Экспериментальное исследование внешних удержание железобетонных колонн полыми Структурные Раздел воротничков

Существуют методы для укрепления круговой железобетонных колонн, что ограничить конкретным применением в основном мембранного действия. Поскольку эти методы не так эффективны для квадратных и прямоугольных колонн, относительно простой неинвазивной предложена схема, что рамки конкретных сочетанием значительного изгиба и осевой жесткости. Экспериментальное исследование поведения квадратных бетонных столбов, усиленных металлическими полыми структурные части (HSS) воротники были проведены. Этот первоначальный этап исследования рассматривались только осевой нагрузки и состояла в общей сложности 11 натурных испытаний колонке. Две колонны с контроля обычных внутренних связующих арматуры и девять столбцов с внешними лишения свободы по УСЗ воротники были протестированы. Последствия воротник жесткости, интервал, тип углового соединения (болтовые или сварные), а также активное всестороннее давление на материал ограничивается кривой были изучены. Результаты показывают, что положение по УСЗ воротники приводит к значительному повышению прочности, а также пластичности ..

Ключевые слова: воротники, колонны; пластичность; сейсмостойких сооружений; внешние лишения свободы; реабилитации; железобетона; силы.

(ProQuest-CSA LLC: ... обозначает формулу опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Железобетонные конструкции спроектированы и построены до и во время 1970-х годов в различных частях мира часто сейсмически недостаточным из-за отсутствия строгого дизайна и детализации положений кодексов и стандартов, имевшихся на тот момент. Некоторые структуры были также считается сейсмически недостаточным из-за перезонирование сейсмической активности в этом районе. Хорошо известно, что реакция структуры во время землетрясения в зависимости от ее жесткости, прочности и пластичности, а также пластичности спроса, связанных с сейсмической ввода. Таким образом, сейсмически уязвимых железобетонных конструкций может быть повышен путем усовершенствования в жесткости, прочности и / или пластичности. Прочность и жесткость структуры может быть увеличена путем добавления структурных walls1 или стали связывать, 2, например, и пластичности на месте пластических шарниров можно улучшить методы, такие как jacketing.3-5 Выбор той или иной схемы реабилитации Весьма случае зависит. Реабилитация таких структур, что они по-прежнему упругих во время крупного землетрясения чаще всего неэкономичные решения.

Неудачи колонн, как правило, более катастрофическими, чем те, балок при сильном движении и, следовательно, повышение прочности и пластичности на месте пластических шарниров в колоннах были посвящены различные исследования studies.6 восстановления круговых железобетонных колонн на Химчистка и прачечная связи с композитных материалов, таких как углерод и стеклянных волокон была предметом нескольких последних investigations7, 8 из-за их высоких показателей прочности к весу и устойчивости к коррозии. Из-за их незначительной изгибной жесткости, эти материалы развивать всестороннее давление на колонны через мембрану в плоскости подчеркивает только и, следовательно, являются наиболее эффективными для круглых колонн. Таким образом, переход к использованию flexurally жесткой ограничиваясь элементов сейсмических обновление квадратные и прямоугольные колонны усиленный бетон был вполне естественным. Flexurally жесткой гофрированной стали куртки были использованы для сейсмических восстановление железобетонных конструкций с прямоугольного поперечного сечения, в котором удерживающего давление разработан пассивный restraint.3 Существующие модели заключения были разработаны в основном для описания поведения колонн с относительно малым диаметром обычных связей имеющих значительные осевые, но низкой изгибной жесткости.

Хотя эти модели могут признать влияние аспектов, кроме осевой жесткости на лишение свободы (например, расстояние между продольной бар), и может включать в себя эффект, присущего низкой изгибной жесткости связей неявно через эмпирических калибровок, они явно не включают изгиб Жесткость связей в разработке. Таким образом, некоторые модели имеются, которые дают хорошее согласие с результатами теста условно армированные колонны, но они не в состоянии обеспечить хорошие прогнозы для столбцов с удерживающим элементы, которые являются одновременно и аксиально flexurally жесткой. В последнее время были предприняты усилия как numerically9 и experimentally10 отделить влияние изгибной жесткости удерживающего элементы, сохраняя их площади поперечного сечения постоянной ..

В качестве средства укрепления существующих железобетонных колонн, относительно простая схема предлагаемой в настоящем документе, что рамки конкретных внешне с полыми структурные части (HSS) воротники, которые обладают сочетанием значительного изгиба и осевой жесткости. Эти воротники не только обеспечивают преимущества эффективного удержания, но они также тормозят скалывания внешней оболочки и конкретные обеспечить дополнительное армирование сдвига. Хотя основная применения этой системы, вероятно, будет для сейсмических реабилитации, чтобы обеспечить глубокое понимание ограничиваясь поведения в этих укрепить колонны, экспериментальное исследование проводилось на колонках под концентрических осевой нагрузки. Эта статья описывает экспериментальные программы, результаты испытаний, а также сделаны выводы.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Реабилитация круговой железобетонные колонны могут быть эффективно, завернув их композиционных материалов. Потому что горное давление осуществляется на основе мембранного действия, этот метод является значительно менее эффективны для часто встречающихся случаев квадратных и прямоугольных колонн. Тем не менее, квадратные и прямоугольные железобетонные колонны могут быть эффективно сейсмически обновлен с помощью удерживающего элементов, которые обладают значительной изгибной жесткости, такие, как воротники HSS. Экспериментальные программы, описанные здесь подтверждает эффективность механизма удержания и дает представление о влиянии важных параметров.

ОПИСАНИЕ образцов для испытаний

Подготовка образца

Изготовление и испытания, проведенные в IF Моррисон зданий и сооружений лаборатории в Университете Альберты. В общей сложности 11 колонн 300 х 300 мм сечения и 1500 мм в высоту, как показано на рис. 1, были брошены. Две колонны (C00A и C00B) были контролировать колонны с обычных связующих укрепления, а остальные (C01 через C09) было внешних ворот заключения.

Литья колонны было сделано по вертикали, а внутренний вибратор был использован для укрепления бетона. Четыре цилиндра 150 х 300 мм и четыре цилиндра 100 х 200 мм было подано в соответствии с требованиями ASTM C 192 для каждого теста колонки для определения свойств материалов. Отверждения условия для цилиндров и сами колонны были одинаковы: влажно-вылечить за первые семь дней, а затем при температуре окружающей среды лабораторных условиях до момента испытания.

