New Approach for Shear Capacity Prediction of High Strength Concrete Beams without Stirrups

In the shear failure mechanism of a beam, beam and arch actions always exist simultaneously. According to the shear span to depth ratio, the proportion between these two actions is varied and the contribution of these actions to shear capacity is changed. Moreover, the current codes provide recommendations based on experimental results of normal strength concrete, so the application range of concrete strength must be extended. Based on this mechanism and new requirement, a simplified analytical equation for shear capacity prediction of reinforced high strength concrete beams without stirrups is proposed. To reflect the change in the contribution between these actions, stress variation in the longitudinal reinforcement along the span is considered by use of the Jenq and Shah Model. Dowel action with horizontal splitting failure and shear friction between cracks are also taken into account. ize effect is included to derive a more precise equation. Regression analysis is performed to determine each variable and simplify the equation. And, the formula derived from theoretical approaches is evaluated by comparison with numerous experimental data, which are in broad range of concrete strength(especially in high strength concrete), shear span to depth ratio, geometrical size and longitudinal steel ratio. It is shown that the proposed equation is more accurate and simpler than other empirical equations, so a wide range of a/d can be considered in one equation.

스터럽이 없는 고강도 콘크리트 보의 전단강도 예측을 위한 새로운 예측식의 제안

보의 전단 메커니즘을 구성하는 보 작용과 아치 작용은 전단경간비(a/d)에 따라 그 존재 비율이 바뀔 뿐, 항상 공존한다. 그러나 대부분의 제안식들은 이를 함께 고려하지 않으며, 단순히 a/d=2.5를 기준으로 식의 형태를 나누어 제시하는 것에 그치고 있다. 또한 현 설계 기준은 과거의 일반 강도 콘크리트를 기준으로 설립되었기 때문에, 현재 사용 추세가 점차 증가하고 있는 고강도 콘크리트에 적용하기에는 다소 한계점이 있다. 이러한 문제점을 보완하고자, 본 연구에서는 a/d의 범위에 구애받지 않으며 고강도의 콘크리트에서도 사용이 가능한 전단 강도 예측식을 제안하였다. 보 작용과 아치 작용을 동시에 고려하기 위해 Jenq과 Shah 모델을 바탕으로 축방향에 따른 철근의 응력 변화를 산정하여, 단면의 모멘트로부터 전단 강도를 산출하였다. 보다 정확한 예측식의 제안을 위하여 장부 작용과 전단 마찰과 같은 2차적인 작용들 역시 제안식에 포함시켰으며, 크기 효과도 반영하였다. 식의 상수를 결정하고 식의 형태를 간략화하기 위해 다량의 실험 자료를 이용하여 회귀분석을 실시하였다. 제안식을 콘크리트의 압축강도($f), 전단경간비(a/d), 철근비($\rho$), 보의 유효 깊이(d), 철근의 항복강도($f_y$)의 변수를 기준으로 기존의 식들과 비교 검증한 결과, 제안식이 보다 정확하고 합리적인 예측을 하는 것으로 판명되었다. 또한 제안식의 변수별 거동 양상 역시 실험값과 비교적 일치하는 것으로 나타났다.