Экспериментальное исследование композитных Ultra-High-производительности фибробетона и обычного бетона членов
Композитный сверхвысокой производительности фибробетона (UHPFRC) и обычных железобетонных элементов конструкций исследованы для оценки реабилитационного потенциала существующих бетонных конструкций. Композитных структурных ответ определяется путем тестирования 12 полноразмерных изгиба балок, загрузка слоя UHPFRC в напряжении. Полученные результаты свидетельствуют о том, что исключительные свойства материала UHPFRC существенно улучшить композитные членов структурных мер, включая конечную силу, жесткость, и растрескивание поведения. Аналитическая модель разработана для прогнозирования композитных UHPFRC и обычных железобетонных структурных ответ, и используется для дальнейшего анализа экспериментальных результатов теста.
Ключевые слова: волоконно-железобетона; реабилитации; растяжения.
ВВЕДЕНИЕ
Ultra-высокопроизводительные фибробетона (UHPFRC), а в цементной материал, состоящий из плотных, высокопрочных матрица, содержащая большое количество встроенных равномерно волокна стали. UHPFRC имеет исключительные механические и транспортные свойства в том числе очень высокой прочностью на растяжение, упрочнения и плотности приводит к очень низкой проницаемостью делает его идеальным для восстановления и модификации существующих structures.1-4 Что касается его поведения растяжение, UHPFRC принадлежит Группа высокопроизводительных fiberreinforced цементных композитов (HPFRCC), но предлагает дополнительные преимущества очень плотная низкая пропускает матрицы. 1 приведены одноосное растяжение результаты проверки UHPFRC, обычная сталь фибробетона (SFRC) и обычного бетона. UHPFRC экспонатов значительно увеличилось прочности и упрочнения поведения по сравнению с другими цементных materials.5
Тонкие HPFRCC пометки, между 10 и 50 мм (0,4 и 2,0 дюйма), были использованы для восстановления ухудшилось цементных структур, таких как трещины тротуаров и мостовых палубах. Наложение растяжение поведение упрочнения повышает деформации исходной структуры и способность к рассеянию энергии. Таким образом, HPFRCC пометки могут преодоления существующих трещин в бетонное основание. Трещин в слое HPFRCC остаются незначительными, между 30 и 50 мкм (1,1 SIFCON) 7 заявили об обнадеживающих результатах в том числе сообщений о пострадавших или нарушение сцепления в тонком 25 мм (1,0 дюйма) SIFCON наложения после 9 лет службы. Утверждается, что небольшой ширины трещин значительно уменьшить проникновение вредных веществ и таким образом уменьшить усиление члена deterioration.6, 8,9 вредных веществ, однако, все еще может проникать через HPFRCC пористой матрицы и, следовательно, использование HPFRCC не должно значительно улучшить надежность долгосрочных структурных элементов, по сравнению с нормальной прочности concrete.10-12.
Композитный UHPFRC и обычного железобетона (RC) лучи прошли испытания на изгиб по конечной Denari сила сравнима с стандартной RC пучков. Составных балок демонстрировал повышенную жесткость до конечной сил было достигнуто, а затем, выраженное поведение размягчения, а RC пучков показало небольшое упрочнение поведение обычно наблюдается в конкретных изгиб членов.
UHPFRC был использован в качестве таможенных полос применяется к лицу растяжение по восстановлению и совершенствованию существующих железобетонных beams.14 Протестировано в четыре точки изгиба составных балок реабилитировали себя монолитно вплоть до разрушения. Составной балки конечной силы была равна или выше, чем ссылки конкретных членов, но опытные размягчения фазе после достижения конечной силы.
Таким образом, UHPFRC являются перспективными материалами для реконструкции существующих бетонных элементов. Преимуществом UHPFRC, по сравнению с HPFRCC, является их низкая проницаемость, что предотвращает попадание вредных веществ и, следовательно, существенно повысить прочность композитных членов.
Целью данного исследования является экспериментально документ и разработать аналитический инструмент моделирования для прогнозирования и дальнейшего анализа сводного пучка UHPFRC-RC структурных реагирования и поведения. Целью исследования является предложить оригинальный метод для эффективной реабилитации и укреплению балок и плит существующих структур RC. Первый на месте заявка была успешно выполнена на дороге bridge.15
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исключительные свойства UHPFRC, в том числе на одноосное растяжение упрочнения, высокая прочность и очень низкой проницаемостью сделать UHPFRC перспективным материалом для применения в сфере реабилитации. Однако, их структурных композитных поведение обычных железобетонных пока не известно. В настоящем документе представлены полномасштабные составной балки UHPFRCRC экспериментальные результаты испытаний, подтверждающие потенциал UHPFRC восстановления приложений. Кроме того, аналитическая модель для прогнозирования структурных реакция UHPFRC-RC и подобных составных элементов.
Экспериментальная программа
Обзор
Поведение композитных UHPFRC-RC конструктивных элементов была исследована на двенадцать 5400 мм (17 футов, 8-1/2 дюймов) изгиба балки. Пучки состоят из RC субстратов и UHPFRC слоев, как показано на рис. 2. Подложки RC представляет собой существующий структурный элемент и имел двух слоев продольной арматуры и 8 мм (0,32 дюйма) диаметр хомутов с шагом 200 мм (8 дюймов). Будущих контактов UHPFRC-RC поверхности подложки RC была шероховатой струей воды высокого давления перед заливкой слоя UHPFRC.
