Сейсмическое укрепление Бонд-критических регионов прямоугольные железобетонные колонны Использование армированных волокном полимерные Обертывания

Использование внешних армированных волокном полимера (FRP) обертывания для укрепления связей сращивания арматуры в железобетонных прямоугольных (RC) колонны и, как следствие влияния на сейсмическую реакцию колонны экспериментальное исследование. Полномасштабное-незамкнутыми и FRP-размерных колонке образцов с lapspliced укрепление на базе были протестированы. Кроме того, спутник колонны с непрерывной арматуры и с внутренней заключения стали удовлетворять здания ACI код требований для регионов повышенной сейсмической опасности (сейсмостойких столбцы) были испытаны для сравнения. Было установлено, что содержание сращивания зоны FRP обертывания увеличили прочность на сращивания баров, снижение износа и связи защемления при циклическом нагружении, а также увеличить боковое сопротивление нагрузки и пластичности столбцов. Соответствующие улучшения подошел тех сейсмостойких столбцов. Боковой деформации, разработанные в FRP увеличивалась с уменьшением отношения бетона сращивание диаметра и с увеличением области FRP обертываний.

Ключевые слова: прочность; волоконно-армированные полимерные; нагрузки, сейсмические; силы.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ И СПРАВОЧНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Примеры облигаций критических зон бетонных конструкций, которые требуют особого внимания к укреплению сейсмической включать базы моста причалов, где подкрепление переносной сращиваются со стартером баров проектирование выше фундамента, стык между плитами перекрытия или балок и колонн из железобетона (RC) здания, в которых столбец укрепление два последовательных рассказы переносной сращивания для облегчения конструкции. Всякий раз, когда подвергаются сильных движений, сращивания арматуры в этих критических областях может возникнуть сбой расщепления связей, ведущих к значительной деградации жесткости, потери в поглощении энергии и диссипации мощности, и, возможно, распад структуры.

Одним из наиболее эффективных средств для сейсмических модифицированной этих облигаций критических зон внешней камере. Внешние заключение может быть достигнуто с помощью традиционных методов, таких, как железобетон или сталь куртки. Другой метод, который не был должным образом исследованы для этой цели используется армированных волокном полимера (FRP) куртки. По сравнению с традиционными методами, FRP куртки более целесообразным построить, они не изменяют внешний вид структуры, и они не увеличивают изгиб или сдвига жесткость структуры, что характерно для значительной сейсмической реабилитации.

Большинство имеющихся исследований о влиянии заключения FRP на сейсмическую реакцию колонны RC были сосредоточены на круговых сечений колонке (ACI Комитет 440 2002; Seible и др.. 1997), или на круглых колонн, укрепленные непрерывными арматуры (Шейх и Яу 2002; Заузе и др.. 2004). Оценивая влияние лишения свободы с использованием стальных связей, стального волокна бетона или внешних куртки FRP на сейсмическую реакцию тяжести нагрузки предназначен прямоугольных колонн армированного сращивания арматуры, Harajli и Rteil (2004) нашли, что реакция колонны зависит прежде всего связи исполнении сращивания арматуры; следовательно, поведение может рассматриваться как функция параметров связи. Современных экспериментальных исследовании рассматриваются аналогичные темы, кроме того, что особое внимание уделяется связи аспект сращивания арматуры и путем сосредоточения внимания исключительно на использование внешних куртки FRP для сейсмических модернизации. Следует отметить, что подобное исследование было недавно сообщила "Аль Харрис и др.

(2006), в котором эффекты углерода FRP обтекает ее по сейсмической модернизация коленях сращивания были исследованы. Было установлено, что FRP куртки увеличил емкость коленях соединения, длительное начала расщепления, и задержка начала периода значительного скольжения, что приводит к увеличению боковой несущей способности и пластичности столбцов. Текущие экспериментальные программы отличается от "Аль Харрис и др. (2006) в том, что квадратные колонны были протестированы, а не квадратные колонны, а также широкий круг связей и столбцов параметров подкреплении были исследованы. Кроме того, эта проблема рассматривается с разных точек зрения, рассматривая FRP связи дизайн выражения, уже разработанные Harajli (2005a, б) ..

Статистические оценки экспериментальных данных (Orangun и др.. 1975; Цзо и Дарвин, 2000; Дарвина и др.. 2005) показали, что для данного конкретного прочность на сжатие, средняя прочность, что и развитые сращивания стальных мобилизации в связи провал линейно возрастает с соотношение конкретных крышку прутка диаметром и отношение прутка диаметром сращивание длины. Следующее выражение, которая была разработана др. Orangun и др. (1975) и на которых ACI 318-02 (ACI Комитет 318 2002) подход для расчета развития или сращивание длина стальных стержней основывается, используется для иллюстрации влияния различных параметров конструкции на прочность

... (1)

где ФК "является конкретным прочности при сжатии в МПа (1 МПа = 0,145 КСИ); Uc (МПа), среднее напряжение связи вдоль развития / сращивание длины связей неудачи; с тем меньше побочных покрытия сз, ЦБ нижней крышки, или половина четкое расстояние между решеткой; дБ Диаметр сращивания или разработаны бар, а также является Ls соединения или развития длины. Термин КТР является показателем, что объясняется эффектом лишения свободы по стали связей и зависит, среди прочих факторов, на площади стали связей на единицу длины пересечения потенциальных плоскости расщепления и количество баров сращиваются в стадии разработки.

