เมื่อพิจารณาถึงการวิบัติแบบเปราะ การตรวจสอบแรงเฉือนเป็นหนึ่งในการตรวจสอบที่สำคัญของหน้าตัดคอนกรีตเสริมเหล็ก
ขั้นตอนการคำนวณ
การคำนวณความต้านทานแรงเฉือนประกอบด้วยหลายส่วนพื้นฐาน ขั้นแรกควรวิเคราะห์ว่ามีรอยแตกร้าวเนื่องจากการดัดเกิดขึ้นหรือไม่ที่ตำแหน่งที่ตรวจสอบ หากมี ให้ใช้การคำนวณตาม EN 1992-1-1 [2] ข้อ 6.2.2 (1) มิฉะนั้น ให้พิจารณาว่าเป็นคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กหรือคอนกรีตที่มีเหล็กเสริมน้อย แล้วดำเนินการตาม EN 1992-1-1 ข้อ 12.6.3
สำหรับคอนกรีตเสริมเหล็กที่ไม่มีรอยแตกร้าว (ไม่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือน) ให้ตรวจสอบตาม EN 1992-1-1 ข้อ 6.2.2 (2) สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการเหล็กเสริมรับแรงเฉือน ให้ตรวจสอบตามข้อ 6.2.3 [2]

ความต้านทานแรงเฉือนของชิ้นส่วนที่ไม่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือน
ความต้านทานแรงเฉือนของชิ้นส่วนในบริเวณการดัดที่มีรอยแตกร้าว (ข้อ 6.2.2 (1) [2])
ความต้านทานแรงเฉือนของชิ้นส่วนคอนกรีตเสริมเหล็กที่ไม่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือนและรับโมเมนต์ดัดกำหนดโดย:
ซึ่งได้มาจากการทดสอบบนคานธรรมดาจำนวนหนึ่งในกรณีที่วิบัติด้วยแรงเฉือน เนื่องจากความต้านทานข้างต้นอาจเป็นศูนย์สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่มีเหล็กเสริมตามยาว (rl) จึงได้มีการกำหนดสมการสำหรับชิ้นส่วนที่มีเหล็กเสริมน้อย เนื่องจากความต้านทานข้างต้นอาจเป็นศูนย์สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่มีเหล็กเสริมตามยาว (rl) สำหรับชิ้นส่วนที่มีเหล็กเสริมน้อยจึงกำหนดโดยสมการ
สำหรับความต้านทานแรงเฉือนที่มีอิทธิพลของแรงตามแนวแกนกำหนดโดยสมการ
ความต้านทานแรงเฉือนในรูปแบบสมบูรณ์ซึ่งสอดคล้องกับ EN 1992-1-1 ข้อ 6.2.2 (1)
โดยมีค่าต่ำสุดเท่ากับ
โดยที่
CRd,c = 0,18 / γc,
k ตัวประกอบความสูงหน้าตัด
ρ1 อัตราส่วนเหล็กเสริมตามยาว
fck กำลังอัดลักษณะเฉพาะของคอนกรีตทรงกระบอกที่อายุ 28 วัน
k1 = 0,15
σcp = NEd / Ac < 0,2 fcd v MPa
bw ความกว้างน้อยที่สุดของหน้าตัดในบริเวณรับแรงดึง
d ความลึกประสิทธิผลของหน้าตัด
υmin กำลังต้านทานแรงเฉือนเทียบเท่าต่ำสุด υmin = 0.035 k3/2 fck1/2
ความต้านทานแรงเฉือนของชิ้นส่วนในบริเวณการดัดที่ไม่มีรอยแตกร้าว (ข้อ 6.2.2 (2) [2])
ความต้านทานแรงเฉือนของชิ้นส่วนในบริเวณการดัดที่ไม่มีรอยแตกร้าวสามารถหาได้จากวงกลม Mohr โดยแทนค่าในสมการ