Подробная информация о внутренней арматуры

Каждая колонна четыре номинально 20 мм в диаметре продольных балок, в результате чего соотношение продольной укрепление равна 1,33%. При размещении поперечной арматуры, колонны были разделены на три части: верхний и нижний конец зон (каждая длиной 350 мм), а также испытания область (800 мм). Укрепление подробные данные по каждому из этих столбцов, показаны на рис. 1. Колонны C01 C09 было через внешние лишения свободы по УСЗ воротники, и для изучения влияния внешних заключения по отдельности, без галстука укрепление была представлена в тестовой зоне. Укрепление связующих в тестовой зоне колонки C00A удовлетворил тяжести нагрузки дизайн критерии ACI 318-02 и CSA A23.3-94. В соответствии с этими кодами, максимальное расстояние между центра к центру связей, необходимых для этой колонке 300 мм. Из-за геометрических ограничений длины области испытаний, однако, расстояние от 267 мм используется. Колонка C00B удовлетворил сейсмических пластического шарнира требования этих кодов. Оба кодекса требует, чтобы общая площадь прямолинейной поперечной арматуры быть не меньше, чем по одной из следующих уравнений.

^ К югу ш = ^ 0.3sh югу с ^ е '^ ^ к югу с / ж ^ к югу YH ^ (^ к югу г ^ / ^ ^ к югу ч) - 1 (1)

^ К югу ш = ^ 0.09sh югу с ^ е '^ ^ к югу с / ж ^ ^ к югу YH (2)

В результате отбора шагом 70 мм между смежными центрами связи для столбца C00B. Обе колонны управления был связан с 135-степени, что крючки продлен по крайней мере шесть бар диаметром в ядро, встреча сейсмических требований два кодов. В конце концов зон всех столбцов, близких связей (а также внешних воротники, как описано в следующем разделе) были предоставлены для предотвращения сбоев, происходящие вблизи от реакции точек.

Холлоу структурных разделе воротник заключения

Типичные воротники из разделов УСЗ с болтами или сварные соединения углу показано на рис. 2 (а). В первом случае была призвана обеспечить угол связи, что позволяет относительного вращения соседних ворот сторон, а второй был призван подход фиксированных условиях углу. Эти два типа соединения позволяют оценить эффективность воротников, что связано скорее всего условия угол, но не предназначены для представления единственным способом монтажа воротники для приложений колонке реабилитации. Действительно, воротники сварных только на два противоположных углах в магазине, а затем прикреплена к колонке и на двух других углах, вероятно, будут наиболее практичным и экономичным. Кроме того, другие типы болтовых соединений может быть выбран проектировщик по соображениям экономики, которые обеспечивают высокую степень сдержанности вращательных чем те, которые выбрали для экспериментальной программы. Три размера по УСЗ были использованы при изготовлении воротников, используемые в данном исследовании: HSS 102 х 51 х 6,35, УСЗ 76 х 51 х 6,35, а по УСЗ 51 х 51 х 6,35.

В случае воротники с болтами угловых соединений, 25,4 мм в диаметре высокопрочные резьбовые стержни были использованы, чтобы диагональные связи между сторонами по УСЗ, как показано на рис. 2. Для обеспечения надлежащего кресел для гаек и шайб пластины резьбовые шпильки, скошенный вложения УСЗ 51 х 51 х 6,35 были сварены стороны ворот. Для передачи бетонных колонн, все усилие применяется ужесточение орехи, стороны воротники были вырезаны несколько отстали, чтобы избежать контакта смежных сторон при затяжке. Воротники на колонке C01 были ужесточены быть просто уютно с колонкой, сводя к минимуму активного давления родов и претензиозность силу в болтов считается незначительным. В тех случаях, Колонный С02, C03, C04, C05, и, значительных первоначальных силу претензиозность был применен к болтов (65,1, 145,9, 68,9 и 90,2 кН соответственно), и измеряется с помощью кольцевой датчик нагрузки. Болты для C03 Колонка имели значительно более высокий предварительного сжатия, чтобы изучить потенциальные выгоды от активного давления удерживающего ..

В случае воротники с сварных угловых соединений, частичного проникновения одного-V паз сварного шва на хранение по всему угловых соединений использовании экранированных дуговой сварочный процесс. Простой способ изготовления таких воротников было сварить все четыре угла в пользовательский шаблон, а затем поток завершил ворот в течение испытательного колонки, метод, который, очевидно, не могут быть использованы для восстановления в этой области. Для облегчения этой процедуры, внутренние размеры воротники держали 10 на 12 мм больше, чем в колонке сечения. Воротники были расположены так, что разрыв между воротником и колонна равных со всех сторон. Разрыв был изолирован от дна строительства герметик и заполняют низкой вязкости эпоксидной затирки. Горное давление на колоннах предоставляемый сварных воротники является пассивным.

В ходе испытаний регионов, либо четыре, шесть или восемь воротники на равных расстояниях были использованы. Данные каждого образца приведены в таблице 1. (Различие между колонками С02 и C03 заключается лишь в степени начального активного давления удерживающего.) Рисунок 3 показан типичный образец испытания с приваренными воротники в тестовой зоне. Для предотвращения сбоев столбца в конце зоны, близко расположенных, flexurally воротнички были представлены в этих местах в дополнение к внутренней связи.

Объемного соотношения поперечных ограничиваясь стали Объем стали удерживающего для сварных воротники была рассчитана путем умножения площади сечения по УСЗ по периметру ворот оцениваются по тяжести сечения Межсекторные. Для болтовых воротники, поскольку вклад УСЗ к заключению ограничивается поведение болты, объем ограничиваясь стали был взят чистый crosssectional области болты работает на осевой линии бортов. В обоих случаях, так как воротники находятся снаружи и предотвратить большинство из откола, объем бетона рассчитывается исходя из общей площади колонны и центра к центру вертикального расстояния между воротниками. Таким образом, ядро воротником колонн принимается равной размеры поперечного сечения колонн. Для столбцов C00A и C00B, объем связующих стали рассчитана в обычном порядке, а объем бетона на основе ядра столбца в арматурных каркасов.

