Ultimate отклонения Емкость Слегка Железобетонные башни Интейк
Эта статья описывает ряд экспериментальных исследований, направленных усилий на определение конечной изгибной поведение слегка железобетонные башни потребления. Основная цель данного исследования заключалась в обеспечении эмпирических данных, которые будут использоваться при разработке упрощенной процедуры анализа для оценки сейсмической такого рода структур. Исследования, экспериментальные исследования изгибных поведение 1/8-scale модели прямоугольных бетонных башен потребление под монотонный и циклических боковых нагрузок. Дальнейшие эксперименты были проведены для количественной оценки влияния параметров, определяющих отклонение потенциала этих структур. Эмпирическое выражение представляется для предельных отклонений слегка усилены башни с прямоугольным сечением.
Ключевые слова: отклонение; пластичности, железобетонные.
(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В случае землетрясения, жизненно важно, что катастрофические неудачи плотины и последующих внезапных выбросов конфисковали резервуар можно предотвратить. Важной частью профилактики такая неисправность является поддержание способности контролировать сброса воды после землетрясения. Для большинства плотины земляной, и некоторые бетонные плотины, слива воды контролируется с помощью поглощения башни. 1 видно, конфигурация типичный набор башни, которая состоит из массивного субструктуры разделе тонкие башни, и надстройки. Расход воды контролируется с помощью оперативных и аварийных ворот, башню, как правило, толстостенные, призматических железобетонных вала прямоугольного или кругового поперечного сечения. Прием башни, как правило, автономных структур, хотя другие конфигурации поддержки возможно (например, частичное заглубление и опорных поддержка).
Задачи о распространении сейсмических разработки и оценки потребления башни находится в центре внимания широкой исследовательской работе Чопра и coworkers.1-8 На основании теоретических и экспериментальных исследований, общие аналитические процедуры были разработаны с целью захвата важных особенностей динамических характеристик линейной упруго-структуры, а также последствия structurefoundation и структура воды взаимодействия. Важность эффектов, индуцированных этими двумя явлениями взаимодействия был исследован обширный численного моделирования, а также было установлено, что в целом эффект сжимаемости воды не оказывает существенного влияния на динамические характеристики узких башен. Для предварительных сейсмических разработки и оценки целей, в упрощенном порядке было предложено на основе подхода ответ спектр рассмотрения вклада первые две моды колебаний башни. В этой процедуре, гидродинамических эффектов, вызванных внутри и за пределами воды были представлены дополнительный вклад массовой информации.
Даниэля и Taylor9, 10 провели серию испытаний вынуждены вибрации на потребление башни Уимблболл плотина находится в Соединенном Королевстве. Основная цель данного исследования усилия для количественной оценки влияния сжимаемости воды влияние на сейсмическую реакцию системы. Данные этих опытов показали, что эти явления не имеют существенное влияние на поведение сейсмической структуры. Динамических испытаний была дополнена тщательного численного моделирования, что усилия подчеркнула важность надлежащего рассмотрения смежных структур, таких как плотины или моста доступа, особенно в тех случаях, когда основные собственных частот отдельных структур достаточно близки.
Есть большое количество частных и государственных башни потребления в сейсмически активных районах Соединенных Штатов. В частности, многие из башни потребление в текущем США Инженерный корпус армии (USACE) инвентаризации слегка железобетонных конструкций, которые были предназначены для низкой загрузки землетрясения. Поскольку некоторые из этих структур не отвечает современным требованиям сейсмической, существуют серьезные опасения за сейсмической уязвимости этих систем и набор потенциальных необходимость широких структурных модернизаций. Функциональные выживания потребления башни стало недавнее внимание энергичные усилия исследований под эгидой USACE. guidelines11 Ток, 12 включать ответ спектр процедур для анализа автономного потребления башни, которые в основном основаны на упрощенной процедуры, предложенные Чопра и Goyal.8 ответ признаков, вызванных сокращением объема подкрепление, однако, прямо не затрагивается в рамках этих процедур. Это побудило сегодня исследования направлены на разработку сейсмического подход оценки основное внимание уделялось слегка усилить автономного потребления башни ..
В последнее десятилетие произошло значительное исследование сейсмических разработки и оценки процедур, направленных на прямое определение перемещений и деформаций. Эти перемещения и деформации являются соответствующих величин ответ для оценки деятельности. Упрощенная производительности оценки на основе методологии была предложена Eshghi13 для оценки сейсмической потребления башни с круговым поперечным сечением. В этой процедуре, емкость структуры определяется на основе теоретического отношения momentcurvature разработан для толстостенных, полые, круглые железобетонные секции и сейсмические требования устанавливается с помощью анализа спектра реакции на основе замены системы approach.14 Это Описан ряд экспериментальных работ исследования поведения слегка усилить поглощение башни прямоугольного сечения. В частности, усилия были сосредоточены исследования по определению возможности отклонения структуры. Ожидается, что результаты этого исследования могут быть применены для разработки и осуществления полной процедуры на основе оценки выполнения сейсмических оценки данного вида структурных системы ..