Составных балок были подвергнуты четыре точки на изгиб (рис. 2) в возрасте UHPFRC 90 дней и лет RC более 240 дней. До разрушения испытания, пучок структурных поведения изучалась в длительных испытаний в рамках двух различных статических систем и загрузки modes.16 Эти различные режимы загрузки представил остаточных напряжений около 3 МПа (0,44 КСИ) в пучках. Более подробную информацию о тестировании можно найти в Habel5 и Абель и др. al.16
параметров этой экспериментальной программы были толщины слоя UHPFRC H ^ U ^ к югу и наличие арматуры в слое UHPFRC мкс югу, U ^. Дополнительных стали UHPFRC укрепления бар Коэффициент усиление соответствует 2% .- Том раздела UHPFRC крест. Обзор экспериментальных параметров приведены в таблице 1. (Необычно большое усиление при сжатии аккорд пучков была выбрана, чтобы избежать образования макротрещины ходе длительных испытаний ползучести до разрушения испытания.)
Материалы
Состав UHPFRC использоваться в данном исследовании приведены в таблице 2. Это соответствует один разработанные Rossi.3 UHPFRC не было ни тепла, ни давления-обращения. Нормальной прочности бетона (СНБ) был водоцементное отношение (в / с) 0,40. Механические свойства двух материалов, определяется экспериментально, приведены в таблице 3.
UHPFRC растяжение поведение характеризуется линейный рост напряжения до первоначального растрескивания силы F ^ югу Ut, 1 ^ следуют упрочнения до предела прочности е ^ к югу Ut, тах на штамм = 2,8% (рис. 3). Деформационного упрочнения выражается упрочнения величины Затем, смягчение произошло до полного разрушения в трещины шириной W = 5 мм (0,20 дюйма) .5
Арматуры и хомутов использовать соответствовали требованиям Европейского кодекса и было пределом текучести 500 МПа (72,5 KSI).
Испытательная установка
Четыре точки на изгиб были перемещения контролируемых путем введения перемещения на один из двух гидравлических домкратов, расположенный в 300 мм (11,8 дюйма) с боку, как показано на рис. 2. Оба гнезда были идентичны модели и были подключены к той же гидравлической системы и, следовательно, применяется та же сила F. регулируемой скоростью перемещения разъем 0,4 мм / мин (0,016 дюйма / мин). Деформации были измерены со встроенными оптическими датчиками деформации волокна (рис. 2, СОД) и линейной переменной преобразователей перемещения (LVDT) (рис. 2, F1, чтобы F7). Образование трещин визуально документально. Локализованные ширины макротрещины последовали с (
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Балки без арматуры в UHPFRC слоя (NR балок)
Композитных обычных подложки RC и UHPFRC слоя без арматуры балок, обозначается с префиксом NR, сила-смещение кривых на рис. 4. Для сравнения, подложки RC сила-смещение кривой уделяется также и определяли модель поперечного сечения, учитывая, растяжение и сжатие арматуры и форму параболы конкретные зоны сжатия. Трещины RC пучка расстояние считалось 200 мм (8 дюймов) в соответствии с стремя расстояния.
NR составной балки структурных поведение характеризуется непропорционально высокий рост жесткость в середине пролета прогибов (отклонение = f1 - 0,5 сечения (рис. 4) и положительной корреляции между толщиной UHPFRC наложения и увеличения жесткости не наблюдалось. Конечная силу пучка NR был близок к оригинальной разделе RC рассчитывается конечная силу. Это объясняется образованием локализованных макротрещины в UHPFRC на прогибы за примерно 4 мм (0,16 дюйма). Кроме того, жесткость NR5 пучка была выше, чем NR3 жесткость балки прогибов менее 10 мм (0,39 дюйма).
NR5 пучка результаты тестов показали хорошую корреляцию, а NR3 результаты пучка более опытный вариант. Этот разброс можно объяснить различной степени остаточных напряжений и микрорастрескивания в слое UHPFRC до разрушения tests.16 Эти различные остаточных напряжений градусов можно увидеть в NR3 разрушение балки результатов испытаний, составной балки UHPFRC-RC с 30 мм (1,2 дюйма) UHPFRC толщины, которые показали различные нагрузки максимальной и различных начальных жесткости (рис. 4). Кроме того, ширина NR3.1 имели низкие остаточные напряжения, а затем Балки NR3.2 и NR3.3, которые подходили более полно сдержанной поведение пучка. Различия нагруженном состоянии, не может быть четко отличается NR5 балок и остаточных напряжений различия между тремя пучками были слишком малы, чтобы заметить существенные различия в структурной ответ. Более подробную информацию о длительных испытаний можно найти в Абель и др. al.16
Локализованные ширины макротрещины были записаны с В силу роста, распределенных макротрещин образована в UHPFRC до прогиба в середине пролета около 4 мм (0,16 дюйма) (l/600). Это соответствовало очевидным strainhardening UHPFRC почти 1 [тысячу], документально оптический датчик деформации (СОД на рис. 2), встроенные в слой UHPFRC. На конечной силы, распределенные макротрещин были через каждые 100 мм (3,9 дюйма) (рис. 5 (б)) и таким образом не влияет на стременах в подложке RC. Затем, шириной в один или два локализованных макротрещин из множества распределенных макротрещин в слое UHPFRC, начал быстро расти. Шаблон после неудачи трещины, для пучка NR5 например, на рис. 5 (б).