На основании сочетания аналитической оценки поддерживается ограниченных экспериментальных данных, следующее выражение разработана для оценки индекса ограничиваясь Kf для FRPconfined бетона (Harajli 2005a, б), что соответствует термину КТР в формуле. (1)

... (2)

где UFRP (МПа), является постепенное увеличение прочности за счет заключения FRP; Е (МПа) является модуль упругости FRP; п это число слоев FRP применяться непрерывно вдоль соединения длины ф (мм) дизайн Толщина листов FRP в один слой, а нс число сращивания или разработаны баров в напряжении. Для прямоугольного или круглого колонке членов с равномерно распределенными усиление по периметру участка, было бы достаточно консервативной рассмотреть нс, как количество сростков в течение половины сечения. Заметим, что с учетом эффекта заключения FRP по формуле. (2) в уравнение. (1), без учета вклада КТР (если таковые имеются), и использования равновесия между бар силу фс Ab, где пресса является область на панели и облигаций силу Uc для оценки максимальной напряженности фс соединения стресса. ф, которые могут быть разработаны до разрушения сцепления в FRP-только конкретные

... (3)

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Бонд укрепление колонке подкрепление в критических областях использования внешних FRP обертывания для улучшения производительности сейсмических колонн экспериментально исследованы. Исследование имеет большое значение для: 1) лучше понять механизм, посредством которого FRP обертывания повышения прочности от сращивания баров в напряжении, и 2) оценки эффективности удержания FRP в повышении производительности сейсмических прямоугольных колонн и опор моста с облигаций критических регионах.

Экспериментальная программа

Образец для испытаний

Образцы состояли из столбцов, имеющих половине высоты 1,5 м (59 дюйма) и 200 мм (7,9 дюйма) в ширину и 400 мм (15,7 дюйма) глубокий прямоугольного сечения, при поддержке более 1200 мм (47,2 дюйма) длиной, 500 мм (19,7 дюйма) в ширину и 500 мм (19,7 дюйма) глубокой основе. 1 приведены данные и образец В таблице 1 приводится резюме обозначение образца и испытания параметров. Образцы были разделены на три серии испытаний: C14, C16, C20 и соответствующие диаметры колонны усиление 14, 16 и 20 мм соответственно. Площадь продольной арматуры производится укрепление отношений (отношение продольного области стали площадь брутто секции) 0,015 (C14), 0,02 (C16) и 0,023 (C20). Четыре образцы были испытаны в каждой серии. Один неограниченном образца (C14, C16, C20 или), один образец завернут в один слой FRP (назначенные FRP1), один образец завернут в два слоя FRP (назначенные FRP2), и один экземпляр (обозначается E) для обеспечения сейсмостойкости колонки для сравнения. В контроле и FRP-размерных образцов, колонна подкрепления переносной сращиваются со стартером баров одного и того же диаметра (рис.

1) на якоре в основе с использованием стандартных 90-градусной крючок. Длина соединения для всех столбцов, была выбрана на 30 дБ, где дБ Диаметр колонны подкрепления, в соответствии со статьей 12.16.1 кода здания ACI. Боковую крышку, CS и нижняя крышка ЦБ сращивания баров в колонке раздела были выбраны для производства целого ряда значений с / DB, которая вызвала бы расщепление связи до отказа стали уступая (уравнение (1)). Поперечное армирование в этих образцов состояла из 8 мм диаметром связей с шагом 200 мм (7,9 дюйма) по всей высоте колонны с первого галстук размещены на 50 мм (2 дюйма) выше колонка основе интерфейса ..

Для сейсмостойких колонны, чтобы удовлетворить минимальные потребности ACI 318-02 (ACI Комитет 318 2002) на проектирование сейсмостойких сооружений, продольная подкрепления на якоре в основе с использованием стандартных 90-градусной крючков и продолжал по всей высоте колонке. Поперечные подкрепления состояли из 8 мм (0,32 дюйма) диаметр связи расположенных, соответственно, на 50 мм (2 дюйма) в пределах 500 мм (20 дюймов) от основания колонны, с первой галстук размещены на 30 мм ( 1,2 дюйма) выше, основу, и 100 мм (3,9 дюйма) в оставшейся части колонны.

Материалы

Текучести стали барах, 550, 528 и 618 МПа (79,8, 76,6 и 89,5 KSI) на 14, 16 и 20 мм в диаметре баров, соответственно.

Укрепление FRP состоял из углерода FRP гибкие листы со следующей структурой свойств, предоставляемых заводом-изготовителем: толщиной в один применения тс = 0,13 мм (0,005 дюйма); модуль упругости Е = 230000 МПа (33360 КСИ); разрушения прочность на растяжение = 3500 МПа (508 KSI) и деформации при растяжении разрушение волокон = 1,5%. Подготовка поверхности колонн и FRP применения были проведены в соответствии с инструкциями изготовителя спецификациям. Углам колонны были первые округляется до примерно 10 мм (0,4 дюйма) Радиус применения FRP, а затем эпоксидных насыщенных FRP ламинаты были завернуты по периметру секции колонны по всей высоте соединения зоне (рис. 1) со слоем ориентации вдоль окружности и 50 мм (2 дюйма) совпадают.

