Железобетонные Влияние оболочки-интерфейс на Монотонные Ответ Загрузка
Железобетонные (RC) оболочки наиболее часто используется для укрепления колонн. Общей практики подготовки интерфейс на основе практического опыта и состоит на увеличении шероховатости поверхности с применением связующего и в конечном итоге стали разъемы. Экспериментальное исследование было проведено, чтобы проанализировать влияние интерфейс обработки на структурные поведение колонны усилены оболочки RC. Семь колонка основе полномасштабной модели были построены. Три месяца спустя, колонны были усилены RC оболочки после их поверхность была подготовлена с учетом различных методов. Позднее модели были протестированы в соответствии монотонной нагрузки. Был сделан вывод о том, что для нынешних неповрежденных столбцов (то есть, где изгибающий момент сдвига силу коэффициент превышает 1,0 м), монолитные поведение составного элемента может быть достигнут даже без увеличения их шероховатость поверхности, с использованием связующего, или применения стали разъемы до укрепление ее оболочки RC.
Ключевые слова: бетон, укрепление их поверхность.
ВВЕДЕНИЕ
Оболочки является одним из наиболее часто используемых методов укрепления железобетонных (RC) колонок. С помощью этого метода, осевые силы, прочность на изгиб, и жесткость исходной колонке увеличивается. Хорошо известно, что успех этой процедуры зависит от монолитных поведение составного элемента. Для достижения этой цели, лечение интерфейс должен быть тщательно подобраны. Обычная практика заключается в повышении шероховатость поверхности раздела и применения связующего, как правило, эпоксидной смолы. Сталь разъемы также иногда применяется. Эти шаги включают в себя специализированные исполнения, время и стоимость. Что касается дополнительной бетонной смеси и в связи с уменьшением толщины пиджак, вариант, как правило, раствор с характеристиками самоуплотняющегося бетона (SCC) и высокопрочных бетонов (HSC).
В опубликованных экспериментальных исследований по этому вопросу, подготовка поверхности перед колонке оболочки всегда говорил. Ramrez и Brcena1 увеличил шероховатости столбцов, зазубрин; Bett, Клингнер и Jirsa2 представленных моделей для пескоструйной обработки света; Алькосер и Jirsa, Гомес 3, 4 и Гомеш и Appleton5 использовать отбойный молоток разоблачать крайних бетона ; Родригес и Park6 имел поверхности колонн слегка шероховатой на измельчение до рубашки, и Stoppenhagen, Jirsa и Wyllie7 использовать электрический конкретные молотком шероховатым spandrels. Хотя исследователи ссылаются на важность поведения интерфейса, количественный анализ его влияния никогда не reported.8
Исходные экспериментальные исследования был выполнен authors9, 10 количественно в малых образцов влияние: 1) шероховатость поверхности раздела; 2) с использованием связующего, 3) добавил бетонной смеси и 4) применение стали разъемы Прочность бетона в отношении конкретных соединений. Pull-офф тесты, наклонных сдвига испытания, и нажимаем-офф испытания были проведены, и был сделан вывод о том, что: 1) пескоструйная обработка является лучшим шероховатости лечения между теми, кто принят; 2) использование эпоксидных смол не улучшить интерфейс силы, если это пескоструйная обработка использовать, 3) добавить HSC увеличивает прочность интерфейс и 4) использование стальных разъемы не значительно увеличивает стресс интерфейс нарушение сцепления, хотя, после того, напряжения сдвига в значительной степени зависит от соотношения площади поперечного сечения стали разъемы и площадь поверхности раздела.