Свойства материалов

Для получения количества конкретных достаточно для одного столбца и цилиндры, необходимые для связанных испытания материалов, смесь состояла из 137,8 кг крупного заполнителя размером от 5 до 14 мм, 173,2 кг мелкого заполнителя, а также 60,0 кг портланд цемента. Вода была добавил в смесь на основе лабораторных опыт для достижения целевых цилиндра прочность 35 МПа, однако, так как содержание влаги в агрегатах не измерялись, watercement соотношение (в / к) точно не известны. Механических свойств бетона для каждого столбца были определены путем испытания стандартных цилиндров в соответствии с процедурами, изложенными в ASTM C 469 и приведены в таблице 2. Тестирование каждого набора цилиндров была проведена незадолго до тестирования связанных столбцов. Конечная сильные е '^ с ^ к югу и соответствующие стандартные отклонения основаны, по крайней мере четыре цилиндра испытаний. (Сильные стороны конкретного в Колонном C07 и C08 значительно выше, чем целевой показатель из-за ошибки в количестве воды добавить в смесь.) Стресс-против-деформации кривой для каждого цилиндра была построена, из которых секущая модуль упругости E ^ с ^ к югу и деформаций на пике нагрузки

Арматура, соответствуют стандартным CSA G30.18 и резьбовые стержни-го класса B7 согласно ASTM 193 / A. Тестирование как была проведена в соответствии с ASTM 370. Три купоны напряженности были протестированы для каждого типа бара. Средняя текучести, модуль упругости, предел прочности и деформации на предел прочности приведены в таблице 3. Только 15 и 20 мм в диаметре баров проявляли четко текучести. В других случаях предел текучести определяется 0,2% офсетным способом. Упрочнения модуля оказалось 3863 и 9837 МПа для 15 и 20 мм, бары, соответственно, и напряжение в начале упрочнения было 0,015 и 0,0062, соответственно, для этих барах.

УСЗ соответствуют G40.21 CSA-98 Оценка 350W. Ста-столбец Испытания проводились для определения физических свойств быстрорежущей стали, ключевые ценности, которые также приведены в таблице 3.

Чтобы определить свойства материала, из эпоксидной затирки, три 51 х 51 х 51 мм кубов из той же смеси, которая была использована для затирки воротники были испытаны на сжатие. Средним модулем упругости, пик напряжения и деформации на пике нагрузки оказались 3,42 ГПа, 84,0 МПа и 0,0325 соответственно.

TEST SETUP

Все колонны были испытаны в универсальной испытательной машине с сжатие потенциала 6,5 MN за исключением Колонка C08, который был опробован в 15 MN машины из-за его высокой прочности. В случае Колонка C07, образец был загружен первоначально в меньшей мощности машины, но необходимо быть переданы мощных машин на провал образца полностью. Колонны были испытаны вертикально под концентрических нагрузки. Каждый образец был тщательно Протянувшись и залито гипсом на верхней и нижней, чтобы обеспечить равномерное подшипника. Глава машина была заблокирована для поворотов, поэтому колонны были протестированы при фиксированных условиях конца.

ОБОРУДОВАНИЕ

Прикладная нагрузки измеряется датчиков неотъемлемой испытательных машин. Деформации были записаны DC управлением LVDTs. Один LVDT была представлена в каждом из четырех углов колонны для записи деформации, расчетная длина (800 мм испытания регионе), как показано на рис. 3. Электрическое сопротивление тензодатчиков были установлены на продольной арматуры на midheight всех столбцов. Для столбцов с болтами воротники (кроме C01), кольцевой формы клеток нагрузки были установлены на резьбовых стержней воротники для измерения напряжения затвор, который непосредственно связан с горное давление.

LOADING ПРОТОКОЛА

Первоначально нагрузки около 200 кН, был применен к каждой колонке, чтобы проверить оборудование и система сбора данных, а затем удаляются. Большинство колонн затем грузили монотонно на провал, однако, один столбец с болтами воротники и один с приваренными воротники были подвергнуты несколько циклов (15 для C05 и 18 лет для C07) нагрузки от нуля до вблизи их сжатие потенциала и обратно для изучения надежность системы. В частности, циклов успешно подтвердили, что воротник не приводит к понижению их эффективности ограничить бетона колонн в связи с износом или скольжения, как горное давление было неоднократно обращались и отпустили. Все колонны были протестированы в соответствии инсульта контроля.

Скорости деформации в тестовой зоне под контролем косвенно контролируя скорость машины голову. Скоростей деформаций для проверки баллонов определить е '^ с ^ к югу были почти равны таковым для соответствующих столбцов и медленно, чтобы он рассмотрел квазистатических. Таким образом, влияние скорости деформации на прочность бетона колонн испытания считается незначительным.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Нагрузки от среднего водоизмещения (на основе четырех LVDTs) кривые для всех столбцов, показаны на рис. 4. (Несколько циклов нагрузки, приложенной к Столбцы C05 и C07, как описано выше, не показано на рисунке для наглядности других кривых.) В разделе анализа колонн, было сделано предположение, что арматурного проката по-прежнему полностью композита конкретные всей большинство испытаний, предположение, что было подтверждено измерениями напряжения. (Это соотношение вряд ли будет проводить вплоть до отказа в связи с локализованными конкретные дробления и гибки арматурного проката из-за конкретных расширения в поперечном направлении.)

На основании полного композитных действий между продольной арматуры и бетона, перевозимого груза в конкретных P ^ ^ к югу конце может быть получена путем вычитания перевозимого груза по продольной арматуры (на основе данных деформации) от общей нагрузки колонке . Конкретные loadversus деформации кривых для всех столбцов затем преобразуются в конкретные только стресс ГЦК и деформации кривых, разделив их ординат ^ югу C ^ (где ^ к югу с = ^ к югу г ^ - ^ ^ м к югу ). Эти кривые обычно называют только конкретные кривые материала. Для сравнения непосредственно эффект заключения о поведении конкретного в столбцах, необходимо нормализовать конкретных кривых материала колонны с точки зрения их неограниченном сильные конкретные е '^ к югу соре, взятые в 0,85 М' ^ к югу с ^, который обычно используется для связывания на месте силы для стандартных цилиндров сильные стороны. Эти нормированные кривые приведены на рис. 5. Следует отметить, что нисходящая ветви этих кривых не могут быть точными из-за локализации осевых деформаций и боковой изгиб продольных балок, в тесте регионов ..

