1 引言

目前ACI规范的剪力设计过程假设是: 对于没有抗剪加固的梁，当垂直平面上的分项剪力超过混凝土的假想剪切强度，在这个平面上就会发生破坏。混凝土的假想抗剪强度是根据ACI规范中规定的经验表达式进行计算的。这种简化基于以下原因:

(1) 混凝土抗拉强度变化很大，因此很难评价一个可持续的斜拉力。

(2) 钢筋混凝土的非均质性，使得精确计算某一截面的剪应力成为一项艰巨的任务。

(3) 剪切破坏发生在斜拉平面上。

假定45度的剪切裂缝

2 剪切设计原理

首先解释一个术语, 材料的实际强度称为名义强度。根据ACI规范11.1.1，受剪力的截面设计应基于如下公式：

其中, Vu---截面处的分项剪切应力(factored shear force), 即设计剪切强度;

Vn---名义剪切强度; 

---剪切强度折减系数, 取0.75

名义剪切强度由混凝土和剪力钢筋两部分组成:

Vn=Vc+Vs

其中, Vc---混凝土的名义抗剪力(Shear Strength of Concrete) 

Vs---剪力钢筋的名义抗剪力(Shear Strength of Shear Reinforcement)

3 最大设计剪切强度Vu计算

根据下图所示的梁截面, 求最大设计剪切强度Vu

计算步骤如下:

(1) 根据混凝土的抗压强度fc',截面尺寸bw和d, 按照经验公式计算混凝土的实际抗剪强度Vc; bw为截面宽度, d为截面有效高度; 

(2) 根据钢筋的抗拉强度fy, 箍筋面积Av, 箍筋间距s, 按照经验公式计算钢筋的实际抗剪强度Vs, #3钢筋面积按下图取为0.11, Av为箍筋面积;

(3) 按照 Vn=0.75(Vc+Vs)计算出最大的Vu.

4 需要加箍筋的条件

按照 ACI规范 11.5.5, 需要加箍筋的条件是: 

理论上来说, 如果Vu小于Vc, 那么就不需要加箍筋. 不过,即使是这样, 规范仍然需要最小的加筋面积:

5 参考文献

[1] University of Illinois (2005) NCHRP: Simplified shear design of structural concrete members. 338p. 

[2] ACI-ASCE 445(1999) 445R-99 Recent approaches to shear design of structural concrete. 55p.

[3] PDHonline Course (2012) Shear strength of reinforced concrete beams per ACI 318-02. 25p.

[4] University of Maryland (2004) Design of concrete structures: Shear and diagonal tension in beams. 33p.

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美国混凝土结构设计规范ACI 318中文版

知识点：ACI规范的剪切设计原理