Интерфейс трещин начал формироваться в прогиба в середине пролета от 6 мм (0,23 дюйма). Все интерфейс трещины были начаты на изгиб трещины и без интерфейса нарушение сцепления произошло из-за интерфейса зоны напряжения сдвига до локализованных поперечных трещин. Интерфейс трещины, то превратился в нарушение сцепления трещины, и составной балки структурных ответ отклонился от монолитных поведения.
Балки с арматурного проката в UHPFRC слоя (R балок)
Шесть композитных UHPFRC-RC пучков были проверены арматуры встроенных в слой UHPFRC (рис. 6) и обозначаются с префиксом Р. Кроме того арматурных прутков в слое UHPFRC увеличил конечной силы два раза по R5 пучков (ч ^ ^ к югу U = 50 мм [2,0 дюйма]), и пять раз на R10 пучков (Н ^ ^ к югу U = 100 мм [3,9 дюйма]) по сравнению с соответствующим NR пучков (рис. 6). По сравнению с сопоставимыми традиционными пучка RC показал значительное увеличение жесткости, как это уже наблюдалось NR лучи, и увеличение предельной силы. Конечная сила выше, чем R10 пучков в R5 пучков из-за большой глубины членов, тем больше количество арматурных прутков, и чем больше UHPFRC толщины слоя.
Тесно распределенных макротрещины, через каждые 30 мм (1,2 дюйма), сформированный предыдущей максимальной силы (рис. 7 (б)). Очевидной деформации UHPFRC закалка была выведена из оптического волокна деформации датчиков встроенных в слой UHPFRC и примерно соответствует 3 [тысячу] деформационно-три раза больше, чем для NR пучков (рис. 7 (а)). Это упрочнения спектакль из-за натяжения влияние жесткости представлен арматурного проката встроенных в слой UHPFRC (мкс югу, U ^), которая подготовила более однородной деформации распределения. Затем, до четырех локализованных макротрещин оставались активными в прогиба в середине пролета около 15 мм (0,59 дюйма) (l/160), как указано в
Первые трещины интерфейс образуется при отклонении 17 мм (0,67 дюйма). После открытия интерфейса трещина осталась неизменной на уровне примерно 0,5 мм (0,02 дюйма) за отклонение 20 мм (0,78 дюйма). Эти интерфейс трещины небольшой по сравнению с NR трещин пучка нарушение сцепления. В сочетании с визуальными наблюдениями во время тестирования, можно сделать вывод о том, что окончательный перелом произошел в пучке вертикальная трещина прогиб. Это явление объясняется растяжения передается через активное макротрещин по арматурного проката встроенных в слой UHPFRC. Следовательно, меньше стресса были быть переданы через интерфейс. Все интерфейс трещины были инициированы изгиб трещины, которые пересекаются границы. Ни один другой интерфейс трещин не наблюдалось.
Гибки АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
Общий
Предлагается определить композитных UHPFRC-RC изгиб поведение аналитических модель поперечного сечения. Момент кривизны отношения вычисляется для сечения с пределом UHPFRC слоя (рис. 8) в соответствии с испытанным членов. Анализ подход основан на теории изгиба балки и расширение обычно используемые сечения модели для определения нагрузки железобетонных элементов несущей способности при рассмотрении конкретных UHPFRC и растяжение поведения.
Гипотезы
Модели для гибки основан на следующих предположениях:
1. Плоскость сечения остаются плоскими (гипотеза Бернулли) - связь между цементных материалов и арматуры остается неизменным, не происходит нарушение сцепления композитного интерфейса и структурный элемент ведет себя монолитно;
2. Арматурного проката и цементный материал stressstrain поведения описываются материальными законами, а также
3. Равновесие сил и моментов, осуществляется в поперечном сечении.
Описание
UHPFRC растяжение поведение моделируется из двух частей: для штаммов меньше, чем трещин с открытия ш предположить следующие билинейные права размягчения (рис. 3 (б)). Ш трещины превращается деформации 3 (б) .17
Обычные конкретные сжатия моделируется с параболическим распределением (рис. 9 (б)) 18 и растяжение поведение моделируется упругой рост напряжения и смягчения билинейных схема, предложенная Hillerborg19 (рис. 9 (а)).
Билинейных материального права симметрично предполагается на растяжение и сжатие арматуры (рис. 10). Модель может также рассмотреть вопрос о различных свойствах материала для UHPFRC и бетонное основание арматуры.
Изгибных деформаций UHPFRC-RC и напряженного состояния вычисляется с аналитической модели представлены на рис. 8. Линейное распределение напряжения и отдельных законов материала содействия кривизны
Нормальный равновесия сил определяется путем итерации путем изменения поперечного сечения деформации распределения по глубине для данного максимального растяжения Момент рассчитывается из этого равновесия. Кривизны вариации позволяет сечения момент кривизны отношения оценки. Force-отклонение кривых получены путем рассмотрения геометрии и статическая система структурных элементов.