Сводка экспериментальных и расчетных результатов показана в таблице 4 и 5. Максимальная нагрузка столбец обозначается P ^ ^ тах к югу и максимальную нагрузку несут бетона колонке P ^ ^ тах к югу. Средний столбец напряжение, при котором P ^ югу тах происходит был обозначается Можно заметить из таблицы 4, что эти штаммы близки. Для обеспечения мер прямого сравнения ductilities в этом исследовании, колонки, как считается, потерпели неудачу, когда его груз падает до 85% своей максимальной мощности, значение часто используется для определения неспособность обычного бетона. Напряжение соответствует этой нагрузки называется деформации провал и была обозначается

Таблица 4 также списки средняя глубина откола в ядро в конце каждого теста, измеряемой на звук конкретные полпути между воротниками или связей в тестовой зоне. Это значение берется как общее среднее глубине от нескольких измерений на каждой из четырех сторон колонны. Деформаций в которые охватывают откола был первым визуально и деформации, при которой глубина покрытия откола были измерены приведены в таблице 4. В тех случаях, Колонный C01, C02, C03 и некоторые части колонны были полностью повреждены из-за локализации деформации, поэтому средняя глубина откола покрытия была основана на оставшуюся часть теста регионе. Для столбцов C04 и C09, отслаивание было внезапным и не хорошо распространены в течение испытательного региона. Деформации, на котором скалывания неограниченном конкретные колонки C00A начала не наблюдалось именно произошло, но на относительно низком напряжении. В этом случае, в конце испытания Ухудшение было настолько обширным, что никакого серьезного откола стоимость может быть измерена.

В колонке C00B, отслаивание было хорошо распределенных в течение всего испытательного региона, но и деформаций в которых проводились измерения, принятые были далеко за пределами пиковых нагрузок. С другой стороны, для столбцов C05, C06, C07, и C08, отслаивание было хорошо распределенных в течение всего испытательного региона, а также штаммов, при котором покрытие откола измерений были приняты, близких к пиковой нагрузки. Исходя из этих четырех столбцов, для которых откола измерений, как представляется, наиболее представительными состоянии пика нагрузки, средняя глубина откола в ядро может быть аппроксимирована 0.29s ', где S' является четкое расстояние между воротники ..

В дополнение к возможности экспериментальной колонки, теоретические возможности различных компонентов столбцы, основанные на неограниченном конкретные сильные стороны, представлены в таблице 5. P ^ о ^ к югу теоретический потенциал столбца в том числе вклад продольных стали P ^ ^ оо к югу теоретический потенциал столбца без помощи стали, а P ^ ^ к югу ОКК теоретический потенциал колонке на базе ядра колонны без вклада стали. Для обычных столбцов, область столбца охваченных осевой линии связи считается основным, а для воротником колонны, общая площадь столбец считается основной. Для последних, следовательно, P ^ ^ оо к югу равна P ^ ^ к югу ОКК. P ^ ^ к югу orcc это способность колонки на основе приведенных основных (с учетом конкретных приблизительно параболическую откола от удерживающего элементов), без участия стали. Глубина откола в ядро между воротниками или связи было принято равным 0.29s, как это наблюдалось в тестах, в расчет P югу ^ ^ orcc.

Соотношение P ^ югу тах / P ^ о ^ к югу, к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ оо к югу, к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ ОКК к югу, и к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ к югу orcc , что соответствует пиковой нагрузки, также представлены в таблице 5. Есть два отдельных пиков нагрузки и осевой кривой перемещения колонки C00B (см. рис. 4). На первый пик, бетона осуществляет часть вертикальной нагрузки и конкретных ведет себя как неограниченный. Последующее снижение нагрузки благодаря покрытию откола, после чего численность основных конкретных начинает возрастать в связи с развитием лишения свободы до второго пика. Для отражения этого откола поведение, отношение нагрузки P ^ югу тах / P ^ о ^ к югу и к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ оо к югу приведены в таблице 5 для столбца C00B соответствуют первым пиком, и к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ ОКК к югу и к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ к югу orcc соответствует второму. Тот факт, что второй пик выше, чем для первого P ^ ^ макс к югу, но ниже, к югу P ^ ^ тах можно объяснить, заметив, что на второй пик, значительное упрочнения на продольных балок, разработала ..

В колонке C04 и C09, воротник интервал был относительно большой и отслаивание произошло внезапно вблизи пиковых нагрузок. Таким образом, максимальная нагрузка получены имеет некоторый вклад от поверхности конкретные между воротниками. Потому что это не считается представляют собой сокращение основных, значение P югу ^ тах ^ / P ^ ^ к югу orcc не представлены в таблице 5 для этих столбцов.

ОБСУЖДЕНИЕ

Пластичность расширение и виды разрушения

Как и ожидалось, показали Колонка C00A хрупкого разрушения из-за относительно широкий интервал связей. Степень удержания была очень низкой, и столбец поведение было характерно для неограниченных бетона. Пиковая нагрузка была достигнута в ходе штамм 0,0035, как показано в таблице 4. Колонка C00B показал пластическое разрушение из-за близко расположенных обручи в тестовой зоне. Пиковая нагрузка была достигнута в среднем деформации в ходе испытания области 0,0305, что примерно в девять раз превышает аналогичный штамм к колонке C00A. Кроме того, потенциал снижения относительно постепенного и деформации Для обоих связали колонны, было отмечено, после испытаний, обручи не открылся, подтверждающий, что они были надлежащим образом закреплены в колонку ядра.

Колонны C01, C02, C03, C04, и, с болтами воротники, показали, пластическое разрушение, хотя и пластичности Колонка C04 был несколько ниже, что связано с относительно большим воротником расстояние. Сила Колонка C05, а также с болтами воротники, превышает возможности 6,5 испытательная машина MN и, следовательно, не может быть не удалось. Экспериментальных возможностей (табл. 5) в этом столбце сообщил накануне велосипедные нагрузки. Потому что воротники были быть удалены из этой колонки для установки на другой, таким образом освобождая горное давление, было сочтено, что повторная воротники и перегрузку с высокой грузоподъемностью машина не даст результатов, согласующихся с другими колоннами, где воротники были установлены до к любой нагрузке применяются. По этой причине, кривые, показанные на рис. 4 и 5 для C05 колонке прерван и деформации отказ, не известно.