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эта статья документов экспериментальное исследование было посвящено исследование изгибных поведение слегка усилены башни потребления. Результаты показывают, что эти структуры могут обладать ограниченной пластичности в консольной режиме реагирования с локализованным механизм отказа. То есть, структуры проявляют некоторые ограниченной пластичности то же время не стали из-за разрыва одной трещины без образования дополнительных трещин. Соответствующего поведения конечной представлена эмпирическая формула для отклонения потенциала башни. Эта информация может быть непосредственно включены в сейсмических процедуры оценки, которые более точно учитывать локализованных отказов и имеющихся пластичности. Улучшение возможностей анализа может привести к более точной процедуры оценки, а непосредственно в интересах потенциального сокращения числа и степени структурной модернизации, необходимые для инвентаризации существующих башни.
USACE инвентаризационный анализ
Научно-исследовательская работа началась с всестороннего анализа USACE перечень существующих башни потребления. Это исследование было посвящено 162 потребление башни в настоящее время частью USACE инвентаризацию и определить в общей сложности 77 башен, расположенных в областях, связанных с умеренной до высокой сейсмической опасности. Статистический анализ был проведен на этом множестве количественного распределения и изменения их соответствующих структурных характеристик, связанных с их месте землетрясения hazard.15 изложены некоторые результаты представлены в таблице 1, который показывает среднее значение и стандартное отклонение соответствующего некоторые из основных геометрических характеристик этих 77 башнями, то есть высота, высота над критической секции, ширина критического сечения, а также соотношение между высотой выше критической секции к критической ширины профиля (высота / ширина). Выбор критического сечения было сделано путем проверки и было основано на очевидной большие изменения жесткости обычно встречаются между нижним массовых субструктуры и стройнее верхней части башни.
В таблице также приведены дополнительные свойства, такие как раздел толщина стенок которого в критической секции и отношения стали укрепление стенок в критической секции на основе общей площадью стены. Эти параметры отдельно для прямоугольных и не прямоугольного сечения. Количество опор прямоугольного сечения составляет около 60% от общей суммы. Остальные башни выставлены восьмиугольные или круглого сечения. Разграничение необходимо, поскольку в некоторых случаях, прямоугольного поперечного сечения, включены внутренние перегородки стены с переменной толщины. В этом случае ширина сообщили представляет соответствующий среднему значению. Обширная получить дополнительную информацию можно в справочной отчета, но слишком объемным для включения здесь. Всеобъемлющей информации, собранной в исследовании анализ инвентаризации было использовано для характеристики типичных значений соответствующих параметров, и при условии, конструктивную основу для разработки последующих этапов программы исследований ..
ОТБИРАЕМОЙ TOWER СУБСТРУКТУРА (СТС) ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Первая серия экспериментов проводилась на 1/8-scale моделей представитель секции нашли в башне USACE потребление inventory.16 основных целей этих экспериментов были характеристики всей деятельности по односторонним монотонно растет, и циклические боковых нагрузок, а также определения соответствующих пластичности. Особое внимание было уделено характеристике локализованных ответ на базе модели. На самом башни потребления, этот критический раздел представляет расположение больших изменений в жесткости обычно встречаются между нижним массовых субструктуры и стройнее верхней части башни. Как правило, совместное строительство находится в данном месте, и ответ этот критический раздел имеет большое влияние на пластичность характеристики структуры.
Конфигурация
Первые испытания (СТС-1) состоит из дополнительных применения поперечной до отказа от уменьшенной модели масштаба. Следующий тест (СТС-2) была проведена на участке идентичен предыдущему, но с той разницей, что образец был подвергнут циклических условий погрузки. Третий критерий (СТС-3) также состоит из циклического нагружения применительно к модели, сечение которого свойства (стальной арматуры проценты и материальные преимущества) были изменены с учетом верхняя граница значения, найденные в USACE инвентаризации.
Три модели имели прямоугольного поперечного сечения, внешние размеры были 1016 по 1321 мм, с толщиной стенки 143 мм, а площадь стен, чтобы валового области 0,21 (рис. 2). Во всех случаях, высота моделей 2900 мм. Эти геометрические свойства были выбраны близкими к средним значениям видел прямоугольными башнями потребления в инвентаре. Деформированной проволоки усиление характеристик и параметров материала для каждой модели, приведены в таблице 2. Стали проценты и свойствах материала были выбраны для представления более экстремальные значения наблюдаются в инвентаре. Укрепление детали были предназначены для типичных моделей содержатся в перечне.
Как отметил укрепление отношений в таблице 2, видно, что секции были очень небольшим процентом армирования. В частности, для ЕЕ-1 и-2 предельных момент как ожидается, будет ниже 120% номинального момента крекинга. Даже для ЕЕ-3, который больше пары вертикальных стальных с более слабым бетона, предельных момент ожидается, не превысит 200% от номинального момента крекинга. Таким образом, вполне вероятно, что модели будут проявлять пластического шарнира длины, которые являются гораздо меньше, чем обычно находится в зданиях, мостов, с отказов контролируемых разрушения продольной арматуры.