แทน σx = σcp a τz = VRd,c S / (I bw) และหาค่า VRd,c จะได้สมการที่สอดคล้องกับสูตรใน EN 1992-1-1 ข้อ 6.2.2 (2)
โดยที่
I คือโมเมนต์อินเนอร์เชียอันดับสอง
bw คือความกว้างของหน้าตัดที่แกนเซนทรอยด์
S คือโมเมนต์อันดับหนึ่งของพื้นที่เหนือและรอบแกนเซนทรอยด์
fctd ค่าการออกแบบกำลังดึงตามแนวแกนของคอนกรีต หน่วย MPa
scp คือความเค้นอัดของคอนกรีตที่แกนเซนทรอยด์เนื่องจากแรงกระทำและ/หรือการอัดแรง
al ตัวประกอบความยาวถ่ายแรง โดยทั่วไปเท่ากับ 1,0
ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับข้างต้น ควรสังเกตว่าในบริเวณที่ไม่มีรอยแตกร้าวจากการดัด ความต้านทาน VRd ,c อาจสูงกว่าในบริเวณที่มีรอยแตกร้าวตามข้อ 6.2.2 (1) [2] อย่างมีนัยสำคัญ รูปด้านล่างแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าแม้แรงเฉือนจะถูกตรวจสอบที่ค่าสูงสุด (ซึ่งไม่ก่อให้เกิดรอยแตกร้าว) ก็ไม่จำเป็นต้องรับประกันว่าจะสามารถถ่ายแรงได้ตลอดความยาวคานทั้งหมด ทั้งนี้เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงวิธีการคำนวณความต้านทานแรงเฉือนของคอนกรีต เพื่อความปลอดภัย แน่นอนว่าสามารถพิจารณาความต้านทานแรงเฉือนตามข้อ 6.2.2 (1) [2] ได้เช่นกันในบริเวณที่จะไม่เกิดรอยแตกร้าว

สำหรับการแสดงออกของ VRd, c ตามข้อ 6.2.2 (2)[2] ต้องสังเกตด้วยว่าในกรณีทั่วไปควรอ้างอิงจากการตรวจสอบที่เส้นใยที่มีความเค้นหลักดึงของคอนกรีตสูงสุดในบริเวณที่มีความเค้นอัดตามแนวแกน ไม่ใช่ที่จุดศูนย์ถ่วงของหน้าตัด ณ จุดนี้จำเป็นต้องคำนวณคุณสมบัติหน้าตัด (S และ bW) เพื่อหาความเค้นหลักสูงสุด s1 ในโปรแกรม IDEA RCS เราลากเส้นผ่านจุดศูนย์ถ่วงในทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์ เส้นนี้แบ่งออกเป็น 20 ช่วง บนเส้นนี้จะแสดงจุดลักษณะเฉพาะเพิ่มเติม (จุดของรูปหลายเหลี่ยมหน้าตัด จุดศูนย์ถ่วง แกนสะเทิน) ภายในจุดเหล่านี้จะคำนวณ S, bw, σx, τyz a σ1. ที่จุดที่มีความเค้นหลักดึงสูงสุดจะคำนวณความต้านทานแรงเฉือน
แรงเฉือนก่อนใช้ตัวประกอบลด b ตามที่กำหนดในข้อ 6.2.2 (6) ต้องเป็นไปตามเงื่อนไขเพิ่มเติม
โดยที่
kde fck je v MPa
ความต้านทานแรงเฉือนของชิ้นส่วนที่ไม่มีเหล็กเสริมหรือมีเหล็กเสริมน้อย (ข้อ 12.6.3 [2])
ความต้านทานแรงเฉือนสำหรับคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กหรือคอนกรีตที่มีเหล็กเสริมน้อยสามารถหาได้จากสมการ
โดยที่
แทน τcp ด้วย
หรือ
ค่าย่อยที่ใช้ในสูตรข้างต้นกำหนดโดย:
โดยที่
fcd,pl ค่าการออกแบบกำลังอัดสำหรับคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กหรือคอนกรีตที่มีเหล็กเสริมน้อย