Колонны C06, C07, C08, C09, и, с приваренными воротники, выставлены хрупкого разрушения, что было вызвано разрушения сварного угла в один или несколько бортов. Из объемных поперечных отношения стали за ворот суставы были улучшены, эти колонки будут проявлять значительно выше пластичности. Это было продемонстрировано и Джанер Bazant11, что высокая поперечная отношения стали предоставляемый сварных воротники должны быть достаточными для пресечения конкретных размягчения на неопределенный срок. Моделей, используемых в анализе, однако, предполагается "размазанным" удерживающего элемента, который обеспечивает непрерывное удержание, а не дискретных воротники, где смягчение могут возникнуть между воротниками. Тем не менее, повышение пластичности колонке, несомненно, были выставлены имел воротник сварных швов, не удалось.

Типичным деформированных болтами воротником и раздробленной сварных ворот в конце испытаний приведены на рис. 2 (б). Пластиковые прогибы проявляются в болтовых воротник. Появление три колонки (С02, C04, C05 и) в конце испытания (с воротниками удалить), которые имеют различные расстояния воротник но идентичных приведены на рис. 6. Локализованного ущерба видели в колонке C04 является результатом довольно большим воротником расстояние, что привело к уменьшению эффективного заключения. Боковые смещения можно наблюдать в Колонном С02 и C04 в связи с образованием наклонной плоскости сдвига неудачи при высоких осевых деформаций. Аналогичные замечания были сделаны Кассон и Paultre12 в тестировании высокопрочных бетонных столбов. Потому что Колонка C05 не удалось полностью, фотография этой колонке представитель типичные состояния колонны возле своего пика возможностей, с местными мелкими откола от воротников, но в остальном хорошее целостности. К концу испытаний, состояние конкретных между воротники, как правило, значительно сократится, но в целом без ухудшения качества конкретных произошли прямо под воротником.

Рисунок 6 также показывает две связанные столбцы (C00A и C00B) и представитель сварных колонке (C07) после проведения испытаний для сравнения. В частности, в колонке C00B видно, что эффективная площадь ядра значительно меньше для внутренне связаны колонке, чем воротником колонке ..

критерии прочности повышение

Повышение численности колонны можно увидеть при изучении соотношения P ^ югу тах / P ^ о ^ к югу, к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ оо к югу, к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ к югу ОКК и P ^ югу тах ^ / P ^ ^ orcc югу. Соотношение P ^ югу тах / P ^ о ^ к югу от колонны ограничивается все больше 1,0, это означает, что фактическая емкость колонн выше, чем теоретический неограниченных возможностей. Это потому, что силы усиление путем заключения. По той же причине, соотношение P ^ югу тах ^ / P ^ ^ оо к югу показывает, что возможности ограничиваются бетона колонн выше, чем теоретический неограниченном конкретных возможностей. Таблица 5 показывает также, что соотношение P ^ югу тах / P ^ о ^ к югу и к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ оо к югу на неограниченном Колонка C00A несколько больше, чем 1,0. Это связано с изменением свойств материалов и многообразие факторов (0.85) используется для преобразования е '^ ^ к югу с к /' ^ к югу соре. Отношение P ^ югу тах ^ / P ^ ^ к югу ОКК отличается от P к югу ^ тах ^ / P ^ ^ оо к югу только для связанных столбцов, где на его долю приходится откола, что происходит вне связи и использует P ^ югу тах ^, принятым на второй пик, как обсуждалось ранее, уделяя внимание значимых последствий материала заключения.

Отношение P ^ югу тах ^ / P ^ ^ к югу orcc выше, чем другие три отношения, как на его долю приходится также отслаивание, который проникает в ядро между ограничиваясь элементов. Этот коэффициент считается представляют собой фактический коэффициент повышения прочность бетона, хотя отношение к югу P ^ тах ^ / P ^ ^ к югу ОКК также может рассматриваться в практической работе. Как видно из таблицы 1 и 5, что повышение уровня лишения свободы, в лице В этом исследовании, максимальная численность наблюдается факторов повышения в связи с удержанием (Колонка C07) являются 2,31 и 3,12, исходя из соотношения P ^ югу тах ^ / P ^ ^ ОКК к югу и к югу P ^ тах ^ / P ^ югу orcc ^ соответственно. Для сравнения, прочность усиление факторов Колонка C00B, с близко расположенными внутренних связей, являются 1,96 и 2,70, исходя из соотношения P ^ югу тах ^ / P ^ ^ ОКК к югу и к югу P ^ тах ^ / P ^ югу orcc ^ соответственно ..

В следующем обсуждении, различия между фактором повышения прочности, описанной ранее, а фактический уровень повышения силы, которые принимаются как фактор повышения силы минус 1,0. Последний, которая может быть выражена как прочность повышение в процентном отношении к неограниченной силы просто путем умножения на 100, позволяет значимо сопоставить силу повышения факторы представлены в таблице 5.

По сравнению с болтами сварных воротники

Было отмечено, что не произошел сбой в воротники с болтами воротник соединений. Эти воротники деформированных постепенно во время загрузки столбца, но не резким снижением нагрузка на колонну имели место. Тем не менее, тот факт, колонны со сварными воротники был хрупким из-за разрушения сварных соединений в углах ворот. Инспекция провал поверхности показали, что сварные швы были примерно в два раза проникновения. Тем не менее, в каждом конкретном случае осевой деформации, достигнутый в колонны до провала воротники были большими.

Сварные воротники обеспечить более высокий уровень, чем лишение свободы болтами воротники по двум причинам. Объемной отношение удерживающего стали Кроме того, фиксированной связи углу привести к значительно более изгибной жесткости. Для изучения влияния угла связи воротники (по сравнению с болтами сварные) на поведение только столбцы, результаты Столбцы C01, C02, C04, и можно сравнить с теми, Колонный C06, C07, C09, и, соответственно, как это указано в таблице 5. Каждая из трех пар колонок идентичны, за исключением ворот связи углу. Среднее повышение прочность бетона в колоннах с приваренными воротники составляет около 2,41 и 1,95 раза больше, колонны с болтами воротники на основе соотношения P ^ югу тах ^ / P ^ ^ ОКК к югу и к югу P ^ тах ^ / P ^ к югу orcc ^, соответственно.