Обсуждение СТРУКТУРНОЙ ОТВЕТ
Метод
Составной балки UHPFRC-RC тестирования был смоделирован с аналитической модели. Вертикальные силы, действующие в четыре точки росы изгиб были рассчитаны путем преобразования аналитически вычислить моменты (F = M/1.2 м [3,9 м]). Прогиба в середине пролета была определена в предположении постоянной кривизны по всей середине пролета балки. Это предположение было точной до образования локализованных макротрещин. После этого, результаты эксперимента показали, локализация деформации в один или несколько локализованных макротрещин, и это предположение постоянной кривизны индуцированных небольшие погрешности расчета отклонения. Это кривизны упрощения было сделано потому, что недостаточно экспериментальных данных для определения длины пластического шарнира, что образуется при локализованных макротрещин. Переход от упрочнения к смягчению это показано на рис. 11 и 12 с переходом из твердого состояния в пунктирными линиями.
Обычного бетона и арматуры бар материала законы получен непосредственно из материала tests.5 свойства UHPFRC растяжение были определены на одноосное растяжение испытаний, проведенных на зубчатый specimens.5 Тем не менее, вопрос о том, одноосное растяжение результаты тестирования могут быть непосредственно преобразуется в материального права, в частности, потому, что предел прочности испытания проводились на структурные элементы и может быть истолковано, соответственно, должны быть исследованы.
Два подхода были выбраны для выяснения UHPFRC растяжение поведения:
* Подход I: одноосное растяжение результаты тестов были использованы в качестве входных параметров для аналитическая модель и результаты анализа были сопоставлены с результатами экспериментальных пучка и
* Подход II: пучка экспериментальные результаты были установлены на обратной анализа (путем адаптации UHPFRC свойства слоя растяжение) и определяется UHPFRC растягивающие свойства по сравнению с одноосное растяжение результаты тестов.
Составной балки структурных обсуждения ответа на основе экспериментальных данных и интерпретация аналитическую модель.
NR пучков
На рисунке 11 показано сравнение результатов тестирования для балок без арматуры в слое UHPFRC (NR3 и NR5) и аналитически определены UHPFRC растяжение поведения. Только фазы закалки UHPFRC адаптирован; размягчения этап не был изменен.
В подходе I, то есть, UHPFRC поведение системы вычисляется из одноосное растяжение входа испытания, аналитические модели переоценил силу NR5 пучка максимум 30%. Локализованные макротрещин наблюдались на отклонение от 4 мм (0,16 дюйма) в ходе экспериментальных исследований, а модель предсказал макротрещины образования на 13,5 мм (0,53 дюйма). NR3 силу пучка была в пределах разброса, однако, аналитически отклонения макротрещины локализации также значительно завышена.
Учитывая подход II, экспериментальные результаты тестирования пучка были установлены путем адаптации UHPFRC растяжение поведения. В результате численность значения / ^ к югу Ut, 1 ^ и / ^ к югу Ut, тах были примерно на 33% меньше, чем среднее экспериментальными значениями. Растягивающих приближении поведение, требуемое секущий модуль, который был на 50% ниже, чем секущий модуль наблюдается в одноосном растяжении. Это привело к недооценке начальная жесткость света и указал UHPFRC растяжение поведение нелинейность до деформации Кроме того, ужесточение склон был круче, чем наблюдается в одноосном результаты тестов. F ^ югу Ut, 1 ^ разброс для различных пучков 1 МПа (0,15 КСИ) и деформации Обратная корреляция между значениями силы F ^ югу Ut, 1 ^ и / ^ к югу Ut ^ тах и толщины слоя UHPFRC наблюдалось толстый слой UHPFRC, тем меньше значения UHPFRC силы.
Значительная разница между одноосного растяжения UHPFRC поведения и растяжение поведение определяется обратной анализа из пучка испытаний может иметь несколько источников:
* Самое главное, что очевидным слоя UHPFRC's понизило секущий модуль и более упрочнения модуля E ^ югу U, жесткий ^, полученные в обратной анализа, может быть осуществлено путем остаточных напряжений и микротрещин, представил в слое UHPFRC по timedependent поведение составного элемента в течение 90 дней до разрушения испытания. Это позволило бы также объяснить UHPFRC растяжение поведение нелинейность штаммов меньше, чем
* Одноосное растяжение склонности тест переоценить UHPFRC свойства слоя растяжение может быть связано с концентрированной процесс разрушения присущих зубчатый испытания на одноосное растяжение. Вводя вырезка, перелом был вынужден в определенном месте, а не на слабых раздела в рамках всего элемента, как это было в четыре точки на изгиб;
* Обратной корреляции между толщиной слоя и UHPFRC UHPFRC прочность на растяжение, как это определено обратного анализа, может быть вызвано небольшим сегрегации волокна в слой UHPFRC. Этот тезис подтверждается наблюдением меньшего числа волокон у UHPFR верхней поверхности и силы сокращения быть более заметным в плотных слоях UHPFRC и
* Аналитическая модель недооценивать первоначальный жесткости. Этот результат может быть продуктом рассмотрения модели только билинейная распределения напряжений в однородной фазы (до образования локализованных макротрещин), хотя билинейной модели считается достаточно точным, чтобы модель одноосного растяжения UHPFRC поведения.