Рис. 3 показана общая схема эксперимента. 220 кН гидравлический погрузчик, горизонтально, была использована для загрузки обеспечить в верхней части модели на скорость перемещения 0,25 мм / с Все эксперименты имели место в специально построенном крупномасштабных нагрузки рамы, показанной на рис. 4. Для ЕЕ-2 и его-3 каждый цикл состоит из одной экскурсии в обоих направлениях, начиная с 2,54 мм, экскурсии, которая постепенно увеличилась на 2,54 мм для каждого последующего цикла. Вертикально гидравлических баранов при условии соответствующего моделирования мертвым грузом в полномасштабную башни. Общей вертикальной нагрузки был применен 294 кН, а это величина нагрузки были выбраны для увеличения вертикального напряжения на базе модели будет такой же, как на базе прототипа башня (574 кПа). Это добавил мертвым грузом оставалась постоянной в течение каждого эксперимента и был применен через шариковый подшипник ролика собрание, которое практически отрицается бокового ограничения верхней части модели.
Обсуждение результатов
Рисунок 5 показывает нагрузку, введенных отклонения реакции первых двух опытов с такими же свойствами, раздел, ЕЕ-1 и-2. Первоначальный упругой ответов наблюдаются до первоначального растрескивания место, которое характеризуется внезапным уменьшением нагрузки. Это сокращение было ожидать в этом слегка усилить раздел, потому что растрескивание момент было больше, чем приносит момент. Для ЕЕ-1, трещин были определены на уровне нагрузки 130,3 кН, а введенные отклонение 3,8 мм. Один из распространенных способов характеризующие поведение конечной изгибной железобетонных членов для определения отклонения пластичности. Для оценки отклонения пластичности модели необходимо определить соответствующие урожая и конечных прогибов, поскольку вязкость определяется как соотношение между этими двумя значениями. Для этого слегка усилить раздел, в котором приносит момент меньше, чем крекинга момент выхода отклонения можно рассматривать как же, как и растрескиванию отклонения. Нагрузка-смещение кривой показывает резкое снижение нагрузки, что начато при нагрузке уровня 117,7 кН, а введенные отклонения 18,3 мм.
Это уменьшение нагрузки отражает разрыв стали более крупные прогибы были введены. Основываясь на этих ценностях, очевидно пластичности отклонение составляет около 4,8 для ЕЕ-1. Как будет решаться позже, крайне осторожно следует использовать при оценке значения соотношения пластичности отклонения этих чрезвычайно легко железобетонных конструкций ..
Для ЕЕ-2 модели, трещин были определены на уровне нагрузки 166,1 кН, а введенные отклонение 5,0 мм соответственно. Из рассмотрения кривой прогиба от нагрузки, похоже, что предельный прогиб произошло в течение пятого цикла на девятой и десятой экскурсии, на введенные отклонение примерно 12,7 мм. Метод подтверждения точки значительное ухудшение это найти точку, в которой количество энергии, поглощенной структуры начинает уменьшаться при последующих циклах. Области в пределах петли гистерезиса позволяет определить количество энергии, связанные с соответствующими цикла нагрузки. На рисунке 6 показана энергия, поглощенная в каждом цикле СТС-2 эксперимента в зависимости от совокупного движения введены. Похоже, что значительное ухудшение происходит после шестого цикла. Таким образом, значения пятый цикл должен обеспечить консервативную оценку предельный прогиб. Основываясь на этих ценностях, очевидно пластичности отклонение составляет около 2,5 для СТС-2. Несмотря на то, что ЕЕ-1 и-2 секции были почти идентичны, то примерно 50% снижение пластичности вследствие циклического нагружения СТС-2 ..
Рисунок 7 раз представляет прогиба от нагрузки истории СТС-2 эксперимент, но теперь в связи с отклонением измеряется в верхней части структуры на стороне, противоположной погрузчика. С помощью этого измерения имеет то преимущество, давая более точную оценку фактического введенных отклонения за счет устранения эффекта от жесткости реакции рамы, и / или застой в загрузчик системы. Этот показатель имеет небольшой недостаток, который может вносить путаницу в некоторые структурные ответ с контролем параметров. То есть, отклонение введенных на погрузчик должен быть передан через отдел по ту сторону, где отклонение измеряется. Эффекты в плоскости может привести к деформации горизонтального отклонения изменяется по глубине участка, и очевидной жесткости модель может меняться в зависимости от места измерения. Однако, с учетом конфигурации модели и экспериментальные установки ошибка, вносимая этот эффект, вероятно, будет незначительным. Существенное увеличение первоначальной жесткости наблюдается, когда измеряемое отклонение считается вместо введенного отклонения.
Как показано на рисунке, выход отклонения, как представляется, существенно сокращены на сумму около 2,3 мм. Предельный прогиб видели в течение пятого цикла загрузки составляет 10,3 мм. На основании этих результатов, соответствующих пластичности 4,5, следовательно, рассмотрение измеренных прогибов привело к увеличению на пластичность отношение. Тщательный анализ кривой прогиба от нагрузки показывает, что это увеличение жесткости не является фиктивным, и она представляет собой, по крайней мере частично, реальное поведение модели. Упругой части кривой прогиба от нагрузки гораздо более линейной в точке изменение нагрузки, что свидетельствует о ликвидации провисания погрузчик устройства. Можно сделать вывод, что отклонение пластичности СТС-2 модели, таким образом, где-то между 2,5 и 4,5 ..