Основываясь на этих выводах, семь столбцов основе, полномасштабные модели были построены. Три месяца спустя, у каждой колонки была заключенная, с учетом различных способов обработки поверхности. Туэнтайейт дней спустя модели были протестированы в соответствии монотонной нагрузки. Цель этих испытаний заключается в анализе влияния интерфейс обработки на структурные поведение укрепить колонна под монотонные нагрузки.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Общей практики подготовить колонну RC должны подкрепляться кожух на основе практического опыта и состоит на увеличении шероховатости поверхности раздела с применением связующего и в конечном итоге стали разъемы. Основная цель этих процедур состоит в достижении монолитных поведение составного элемента. Результаты исследования представлены в настоящем документе позволяет инженерам выбрать наилучшее лечение на основе экспериментальных данных, а не эмпирические суждения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Все модели были построены в то же время. Материалов были выбраны бетона с 20 МПа характерные сжатие цилиндра прочности при 28 дней и стали с 400 МПа характерные приносит стресс. Размеров, утвержденных по разделу исходный столбец крест и железобетона толщиной куртка 0,20 х 0,20 м ^ 2 ^ SUP и 35 мм соответственно. Колонна высотой 1,35 м и высота соответствующего куртке 0,90 м. Колонна симметрично усилены с тремя барами, с диаметром 10 мм на каждой грани. Продольной арматуры на куртке был тот же, и было закреплено в основе в predrilled отверстия 250 мм в глубину, с коммерческой эпоксидной смолы. Поперечной арматуры колонны состояли из 6 мм в диаметре стремена расстоянии 150 мм и поперечной арматуры из добавленных куртка состояла из 6 мм в диаметре стремена расстоянии 75 мм и по фазе с теми, колонны (рис. 1), так как это Наиболее эффективным геометрии для получения монолитного поведение укрепить column.4.
Загрузка системы состоит из увеличения горизонтальной силой и постоянной осевой силы 170 кН. Это было достигнуто с гидравлическим домкратом, горизонтально на уровне 1,0 м от колонны основе, с обеих сторон, чтобы избежать навесных средних усилий и трубчатые системы из двух наборов из двух сварных профилей U, связанные с напрягаемой два сухожилия, натянутый с гидравлическим разъем (рис. 1).
основе модели "была зафиксирована в лабораторию плиты с помощью трубчатых системы из двух наборов два сварных профилей U, расположенных на основе целей. Каждая трубка была подключена к плите с двумя шпалами DYWIDAG (рис. 1). Силы натяжения по меньшей мере 50 кН, был установлен в каждой из этих баров, чтобы противостоять основе скольжения и вращения.
Осевая сила измерялась с помощью датчика нагрузки помещается между верхней множество сварных профилей U и гидравлического домкрата используется для применения осевых сил (рис. 1, Element). Горизонтальная сила была получена из разницы между значениями читать в две клетки нагрузки, расположенные на противоположных участках колонке сверху (рис. 1, элементы B и C). Напряженности установлены в барах DYWIDAG измерялась с четыре нагрузки клеток (рис. 1, элементы D через G). Введенных горизонтального перемещения измерялась с помощью датчика перемещений (рис. 1, Element H).
Тензометры были связаны с продольной и поперечной арматуры колонны и дополнительные конкретные куртка (рис. 1). На каждой центральной панели, рядом с фундаментом, были связаны тензодатчиков (рис. 1, Элементы с 1 по 4 и 7 до 10). На втором стремя снизу, как колонны и конкретные куртки, также были связаны тензодатчики, в противоположных ветвей (рис. 1, 5 элементов, 6, 11 и 12).
Характеристики семь моделей испытания были определены в соответствии с выводами исследования о поведении соединений выполняется authors.9, 10 первая модель (M1) был оставлен unstrengthened в качестве референтного образца. Вторая модель (M2) была укреплена nonadherent куртку, материализованные с тонкой, трудно, смазанный слой сделан на интерфейс. Цель использования этого второй модели заключается в достижении нижней границы структурных поведение составной модели. Третья модель (M3) было произведено монолитно достичь верхнего предела, что поведение. Четвертая модель (M4) была усилена оболочки, без какого-либо интерфейса лечения. Пятой модели (M5) была усилена оболочки после ее поверхности раздела лечили пескоструйной обработки. Этот метод подготовки поверхности был выбран потому, что возникла высокие значения прочности на сдвиг и растяжение силы, полученные с косой срез и испытания отрыва тесты, respectively.9 По той же причине, связующего не была использована. В самом деле, значение предела прочности сдвига, полученные с косой образцов сдвига и значение предела прочности напряженности, полученные с отрыва образцов были выше, с интерфейсом поверхности, подготовленной с пескоструйной обработки, чем с поверхности раздела подготовлены с пескоструйной обработки следует эпоксидной смолы application.10 шестой модели (M6) была усилена оболочки после ее поверхности раздела были подготовлены пескоструйной обработки и стали разъемы были применены.