Образцы были брошены использованием товарного бетона. Смеси пропорции на кубический метр распределились следующим образом: 1065 кг (2345 фунтов) от 10 мм (0,4 дюйма) максимальный размер известняк крупного заполнителя; 778 кг (1710 фунтов) в сочетании дробленого песка, песок и кварц; 375 кг (825 б) типа портландцемента я, и 161 кг (355 фунтов) воды. Нет добавок были использованы в смеси. Три колонны были брошены в одно время. Общее время между бетонных и литья не превышает 45 минут. Прочность на сжатие цилиндры, представленные в таблице 1 на основе среднем пять стандартных 150 мм (6 дюймов) диаметром 300 мм (12 дюймов) цилиндров, взятых из каждой партии.

Порядок заряжания и приборов

Колонны были поддержаны на 70 см (27,6 дюйма) в толщину RC сильным полом и загружаются через 70 см (27,6 дюйма) в толщину реакции RC стены, как показано на рис. 2. Бокового смещения реакции стены для широкого круга нагрузку почти нулевой. Горизонтальной нагрузки был применен по 250 кН (56 койка) динамический привод емкости центров, расположенных на 1,40 м (356 дюймов) над столбцом базы. Все образцы были подвергнуты той же боковой истории нагрузки показана на рис. 3. Нагрузки истории выбран в соответствии с рекомендациями ACI инноваций Целевая группа 1 (1999) и состоит из последовательности перемещения контролируемых циклов приведены в боковой дрейф процентов или DR. DR выражается следующим образом

... (4)

где Дрейфа циклов, автоматически генерируется с помощью компьютеризированной нагрузки / дрейфа системы управления и увеличивается постепенно и последовательно с тремя полностью отменил циклов на каждом уровне дрейфа целевой до максимального соотношения дрейфа ± 6%. Потому что нагрузка была применена на 1,4 м (55,1 дюйма) вместо 1,5 м (381 дюймов) от основания колонны, как первоначально планировалось, фактические отношения дрейфа были несколько выше, чем целевые показатели примерно на 7%. Продолжительность испытаний каждого образца колебалось в среднем от 45 минут до 1 часа.

Следует отметить, что из-за концентрации в этом исследовании на расщепление прочность уз сращивания укрепление колонке в присутствии внешнего заключения FRP и потому, что расщепление прочность из баров сращивания зависит прежде всего от соединения напряженности подчеркивает, образцы были протестированы в соответствии чистый изгиб нагрузки. Таким образом, применение осевой нагрузки на колонны, как считается, мало влияют на результаты этого исследования.

Контрольные измерения включены скольжение внешней баров колонки, средняя кривизны или ротации в конце зоны колонны, нагрузки и боковой дрейф, напряжение в крайних укрепление колонке (стартовый баров) на границе столбца основе, и деформации в FRP обертывания на 200 мм (7,9 дюйма) над столбцом базы и в установленном месте показано на прямоугольного сечения в нижней части таблицы 1. Результаты испытаний были отсканированы, и регистрировались с помощью сбора данных и управления системой со скоростью около 200 точек данных в минуту.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Первоначальной заявки нагрузки вызвало боковой дрейф от стены. В ходе обсуждения, что следует, слева и справа от колонны соответствуют стороны близко или далеко от реакции стены, соответственно (см. Таблицу 1).

Общее поведение и образ провал

Первый изгиб трещины во всех образцах, разработанных на границе между колонной и поддержки основу (базу столбец). Как боковые нагрузки увеличились, в сочетании flexuralinclined трещин сдвига развитых по всей высоте колонны по обе стороны, но без знака сдвига провала. Среднее расстояние от трещины для всех образцов варьировалась от 150 до 250 мм (5,9 на 9,8 дюйма). Типичные виды отказов, показаны на рис. 4.

Все неограниченном образцов (C14, C16, C20 и), разработанная расщепления трещин в начале ответа. Расщепления трещины начали на базе столбец, а затем распространяется вверх по всей длине соединения как боковой дрейф увеличился. Расщепление трещин, начатый на укрепление внешних первый, но в конце теста они продвинулись на все промежуточные укрепления колонке. Расщепление связи провал в результате откола конкретные длине соединения и существенного скольжения стартера баров на границе столбца основе.

Для сейсмостойких колонны, конкретные повреждения сосредоточены на базе в высоте примерно 200 мм (7,87 дюйма) выше, основу для столбцов C14E и C16E и 350 мм (13,7 дюйма) для C20E. Большой откат перемещения, вызванного разрывом бетонного ядра, и коробление стального проката на базе более неподдерживаемых высоте примерно от 150 до 200 мм (5,9 на 9,8 дюйма), заставив горизонтальных связей стали распаковывать.

Для всех FRP-размерных образцов, большинство из видимых повреждений в ходе испытания сосредоточены на основе столбца с одной или двух крупных трещин, образующихся при или вблизи границы основе колонки. При максимальном соотношении дрейф 6%, ширина трещин в центре внешней укрепление достиг примерно 20 до 25 мм (0,8 на 1,0 дюйма). Ни один из FRP-размерных образцов опытных разрыва или отслоения провал листов FRP. Потому что конкретные испытали значительный ущерб на базе, однако, небольшая группа листов FRP стриженого от течение примерно 50 мм (2 дюйма) высота над основе.