Аналогичный анализ реакции ЕЕ-3 модели не проводилось. На рисунке 8 показана соответствующая кривая прогиба от нагрузки, в связи с отклонением измеряется в верхней части модели. ЕЕ-3 раздела дважды вертикальных стальных и слабее, чем его конкретные-1 и С-2 и, как ожидается, растрескивание момент не превышает предельного момента для этого раздела. В этом случае нагрузка не снижается сразу же после первого взлома. Существовали никаких резких изменений, с увеличением нагрузки циклов, а некоторые деформационного упрочнения и последующей деградации свидетелем. Тщательный анализ данных, измеренных деформаций в основании ЕЕ-3 модели показывает, что первоначальный крекинг произошло во время первого этапа второй экскурсии на измеряется отклонение примерно 0,9 мм. Первоначальный выход произошло во время первого этапа третьей экскурсии на измеряется отклонение примерно 3,4 мм. Конечная отклонения произошли в течение четвертого цикла на пике соответствующие экскурсии на измеряется отклонение примерно 9,3 мм.
Исходя из этих значений, отклонение пластичности для ЕЕ-3 модели 2,7, стоимость ниже, чем сопоставимые СТС-2 пластичности 4,5. Таким образом, пластичность отношение ЕЕ-3 модели, как представляется, меньше, чем более легкие укрепила свои модели-2, по-видимому противоречащий результат ..
Существует хорошее объяснение для этого явно противоречащий результат. Эти эксперименты раскрыть некоторые из трудностей, связанных с экспериментальное определение соотношения пластичности для данного типа с небольшим процентом армирования сечения. Чувствительность пластичности отношение к точной идентификации текучести усугубляется тем фактом, что выход на эти прогибы слегка усилены разделы, как правило, очень небольшом количестве. Малые возмущения в определении доходности отклонения по отношению к конечной отклонения, имеют большое влияние на кажущуюся пластичности. Для большей степени железобетонных конструкций, уступая стали обычно происходит после более значительные прогибы накладываются, тем самым уменьшая чувствительность. Что еще более важно, отсутствие механизма существенно отличается. Для обычно усиливаются в разделах, отказ происходит при значительных дополнительных крекинга распространения ответ на определенную длину пластического шарнира. Таким образом, прямое сравнение соотношений пластичности очень небольшим процентом армирования разделы могут вводить в заблуждение.
Визуальный осмотр моделей во время загрузки привело к нескольким важным замечания. Во всех трех экспериментах, ущерб для модели был ограничен в нижней части башни раздел на границе с жесткой базой. В каждом случае ущерб, состояла из одного напряженности трещина, расширенный по базе модели (рис. 9). Напряженности трещины не только следить за интерфейс холодной совместных расположенных в этом регионе, но и ближнего немного вниз под холодной совместных в конкретных материально-технической базы, прежде чем вернуться на поверхность в ту сторону стены, доказательства того, что холодная совместных был надлежащим образом построены. Нет дробления бетона, очевидно, как циклов нагрузки были повторены. Модели неудачу в однопользовательском режиме трещины без существенных конкретных деградации. В любом случае, окончательный отказ от структуры под контролем ответ арматуры. На рисунке 10 показано крупным планом от разрыва арматурного проката из ЕЕ-2, перетяжки и относительное удлинение, характерные для напряженности провал.
Разорванные арматуры были видны по всей базе структуры. На рисунке 11 показана поверхность разрушения в нижней части СТС-2 башни разделе ..
Дополнительная информация была получена с помощью серии модальных обследований, которые проводились до, во время и после тестирования всех своих моделей. Для ЕЕ-1 предтестовая первой моды колебаний был связан с основной изгиб ответ модели с собственной частотой 46 Гц. После проведения тестирования, две формы колебаний связанных со схожими изгиба и качания общего ответа были выявлены на 14 и 20 Гц. Совершенно очевидно, что жесткость деградации экспозиции поврежденных модели привело к значительному снижению в основной частоты. Аналогичные тенденции наблюдались в ИТС-2 и его-3. Предварительное тестирование основных режимов гибки были выявлены на 44 Гц для СТС-2 и 51 Гц для ЕЕ-3. В обоих экспериментах, после испытаний первой моды колебаний была четко определена в 23 Гц. Около 50% снижение частоты основного тона может иметь значительные последствия для динамического анализа этих структур, и любые модели, предложенной для использования в такой анализ должен отразить это значительное смягчение с локализованными повреждения ..
Особое внимание было уделено в ходе этих экспериментов по идентификации штамма распределения не только вблизи базы, но и по высоте модели. Обширный набор вертикальных тензодатчиков был установлен по арматуре. В общей сложности 66 измерений деформаций были собраны для каждой модели. Эти измерения были использованы для количественной каких-либо различий между фактическими и взяла на себя распределение кривизны. Местные искривления в разных местах по высоте были рассчитаны на основе средней деформации измерений на противоположных гранях, и кривизна истории могут быть получены в зависимости от совокупного введенных отклонений. На рисунке 12 показана кривизны истории, соответствующие каждому высота (высота по отношению к основанию) для ЕЕ-2 модели.
