In this paper, the simple truss model was modified to predict the punching shear strength of long-span prestressed concrete (PSC) deck slabs under wheel load including the effects of transverse prestressing and long span length between girders. The strength of the compressive zone arounding punching cone was evaluated by the stiffness of inclined strut which was modified by considering aging effective modulus. The stiffness of springs which control lateral displacement of the roller supports consists of the steel reinforcement and prestressing which passed through the punching cone. Initial angle of struts was determined by the experimental observation to compensate for uncertainties in the complexities of the punching shear. The validity of computed punching shear strength by modified simple truss model was shown by comparing with experimental results and the experimental results were also compared with existing punching shear equations to determine level of predictability. The modified simple truss model appeared to better predict the punching shear strength of PSC deck slabs than other available equations. The punching shear strength, which was determined by snap-through critical load of modified simple truss model, can be used effectively to examine punching shear strength of long span PSC deck slabs.
Reinforced concrete (RC) flat slabs should be designed based on punching shear strength. As part of this study, machine learning (ML) algorithms were developed to accurately predict the punching shear strength of RC flat slabs without shear reinforcement. It is based on Bayesian optimization (BO), combined with four standard algorithms (Support vector regression, Decision trees, Random forests, Extreme gradient boosting) on 446 datasets that contain six design parameters. Furthermore, an analysis of feature importance is carried out by Shapley additive explanation (SHAP), in order to quantify the effect of design parameters on punching shear strength. According to the results, the BO method produces high prediction accuracy by selecting the optimal hyperparameters for each model. With R2 = 0.985, MAE = 0.0155 MN, RMSE = 0.0244 MN, the BO-XGBoost model performed better than the original XGBoost prediction, which had R2 = 0.917, MAE = 0.064 MN, RMSE = 0.121 MN in total dataset. Additionally, recommendations are provided on how to select factors that will influence punching shear resistance of RC flat slabs without shear reinforcement.
이 연구에서는 단순 트러스 모델을 이용한 철근콘크리트 바닥판의 펀칭전단강도 평가방안을 제안하였다. 철근콘크리트 바닥판의 펀칭전단 해석의 본질적인 어려움을 극복하기 위해 집중하중이 작용하는 바닥판을 펀칭전단 파괴 형태에 기초하여 펀칭콘과 나머지 부분의 소구조체로 구분하였다. 펀칭콘의 강도는 이상화한 트러스의 경사압축부재의 강성도로써 유도되었다. 수평변위를 제어하고 있는 롤러지점의 수평방향 스프링 부재의 강성도는 펀칭콘 내에 포함된 철근에 의하여 결정되었다. 3차원 구조물의 2차원화에 따른 오차와 해석과정에 포함되지 않은 나머지 소구조체의 강성도 등에 기인하는 불확실성들을 포함하기 위하여 경사압축재의 초기각은 실험결과들에 대해 주인장 철근비를 변수로 수행된 회귀분석을 통하여 구하였다. 단순 트러스 모델로부터 구한 펀칭전단강도는 실험결과와의 비교에서 신뢰성이 높은 것으로 나타났다. 단순 트러스 모델의 스냅스로우(snap-through)좌굴해석으로부터 구한 펀칭전단강도는 철근콘크리트 바닥판의 펀칭전단강도의 검토에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
UHPC(Ultra High Performance Concrete) is used widely with its remarkable performance, such as strength, ductility and durability. Since the fibers in the UHPC can control the tensile crack, the punching shear capacity of UHPC is higher than that of the conventional concrete. In this paper, seven slabs with different thickness and fiber volume ratio were tested. The ultimate punching shear strength was increased with the fiber volume ratio up to 1%. The shear capacity of specimens with the fiber content 1% and 1.5% do not have big differences. The thicker slab has higher punching shear strength and lower deformation capacity. The critical sections of punching shear failure were similar regardless of the fiber volume ratio, but it were larger in thicker slab.
현행 도로교설계기준의 바닥판에 대한 설계방법은 휨 이론에 따라 바닥판을 단위 폭의 보로 보고 강도설계법으로 설계하고 있다. 그러나 실제 교량 바닥판의 파괴 형태는 펀칭에 의한 파괴이므로 바닥판의 극한성능은 펀칭전단강도를 토대로 평가해야 할 것이다. 하지만 기존에 연구된 결과로는 초간편 강합성 바닥판의 펀칭전단강도를 산정하기 어려워 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 논문에서는 초간편 강합성 바닥판과 기존의 RC 바닥판에 대하여 펀칭전단강도실험을 실시하여 거동특성을 비교하였으며, 기존 RC 바닥판에 적용하고 있는 각국의 설계식들과 비교하였다.