Рассмотрение круга-соединения зоне FRP-размерных столбцов путем удаления листов FRP в конце испытания (рис. 5) показывает, что эти образцы опытных повреждения поверхности и частичного или полного выхода из строя связь сращивания баров. Как правило, размер ущерба уменьшился как отношение бетона для прутка диаметром с / дБ или как площадь листов FRP увеличилось. Расщепление связи неудачи стала особенно очевидной для образцов C20FP1 и C20FP2, а также крайнюю левую укрепление образцов C14FP1. Доказательства расщепления неудачи в этих образцов проявляется в продольные трещины, которые были четко видны на поверхности колонны, радиальные трещины конкретных на границе между поверхностью бар и бетона, наличие пыли конкретные заполняющей пространство между ребрами бар в нескольких местах вдоль длины соединения (см. Образцы C20FP1 на рис. 5), а также присутствие от 10 до 15 мм (0,3937 до 0,5905 дюйма) вертикальные ребра пробелы между знаками свободный конец стартового баров и окружающих конкретных .

Пробелы в четких признаков того, что стартовый баров скользнул по всей длине соединения. Следует отметить, что вследствие значительного ущерба связи образцами C20FP1/FP2 и C14FP1, стартер баров удалось проскользнуть на свое место под сжимающих напряжений, когда цикл было отменено, не встречая особого сопротивления. Таким образом, все стартовый баров в этих образцах остается вертикально прямой, без доказательств потери устойчивости, несмотря на значительные конкретные откола на базе ..

Для образцов C14FP2 и C16FP1/FP2, лишая FRP листа после завершения испытания показали, что конкретные была полностью сломана пределах от 30 до 50 мм (1,181 до 1,968 дюйма) выше колонка основе интерфейса, но не было видимого разделения поверхностных трещин (см. Образцы C16FP2 на рис. 5). Кроме того, в отличие от FRP-размерных образцов говорилось ранее, не было разрыва на свободный конец стартового баров. Тот факт, что показания линейной переменной дифференциальных преобразователей (LVDTs), используемый для измерения скольжения, однако, были значительно больше, чем тех, для спутника earthquakeresistant образцов (усиленная непрерывного укрепления) на всех дрейф отношений показывает, что измеренные скольжения представляет собой сочетание пластической составляющей деформации стали из-за податливость сращивания арматуры и скольжения компонентов за счет частичного нарушение сцепления вблизи загруженного конце стартового баров. Обратите внимание, что для всех этих образцов, а конкретные перелом у основания с увеличением соотношения дрейфа за примерно 5%, стартовый баров пострадали локализованных потери устойчивости и значительный изгиб в течение относительно короткого неподдерживаемые длина составляет от 30 до 50 мм (от 1,2 до 2,0 дюйма) на базе.

Из-за чрезмерного изгиба циклической деформации и напряжения в стартовый баров связаны с местными продольный изгиб, некоторые или большинство внешних баров в этих образцов (C14FP1 правом арматуры, C14FP2, C16FP1/FP2) пострадали усталостного разрушения. ГРП крайних сращивания запорами, по всей видимости значительное и внезапное потери сопротивления нагрузки, что эти образцы, возникающие при больших отношениях дрейфа ..

Боковая нагрузка дрейфа ответ

Цифры с 6 по 8 показать применяться столбец усилие сдвига по сравнению с дрейфом соотношение ответ колонны образцов в три серии испытаний. Резюме конверт пиковых нагрузок и соответствующие максимальные напряжения / напряжений мобилизовали в крайних стартовый баров, обобщены в таблице 1. Сжатия или растяжения циклов в таблице 1 соответствуют отойти от или к стене реакции соответственно.

Во всех неограниченном образцов, расщепление связи произошел сбой перед податливость стартовый баров и, следовательно, перед колоннами смогли мобилизовать их полного потенциала изгиб. Разделение произошло в дрейф отношение 0,8, 1,2 и 1,1% для образцов, C14, C16, C20, и, соответственно. Резюме, представленные в таблице 1, показывает, что примерно на той же прочности бетона на сжатие и соотношение сращивание длины прутка диаметром использоваться в данном исследовании, стали напряжения в связи неудачи возрастает с увеличением отношения слоя бетона для прутка диаметром, который в соответствии с формулой. (1). С другой стороны, напряжение в крайних бары во всех сейсмостойких образцов достигнута урожайность, ведущих к полной мобилизации потенциала изгиб колонн.

Ограничиваясь зоне соединения с одним или двумя слоями FRP увеличил связи сопротивление сращивания подкрепление в результате податливость стартовый барах (за исключением образцов C20FP1) и, следовательно, увеличить грузоподъемность боковых колонн до значений, равных или превышающих грузоподъемностью сейсмостойких образцов (рис. 6 по 8 и таблица 1). Первый выход в образцах FRP произошло в дрейф отношение 0,85% для образцов C14FP1 и C14FP2, 1,2% для образцов C16FP1 и C16FP2 и 1,4% для образцов C20FP2. Для сейсмостойких колонны, первый выход на место дрейфа коэффициент 1,0, 1,3 и 1,5% для образцов C14E, C16E и C20E, соответственно. Обратите внимание, что максимальное увеличение боковой нагрузкой из-за удержания FRP относительно неограниченный колонны контролируется путем выделения или текучести стартовый баров. То есть, чем ближе стали подчеркнуть, что развивается в связи сбой в неограниченном образцов является пределом текучести (в зависимости от связи с параметрами / дб и Ls / дБ), тем ниже рост прочность и боковой загрузкой из-за удержания FRP.