fctd,pl ค่าการออกแบบกำลังดึงตามแนวแกนของคอนกรีตล้วน/คอนกรีตไม่เสริมเหล็กหรือคอนกรีตที่มีเหล็กเสริมน้อย
fcvd ค่าการออกแบบความต้านทานแรงเฉือนภายใต้แรงอัดของคอนกรีต
ความต้านทานของชิ้นส่วนที่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือน (ข้อ 6.2.3 [2])
การคำนวณความต้านทานของชิ้นส่วนคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือนอาศัยวิธีแบบจำลองโครงถักที่มีมุมแนวทแยงแปรผัน พื้นฐานของวิธีนี้คือสมดุลของแรงในสามเหลี่ยมที่กำหนดโดยแรงในค้ำยัน (แนวทแยง) แรงในเหล็กเสริมรับแรงเฉือน (เหล็กปลอก) และแรงในเหล็กเสริมตามยาว

หน้าตัดภายใต้แรงเฉือนจะเกิดรอยแตกร้าวที่มุม θ ด้วยเหตุนี้แนวทแยงคอนกรีตที่มีมุมเดียวกับแรงเฉือนจึงต้านทานแรงเฉือน แรงอัดของแนวทแยงสามารถแสดงเป็น Ved/sinθ แรงนี้ต้องถ่ายผ่านพื้นผิวคอนกรีตที่ตั้งฉากกับแนวทแยงอัด bwzcosθ ความเค้นดึงของคอนกรีตในแนวทแยงอัดจึงเท่ากับ:
แทนค่า และ และแสดง จะได้สมการสำหรับความต้านทานแรงเฉือนของแนวทแยง:
เพื่อสมดุลองค์ประกอบแรงในแนวดิ่งในแนวทแยงอัด จะใช้เหล็กเสริมรับแรงเฉือน ขนาดของแรงในแนวดิ่งอ้างอิงจากความเค้นอัดของแนวทแยงในพื้นที่คอนกรีตที่สอดคล้องกับเหล็กปลอกหนึ่งตัว - \[{{\sigma }_{c}}{{b}_{w}}s{{\sin }^{2}}\theta\] แรงสูงสุดในเหล็กปลอกกำหนดเป็น \[{{A}_{sw}}{{f}_{ywd}}/s\].
แทนค่า σc เปรียบเทียบกับแรงสูงสุดในเหล็กเสริม หลังจากปรับแก้จะได้:
จากนั้นแสดง Ved เป็น VRDs จะได้ความต้านทานของหน้าตัดที่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือนในแนวดิ่ง:
แรงเฉือนตามยาวถ่ายผ่านเหล็กเสริมตามยาวและสามารถหาได้เป็น Vedcotgθ การอนุมานสูตรข้างต้นสามารถพบได้ใน [4]
การใช้โปรแกรม IDEA RCS สามารถตรวจสอบได้เฉพาะชิ้นส่วนที่มีเหล็กเสริมรับแรงเฉือนในแนวดิ่งเท่านั้น โดยทั่วไปสามารถใช้สมการต่อไปนี้:
โดยที่
Asw คือพื้นที่หน้าตัดของเหล็กเสริมรับแรงเฉือน
s คือระยะห่างของเหล็กปลอก
fywd คือค่าการออกแบบกำลังครากของเหล็กเสริมรับแรงเฉือน
bw คือความกว้างน้อยที่สุดระหว่างแนวรับแรงดึงและแรงอัด ในการคำนวณความต้านทาน VRd,max ค่าความกว้างหน้าตัดต้องลดลงเป็นความกว้างระบุของหน้าตัดในกรณีที่หน้าตัดถูกทำให้อ่อนแอลงโดยท่อร้อยสาย
bw,nom=bw-0,5ΣΦ สำหรับท่อโลหะที่อัดฉีดแล้ว
bw,nom=bw-1,2ΣΦ สำหรับท่อโลหะที่ยังไม่ได้อัดฉีด
υ = 0,6 pro fck ≤ 60MPa หรือ pro fck > 60MPa
αcw คือสัมประสิทธิ์ที่คำนึงถึงสภาวะความเค้นในแนวอัด