Различия между одноосное растяжение результаты испытаний и механических свойств при растяжении определяется обратной анализа из пучка испытаний удостоверяется, что одноосное растяжение результаты испытаний материала, не могут быть непосредственно применены для структурных элементов. Это прямое отрицание заявка была в основном за счет остаточных напряжений, в сводном UHPFRC-RC балок и потому, что испытания на одноосное растяжение должны также рассматриваться в качестве структурных испытаний. Перевод на одноосное растяжение результаты испытаний на растяжение исполнении в структурных элементов, таким образом, должна стать предметом дальнейшего расследования.
Предварительное пик ответы о межфазных трещинах и локализованных нарушение сцепления наблюдались в NR пучков на прогибы больше 6 мм (0,23 дюйма). После образования этих трещин, вторая гипотеза аналитические модели (композитный членов монолитных поведение) уже не в полной мере. На данном этапе, однако, локализованных изгиб ширина трещины уже более 0,5 мм (0,02 дюйма) и UHPFRC уже вступили в фазу размягчения. Появление нарушение сцепления был рассмотрен в аналитической модели через оснащены длина ссылки (L ^ югу R ^) параметр, который превратил трещины в деформации. Ссылка длина эмпирических параметров и продукт данного материала и структурных свойств. Ссылка длина сих пор точно не известно композитных членов UHFPRC-RC и, следовательно, в этом исследовании, результаты анализа были установлены с экспериментальными данными для получения ссылки длина L югу ^ R = 500 мм (19,6 дюйма) для NR3 пучков и L ^ югу R ^ = 600 мм (23,6 дюйма) для NR5 beams.5 Дополнительные исследования необходимы для более точного определения длины ссылку ..
R пучков
Подход I результатов (UHPFRC слоя поведение ввода выводится из однонаправленного испытания на растяжение) в R5 и R10 балки, подробно среднего UHPFRC растяжение поведение переоценить значение приложенной силы на 7% разницы на отклонение 15 мм (0,59 дюйма) (рис. 12). Формирование локализованных макротрещин на прогибы между 13 и 17 мм (0,51 и 0,67 дюйма) предсказал также аналитическую модель.
Очевидной UHPFRC растяжение поведение определяется с подхода II (установка пучка результаты тестов адаптации UHPFRC растяжение поведение) показывает пучка UHPFRC очевидным секущий модуль, прочность и упрочнения модуля E ^ югу U, жесткий ^ составляли, соответственно, сократился на 50, 33 и 33%. Деформации в слое UHPFRC на формирование локализованных макротрещин R5 и R10 сила-смещение кривых правильно смоделирована с измененным входных значений с дисперсией менее чем на 5% и образование локализованных макротрещин было предсказано в рамках экспериментального разброса.
Разница между UHPFRC растяжение поведение получил от однонаправленного испытания на растяжение и определяется обратной анализа результатов пучка объясняется теми же механизмами, что и в NR пучков. Разница в величине закалки, однако, как представляется, меньше для R пучков. Деформация при максимальной прочности на растяжение (в макротрещины образования) был для R5 и тесты R10 света, соответственно. Остаточных напряжений в R пучков были сопоставимы с NR пучков, однако слоя UHPFRC арматурного проката напряженности влияние жесткости в R пучков увеличения видимой звездной величиной упрочнения. Это напряжение влияние жесткости появился, чтобы компенсировать потери остаточной данной конфигурации упрочнения растяжения.
UHPFRC слоя арматуры S ^ к югу, U ^ можно рассматривать как макроуровне "армирующих волокон" по сравнению с небольшой 10 мм (0,39 дюйма) волокон стали встроенные в UHPFRC. Стальных волокон действовать на материальном уровне преодоления микротрещин и ограничения распространения микротрещин. Когда макротрещин сформирован, стальной фибры продолжал преодолеть трещин до трещины стали слишком большими и волокон, постепенно вытащил. Выдвижной была завершена, когда трещины составляла примерно половину длины волокна, 5 мм (0,20 дюйма), за использованный UHPFRC, и, как результат, не больше сила передается через трещины в стальных волокон . На данный момент, арматурного проката, то преодолеть силу натяжения в течение большого макротрещин. В отличие от стальных волокон, арматурного проката не вытащил, но уступил, и, наконец, сломал, что приводит к полному разрушению структурного элемента. В силу роста, арматурного проката также способствовали распределения деформаций. Таким образом, тесно распределенных макротрещин формируется и макротрещины локализации произошла на высших отклонения (l/160) в R пучков по сравнению с NR пучков (l/600).
Ссылка длины были установлены на экспериментальных результатов производства L ^ югу R ^ = 1500 мм (59 дюйма) и L ^ югу R ^ = 2000 мм (118 дюймов), соответственно, для пучков R5 и R10. Эти ссылки длины значительно больше, чем для NR пучков. Это свидетельствует о том, что, помимо образования локализованных макротрещин деформации были локализованы в течение более короткого длины R пучков, чем в NR пучков и, следовательно, пластиковые R пучка петли длины были короче.