Местных градиент кривизны распределения может быть приближенно вычисляется как отношение между местными кривизны Было установлено, что, за исключением первой строки шириной колеи (находится 152,4 мм от основания), эти значения были практически одинаковы для всех высотах датчика. Это согласуется с линейным распределением упругих кривизны, что можно было бы ожидать в этом случае. На рисунке 13 показана градиент кривизны Это представляет собой среднее значение всех градиентов со второго по шестой ряд датчиков, то есть от высоты 304,8 до 1828,8 мм, соответственно.
Поэтому, основываясь на информации, предоставленной измерения деформации, можно было прийти к хорошую оценку истории кривизны распределения в организме выше модель повреждения зоны. Используя этот результат, и линейно экстраполируя кривизны распределения до основания модели, компонент верхней боковой отклонения связаны с Предполагается, треугольной диаграмме кривизны, вытянутую вдоль общая высота модели была рассчитана следующим образом
... (1)
На рисунке 14 показано сравнение между верхней боковой прогиб вычисляется из организма штаммов и текущему отклонения в верхней части модели СТС-2 случая. Понятно, что отклонения компонент связан с телом штаммов в несколько раз меньше, что фактические отклонения, даже в ранних стадиях процесса загрузки. На этом же рисунке компонента верхней боковой отклонения, связанные с вращения твердого тела модели по отношению к критической секции. Этот компонент был рассчитан следующим образом
... (2)
Соотношение между разница между этими измерениями и ширина раздел представляет собой приближение к фактической вращения на базе. Эти измерения перемещений включать в себя не только эффекты трещины, но и некоторые упругих взносов из-за конечной длины между двумя точками крепления преобразователей. Из рис. 14 видно, что этот компонент Рисунок 15 показывает, подобное сравнение результатов, на этот раз для ЕЕ-3 дела. Текущее измеренное отклонение при урожайности более чем в пять раз больше, чем соответствующая величина смещения, рассчитанная из организма штаммами. На рисунке раз показывает, в этом случае существенный вклад в верхней боковой прогиб вызванные вращением на базе ..
На основании этих наблюдений, альтернативный подход для расчета конечной боковые отклонения будут представлены в следующем разделе. Отправляясь из предположения о линейной распределение кривизны условие текучести, предлагаемый подход не требует расчета соответствующего компонента выхода верхней боковой прогиб и сочетает в себе все неупругие эффекты ответ на один срок. Этот термин отражает локализованы, один ответ трещины слегка усилить поглощение башни, полагая, что все postcracking вращение происходит в рамках одной трещины в критической секции. Новая серия экспериментов была обязана предоставить данные, необходимые для характеристики этого типа поведения, и что эти тесты описаны далее.
ЭКСПЕРИМЕНТЫ ДЕФОРМАЦИИ ПРОНИКНОВЕНИЕ
Такой подход обычно применяется для сильно армированные секции на основе определения эквивалентной длины пластического шарнира, который представляет интересы воздействия распределенных ущерба. Данных из предыдущей серии опытов, однако, показали, что реакция типичного башни потребления преобладали частичного выхода из строя подкрепления в пределах одной поверхности трещины в критической секции. Поэтому, исходя из приведенного уровня усиления, найденные в этих структурах, этот подход должен быть повторно к ответственности за значительный локализации повреждений. Новая серия опытов была разработана для создания статистической базы для развития эмпирической оценки конечной раскрытия трещины, связанных с неспособностью усиливающего bar.17 на основе данных из этих экспериментов проникновения растягивающие напряжения, выражение для конечной отклонение потенциала могут быть предложены, в котором пластиковых компонентов перемещения на основе более количественного локализованных зона пластических повреждений.
Цель этих тестов для количественной оценки влияния параметров, которые контролируют напряжение проникновения характеристик арматурной стали в локализованной зоне провала. Испытания были проведены в общей сложности 14 1/2-scale образцов, которые представлены типичные условия в существующих башни потребления. Опытно-конструкторских была основана на изменение полного факторного изменения трех основных переменных, представляющих интерес: прочность бетона, арматуры силы, и арматурной стали диаметром. Полный факторный эксперимент должен включать все сочетания крайностей по каждому параметру. С трех переменных, число комбинаций восемь. В дополнение к этим комбинаций и обеспечить контроль линейности, эксперименты должны включать в себя делам, связанным с комбинациями средних значений переменных. Включение среднее значение, однако, предполагается, что соответствующий параметр является непрерывным. В этом случае параметр сталей (номинальный предел текучести) может только демонстрировать два дискретных значений: 278 или 414 МПа (40 или 60 KSI), соответственно.
Таким образом, два средних эксперименты, в которых разработаны, состоящей из среднего значения прочности бетона и укрепления диаметром стали и высокие и низкие значения сталей, в общей сложности 10 экспериментов. Для того чтобы лучше определить влияние изменения стержня диаметром, как описано в следующем разделе, четыре дополнительные комбинации с участием большого диаметра баров были проведены после этих первоначальных случаях ..
