 Required Vs = Vu /f - Vc = 25.4/0.85 - 18.1 = 11.8 ton

Select stirrup RB9, Av = 2(0.636) = 1.27 cm2 Required spacing s = Av fy d / Vs = 1.27(2,400)(55)/11,800 = 14.2 cm USE 14 cm smax ฃ d/2 = 55/2 = 27.5 ฃ 60 cm USE Stirrup RB9 @ 0.14 m Ans

Variation of Shear Capacity Mid span Support d critical section wuL/2 f Vc f Vc/2 wu f Vn

Example: Redesign the beam in Ex Example: Redesign the beam in Ex. for stirrup at the middle half of span at x = L/4; Vu = wL/4 = 11.3(6)/4 = 16.95 ton [f Vc=15.4 t]< Vu<[fVc+min fVs =22.0 t] USE Min stirrup USE RB9: Av= 2(0.636) = 1.27 cm2 smax ฃ 55/2 = 27.5 ฃ 60 cm USE Stirrup RB9 @ 0.25 m Ans

Shear reinforcement detailing of beam in Example 0.40 RB9@0.14 RB9@0.25 RB9@0.14 1.30 3.00 1.30 6.00

Home work: Select the stirrup spacing for the beam shown below. = 280 ksc, and fy = 4,000 ksc Use DB10 stirrups. Show your results on a scaled sketch. 40 cm d = 53 cm Section A-A PL = 5 tons PD = 2 tons wL = 3 t/m wD = 2 t/m 2.5 m 4.0 m A