| แรงกระทำ | σcp = 0 | 0 < σcp≤0,25 fcd | 0,25 fcd < σcp≤0,5 fcd | 0,5 fcd < σcp≤1,0 fcd |
| สัมประสิทธิ์ acw | 1,0 | 1+σcp/fcd | 1,25 | 2,5(1 - σcp/fcd) |
ตาราง 1‑1 การหาสัมประสิทธิ์ αcw
มุม θ คือมุมระหว่างค้ำยันรับแรงอัดของคอนกรีตกับแกนคานที่ตั้งฉากกับแรงเฉือน ค่าขีดจำกัดของ cotθ สำหรับใช้ในแต่ละประเทศสามารถพบได้ในภาคผนวกแห่งชาติ ค่าที่แนะนำกำหนดโดยสมการ:
การเลือกขนาดของมุม θ สามารถส่งผลต่อค่าความต้านทาน ความสัมพันธ์ของความต้านทานแสดงในรูปที่ 1.15 รูปแสดงให้เห็นว่าเมื่อมุม θ เพิ่มขึ้น ความต้านทาน VRd,max จะเพิ่มขึ้น และความต้านทาน VRd,s จะลดลง ความต้านทาน VRd,c คงที่ เนื่องจากอ้างอิงจากวิธีแบบจำลองโครงถัก

การคำนวณคุณสมบัติหน้าตัดสำหรับแรงเฉือน
ในการคำนวณแรงเฉือน สิ่งสำคัญคือต้องคำนวณตัวแปรหน้าตัดที่มีผลต่อความต้านทานแรงเฉือน ตัวแปรเหล่านี้ได้แก่ความกว้างหน้าตัดที่ต้านทานแรงเฉือน bw ความลึกประสิทธิผล d และระยะแขนโมเมนต์ z มาตรฐาน [2] ให้ค่าเหล่านี้ที่สัมพันธ์โดยตรงกับความเค้นดัดจริง แต่ปัญหาคือการหาค่าเหล่านี้เมื่อทิศทางของโมเมนต์ดัดลัพธ์ (หรือแม่นยำกว่านั้นคือทิศทางของแรงลัพธ์ของความต้านทานหน้าตัด) แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์ ในกรณีนี้ มาตรฐาน EC2 ไม่ได้ให้คำแนะนำใดๆ
ความกว้างหน้าตัดที่ต้านทานแรงเฉือน bw
โปรแกรม IDEA RCS คำนวณความกว้างหน้าตัดที่ต้านทานแรงเฉือนในทิศทางตั้งฉากกับแรงเฉือนลัพธ์ ขึ้นอยู่กับข้อในมาตรฐาน Eurocode ความกว้างนี้คำนวณดังนี้:
- ความกว้างน้อยที่สุดของหน้าตัดระหว่างแรงลัพธ์ของคอนกรีตรับแรงอัดและเหล็กเสริมรับแรงดึงในทิศทางตั้งฉากกับแรงเฉือนลัพธ์ สำหรับข้อ 6.2.2 (a) และ 6.2.3 (1)
- ความกว้างหน้าตัดในทิศทางตั้งฉากกับแรงเฉือนลัพธ์ที่จุดที่ตรวจสอบตามข้อ 6.2.2 (2)
ความลึกประสิทธิผลของหน้าตัด
ความลึกประสิทธิผลโดยทั่วไปนิยามเป็นระยะจากเส้นใยคอนกรีตที่ถูกอัดมากที่สุดถึงจุดศูนย์ถ่วงของเหล็กเสริม เนื่องจากสัมพันธ์โดยตรงกับการดัด ระยะนี้จึงกำหนดเป็นการฉายตั้งฉากบนเส้นแรงโน้มถ่วงของระนาบความเครียด
นิยามนี้สามารถชี้แจงได้ว่าแทนที่จะใช้จุดศูนย์ถ่วงของเหล็กเสริมรับแรงดึง ให้ใช้ตำแหน่งของแรงลัพธ์ของเหล็กเสริมแทน ในระหว่างการพัฒนาโปรแกรม IDEA RCS ได้มีการแก้ปัญหา: วิธีนิยามความลึกประสิทธิผลของหน้าตัดเมื่อระนาบของแรงดัดไม่สอดคล้องกับทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์ ดังนั้น ความลึกประสิทธิผลจึงนิยามเป็นระยะจากเส้นใยคอนกรีตที่ถูกอัดมากที่สุดถึงแรงลัพธ์ในเหล็กเสริมรับแรงดึง (อ้างอิงจากความเค้นดัด) และในทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์ ดูรูปที่ 1.17