Конфигурация
Экспериментальный образец состоял из 1820 мм, высокий, 610 х 610 мм, армированных бетонный монолит с шестью вертикальной арматуры (рис. 16). Это сечение был разработан для представления (около 1/2-scale) часть стены башни типичный прототип. Вертикальные полосы образцу усиление вертикальной по одной плоскости трещины провал в прототипе башни. Восемь конкретных якорей были отлиты в верхней части модели придают загрузки системы. Каждый образец содержит строительства совместно с типичными подробно ломтик на коленях. Это строительство совместного была написана с совместным соединения релиз для обеспечения отказа в этом месте. Отклонение датчики были установлены непосредственно на образец охватывает строительство совместных, и они должны были обеспечить прямое измерение трещин шириной до отказа в этот критический раздел. Зондов этих приборов были прикреплены к жесткой ссылки с помощью гибких соединений, которые позволили ограниченной бокового смещения при измерении вертикального перемещения.
Панелей, используемых в различных моделях первоначально состояла из высокой и низкой силой 9,5, 12,7, 15,9 и 19,1 мм в диаметре баров. Большие 31,8 и 34,9 мм в диаметре баров были также рассмотрены позже. Реальных свойств укрепления были определены путем проведения испытаний на растяжение не менее трех образцов от каждого размера и силы. Прочность бетона варьировалась в пределах от 17 и 38 МПа (2500 и 5500 фунтов на квадратный дюйм), соответственно. При неограниченном сжатии испытания проводились на стандартных бетонных цилиндров в день экспериментов по определению фактических свойств бетона. Бетона конструкций, используемых удалось получить последовательное изменение высокого, среднего и низкого сильные стороны.
Каждый образец был установлен в грузовом раме (рис. 17). Вертикальная сила была применена к каждой модели с servocontrolled, 890 кН гидравлического погрузчика. Первоначальный вертикальная нагрузка сжатия 222 кН, был применен к структуре. Эта вертикальная нагрузка была применена в каждом опыте, чтобы имитировать мертвым грузом в полномасштабную башню, и, следовательно, начальное состояние модели включены умершие эффекты нагрузки, как в прототипе структуры. Из этого сжатого условия эксперимента продолжали отклонения контролируемых применения вертикальной нагрузки напряжение. За первый цикл нагрузки, причем груз был перенесен голову вверх со скоростью 0,254 мм / с до отклонение 2,54 мм, а затем возвращается в исходное положение. Так повторялось три раза. Для последующих циклов нагрузки, то же процедура, что каждый раз увеличения общего отклонение применяемых 2,54 мм. Этот процесс применения увеличение прогибов, повторяется три раза, была продолжена до произошел сбой.
Обсуждение результатов
На рисунке 18 показана нагрузка-смещение кривой smalldiameter (9,5 мм), низкая прочность (414 МПа Предел текучести) бар в высокопрочные (38 МПа) бетона. Эта кривая представляет собой довольно типичный ответ. Максимальное измеренное отклонение, показано пунктиром, был определен в качестве последнего отклонения, для которых цикл из трех откат нагрузка была успешно завершена. Фотография на рис. 19 показан типичный образец после завершения эксперимента. Следует отметить, что некоторые из больших экспериментов бар выставлены несколько трещин провал. В этих случаях было отмечено, что все щели были одинаковой ширины на провал. Таким образом, конечной одинарной ширины трещины было принято в качестве измеряемого отклонения, деленная на количество трещин. Это несколько трещин сбоев считается артефакт равномерной растяжения в эксперименте, и не отражает ожидаемые неудачи в поглощении башни.
Статистический анализ был проведен основана результатов первоначальных экспериментов малого диаметра бар. Параметров, входящих в статистической модели включены те, которые связаны со сталью (бар диаметре, бар, предел текучести, выход напряжения, деформационного упрочнения, предел прочности, предельной деформации разрыва), а также конкретные (плотность, прочность на сжатие, модуль упругости ) и, наконец, ответ (количество трещин, конечная ширина трещины, циклов до разрушения). Только входные параметры, которые показали значительное корреляцию трещины были те, которые связаны со сталью материальных свойств прочности и деформации, и это было особенно интересно отметить, что первоначально эти результаты не свидетельствуют о значительной корреляции между шириной и трещины прутка диаметром.
Было признано, однако, что изменения прутка диаметром не может быть достаточно большим, чтобы разоблачить значение этого параметра. Для исследования этой возможности, четыре дополнительные эксперименты были проведены с большим баром размеры и соответствующие результаты были включены в статистический анализ. Включение крупные бары показали, что стержень диаметром действительно существенным параметром. На основании данных, предоставленных 14 экспериментов, результаты показали, что трещины могут быть предсказаны главным образом на основе предельных деформации стали и соответствующие арматурного проката диаметром.