Это дает основание, почему образцов в серии C20, которые имеют самое низкое неограниченном прочности, достигается наибольший рост в боковой несущей способности. Рост боковых грузоподъемность (в среднем от растяжения и сжатия цикла, как показано в таблице 1), используя один или два слоя куртки FRP были 9 и 16% соответственно, для столбцов в серии C14, 14 и 11% для серии C16, и 44 и 60% для серии C20 ..

Сравнивая циклической реакции столбцов на рис. С 6 по 8, следует отметить, что из-за отказа облигаций и циклической деградации связь, неограниченный колонны испытали резкое потери сопротивления нагрузки и значительное ухудшение жесткости в течение первых нескольких циклов после разрушения сцепления. Кроме того, в результате значительного скольжения сращивания баров в колонке базы, неограниченный колонны мобилизованы значительные щипать в циклической реакции. Из-за меньшего отношения бетона для прутка диаметром и в результате нижняя прочность (уравнение (1)), то потери в сопротивлении нагрузки из-за деградации циклических связей было больше для образцов, C14 и C20 по сравнению с образцами C16.

Ограничиваясь бетона с FRP сократили связи деградации сращивания бары, ведущие к нижней сокращение нагрузки сопротивления с увеличением соотношения дрейфа, лучше энергии поглощения и рассеяния мощности, меньше сжать, и, следовательно, лучше сейсмического отклика. Увеличение площади FRP из одного слоя в два слоя уменьшилась нагрузка деградации с увеличением соотношения дрейфа и сокращения щипать приведет к более стабильной циклическое поведение. За несколько дрейфа отношение, однако, все FRP-размерных образцов опытных внезапное ухудшение прочности. Для образцов C20FP1 и C20FP2, сила деградации, которая произошла при относительно низких дрейфа соотношения 2 и 3% соответственно, объясняется чрезмерной скольжения и связь ухудшения сращивания арматуры. Для остальных FRP-размерных образцов, деградации, которая произошла на относительно высоком дрейфа соотношения между 4 и 6%, объясняется дробления бетонного ядра и усталость разрывом внешних стартовый баров в колонке базы, как показано на рисунке выше. .

Для сейсмостойких образцов (C14E, C16E и C20E), циклических ответ боковой нагрузки дрейфа была стабильной до бокового дрейфа примерно от 5 до 5,5%, на котором циклической реакции встречаются образцы быстрой деградации силы из-за дробления замурованного в бетон ядра, стали связи, и в конечном итоге потери устойчивости колонны подкрепления.

потенциал поглощения энергии

На рисунке 9 показано изменение энергии поглощается и рассеивается за один цикл при различных числах цикла для различных образцов. Энергии рассчитывалась по площади под боковой ответ нагрузки дрейфа заключены в один полный цикл. Циклы 5, 8, 11, 20 .... соответствуют первому циклу в целевой дрейфа соотношения 1, 2, 3, ... 6%, соответственно.

Это наблюдается на рис. 9, что заключение FRP существенно улучшить поглощение энергии и диссипации мощности. Увеличение площади FRP от одного до двух слоев в результате значительного повышения пропускной способности поглощения энергии, особенно для образцов, C14 и C20. Интересно отметить, что для образцов в серии C14 и C16, которые обладают более высокой прочности, чем образцы в серии C20 в связи с высших с / дБ, поглощенной энергии и рассеялась по столбцам ограничивается двумя слоями FRP были близки или даже выше, чем сейсмостойких колонн на всех Число циклов или дрейф отношений.

Момент скольжения ответ

Типичный ответ измеряется циклических прикладной момент колонна против скольжения крайних укрепление столбце показывается за колонны серии C14 на рис. 10. Для всех незамкнутыми и FRP-размерных колонны, измеренные скольжения включает в себя вклад стали штаммов расчетной длиной 70 мм (2,8 дюйма) (расчетная длина LVDTs для измерения скольжения), а также стали штаммов проникнуть внутрь основе. Соответствующий вклад мал для неограниченных образцов и образцов C20FP1/FP2 из-за малых деформаций стали разработаны до разрушения сцепления, но довольно значительная для образцов C14FP1/FP2 и C16FP1/FP2 за податливость стартовый баров. Для сейсмостойких образцов, измеренные скольжения соответствует преимущественно неупругих деформаций стали в пределах расчетной длиной 70 мм (2,8 дюйма).

Укрепление скольжения незамкнутыми и FRPconfined образцов, и, следовательно, трещины на границе столбца основе, увеличилось с увеличением дрейфа показатели и достигли уровня выше, чем 25 мм (1 дюйм). На всех дрейфа отношения, измеренные скольжения для FRP-размерных образцов были примерно аналогичны неограниченном образцов. Судя по связи точки зрения, это видно из рис. 10, что улучшение действия облигаций стартовый баров в результате заключения FRP повысить момент потенциала на всех скольжения ценностей и сведенная щипать в ответ момент скольжения по сравнению с неограниченном столбцов. Из-за лучшей гарантией исполнения их непрерывного укрепления, измеренные значения скольжения при различных соотношениях дрейфа, а также ущемление момента скольжения циклической реакции сейсмостойких колонны были значительно ниже, чем те, которые мобилизовали в неограниченном спутник или FRP-размерных колонны .