Штаммов на пике нагрузки Тем не менее,

Воротник интервал

Расстояние между воротником оказывает большое влияние на поведение столбцов, так как расстояние увеличивается, эффективность механизма удержания уменьшается за счет как увеличения длины неограниченном себя и смерти в параметре С увеличением расстояния между воротником, фактор силы и повышения пластичности и снижение колонке. Это можно наблюдать на болтах воротники, сравнивая результаты Колонном С02, C04, C05, и для сварных и воротники путем сопоставления столбцов C07 и C09. Отношение P ^ югу тах ^ / P ^ ^ к югу orcc не доступен для колонн C04 и C09, как обсуждалось ранее. Таким образом, влияние расстояния изучалась на основе соотношения P ^ югу тах ^ / P ^ ^ к югу ОКК. Четкое расстояние между воротники S 'для столбцов С02 и C04 была 1,61 и 2,70, соответственно, раз выше, чем C05 колонке. Повышение прочности бетона в этих колонн была 0,49 и 0,23, соответственно, раз выше, чем C05 колонке. Ясный шаг воротнички Колонка C04 составил 1,67, что С02, а его сила расширения, 0,48 раза, что колонки С02.

(Сравнение C07 и C09 производит идентичные результаты). Обнаружено, для таких случаев, что сила повышение сокращается вдвое за счет увеличения расстояния между воротником ясно примерно на 60%. Если определить SR ', как отношение большей четкое расстояние до меньшего расстояния ясно, п также связанные с ними соотношение сил аксессуары (менее 1,0) и отметить, что при SR', равна 1,0, то п должно быть 1,0, отличное приближении соотношения п укрепление силы могут быть получены из образцов, испытанных.

... (3)

Уравнение (3) дает значения 0,49, 0,46 и 0,23 для SR ', равна 1,61, 1,67 и 2,70, соответственно, по сравнению с экспериментально полученные значения 0,49, 0,48 и 0,23.

Деформации при P ^ югу тах ^ Монотонной загрузки C05 Колонка была прекращена штамм 0,030. Однако из-за велосипедные нагрузки, деформации колонны был увеличен до 0,043. Ductilities (рассматривать как Пластичности Колонка C04 составляет 0,16 раза, что колонки С02. Таким образом, пластичность является более чувствительной к изменению четкое расстояние между воротники на более высоких расстояния, когда степень лишения свободы меньше. Пластичности C09 Столбец 0,95 раза выше, чем Колонка C07. Уровень удержания выше, в случае этих колонн по сравнению с Столбцы С02 и C04 из-за жесткой связи угол ворот, и, следовательно, вязкость менее чувствительна к четкое расстояние между воротниками.

Воротник жесткости

Изгиба и осевой жесткости в воротники (размер воротники) также имеют влияние на поведение колонн. Увеличение размера ворот также влияет параметр Увеличение жесткости воротники увеличивает как прочность и пластичность колонке. Это можно наблюдать на болтах воротники, сравнивая результаты Колонном C01 и С02 и сварных воротники путем сопоставления столбцов C06, C07, C08 и. Прочность наращивать конкретные колонки С02 1,14 раза выше, чем Колонка C01, основанная на соотношении P ^ тах югу ^ / P ^ ^ orcc югу. Деформации (Надо признать, что эти различия могут быть обусловлены не только разницей в жесткостей воротники, но небольшие изменения в количестве осевые и изгибных жесткостей воротники колонке С02 были 1,31 и 2,88, соответственно, раз эти колонки C01.

Хотя очевидно, что предоставление flexurally жесткой ограничиваясь элементов оказывает существенное положительное влияние на степень лишения свободы, за большой разницы в жесткости воротники в этих колонках, кажется, имеет сравнительно небольшое влияние на прочность. Это, вероятно, потому, что уровень содержания в этих колонок во многом зависит от того, что воротник болты для относительно гибких компонентов по сравнению с УСЗ себя. Изменения в воротник жесткости, кажется, несколько более выраженное влияние на пластичность, чем сила ..

Повышение силы Колонном C07 и C08 являются 1,09 и 1,07, соответственно, раз в колонке C06 и силу повышения C08 Столбец 0,98 раза выше, чем Колонка C07. Осевой жесткости в воротники для столбцов C07 и C08 являются 1,31 и 1,62, соответственно, раз в колонке C06 и изгибных жесткостей являются 2,88 и 6,11, соответственно, раз в колонке C06. Осевые и изгибных жесткостей воротники Колонка C08 являются 1,24 и 2,12, соответственно, раз эти колонки C07. Эти существенные различия в жесткости воротники Колонном C06, C07, C08, и, как представляется, весьма незначительное воздействие на поведение колонн. Хотя выше конкретных преимуществ материала Колонном C07 и C08, возможно, уменьшило несколько их потенциальным силы за счет снижения бокового расширения, это явление объясняется в первую очередь высокий уровень удержания предоставляемый жесткой связи углу в сварных воротники. Это согласуется с выводами Хуссейн и Driver9 в предыдущем численное исследование, в котором было установлено, что на более высоких уровнях лишения свободы, силы укреплению конкретных становится менее чувствительным к изменению горное давление.

Многие существующие модели удержания оценить это явление и было впервые обнаружено в Ричарт, Brandtzaeg и Brown.13 Следует отметить, что численность повышение Колонка C07 очень немного выше, чем в колонке C08, несмотря на тот факт, что воротники нижнего жесткость. Такое расхождение объясняется изменчивость прочности бетона и модификации фактора 0,85. Сделан вывод о том, что, хотя предоставление изгибной жесткости в тесных элементов имеет значительные преимущества, очевидно, существует порог, за которым скорость увеличения выгод быстро уменьшается ..