Хотя значения нарушение сцепления прочность на сдвиг нажатием от образцов ни один, два, четыре или шесть разъемов стали были одинаковыми, соответствующие значения прочности на сдвиг максимума, после этой точки, были почти прямо пропорционально числу стали Разъемы employed.10 По этой причине было принято решение рассмотреть эту модель. Наконец, седьмой модели (M7) была усилена оболочки после пескоструйной обработки его поверхности раздела и после осевая сила была применена. Здесь целью было проанализировать разницу между укреплением колонны с учетом и без осевой силы уже применяется. Второе положение подразумевает, в большинстве практических ситуаций, активной опорной колонны с дополнительными расходами. Характеристики этих семи моделей приведены в таблице 1 ..
В связи с позитивными результатами, достигнутыми с высокопрочного бетона, 10 все добавил куртки было подано коммерческих раствора с характеристиками ГТК и HSC, за исключением используемых в конкретных куртка модели M3, который был таким же, как использовать в исходный столбец, так как они были брошены в то же время.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты испытаний, проведенных монотонной с семью описаны модели проанализировано несколько параметров во внимание: 1) растрескивания образца; 2) измеряется уступая нагрузки, в том числе по сравнению с теоретическими значениями, 3) максимальной нагрузки, а также по сравнению с теоретическими значениями; 4 ) начальная жесткость и секущая жесткость, 5) осевой нагрузки стабильности, поскольку было решено держать его между 160 и 180 кН; 6) деформированного состояния колонны и добавил куртку баров и 7) расчет колонны и добавил куртку взносов глобальной силы.
Анализ структуры растрескивания наблюдается в каждом из семи моделей единственный параметр можно ознакомиться на сайте, чтобы сравнить их структурных поведения. На верхней куртки, только сечение, где границы раздела было видно, не трескает было зарегистрировано, за исключением M2 модель, в которой несоблюдение между первоначальной колонки и пиджак был произведен. Все модели с добавлением RC оболочки показал Аналогичная картина трещин (рис. 2), за исключением модели M2 (рис. 3). Дробления уровне конкретных была значительно ниже, чем на модели, которые были укреплены куртки HSC, чем в nonstrengthened модели (M1) и в монолитных модели (М3), как литье с НБК (нормальной прочности бетона) только.
Уступая нагрузка определяется по разности между значениями, полученными на две нагрузки клетки загрузке системы (рис. 1, элементы B и C), когда измеряемое напряжение в продольных балок, достигнутым уступок. Аналитический подход, также была проведена предсказать уступая нагрузки, предполагая, две гипотезы: общей и несоблюдение идеальное сцепление куртку. В первом случае предполагается, что радиус кривизны исходный столбец и добавил куртки были такими же, при поддержке сечения. Для второго случая, совместимый диаграмм деформации исходный столбец и добавил куртку на поддержку сечение было предположить. Экспериментально определены значения стали уступая штамм был зафиксирован на самом натянутый барах добавили куртке. Деформации схема была создана итеративно, пока соответствующая диаграмма напряжений представлены результирующая сила и то же значение измеряется осевой силы. Она была принята схема параболы прямоугольника напряжений для бетона. В результирующий момент изгиба, уступая силе можно легко определить.
Для модели M7, укрепилась после осевая сила была применена, процедуры, принятой для определения того, приносит силу теоретических был адаптирован с учетом исходной диаграммы деформации благодаря тому, что нагрузки. Учитывая идеальной связи, относительная погрешность между экспериментальными и теоретическими стоимость колебалась от -5,2% до 6,7% (табл. 2), за исключением модели M2. Принимая во внимание общую несоблюдение относительная погрешность между экспериментальными и теоретическими стоимость колебалась от -31,8% до -22,7% (табл. 2), по той же модели. Это приводит к выводу, доказано путем визуального осмотра, что нет пиджака нарушение сцепления в любой модели, за исключением M2. Для этой модели относительной ошибки о которых шла речь 14,9% и -14,5%, соответственно (табл. 2), указав, что несоблюдение желаемого не полностью достигнута. На рис. 4 теоретических (nonadherent и монолитных) значения и экспериментальные значения уступая нагрузки каждой модели приведены ..