R балки, в некоторых случаях, выставлены размягчения поведения за максимальную силу. Это объясняется выраженный UHPFRC растяжение поведения, для силы по-прежнему передается через слой UHPFRC качестве арматуры S ^ к югу, U ^ сдался. Снизилась стресс передачи через UHPFRC локализованных макротрещин было больше, чем сталь упрочнения арматурного проката стресса возрастает. Появление смягчения или упрочнения в лучах зависит от толщины слоя UHPFRC. Для испытуемых балок, это смягчение поведение наблюдалось в R10 лучей, но не в R5 пучков.
Для R балок, трещины интерфейс остается небольшим и не изменяет структурные поведения. Испытуемых балок все провалились в сгибаясь под монолитные сечения поведения. Таким образом, условия аналитической модели соблюдались.
Описание структурных ответ
Экспериментальная проверка и результаты аналитических моделей для пучка структурных ответ без арматуры в слое UHPFRC (NR) может быть описана в пять этапов (рис. 13 (а)).
Этап 1-При низких сил, пучок себя квази-linearelastically и нет микротрещин, разработанные в UHPFRC.
Этап 2-микротрещин формируются и развиваются в closelyspaced небольшой ширины макротрещин (
Этап 3-локализованные макротрещин развитых из близко расположенных макротрещин в прогиба в середине пролета от l/600 с интервалом более 100 мм (3,9 дюйма) для NR балок и на отклонение l/160 с интервалом более 30 мм (1,2 дюйма) для R пучков. При локализованных макротрещин пересекала интерфейс, интерфейс трещины развивались на уровне конкретных растяжение субстрата арматуры расположенных вблизи границы.
Этап 4-силы, прошедшего через слой macrocracked UHPFRC сократились из-за поведения размягчения UHPFRC, однако, общая сила в балке возросло, дополнительные силы постепенно перешла через границу и в конкретных растяжение слоя арматуры ^ югу ы , CT ^, которые еще не сдался. Для NR балок, трещины по поверхности превратилась в локализованных нарушение сцепления. Нарушение сцепления длина и ширина трещины увеличились локализованных изгиб макротрещины ширина увеличена. Среднее изгиба макротрещин затем формируется в слой бетона и конкретные растяжение слоя арматуры начал давать образование пластических шарниров (рис. 13 (б)).
Этап 5-составной балки удалось путем разрушения при растяжении арматуры после дробления бетона.
Местные нарушение сцепления только у NR пучков Этап 4 по большей силой, поскольку пришлось перевести через границу при локализованных макротрещины в слое UHPFRC открыл, чем для R пучков. Легкий интерфейс растрескивания наблюдается в последнем не изменяет композитных структурных ответ. Некоторые макротрещин формируется в пучке NR слой бетона на debonded зона, простирающаяся от пластического шарнира длины и увеличения потенциала пучка деформации.
Нарушение сцепления всегда происходило на растяжение бар укрепления мкс югу, CT ^ уровне, а не на UHPFRC и бетонную поверхность контакта подтверждающие hydrojetted контактной поверхностью и intramaterial качество связи. Это слабое горизонтальной плоскости, в конкретных разделе объясняется наличием арматуры. В случае составных балок, этот самолет вблизи поверхности контакта и нарушение сцепления трещины ослабили связь между арматуры и бетона. Арматурного проката по-прежнему основываться на конкретных звук за debonded зон и работал в качестве внешней арматуры в debonded зоны.
Сравнение составных элементов UHPFRC-RC с элементами RC
Условиях эксплуатации, обычные RC пучков выставки изгиба макротрещин расположенных на расстоянии около 200 мм (7,8 дюйма), совпадающей с стремена. Пучка NR UHPFRC слоя показали распределенных макротрещин (ширина
Составной балки деформаций, в точке, локализованных образования макротрещины, зависят от UHPFRC растяжение поведения. Решающий параметр упрочнения величины Поэтому, как и упрочнения величины Формирование локализованных макротрещин в RC пучков определяется растяжение поведение бетона, который, по сравнению с UHPFRC (бетон: G ^ югу F = 120 Дж / м ^ 2 ^ SUP [0,7 фунтов / в.], UHPFRC : G ^ югу F = 20200 Дж / м ^ 2 ^ SUP [116,4 фунтов / в.] 5), обладает очень низкой деформацией потенциала. Первые конкретные макротрещин произошло на малых отклонений в качестве конкретных прочности была достигнута, что соответствует концу RC изгиб теории государства I. Все трещины в RC пучков были локализованы макротрещин и открываться постепенно с ростом деформации. В отличие от UHPFRC макротрещин малых отверстий были тонко распределенные в условиях эксплуатации ..
Различия трещины также объяснить высокую жесткость составной элемент UHPFRC-RC в условиях эксплуатации, для распределенных UHPFRC макротрещин в домене упрочнения не вызывает резкое уменьшение жесткости как это было бы в случае RC пучков.
После растяжения текучесть стержней арматуры, underreinforced RC пучков выставлена приблизительно одинаковые интервалом же размера макротрещин, совпадающей с стремя расстояния. Пучка структурных ответ регулируется растянутого стержня друга и сжатия конкретного ответа.
