Чому ми не використовуємо основні максимальні напруги при проектуванні конструктивного елемента?

Вважайте, що бетонний стовп знаходиться під стисканням від верхнього навантаження, а також несе певні напруги зсуву.

Якщо взяти площину 2d елемент у стовпці з цими напруженнями і повернути його до тієї точки, яка видає його максимальне нормальне напруження, то поверніть його, щоб видати максимальне напруження зсуву, яке обоє значення повинно бути вище, ніж наші початкові розрахункові напруження.

Чому б ми не порівняли ці значення із міцністю на стиск та зсув бетону?

Прошу вибачення, якщо моє запитання занадто спрощене, я все-таки першокурсник з цивільного будівництва.

Коротка відповідь тому, що це занадто складно / неможливо зробити.

Ось схема основних траєкторій напружень для бруса бетону, що не розбивається, як при згинанні, так і при стисненні:

Оскільки ви бачите, що орієнтація та величина основних напружень змінюватимуться залежно від точки, яка вас цікавить, та застосовуваних навантажень. Ми знаємо, що бетон слабкий від напруги. Отже, якщо ми дивимось на місце головного розтягуючого напруження, ми можемо порівняти це з ємністю на розрив бетону (що часто вважається функцією ).$\sqrt{f_c'}$

Що робити, якщо основне напруження на розрив перевищує розтяжність бетону?

Ну і в цей момент бетон може вийти з ладу. Але це не означає, що весь елемент вийде з ладу. Це означає, що він зламається в цьому місці. Але це нормально, саме для цього потрібно підкріплення!

Отже, тепер у нас є бетонний елемент з тріщиною (або безліччю тріщин!) Та арматурою, щоб утримувати частини разом:

Якщо ми хочемо тепер обчислити наші основні напруги, який стан стресу в певній точці? У нас виникає деяке напруження, яке переносить арматура, деяке напруження здійснюється агрегатним блокуванням вздовж тріщин, деякі переносяться стисненням, а деякі порожнечі, де не може існувати напруження - скільки йде в кожен механізм? Ми не можемо просто використовувати формули типу оскільки це стосується лише рівномірного матеріалу.$\nu = \frac{VQ}{It}$

Ми не можемо визначити стан напруги з будь-якою розумною впевненістю у тріщинах бетонної секції .$_1$

То що ми можемо зробити зараз? Що ж, ми робимо багато і багато тестів, а потім підготуємо проектне рівняння до результатів.

Ви згадали стовпці у своєму запитанні. У колонах переважають стискаючі напруги, тому розтріскування часто не є великою проблемою. Однак є ще складні фактори, які ускладнюють / неможливо визначити стан стресу. Насправді коментар ACI 318 говорить:

Фактичний розподіл напруги при стисненні бетону є складним і, як правило, невідомо чітко. ... Кодекс дозволяє передбачати будь-який конкретний розподіл напруги в дизайні, якщо показано, що це призводить до прогнозування максимальної міцності за розумною згодою з результатами комплексних випробувань.

Отже, знову ми змушені піти на більш простий шлях прийняття спрощеного стресового стану та підтвердити, що це безпечно згідно з тестами.

Невизначеність, пов'язана з використанням цих спрощень, закладена у факторах безпеки, що використовуються в будівельних нормах.

Набагато приємніше було б розробити методологію проектування, яка будується на основних напрямках. Це, мабуть, було випробувано в минулому, але завжди було невдалим через важке визначення стресового стану .$_2$

1. Kong, FK, & Evans, RH (2013). Залізобетон і залізобетон. Спрингер.

2. Комітет ACI-ASCE 326 (1962). Зрушення та діагональне напруження