Экспериментальное значение максимальной нагрузки была получена из максимальная разница измеряется между двумя нагрузки клетки загрузке системы (рис. 1, элементы B и C). Аналитическое исследование, также была разработана для прогнозирования максимальной нагрузке, исходя из той же условий, которые предусмотрены общей несоблюдение и совершенное сцепление куртку. Алгоритм упомянутые ранее была изменена для того, чтобы зафиксировать конкретные конечной деформации при самых подчеркнул конкретных волокон, а не фиксации стали приносит напряжение в наиболее натянутый баров. Учитывая идеальной связи, относительная погрешность между экспериментальными и теоретическими стоимость колебалась от -1,9% до 6,7% (табл. 3), за исключением категорий М2 и M5. Принимая во внимание общую несоблюдение относительная погрешность между экспериментальными и теоретическими стоимость колебалась от -28,1% до -15,4% (табл. 3), по той же модели, что подтверждает вывод об отсутствии проскальзывания между первоначальной колонки и добавил куртку произошли в этих моделей. В модели M2, экспериментальное и теоретическое значение подтвердил, что его поведение было между теоретическими поведение идеальной связи и абсолютное отсутствие трения.
Для модели M5 экспериментальное значение было 16,7% больше, чем теоретическое значение, полагая, совершенный связи (табл. 3), а также недостаток экспериментальных процедур было обнаружено, поэтому этот тест не было рассмотрено. Модели с полностью HSC-связанных куртки представлены аналогичные горизонтальной силы от перемещения кривых (рис. 5, кривая M6). Кривая Модель M2 был похож, но с меньшим сопротивлением (рис. 5, кривая M2). Она также может быть сделан вывод, что сопротивление укрепить моделей, включая модели M2, гораздо больше, чем nonstrengthened модель (рис. 5, кривая М1) ..
Было отмечено, что сопротивление монолитных M3 Модель была несколько хуже, чем модели M6, вероятно, объясняется тот факт, что конкретные М3 пиджак модель нормальной прочности бетона и бетона модели M6 куртке коммерческих раствор со средней прочность на сжатие около 80 МПа. Модель M7, идентичные модели M5, за исключением того, что она была усилена после осевая сила была применена, показали, что подобное поведение по отношению к другой модели с HSC прекрасно связан куртки. Можно сделать вывод, что для принятых условий, тот факт, укрепления операции выполняются с или без осевой нагрузки, не влияет на структурные композитных поведения. На рис. 6, теоретические (nonadherent и монолитных) значения и экспериментальные значения максимальной нагрузки каждой модели построены.
Первоначального определения жесткости семь монотонно испытания моделей осуществляется на основе горизонтальной силы от перемещения кривых (рис. 5). Начальная жесткость моделей были получены путем интерполяции многочлена (с учетом всех значений до уступая деформации) наиболее натянутой арматуры. Секущая жесткость была получена путем деления экспериментальное значение горизонтальной приносит силу соответствующего смещения (рис. 7). Только соответствующие выводы из этого параметра в том, что начальная жесткость и секущая жесткость усиленной модели гораздо выше, чем у оригинала колонки и секущая жесткость моделей с совершенно связанных пиджак немного выше, чем у модели с nonadherent куртку.
Принятые сокращения осевой стоимость дизайн силой 0,4, давая применяется значение осевой силы 170 кН. В предварительных испытаний было проверено, что сохранение этого значения постоянной столкнулся с определенными трудностями. По этой причине он находился между 160 и 180 кН. Из-за взаимодействия между осевой силы и изгибающего момента, что важно обеспечить, чтобы его значение не выходит из диапазона, либо поведение различных моделей нельзя сравнивать. В некоторых тестах значение осевой силы управляется вручную, и в других она была автоматически. Во всех моделях осевой уровень силы находиться в пределах определенного диапазона.