В отличие от сводного UHPFRC-RC пучков показали тесно распределенных макротрещин, однако, пластические деформации были сосредоточены в немногих или даже просто один, локализованных макротрещин. Сосуществования этих двух типов макротрещины было вызвано UHPFRC растяжение домена закалка и материал неоднородностей. UHPFRC сопротивление постепенно ослабевает в локализованных макротрещин как UHPFRC смягчение произошло. Одновременно UHPFRC в других местах по-прежнему в рамках ужесточения домена и выставлены лишь распространяться макротрещин. Таким образом, текучесть стержней арматуры был локализован в нескольких пластиковых петли, как можно наблюдать с испытанной конструктивные элементы подвергаются постоянной изгибающего момента. В результате, общий составной балки UHPFRC-RC отклонения в чистого изгиба, может быть немного меньше, чем RC пучков в чистом изгибе.
Underreinforced RC пучков выставлены закалки до разрушения арматуры, в то время как композитные UHPFRC-RC балки, в некоторых случаях, выставлены размягчения после конечной силы. Появление смягчения или закалка в составных элементов UHPFRC-RC, будь то сила уменьшается или увеличивается после растяжения текучесть стержней арматуры, зависит от свойств UHPFRC растяжение, толщина слоя UHPFRC и арматурного проката и UHPFRC взаимодействия. Для исследуемых составных балок, закалка произошла в NR3, NR5 и R5 балок и смягчение произошло в R10 пучков. R10 пучка размягчения поведение было связано с большой толщиной UHPFRC. Эти результаты поддерживают использование достаточно тонкий (не более 50 мм [2 дюйма]) слоев UHPFRC.
ВЫВОДЫ
Составного элемента UHPFRC-RC структурных ответ экспериментального исследования и аналитические результаты моделирования осветить следующие выводы:
1. Применение слоя UHPFRC создать составной элемент UHPFRC-RC увеличения жесткости условий эксплуатации, сводит к минимуму деформации для данного введенных сил, уменьшает ширину трещины и трещины интервал, а также задержки образования локализованных макротрещин по сравнению с оригинальной условно железобетонных элементов. Это повысило производительность объясняется слоя UHPFRC высокой прочностью на растяжение и упрочнения свойств;
2. Композитный UHPFRC-RC элементов монолитно себя в условиях эксплуатации. Интерфейс трещины развивались только один раз локализованных изгиб макротрещин было распространяются через слой UHPFRC и пересекала границы зоны. В общем, это произошло рядом с конечной силы, далеко за пределами нормальной загрузки службы. Интерфейс трещины превратились в локализованных нарушение сцепления трещин составных элементов без арматуры в слое UHPFRC (NR пучков). Интерфейс трещин остается достаточно малым, а не причиной UHPFRC слоя нарушение сцепления в элементах с арматуры в слое UHPFRC;
3. Композитный UHPFRC-RC жесткости и устойчивости элементов еще более возрастает, когда арматурного проката было закреплено в слое UHPFRC. Том 2 .-% арматурных прутков были вкраплены в слое UHPFRC и более видимой звездной величиной упрочнения составного элемента в три раза и существенно задержало формирование локализованных макротрещин. В области смягчения UHPFRC, сила перемещения через арматурного проката повысили составной элемент структурной ответ, предотвращая нарушение сцепления;
4. Составного элемента UHPFRC-RC структурных мер при изгибе было предсказано аналитическую модель. Аналитическая модель представил эффективный инструмент для быстрого определения составного элемента UHPFRC-RC структурных ответ. Модель была проверена с композитным результаты разрушения пучка испытаний, а также
5. Видимый луч UHPFRC прочности на разрыв, рассчитанный обратного анализа, были значительно ниже, чем зубчатый UHPFRC одноосное растяжение свойства теста. UHPFRC растяжение различия поведения в композитных балок и в одноосном растяжении в основном объясняется остаточными напряжениями, возникающими в композиционных структурных членами в ходе длительных испытаний, проведенных до разрушения испытаний.
Авторы
Этот проект был при финансовой поддержке Швейцарского федерального управления по образованию и науке (OFES) в рамках европейского проекта устойчивого и Современные материалы для дорожной инфраструктуры (SAMARIS). Авторы хотели бы поблагодарить J. Бердсолл по английскому корректировки.
Нотация
^ Вложенные папки, сс = армирования железобетонных сжатия подложки
^ Вложенные папки, КТ = бетонному основанию, растяжение укрепление
^ Вложенные папки, U = UHPFRC слоя укрепление
E ^ к югу с = конкретного модуля секущей
E ^ югу U = UHPFRC секущий модуль
E ^ югу U, жесткий = UHPFRC модуля упрочнения
F = Гнездо силы
F1 ... F7 = отклонения луча измерить датчиками LVDT
F ^ югу куб.см = прочности бетона сжатие
F ^ югу карат = конкретные прочности на растяжение
F ^ югу си, с = конкретные растяжение укрепления сил бар выход
F ^ югу си, U = UHPFRC укрепления сил бар выход
F ^ югу Uc = UHPFRC прочность на сжатие
F ^ югу Ut, 1 = UHPFRC начальную прочность крекинга
F ^ югу Ut, макс = UHPFRC прочность на растяжение
G ^ югу F = удельная энергия разрушения
ч к югу ^ U = UHPFRC толщины слоя
L ^ югу R = ссылка длины
L = композитных членом службы
M = минуту
W ^ югу Ut = UHPFRC трещины
Ссылки
1. Бач, HH, "Введение к компактным Железобетонная композитный," Nordic конкретных исследований, № 6, 1987, с. 19-33.
