構造要素を設計するときに、主最大応力を使用しないのはなぜですか？

コンクリート柱が上部荷重によって圧縮されていて、せん断応力もあると考えてください。

これらの応力を持つ柱の平面2d要素を取り、それを最大垂直応力が得られる点まで回転させた後、それを回転させて、両方の値が元の計算された応力よりも高くなるはずの最大せん断応力を求めます。

代わりに、それらの値をコンクリートの圧縮およびせん断強度と比較しないのはなぜですか？

私の質問が単純すぎると申し訳ありませんが、私はまだ土木工学の新入生です。

簡単に言えば、複雑すぎて不可能だからです。

たわみと圧縮の両方のもとでの、ひびの入っていないコンクリート梁の主な応力軌跡の図を次に示します。

ご覧のように、主応力の方向と大きさは、関心のある点と加えられた荷重に応じて変化します。コンクリートは緊張に弱いことがわかっています。したがって、主引張応力の場所を調べる場合、これをコンクリートの引張能力と比較できます（これは、しばしば関数と見なされます$\sqrt{f_c'}$

主引張応力がコンクリートの引張能力を超えるとどうなりますか？

まあその時点でコンクリートは失敗するかもしれません。しかし、これは要素全体が失敗するという意味ではありません。それはその場所で割れることを意味します。しかし、それは大丈夫です、それが強化の目的です！

これで、ひび割れ（または多くのひび割れ！）を備えたコンクリート要素と、ピースをまとめる補強材ができました。

主応力を計算したい場合、特定の点での応力の状態はどうですか？補強材によってもたらされる応力、亀裂に沿った骨材インターロックによってもたらされる応力、圧縮によってもたらされる応力、および応力が存在しないボイド-各メカニズムにはどれくらいの量が含まれていますか？ような式を単純に使用することはできません$\nu = \frac{VQ}{It}$

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それでは、今何ができるでしょうか？ええと、私たちはたくさんのテストを行い、その結果に設計方程式を当てはめます。

質問で列について言及しました。カラムは圧縮応力が支配的であるため、亀裂はそれほど問題になりません。ただし、ストレス状態を判別することを困難/不可能にする複雑な要因がまだあります。実際には、の解説ACI 318は言います：

コンクリートの圧縮応力の実際の分布は複雑であり、通常は明確にはわかりません。...コードは、包括的なテストの結果と合理的に一致する極限強度の予測をもたらすことが示されている場合、特定の応力分布を設計で想定することを許可しています。

繰り返しになりますが、我々は、簡略化されたストレス状態を想定し、テストによってそれが安全であることを確認するという、より簡単なルートを取ることを余儀なくされています。

これらの簡略化の使用に関連する不確実性は、建築基準法で使用される安全係数に組み込まれています。

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1. Kong、FK、およびEvans、RH（2013）。鉄筋コンクリートおよびプレストレストコンクリート。スプリンガー。

2. ACI-ASCE委員会326（1962）。せん断および対角張力