Эффекты, которые мобилизуют усиление поперечных хомутов являются: 1) горизонтальные напряженности Пуассона эффект за счет сжатия в сочетании с изгибающий момент; 2) наклонные стойки напряженность из-за сдвига; и 3) перераспределения напряжений в связи с растрескивание бетона. Это сложная система породила значительные различия между деформацией измеренных тензометрами связанных противоположных ветвей одного и того же стремя. Несмотря на это, можно сделать вывод, что штамм исходное значение стремя колонке была значительно выше по nonstrengthened модели, M1, чем на укрепление моделей. На монолитной модели и модели с nonadherent куртку, M3 и M2, соответственно, стремя оригинальные колонны и куртки стремя в равной степени напряженными. В моделях с совершенно связанных пиджак, штамм значение куртку стремени (рис. 8) был значительно выше, чем у оригинального стремя столбца (рис. 9). Это свидетельствует о том, что в этих моделях, конкретные заключения в основном из-за куртку стремена ..
Деформации диаграммы на основе сечение каждой модели был еще один параметр, принятых для анализа и сравнения поведения модели. Куртка и столбцов аналитической строились с аналитически определяется продольной деформации укрепления бар. Соответствующие экспериментальные диаграммы были наложены на них для сравнения (рис. 10 и 11). Для ситуации образовывать сила, приложенная, согласие между экспериментальными и аналитических диаграмм, предполагая, идеальное сцепление куртку, была хороша для всех моделей (рис. 10), за исключением модели M2, подтвердив, что все эти модели себя монолитно зависит от обработка поверхности раздела. Для модели M2, хотя наложение экспериментальные схемы и аналитические диаграммы (при условии полностью nonadherent куртка) не является идеальным (рис. 11), ясно показали, что скольжение добавил пиджак, что произошло.
Из-за хороших результатов, полученных с аналитическим подходом, последняя была использована для анализа вклада исходный столбец и добавил куртку осевой силы и горизонтальное сопротивление нагрузки.
Был сделан вывод о том, что по отношению к осевой силы, добавил пиджак был подвергнут: 1) нулевой силы сжатия в случае вполне конкретные nonadherent опалубка, 2) сжатия сила, равная осевой силы в случае монолитной модели и 3) сжатия значительно выше, чем осевые силы в случае всех прочих моделей укрепить; оригинала колонке подвергаются силы натяжения для таких ситуаций.
Был также сделан вывод, что приносит силы противостояли: 1) 41% от первоначальной колонны и 59% по куртке и в случае вполне конкретные nonadherent опалубка; 2) 23% от первоначальной колонны и 77% на куртку При монолитной модели и 3) между 10 и 14% от первоначальной колонки и от 90 до 86% к куртке и в случае всех других укрепить моделей.
ВЫВОДЫ
Анализ результатов этого экспериментального исследования позволили сделать следующие заявления:
1. Все модели себя монолитно зависит от принятого метода подготовки интерфейс, за исключением модели M2, в которых несоблюдение на куртке был спровоцирован;
2. Даже модели M2 представлены структурные поведения между теоретической модели прекрасно трения и теоретические прекрасно сторонником модели;
3. Будь укрепления операция была проведена с или без осевой нагрузкой не оказали существенного влияния на принятые условиях;
4. Сопротивление укрепить модели была значительно выше, чем у оригинального столбца и немного выше, чем в монолитных модели;
5. Жесткость усиленной модели была значительно выше, чем у оригинального столбца;
6. Поперечной арматуры штамм исходный столбец был значительно выше в nonstrengthened модели, чем в усиленном моделей, хотя горизонтальные силы, применяемой в первом случае составляет менее половины соответствующего значения в других случаях, а также
7. Вклад сторонником куртку горизонтальной силы сопротивления колебалась от 86 до 90%.