Активный горное давление

Рисунок 7 показывает нагрузку колонке против болт силы (в середине рабочей части) для столбцов С02, C03, C04, C05 и. Начальные участки кривых почти вертикально, а это означает, что расширение конкретных незначительно в этом регионе. Когда колонна деформаций в исследуемом регионе достигает деформации бетона при неограниченном пике нагрузки, расширение конкретных становится быстрым и, следовательно, в силу затвора увеличивается. В реабилитации зданий, воротники будут установлены на колоннах в условиях служебной нагрузки. Практически без увеличения колонн происходит при обслуживании грузов, и, следовательно, горное давление для повышения пластичности и прочности колонны будут по-прежнему предстоит разработать.

Колонны С02 и C03 являются идентичными, за исключением, что C03 колонна первоначальной активной горное давление 2,24 раза выше, чем С02. Прочность укрепления C03 Колонка была 1,39 раза выше, чем С02. Колонка C03 выставлены более быстрого смягчения нисходящей ветви, чем колонки С02, как показано на рис. 4, однако деформаций при пиковых нагрузок были аналогичными. Нагрузки по сравнению с колонки болт силу кривые колонны С02 и C03 (рис. 7) не похожи. Существует быстрое снижение болт силу C03 Колонка после пиковых нагрузок, в сочетании с быстрым сокращением нагрузка на колонну. Это может быть связано с быстрым откола конкретных наблюдается между воротники из-за высоких растягивающих напряжений в этом регионе, что обусловлено более высоким давлением удерживающего и / или внезапного удлинения некоторых болтов приносит за счет повышения преднагрузки. Выполнение C03 Колонка лучше, чем С02 до пиковых нагрузок, и ожидается, что производительность C03 Колонка было бы лучше, до разрушения, если не сокращение горное давление имело место.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

В общей сложности 11 полномасштабных железобетонных колонн, которые были заключены с внешней стороны воротники УСЗ были протестированы в соответствии квазистатических концентрических загрузки, с множеством циклов применяется в двух случаях, которые проверили надежность удержания механизма. Общая цель этой программы исследований является изучение эффективности этой относительно простой системой внешнего заключения по реабилитации сейсмически недостаточным железобетонных зданиях. Испытания в настоящем докладе представить первый этап этого расследования. Влияние таких параметров, как тип ворота связи угол, расстояние между воротники, жесткость воротников, и воздействие активных удерживающего давление на материал ограничивается кривой были изучены. На основании результатов испытаний, следующие выводы были сделаны:

1. Внешние лишения свободы по воротники УСЗ имеет отличный потенциал для восстановления сейсмически недостаточным железобетонных конструкций путем улучшения как прочность и пластичность. Воротником колонны выставлены максимального коэффициента повышения силы 3,12 (графа C07, деформации при пиковой нагрузки, равном 0,026), рассчитывается на основе приведенной основной колонны, а максимум наблюдается напряжение в часы пик напряжения 0,043 (графа C05, силу повышения множитель, равный 2,57). Для сравнения, обычно ограничивается колонке удовлетворяющих пластического шарнира требованиям МСА 318 и CSA A23.3 (графа C00B), выставленных фактор силы укреплению 2,70 и напряжение в часы пик напряжения 0,030. Очевидно, что сравнительные преимущества в общей силы для воротником столбцов значительно больше, если учесть, что размер само ядро, значительно больше, о чем говорится в пункте 2;

2. Внешние лишения свободы по воротники УСЗ предотвращает отслаивание слоя бетона под воротники и тормозит откола от бортов. Эффективная площадь ядра ограничивается внешними колоннами Таким образом, значительно больше, чем у обычных колонн;

3. В среднем, колонны, ограниченном воротники с сварных угловых соединений показывают, повышение прочности, на основе уменьшенная площадь ядра, в 1,95 раза выше, чем эквивалентные колонны с болтами воротники. Штаммов на пике нагрузки конкретного ограничена двумя типами воротников сопоставимы, и в целом близки к 10 раз то, что можно было бы ожидать на неограниченном бетона. Нижняя деформация при разрушении экспозиции колонны со сварными воротники объясняется отсутствием пластичности сварных соединений в воротниках себя, и она может быть значительно увеличено более глубокого проникновения сварки;

4. Расстояние между воротники имеет глубокое воздействие на материал ограничивается кривой. Было отмечено, что при увеличении расстояния ясно примерно на 60%, повышение в конкретных численность была уменьшена в два раза. Влияние изменения в воротник расстояние от деформации при пиковых напряжений ограничивается конкретными было более заметным при больших расстояниях (более низкие уровни лишения свободы), и она стала менее влиятельной на небольших расстояниях (более высокие уровни лишения свободы). Эти замечания не ожидается, будет проводить на очень больших расстояниях, где степень лишения свободы является очень низкой;

5. Само присутствие воротники УСЗ имеет большое влияние на прочность из-за колонки, в частности, их высокой жесткости. При увеличении жесткости УСЗ повышение как прочность и пластичность было отмечено, несмотря на преимущества в силе, было относительно небольшим по сравнению с ростом в воротник жесткости. Для болтовых воротники, это связано с тем, что поведение зависит от деформации болтов, которые являются относительно гибких компонентов системы. Для изготовления сварных воротники, это связано с высоким уровнем удержания достигнутых наличием жесткой связи углу, который, в свою очередь, снижает влияние момент инерции членов УСЗ себя. Таким образом, при увеличении жесткости воротник, то черту, за которой скорость увеличения выгод быстро уменьшается, и

6. Столбец с относительно высокой начальной активного давления удерживающего показали улучшение поведения до пиковых нагрузок, но выставлены быстрого смягчения после пика части кривой, скорее всего из-за определенного сочетания быстрого скалывания конкретные между воротники и податливость болтов. Повышение прочности бетона в Отмечалось, что было 1,39 раза больше, чем в противном случае аналогичных столбцов путем повышения начальной удерживающего давление 2,24 раза.

Авторы

Это текущая программа исследований финансируется за счет естествознания и техники Научно-исследовательского совета Канады. Большой емкости универсальной испытательной машине, в которой две колонны рассматриваются в настоящем документе были испытаны была предоставлена Центром инженерных исследований в Эдмонтоне, Канада. Авторы также признательны Надежные трубы ООО, ООО "Юникон бетона и Master Builders за их пожертвования в осуществлении этого проекта.