2. Дагат, J.; Ру, Н., и Бернье Г., Механические свойства реактивного бетонов порошок, "Материалы и конструкции, V. 29, № 188, 1996, с. 233-240.
3. Росси, П., "Разработка новых композиционных материалов цемент для строительства," Инновации и разработки в конкретных материалов и строительства РК Dhir, ПК Hewlett и ЖЖ Csetenyi, ред., Данди, Шотландия, сентябрь 2002, с. 17 - 29.
4. Шарон, Ж.-П.; Denari -ROM)
5. Абель, К., "Структурные Поведение элементов Сочетание сверхвысокой производительности Fibre железобетонных (UHPFRC) и железобетона", кандидат тезис № 3036, Швейцарский федеральный технологический институт в Лозанне, Швейцария, 2004, 196 с.
6. Krstulovic-Опара, N., и Toutanji, H., "Инфраструктурные Ремонт и модернизация с HPFRCCs," High Performance армированного волокном бетона композиты 2 (HPFRCC 2), А. Е. Нааман и HW Reinhardt, ред., RILEM, Анн-Арбор, штат Мичиган , 1996, с. 423-442.
7. Шнайдер, B., "Развитие SIFCON по применению", высокопроизводительных армированного цемента композиты (HPFRCC), HW Reinhardt, А. Е. Нааман, ред., RILEM, Штутгарт, Германия, 1992, стр.. 177-194.
8. Li, VC; Horii, H.; Kabele, P.; Канда, T.; и Лим, Ю. М., "Ремонт и модернизация с Engineered Цементные композиты," Инженерная Механика деформируемого твердого тела, В. 65, 2-3 №, 2000, с. 317-334.
9. Krstulovic-Опара, N.; Доган, E.; Uang, К.-М. и Haghayeghi, AR, "Поведение на изгиб составных RC-жижи проникли Матем бетона (SIMCON) Участники" ACI Структурные Journal, В. 94, № 5, сентябрь-октябрь 1997, с. 502-512.
10. Коса, K.; Нееман, А. и В. Хансен, "Прочность армированных волокном раствор", ACI журнал Материалы, В. 88, № 3, май-июнь 1991, с. 310-319.
11. Lemberg, М., "Dichtschichten австралийских hochfestem Faserbeton," Deutscher Ausschuss f (На немецком)
12. Li, VC, и Вайман, MB, "Hygral Поведение Engineered Цементные композиты (ECC)," Международный журнал по восстановлению зданий и памятников, т. 9, № 5, 2003, с. 513-534.
13. Denari ., RILEM, Анн-Арбор, штат Мичиган, 2003, с. 301-312.
14. Alaee, FJ, и Karihaloo, B., "Модернизация железобетонных балок с CARDIFRC" Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 7, № 3, 2003, с. 174-186.
15. Абель, K.; Denari Июнь 2006, с. 557-569.
16. Br . 172-175.
17. Французская ассоциация дю Genie гражданским, "BETONS Волокна ультра-Hautes выступления," Ассоциация Fran
18. Шлефли, М., "Erm
19. Hillerborg, A., "Анализ ни одной трещины," Механика разрушения бетона, FHWittmann, под ред. Elsevier Science Publishers Б.В., Амстердам, Нидерланды, 1983, с. 223-249.
Катрин Хабел является Докторантура сотрудник в Университете Торонто, Торонто, Онтарио, Канада. Она получила диплом инженера-строителя из Университета Карлсруэ, Карлсруэ, Германия, а также докторскую степень в Швейцарский федеральный технологический институт в Лозанне, Швейцария. Ее исследовательские интересы включают нестационарного поведения, а также статических и динамических характеристик конструктивных элементов включения сверхвысокой производительности фибробетона и других цементных материалов.
Эммануэль Denari Он получил диплом инженера-строителя и докторскую степень по гражданскому строительству в Швейцарском федеральном технологическом институте. Его исследовательские интересы включают конкретные технологии и сверхвысокой производительности фибробетона (UHPFRC).
Евгений Br Он получил диплом и докторскую степень в строительстве из Швейцарского федерального института технологии в Цюрихе и Лозанне, соответственно. Его научные интересы включают восстановление, совершенствование и безопасности существующих бетонных конструкций.
Временной защиты от коррозии и Бонд из предварительного напряжения стали
Огнестойкости из армированных волокном полимерные Укрепление бетонных T-Балки
Поведение железобетонный мост Палубы Усиленный высококачественной стали
Остаточные сейсмические характеристики железобетонных Пирс мост После умеренного землетрясения
Прогрессирующее обрушение железобетонных конструкций: лежащие в перспективе
Пластичность Спрос сжатия Уступая армированных волокном полимерные железобетонных балок