На основании всей совокупности результатов, эмпирическая формула для окончательного у.е. открытия трещины формируются следующим образом
с ^ к югу и ^ (мм) = 1,17 24.68
, где Соответствующие растяжения проникновения длина L ^ S ^ югу могут быть рассчитаны с точки зрения конечной раскрытия трещины следующим
... (4)
Предельный прогиб ПОТЕНЦИАЛ
Конечная боковым смещением
где Если билинейная аппроксимация предполагается для отношения момента кривизны, то выход компонента общего перемещения может быть определена как follows18, 19
... (6)
Это выражение, которое основано на линейное распределение кривизны по высоте H структуры, зависит только от кривизны выход на базе. Пластической составляющей смещения
где конечной кривизны таких факторов, как часть формы, структуры стройность, сдвиг и осевые нагрузки уровнях, арматурного проката диаметром, и стали. Определение конечной бокового смещения как указано в формуле. (5) явно предполагает расчет доходности перемещения. Это очень удобно для обычно усиливаются в разделах, для которых основные характеристики ожидаемых неупругое поведение может быть непосредственно связанными с перемещением пластичности, которая как раз определяется с точки зрения доходности перемещения.
Для слегка усилены башни потребления, контрольный режим отказа в основе локализованной области ущерб в виде одной трещины. Было показано, что эти структуры могут проявлять некоторые пластичности уровнях, но связаны с весьма частичного выхода из строя. Таким образом, кажется, больше соответствует фактической отказов, чтобы смешать все неупругих деформаций в один срок, и отделить его от каких-либо основополагающих упругих деформаций. Таким образом, если предположить, что во всех случаях после растрескивания вращение происходит в этом ни одной трещины, нет необходимости явно вычислить смещение текучести.
Эти эксперименты показали, как конечная неудача ответ во многом зависит от поведения арматурного проката в трещины. На основании экспериментальных результатов, приближенное выражение предложено оценить предельных отклонения легко усилить поглощение башни с прямоугольным сечением. Принимая во внимание правило, локализованных сбоев, предельных отклонение может быть рассчитана следующим образом
... (8)
где Первое слагаемое в выражении для перемещения Поэтому основанные на треугольном распределения упругих кривизны по структуре. Пластиковые вращения Общая вращения задается
... (9)
где S представляет собой покрытие на растяжение, укрепление и б показывает, ширина разреза в направлении нагрузки. Это определение конечной вращения в трещины консервативно основан на предположении, что полное сечение может вращаться по отношению к краю при сжатии стороны. Чтобы удовлетворить равновесии с ограниченной сжимающих напряжений, фактические кинематической конфигурации должны обладать зоне компрессии с конечной шириной. Используя связь между конечной раскрытия трещины и растяжение длина проникновения штамма, предельных отклонение может быть записана следующим образом
... (10)
В качестве примера его применения, это выражение будет использоваться для оценки предельных отклонений по СТС-2 и его-3 модели, как показано в таблице 3.
Первое слагаемое в правой части уравнения. (10) вычисляется с использованием номинальной крекинга кривизны г ^ валового сопротивления сечения. Это рассчитывается исходя из предположения значения 3,27 и 2,86 МПа для модуля разрыва СТС-2 и его модели-3, соответственно. Важно отметить, что эмпирическая формула для окончательного раскрытия трещины, определяется формулой. (3), был получен для натурных условиях и его непосредственное применение для сокращения масштабов моделей не подходят. Таким образом, для данного конкретного примера, этот параметр должен быть оценен на первый прототип, а результат затем уменьшаются в зависимости от соответствующего коэффициента масштаба. Отклонение потенциала значения, рассчитанные на СТС-2 и его-3 модели 5,5 и 5,7 мм соответственно. Они представляют консервативные оценки реальных возможностей этих слегка усилены модели, которая контролируется стали разрыв. На основании прогиба от нагрузки измерения фактических значений отклонения потенциала ее-2 и его-3 были определены как 10,3 и 9,0 мм соответственно ..
ВЫВОДЫ
Экспериментальной программы было проведено расследование изгиб реакция слегка усилить автономного потребления башни прямоугольного сечения. Результаты экспериментальных работ, которые включают монотонной и циклического нагружения испытания 1/8-scale моделей, а также эксперименты деформации проникновения, показали, что эти слегка железобетонных конструкций появятся в выставке умеренной пластичности в консольной режиме реагирования с локализованным, одного -отказ механизма разрушения. Цель этих экспериментов не только для характеристики отказов типичных башни потребления и количественной оценки любых имеющихся пластичность, но и собирать данные для разработки приближенных процедур для оценки сейсмических показателей существующих башни потребления. Эти тесты были инструментальные количественного влияния параметры, определяющие отклонения потенциала слегка усилены башнями. Эмпирическая формула была разработана для предельных отклонение башни с прямоугольным сечением. Эта высшая способность отклонения могут быть непосредственно использованы в качестве части, или в упрощенном отклонения анализа на основе процедуры оценки сейсмического слегка железобетонные башни потребления ..
Авторы
Эта работа была организована Прямая Отведенное строительных работ сейсмостойкого строительства Программа исследований армии США инженер Научно-исследовательский центр (ERDC) в Виксбург, Миссисипи Авторы хотели бы поблагодарить Р. Холла, главного, геологии и структуры отдела, ERDC Геотехническое Лаборатория и сооружений, за его постоянную поддержку и поощрение, как структурные менеджер Раздел для этой исследовательской программе. Зал принимал активное участие в налаживании и развитии этой исследовательской работы, и он оказал неоценимую техническую консультацию. Авторы признательны за сотрудничество властей на ERDC, которые позволили публикацию этого исследования.