Нотация

^ К югу с ^ = ^ к югу г ^ - ^ ^ м к югу = площадь бетона в валовом колонке сечение, мм ^ 2 ^ SUP

^ К югу ч = площадь поперечного сечения измеряется общий размер поперечной арматуры, мм ^ 2 ^ SUP

^ К югу со ^ = площадь основных ограниченной осевой периметру связи для обычных колонны, мм ^ 2 ^ SUP и / или общая площадь которого составляет колонке воротником колоннами, мм ^ 2 ^ SUP

^ К югу г = Общая площадь секции колонны, мм ^ 2 ^ SUP

^ К югу АС = области бетона с уменьшенной основные из-за скалывания бетона и параболических откола от связей и воротники, мм ^ 2 ^ SUP

^ К югу ш = общая площадь поперечного сечения продольной арматуры в интервал с и перпендикулярно к размерности ч ^ с ^ к югу, мм ^ 2 ^ SUP

^ К югу й = площадь поперечного сечения продольных стали, мм ^ 2 ^ SUP

E ^ к югу с = секущий модуль бетона, МПа

E ^ югу ы = модуль упругости стали, МПа

F ^ югу куб.см = P ^ югу конц ^ / ^ к югу с = приложенного напряжения на бетон только в колонку, МПа

е '^ к югу с = цилиндра прочность бетона, МПа

е '^ к югу сотрудничества = 0,85 е' ^ к югу с = неограниченном прочность бетона колонны, МПа

F ^ югу у ^ = предел текучести стали, МПа

F ^ югу YH = текучести обруч арматуры, МПа

ч ^ к югу с ^ = с размером поперечного сечения колонны основных измеряется центра tocenter вязи арматуры, мм

п = соотношение сил повышение

P ^ югу тах = максимальной нагрузки, в конкретных колонны (максимум P ^ югу конц ^), кН

P ^ югу конц = перевозимого груза в конкретных, кН

P ^ югу макс = максимальная несущая способность колонны, полученные от испытаний, кН

P ^ к югу о = 0,85 е '^ к югу с ^ (^ к югу г ^ - ^-й подпункт ^) ^ ^ к югу й е ^ к югу у = теоретический потенциал колонны, кН

P ^ югу ос = 0,85 е '^ к югу с ^ (^ к югу г ^ - ^ к югу-й) = теоретические возможности конкретного столбца, кН

P ^ югу ОКК = 0,85 е '^ с ^ к югу (к югу ^ со ^ - ^ к югу-й) = теоретические возможности конкретных основной колонны, кН

P ^ югу orcc = 0,85 е '^ к югу с ^ (^ к югу РСС ^ - ^ к югу-й) = теоретические возможности бетонного ядра уменьшается на отслаивание, кН

S = центра к центру расстояние связей или воротники, мм

т '= четкое расстояние между воротниками или связей, мм

ср '= четкое соотношение расстояния между воротником

Ссылки

1. Baldelli младший, JA, "Сталь Shear стен существующих зданий," Инженерная Journal, AISC, 1983, с. 70-77.

2. Абу-Elfath, H., и Ghobarah А., "Поведение железобетонных конструкций Реабилитирован с концентрическими стали связывать," Canadian Journal гражданского строительства, V. 27, 2000, с. 433-444.

3. Ghobarah, A.; Азиз, ST и Biddah, A., "Реабилитация железобетонных соединения Frame Использование гофрированной стали оболочки", ACI Структурные Journal, В. 94, № 3, май-июнь 1997, с. 283-291 .

4. Сяо Ю., и Ву, H., "Модернизация железобетонных колонн Использование частично Затвердевший стали Куртки," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 129, № 6, май-июнь 2003, с. 725-732.

5. Пристли, MJN; Seible, F.; и Чай, YH, "Разработка Руководство по оценке Модернизация и ремонт мостов на сейсмические характеристики, Доклад № SSRP-92/01 кафедры прикладной механики и инженерных наук, Калифорнийский университет Сан- Диего, Сан-Диего, Калифорния, август, 1992, 266 с.

6. Сакаи, К., и Шейх, SA: "Что мы знаем о конфайнмента в железобетонных колонн? (Критический обзор предыдущей работы и положения Кодекса)," Структурные ACI Journal, В. 86, № 2, март - Апрель 1989, с. 192-207.

7. Нил, KW, и Демерс, М., "удержание железобетонных колонн с армированных волокном композитных листов-экспериментальное исследование", Canadian Journal гражданского строительства, 26 В., 1999, с. 226-241.

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

9. Хусейн, MA, и водитель, Р. Г. Исследование методом конечных элементов на прочность и пластичность Внешне замкнутых прямоугольных и квадратных бетонных столбов, "Труды от Канадского общества по гражданскому строительству Ежегодная конференция, Виктория, Британская Колумбия, Канада, 2001.

10. Khaloo, AR, и Bozorgzadeh, A., "Влияние Ограничиваясь Хооп жесткости на изгиб на поведение высокопрочного легкого бетона колонны", ACI Структурные Journal, В. 98, № 5, сентябрь-октябрь 2001, с. 657-664.

11. Джанер, FC, и Бажант, ZP, "Поперечная конфайнмента, необходимые для нее размягчения бетона при сжатии," Журнал "Инженерная механика", ASCE, В. 128, № 12, декабрь 2002, с. 1304-1313.

12. Кассон Д., и Paultre П., "высокопрочных бетонных колонн, замкнутых прямоугольных связей," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 120, № 3, 1994, с. 783-803.

13. Ричарт, ИП; Brandtzaeg, A.; и Браун, RL, "Изучение разрушение бетона на сжатие при комбинированном подчеркивает, что" бюллетень № 185, Университет штата Иллинойс инженерно опытная станция, 1928, 104 с.

14. Krstulovic-Опара, N., и Thiedeman, ДП "Активный конфайнмента членов Бетон с Self-подчеркивая, композиты", ACI материалы Journal, В. 97, № 3, май-июнь 2000, с. 297-308.

Входящие в состав МСА Мунавар А. Хусейна Кандидат в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Университете Альберты, Эдмонтон, провинция Альберта, Канада. Его исследовательские интересы включают проектирование сейсмостойких сооружений и модернизация железобетонных конструкций.

Входящие в состав МСА Роберт Дж. Драйвер профессор гражданского строительства в Университете Альберты. Его научные интересы включают восстановление железобетонных конструкций.