Это означает, что текущий неповрежденных колонок (именно с изгибающий момент) с сдвига соотношения сила большая, чем 1,0 м, монолитного поведение составного элемента может быть достигнут даже без увеличения их шероховатость поверхности, с использованием связующего, или применения стали разъемы до укрепление ее оболочки RC. Следует отметить, однако, что для других условий, таких, как RC краткое колонны и или повреждение RC колонны, эти выводы могут не применяться.
Это исследование было также подтверждено, что RC оболочки является очень эффективным укрепления техники, что приводит к значениям сопротивления и жесткости укрепить колонке значительно выше, чем исходный столбец.
ACKOWLEDGMENTS
Авторы выражают благодарность Sika, Hilti, Бето Лиз, Fivinte, DYWIDAG, Pregaia, Cimpor, и Сесил за их сотрудничество в этом исследовательском проекте.
Ссылки
1. Ramrez Ортис, JL, и Brcena Диас, JM, "Усиление эффективности Низкое качество железобетонных колонн Укрепление на две различные процедуры," Informes де-ла-Construccin, № 272, июль 1975, с. 89-98 . (На испанском)
2. Бетт, BJ; Клингнер, RE и Jirsa, JO, "Поперечная Ответ нагрузка Укрепление и ремонт железобетонных колонн," Структурные ACI Journal, В. 85, № 5, сентябрь-октябрь 1988, с. 499-508.
3. Алькосер, S., и Jirsa, J., "Оценка Ответ железобетонных соединения Frame Переработанная по оболочки", Труды Четвертой США по национальной конференции по сейсмостойкого строительства, В. 3, май 1990, с. 295-304.
4. Гомес, А., "Поведение и усиления железобетонных элементов, подвергнутых циклической нагрузки", кандидатская диссертация, Высшей Tcnico, 1992, 333 с. (На португальском)
5. Гомес А., Appleton, J., "Экспериментальные испытания Укрепление железобетонных колонн, подвергнутых циклической нагрузки", Revista Portuguesa-де-де Engenharia Estruturas, № 38, 1994, с. 19-29. (На португальском)
6. Родригес, М., Парк Р., сейсмических исследований нагрузка на железобетонные колонны усилены оболочки ", ACI Структурные Journal, В. 91, № 2, март-апрель 1994, с. 150-159.
7. Stoppenhagen, DR; Jirsa, JO, и Уилли, Л. А.-младший, "Сейсмическая Ремонт и укрепление серьезно поврежден железобетонный каркас," Структурные ACI Journal, В. 92, № 2, март-апрель 1995, с. 177-187.
8. Jlio, ES; Бранко, F.; и Силва, В. Д. Структурные реабилитации колонок с использованием железобетонных оболочки, "Прогресс В строительной техники и материалов, V. 5, № 1, январь-март 2003, с. 29-37.
9. Jlio, ES; Бранко, F.; и Силва, В. Д. бетона к прочности бетона-Влияние шероховатости поверхности подложки, "Строительство и строительные материалы, V. 18, No 9, с. 675-681.
10. Jlio, ES, "Влияние интерфейс на поведение Столбцы усилены железобетонные оболочки", кандидатская диссертация, Университет де Коимбра, 2001, 274 с. (На португальском)
Эдуардо НБС Jlio является доцентом в университете Коимбры, Португалия. Он получил докторскую степень в университете Коимбры в 2001 году. Его исследовательские интересы включают структурные укрепление и восстановление зданий и памятников.
Входящие в состав МСА Фернандо Бранко Б. является профессором IST (Технический Университет Лиссабона) и глава строительного сектора. Он является членом комитета ACI 342, Отметка бетонных мостов и мостовых элементов. Его исследовательские интересы включают дизайн, реабилитации и технологии строительства бетонных конструкций.
Vtor D. Сильва является доцентом в университете Коимбры. Он получил степень доктора наук на факультете аэрокосмической инженерии в университете Штутгарта, Германия. Его исследовательские интересы включают моделирование реологических конструкционных материалов, главным образом, вязкоупругости и упруго-вязко-пластичности, нелинейной структурного анализа в том числе геометрической нелинейности и восстановление гражданских инженерных сооружений.