FRP штаммов

FRP штаммы были измерены при 200 мм (8 дюймов) от основания колонны в местах, указанных в нижней части таблицы 1. Типичным представителем циклической реакции боковые нагрузки и деформации FRP соответствующих образцов, которые испытали падение расщепление показано на рис. 11. На начальном этапе реагирования, до начала расщепления трещины, FRP штаммов линейно возрастает с приложенной нагрузки, но в очень малой скорости. Как боковой снос увеличился, и с началом трещин связи расщепления, FRP штаммов резко возросло до связи произошел сбой (в дрейф соотношение примерно 2% на примере образца на рис. 11).

Механизм, посредством которого FRP разнообразных штаммов с циклическим боковой загрузкой могут быть объяснены с точки зрения bondslip поведение стартовый баров следующим образом. Как сплайсинга / стартер баров скольжения под напряжением из-за увеличения бокового дрейфа, бар ребер приложить радиальных сил на окружающий бетон, который пытается расширить ширину расщепления трещин. Из-за пассивного удержания предоставляемый FRP и в процессе сдерживающим ширины расщепления трещин, деформаций / напряжений увеличивается FRP. Когда колонна выгружается и направления скольжения сращивания баров отменил от своего пикового значения напряжения, силы бар напряжение постепенно уменьшается, ведущие к сокращению ребра отношение силы и, следовательно, постепенное сокращение штаммов FRP / напряжения до минимального значения, пока напряжение в силу сращивания капли бар к нулю. Минимальной остаточной деформации при нулевом FRP боковые нагрузки объясняется неполным закрытием расщепления трещин в результате шероховатости поверхностей по обе стороны от трещины.

Когда цикл будет обращена вспять и бар при сжатии напряжения, скольжения и соответствующих сил связь стартовый баров мобилизовали в противоположном направлении вызывает rewidening расщепления трещин. Rewidening расщепления трещин, вместе с боковыми расширение бетона при крайней зоны сжатия после закрытия изгиб трещины, приводит к деформации FRP снова повышаться. Потому что скольжение сращивания баров при сжатии остановлено закрытием изгиб трещины, однако, увеличение деформации FRP / напряжения значительно меньше, когда стартовый барах подвергаются сжатию, чем когда баров под напряжением, что дает основание несимметричный ответ штаммов FRP между растяжения и сжатия циклов. Последующие циклы сразу после раскола в той же пропорции дрейфа год (DR = 2% на рис. 11) приводит к частичному или полному разрушению конкретных ключей между ребрами бар, в результате чего смягчение радиальной составляющей силы связи и, следовательно, уменьшение значений циклической деформации FRP по сравнению с их значениями, достигнутых в ходе предыдущих циклов.

Увеличение числа циклов или дрейфа отношения за пределами этой стадии сопровождается дальнейшей трещиноватости конкретных ключей; дополнительные ухудшение связи, и, следовательно, и более сокращение штаммов FRP, пока напряжение / стресса колеблется от растяжения и сжатия циклов стал очень маленьким и деформаций в какой-то стабилизации остаточной стоимости (примерно 500 На этом этапе конкретных между ребрами бар должен быть полностью испорчена. В самом деле, рассмотрение сращивания решеткой и после снятия листов FRP образцами C20FP1/FP2 показали связь скольжения неудачи, в которых пространство между ребрами бар были полностью заполнены с нарушенной конкретные части похож на выводе типа разрушения сцепления (рис. 5) ..

В таблице 1 приводится резюме поперечной деформации FRP достигается при пиковой нагрузке конверта в разных местах тензодатчика. Штаммов варьировала от как низко как 100 Учитывая модуль упругости FRP используемой 230000 МПа (33350 KSI), измеряемого диапазона напряжений FRP был между 25 и 300 МПа (3,6 и 43,5 КСИ), что значительно ниже, чем прочность FRP нарушение 3500 МПа (508 KSI). FRP штаммы, как правило обычно увеличивается с уменьшением отношения бетона для прутка диаметром. Кроме того, интересно отметить, что для образцов в серии C14 и C20, напряжение / напряжение в FRP был сокращен почти наполовину, когда области увеличилось FRP из одного слоя в два слоя. С другой стороны, так как увеличение напряжения связи был ограничен стали уступая в образцы C16 (которые имеют относительно большое отношение бетона запретить диаметре), разница в штаммов FRP от одного слоя и два слоя явно незначительным ..

Вращение ответ

Вращения в эквивалентных пластического шарнира длина 250 мм (9 дюймов) от основания колонны (рис. 2) была рассчитана с LVDT чтениях. Соответствующим поворотом, о которых говорится в этом документе пластиковых вращения пластического шарнира длины. В любой уровень нагрузки в ответ на пластиковые вращения и поворотов фиксированной конце рассчитываются с использованием следующих выражений

... (6)

, в котором SL и СР измеряется скольжения крайних левой и правой колонке укрепление, соответственно, или просто чтения левой и правой LVDTs (рис. 2) размещены на 70 мм (2,8 дюйма) расчетная длина от основания колонке. Термин делать это расстояние между крайними укрепление колонке. Как отмечалось ранее, для образцов, которые сталкиваются с расщеплением провал связи до разработки больших деформаций стали (C14, C16, C20, C20FP1 и C20FP2), SL и SR актуальны меры скольжения стартера баров. С другой стороны, для оставшихся FRP-размерных образцов (C14FP1/FP2 и C16FP1/FP2), поскольку приносят в стартовый баров, значения SL и SR включает сочетание компонентов скольжения и неупругих компонент деформации стали. Для earthquakeresistant образцов, SL и SR в основном из-за неупругих деформаций стали, и, следовательно,