กรณีพิเศษจะเกิดขึ้นหากไม่สามารถหาเส้นใยที่ถูกอัดหรือแรงลัพธ์ในเหล็กเสริมรับแรงดึงได้ ในกรณีนี้ แนะนำให้ใช้ค่า 0.9 h (90% ของความลึกหน้าตัดในทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์) ค่านี้ผู้ใช้สามารถกำหนดในโปรแกรม IDEA RCS ผ่านการตั้งค่าตัวแปรของมาตรฐาน
ระยะแขนโมเมนต์ของแรงภายใน
ระยะแขนโมเมนต์ของแรงภายในอยู่ในข้อ 6.2.3 (3) [2] และนิยามเป็น "ระยะระหว่างแนวรับแรงดึงและแรงอัด" มาตรฐานไม่ได้กำหนดวิธีดำเนินการเมื่อระนาบของโมเมนต์ดัดที่กระทำแตกต่างจากทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์ ดังนั้น เช่นเดียวกับกรณีของความลึกประสิทธิผล เราจึงนิยามระยะในทิศทางของแรงเฉือนลัพธ์ นอกจากนี้ที่นี่อาจพบกรณีพิเศษที่คล้ายกัน เช่น หน้าตัดทั้งหมดอยู่ภายใต้แรงอัด เป็นต้น ในกรณีนี้ ให้ใช้ค่า 0.9 d (90% ของความสูงหน้าตัดประสิทธิผล) ค่านี้ผู้ใช้สามารถตั้งค่าในโปรแกรม IDEA RCS ผ่านการตั้งค่าตัวแปรของมาตรฐาน
ความสัมพันธ์ระหว่างความเอียงของระนาบดัดและแรงเฉือนลัพธ์แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนในรูปที่ 1.18 และรูปที่ 1.19 เมื่อความเอียงเพิ่มขึ้น ค่าความลึกประสิทธิผล ระยะแขนโมเมนต์ และความต้านทานที่เกี่ยวข้องจะลดลง สภาวะขีดจำกัดคือ 90° สำหรับความเอียงนี้ไม่สามารถคำนวณระยะแขนโมเมนต์ของแรงภายในได้ ดังนั้นระยะแขนโมเมนต์จึงเท่ากับศูนย์ ในกรณีนี้จะพิจารณาค่าที่ระบุในการตั้งค่าตัวแปรของมาตรฐาน ด้วยเหตุนี้จึงมีการกระโดดที่ปลายของกราฟ การศึกษานี้พิสูจน์ว่าค่าสูงสุดที่แนะนำสำหรับความเอียงอยู่ที่ประมาณ 20°


ในส่วนหนึ่งของการทดสอบ RCS application ได้มีการศึกษาเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของความต้านทานแรงเฉือนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงตามแนวแกน ความต้านทาน VRd,max ได้รับผลกระทบเฉพาะจากสัมประสิทธิ์ αcw ดูรูปที่ 1.20 รูปที่ 1.21 แสดงค่าคงที่ของความต้านทาน VRds สำหรับความต้านทาน VRdc การลดลงเกิดจากการเพิ่มขึ้นของแรงตามแนวแกน เส้นโค้งสีน้ำเงินในรูปที่ 1.21 แสดงความต้านทาน VRdc โดยละเลยอิทธิพลของรอยแตกร้าว และคำนวณโดยใช้สูตรในข้อ 6.2.2 (1) [2] การกระโดดในช่วงเปลี่ยนผ่านระหว่างแรงอัดและแรงดึงเกิดจากเหล็กเสริมรับแรงดึงที่มีส่วนร่วม เส้นโค้งสีแดงคำนวณโดยใช้สูตรในข้อ 6.2.2 (2) [2] หลังจากเกิดรอยแตกร้าวแรก เส้นโค้งความสัมพันธ์จะเหมือนกับของข้อ 6.2.2 (1) [2]