Ссылки
1. Чопра, К., Liaw, C.-Y. ", проектирование сейсмостойких сооружений приема-Outlet Towers," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 101, № 7, 1975, с. 1349-1366.
2. Ри, D.; Liaw, C.-Y. и Чопра, К., "Динамические свойства Сан-Бернардино Башня Прием", технический доклад № UCB/EERC-75/07, сейсмостойкого строительства Научно-исследовательский центр, Университет Калифорнии, Беркли , Калифорния, 1975, 70 с.
3. Чопра, К., Фок, К., "Оценка упрощенный Землетрясение Анализ процедуры для приема-Outlet Towers," Труды 8-й Всемирной конференции по сейсмостойкого строительства, В. VII, июль 1984, с. 21-28, 467-474.
4. Goyal А., Чопра, К., "Гидродинамические и Фонд эффекты взаимодействия в динамике всасывания Башни: Землетрясение Ответы" Журнал зданий и сооружений, В. 115, № 6, 1989, с. 1386-1395. (CD-ROM)
5. Goyal А., Чопра, К., "Гидродинамические и Фонд эффекты взаимодействия в динамике всасывания башни: Частотный диапазон функций," Журнал зданий и сооружений, В. 115, № 6, 1989, с. 1371-1385.
6. Goyal А., Чопра, А. К. Землетрясение Ответ Спектральный анализ Интейк-Outlet Towers, "Журнал" Инженерная механика ", В. 115, № 7, 1989, с. 1413-1433.
7. Goyal А., Чопра, К., "Упрощенная оценка Добавлено гидродинамического Месса для всасывания Towers," Журнал "Инженерная механика", В. 115, № 7, 1989, с. 1393-1412.
8. Чопра, К., Goyal, A., "Упрощенная Землетрясение Анализ Интейк-Outlet Towers," Журнал зданий и сооружений, В. 117, № 3, 1991, с. 767-788.
9. Даниэля, мы, Тейлор, CA, "Full-Scale динамических испытаний и анализа Башня Прием Водохранилище," Инженерная землетрясения и структурной динамики, V. 23, 1994, с. 1219-1237.
10. Даниэля, мы, Тейлор, CA, "Full-Scale динамических испытаний и анализа Башня Прием Резервуар", Труды 10-й Европейской конференции по сейсмостойких сооружений, август-сентябрь 1995, с. 2005-2010 годы.
11. USACE, "Спектры реагирования и сейсмическому анализу для бетона гидротехнических сооружений," Руководство Engineer Нету 1110-2-6050 Департамента армии США Инженерный корпус армии, Вашингтон, DC, 1999, 247 с.
12. USACE, "Структурный дизайн водосбросов и розетка," Руководство Engineer Нету 1110-2-2400 Департамента армии США Инженерный корпус армии, Вашингтон, округ Колумбия, 2003, 143 с.
13. Eshghi С., основанной на результатах работы сейсмических Методология оценки для существующих Башни Прием ", документ № 361, Материалы 12-й Европейской конференции по сейсмостойких сооружений, сентябрь 2002.
14. Шибата, А., Sozen, MA, "Запасной-Структура метода сейсмической Дизайн" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 102, № 1, 1976, с. 1-18.
15. Дав, RC, "Структурный анализ параметров США Инженерный корпус армии имеющихся запасов Прием Башня", технический отчет SL-96-1, US Army Engineer путям опытной станции, Виксбург, Миссисипи, 1996, 42 с.
16. Дав, RC, "Выполнение Слегка Железобетонные башни Прием по отдельным Нагрузки", технический отчет SL-98-1, US Army Engineer путям опытной станции, Виксбург, Миссисипи, 1998, 284 с.
17. Дав, RC, "Ultimate Ответ Отклонение Слегка железобетонных Прием Towers," Технический отчет ERDC / SL TR-00-6, US Army Engineer исследований и развития центра, Виксбург, Миссисипи, 2000, 125 с.
18. Paulay, T., и Пристли, MJN, сейсмическая Дизайн на железобетонных и деревянных строений, М. Джон и сыновья ", Нью-Йорк, 1992, 768 с.
19. Пристли, MJN; Seible, F.; и Кальви, ГМ, сейсмических Дизайн и модернизации мостов, М. Джон и сыновья ", Нью-Йорк, 1996, 704 с.
Ричард C. Дав является научно-исследовательским структурным инженером в армии США инженер Научно-исследовательский центр, Виксбург, Миссисипи Он получил степень доктора инженерных из Миссисипи государственный университет штата Миссисипи, Миссисипи, в 1997 году. Его исследовательские интересы включают экспериментальных и расчетных исследований в структурной динамики взрыва эффектами, ударно-волновой структурой, землетрясение инженерных, физических и компьютерного моделирования, и железобетонные конструкции.
ACI член Энрике Е. Матеу является научно-исследовательским структурным инженером в армии США инженер Научно-исследовательский центр. Он получил докторскую степень в инженерной механики из политехнического института Вирджинии и Государственном университете, Блэксбург, Вирджиния, в 1997 году. Его исследовательские интересы включают структурной динамики землетрясения техники, численного анализа и экспериментальной оценки сейсмического отклика конкретных гидротехнических сооружений.