Общей боковой дрейф

где

Измеряется момент вращения (M- С 6 по 8, и поэтому они не показаны в настоящем документе для краткости. На рисунке 12 показана вклад Как видно из рис. 12, что в связи с концентрацией колонны деформации у основания, фиксированной Для сейсмостойких образцов, распространение неупругих деформаций была больше в 70 мм (2,8 дюйма) расчетная длина по сравнению с остальной части эквивалентной пластического шарнира, длина 180 мм (7 дюймов). Это привело к большой вклад Заметим, что вклад пластической вращения

На основании вышеизложенного, из-за большого вращения fixedend связанных с сращивание скольжения, понятие эквивалентной длины пластического шарнира использоваться для оценки вращения или деформационного отклика в конструктивных элементов с непрерывным укрепления не могут быть применены правильно предсказывать ответ структур с круга сращивания арматуры. Точная прогнозирования реакции этих структур скорее нужна точная оценка облигаций скольжения поведение сращивания баров FRP-размерных конкретные оценки скольжения, а следовательно, и фиксированной конце вращения ответ, который выходит за рамки данной статьи.

Сравнение аналитического выражения прочности тестовыми данными

Таблица 2 показывает сравнение между конверт напряжения в крайних сращивания баров, полученные из измерений тензометрических и те, рассчитанная по формуле. (3). Отметим, что в формуле. (3), рассчитанных соединения максимальных напряжений ограничены текучести стальной арматуры 550, 528 и 617 МПа (79,8, 76,6 и 89,5 КСИ) в колонках серии C14, C16, C20, и, соответственно.

Это можно видеть в таблице 2, что предсказания уравнения. (3), как правило, в хорошем согласии с опытными данными, в частности для FRP-ограниченных образцов. Следует отметить, что один из наиболее важных применений уравнения. (3) является то, что она может быть использована для оценки толщины куртки FRP, необходимых для укрепления связей соединения зоны. Это может быть достигнуто путем указания некоторых консервативных значение соединения стресс фс в формуле. (3) (равный, например, 1.25fy-похож на код ACI здания подход к оценке развития / сращивание длины), а затем расчета п куртку толщиной тс, необходимые для развития соответствующих напряжений. Исследования в настоящее время для дальнейшей проверки уравнения. (3) для сейсмических связи FRP укрепления использованием более крупного массива тестовых данных для включить круглого, квадратного и прямоугольного сечения колонны.

ВЫВОДЫ

Эффект укрепления связей сращивания укрепление колонке использованием FRP обертывания на сейсмическую реакцию прямоугольных колонн экспериментально исследованы. Колонка образцов с непрерывной арматуры и только с близко расположенными связи (сейсмостойких образцов) были также испытаны для сравнения. Следующие выводы можно сделать из этого исследования:

1. Для неограниченных колонны, сращивания укрепление колонке пострадали расщепления провал облигацию до уступая, что привело к значительному снижению прочности и жесткости деградации столбцов в первом цикле после расщепления;

2. Режимы отказа FRP-размерных образцов были полностью или частично за счет расщепления связи сращивания баров. Расщепление неудачи вызвали большой листок стартовый баров и концентрации деформаций в основании колонны. Неспособность режима сейсмостойких колонны произошло путем дробления только конкретные основные и выпучивания арматуры;

3. Из-за отказа облигаций и циклической деградации связь, неограниченный колонны испытали резкое потери сопротивления нагрузки и значительное ухудшение жесткости в течение первых нескольких циклов после разрушения сцепления. Прочность и жесткость деградации неограниченном образцов при циклической нагрузке было более заметным в колонны с меньшим соотношением бетона для прутка диаметром с / дБ;

4. Ограничиваясь зоне соединения с внешними куртки FRP ограничивает рост расщепления трещины, ведущие к повышенной устойчивостью связи конверт, увеличение стали подчеркивать, что могут быть мобилизованы в связи отказ (до выхода), а следовательно, увеличение в конверте боковые нагрузки способность колонн;

5. Максимальное увеличение боковой нагрузкой из-за удержания FRP был ограничен податливость сращивания арматуры. Как правило, становилось все больше увеличивается с уменьшением с / базы данных и с увеличением площади листов FRP. По сравнению с компаньоном неограниченном колонны, увеличение боковых грузоподъемность за один или два FRP обертывания были 9 и 16% для столбцов в серии C14, 14 и 11% для серии C16, а также 44 и 60% для серии C20;

6. Ограничиваясь бетона с FRP обертывания сократили связи деградации сращивания бары, ведущие к сокращению меньше сопротивления нагрузки с увеличением соотношения дрейфа, лучше энергии поглощения и рассеяния мощности, меньше сжать, и, следовательно, улучшение сейсмического отклика. За исключением FRP-размерных образцов в серии C20, которые имеют самое низкое с / дБ, сейсмических исполнении FRPconfined образцов практически не похожи на своих компаньона сейсмостойких образцы;

7. Боковой деформации, разработанные в куртки FRP на конверт пик боковой нагрузки варьировались от менее 100 Соответствующих штаммов FRP уменьшается с увеличением толщины куртки FRP и увеличивается с уменьшением отношения бетона для прутка диаметром;

8. Для FRP-размерных образцов, большинство из бокового дрейфа объясняется скольжения стартера баров и связанных с фиксированной конце вращения на базе колонны. Иными словами, вклад неупругих деформаций, связанных с проникновением подкрепления выход в пластическом шарнире зоне было относительно невелико, и

9. FRP связи дизайн выражения (уравнение (3)) может быть использован точно и эффективно для оценки толщины куртки FRP, необходимые для укрепления связей важных регионов в члены RC.