A large body of experiments have been conducted to date to evaluate the punching shear strength of flat slab-column connections, but it is noted that only a few of them have been considered for the development of the ACI Code provisions. The limited test results used for the development of the code provisions fall short of predicting accurately the punching shear strength of such connections. In an effort to address this shortfall and to gain an insight into the factors that control the punching shear strength of flat slab-column connections, we report a qualified database of 650 punching shear test results in this article. All slabs examined in this database were tested under gravity loading and do not contain shear reinforcement. In order to justify including any test result for evaluation punching shear database, we have developed an approved set of criteria. Carefully established set of criteria represent the actual characteristics of structures that include minimum compressive strength, effective depths of slab, flexural and compression reinforcement ratio and column size. The key parameters that significantly affect the punching shear strength of flat slab-column connections are then examined using ACI 318-14 expression. The results reported here have paramount significance on the range of applicability of the ACI Code provision and seem to indicate that the ACI provisions do not sufficiently capture many trends identified through regression of the principal parameters, and fall on the unsafe side for the prediction of the punching shear strength of flat slab-column connections.
In designing of slabs, a prediction of the punching shear capacity is one of important concerns. In this study, an equation was proposed to predict the punching shear strength of reinforced concrete slabs. The proposed equation depends on concrete compression strength, steel ratio, effective depth and slab radial length. The good correlation exists between the predicted punching shear strength and the measured.
The punching shear strength of concrete flat plates is one of the topics of intensive research in recent years by various concrete structures researchers. This paper reviews four current methods of analysing the punching shear strength at the corner-and edge-column positions of reinforced concrete flat plates. They include those recommended in the Australian Standard AS3600-1988, the American Concrete Institute ACI318-89 and the British Standard on Concrete Practices (BS8110) as well as the approach developed at the University of Wollongong, Australia. Based on half-scale model test results, a comparative study of these four analysis methods is made with regard to their limitation, accuracy and reliability. It is found that the Wollongong approach in general gives the best performance in predicting the punching shear strength of flat plates with torsion strips and those with spandrel beams. The Australian Standard procedure performs just as satisfactorily for flat plates with torsion strips but tends to be unsafe for those with spandrel beams. Both the ACI and the British methods are applicable only to flat plates with torsion strips; they also tend to give unsafe predictions for the punching shear strength.
플랫플레이트-기둥 접합부의 뚫림전단강도를 규명하기 위해 그동안 많은 실험연구가 수행되어 왔다. 실험결과에 의하면, 뚫림전단강도는 접합부의 기둥크기, 철근비, 경계조건 등 다양한 설계변수에 따라 크게 변화하는 것으로 나타났다. 하지만 현행 설계기준들은 설계변수의 영향을 정확히 반영하고 있지 못한 실정이다. 본 연구에서는 뚫림전단의 파괴메카니즘을 정의하기 위하여, Rankine의 파괴기준을 이용하는 구조역학적 접근법이 사용되었다. 파괴메카니즘은 접합부에 배치된 하부철근량에 따라 압축지배 전단파괴와 인장지배 전단파괴로 분류되며, 또한 뚫림전단강도는 슬래브의 휨손상에 밀접한 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. 이 연구결과에 근거하여 콘크리트의 뚫림전단강도식을 개발하였으며, 제안된 방법은 기존 실험연구결과와 비선형 수치해석결과와의 비교를 통해 타당성이 검증되었다. 비교결과, 다양한 설계변수의 영향을 반영하고 있는 제안된 강도모델은, 현행 설계기준보다 접합부의 뚫림전단강도를 정확히 추정할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
In R.C. flat slab system, a brittle punching failure is a very fatal problem. But there is no generally well-defined answer to the problem and there are wide differences in current practical design codes. therefore, in this study, the factors affecting to punching failure mechanism have been studied to find out the punching shear behavior in R.C. flat slabs by comparing other investigations and practical design codes. Therefore, In this study, the factors affecting to punching failure mechanism have been studied to find out the punching shear behavior in R.C. flat slabs by comparing other investigations and practical design codes. The conclusions in this study are summarized as follows; 1) The factors affecting to punching shear are concrete strength ($f_\alpha$), ratio of column side length to slab depth (c/d), ratio of distance from column center to radial contraflexure (l/d), yield strength of steel ($f_y$), flexural reinforcement ratio ($\rho$) and size effects. 2) It is shown that th use of $\surd{f_{ck}}$in applying($f_\alpha$ to punching shear strength estimation may be more sensitive in high concrete strength. 3) The effects of l/d, ($f_y$, size are no clear in the punching failure mechanism, so in the future, it should be investigated with the effects of various composed load.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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