Авторы

Это исследование при поддержке ливанского национального совета по научным исследованиям (НЦНИ) по гранту № 113010-32305. Авторы весьма признательны за эту поддержку и факультет строительства и архитектуры в Американском университете в Бейруте (АУБ) для обеспечения проведения таких испытаний.

Нотация

Ab = площадь стальной прут

Аст = площадь продольной арматуры

с = бетона

CB = нижней крышке

CS = боковой крышки

DR = коэффициент дрейфа

D = глубина напряженности стали

DB = диаметр внешней укрепление колонке

делать = расстояние между внешним укрепление колонке

Ef = модуль упругости FRP

ФК "= цилиндрический бетон сжатия

FS = стали стресс

ф = текучести

А = общая глубина секции колонны

хо = высота колонны

Kf = FRP связи удержания индекса

КТР = стали связи удержания индекса

Ls = длина соединения

п = число слоев FRP

нс = количество баров сращивания при растяжении

SL = скольжения левого внешнего укрепления

ср = скольжения права внешних укрепление

ф = дизайн толщина одного слоя FRP

Uc = средняя прочность в связи провал

UFRP = увеличение прочности за счет заключения FRP

E = боковой дрейф из-за упругой деформации

Ссылки

ACI Комитет 318, 2002, "Строительный кодекс Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 443 с.

ACI Комитет 440, 2002, "Руководство по проектированию и строительству внешней системы таможенного FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 45 с.

ACI инноваций Целевая группа 1 и соавторы, 1999, "Критерии приема на момент Рамки на основе структурных тестирования", ACI ITG/T1.1-99, американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 10 с.

Дарвина, D.; Луц, Л. и Цзо, J., 2005, "Рекомендуемые положения и комментарии по вопросам развития и длины Lap для сращивания для деформированных арматуры при растяжении," Структурные ACI Journal, В. 102, № 6, ноябрь - декабрь, с. 892-900.

Harajli, MH, и Rteil А., 2004, "Влияние конфайнмента Использование FRP или FRC на сейсмические характеристики тяжести нагрузки оформленные колонны", ACI Структурные Journal, В. 101, № 1, январь-февраль, стр. . 47-56.

Harajli, MH, 2005a, "Поведение тяжести нагрузки Дизайн замкнутых прямоугольных колонн с волокном полимерные листы," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 9, № 1, январь-февраль, с. 4-14 .

Harajli, MH, 2005b, "Бонд Укрепление стальные прутки Использование внешних конфайнмента FRP: влияние на статическую и циклическую Ответ R / Члены C", армированных волокном полимера (FRP) Арматура железобетонных конструкций, SP-230, CK щит, JP Бусел, SL Прогулочная зона, и DD Гремел, ред., американский институт бетона, Фармингтон, М., с. 579-596.

Харрис, KA; Ricles, JR; Pessiki, S.; и соусом Р., 2006, "Сейсмическая Модернизация Lap соединений в Nonductile площади колонок с использованием углеродного волокна армированной Куртки," Структурные ACI Journal, В. 103, № 6, Ноябрь-декабрь, с. 874-884.

Orangun, CO; Jirsa, JO, и Брин, JE, 1975, "Сила якоре бары: Повторная оценка результатов испытаний по длине развития и сращивания" Доклад исследований № 154-3F1975, Центр по шоссе, Университет штата Техас в Остин, Остин, штат Техас, 78 с.

Заузе, R.; Харрис, KA; Прогулочная зона, SL; Pessiki, S.; и Ricles, JM, 2004, "Поведение при изгибе бетона Колонны оснащаться углерода из армированных волокном Куртки полимер," Структурные ACI Journal, В. 101, № . 5, сентябрь-октябрь, с. 708-716.

Seible, F.; Пристли, MJN; Hegemier, Г. А. и Innamorato Д., 1997, "Сейсмическая Модернизация RC Колонны с непрерывным углеродных волокон Куртки," Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 1, № 1, с. 52-62.

Шейхе, и Яу Г., 2002, "Сейсмическая Поведение бетонных колонн, замкнутых со сталью и армированных волокном полимеров", ACI Структурные Journal, В. 99, № 1, январь-февраль, с. 72 - 80.

Цзо, J., и Дарвин, D., 2000, "сращивания прочности обычных и высокой относительной ребер района Бары в высокопрочного бетона", ACI Структурные Journal, В. 97, № 4, июль-август, с. 630-641.

Входящие в состав МСА Мохамед H. Harajli является профессор гражданского строительства в Американском университете в Бейруте (АУБ), Бейрут, Ливан. Он является членом комитета ACI 408, Бонд и развития для их укрепления. Его научные интересы включают в себя разработку и поведения армированных, предварительно напряженные, и фибробетона членов и укрепления и ремонта бетонных конструкций.

Фарид Dagher является аспирантом в АУБ и инженера-консультанта в Dar Al Handasah (Шайр и партнеры "), Бейрут, Ливан.