Новые поперечной арматуры для армированных волокном Полимер-армированных и предварительно напряженного железобетона
Для армированных волокном полимера (FRP) материалов для размножения в качестве внутреннего армирования и предварительного напряжения сухожилий для железобетонных конструкций, их следует использовать рационально, чтобы неоспоримых преимуществ, что эти материалы обладают быть потеряны из-за плохого дизайна. В данной работе представлены результаты исследований, проведенных в сдвиговых поведение FRP армированных и предварительно напряженных FRP-бетонных балок, содержащие непрерывные FRP винтовой усиление поперечных. Двенадцать испытания были проведены на обычных армированных балок и на 15-FRP предварительно напряженных железобетонных балках. Результаты показали, что по всей глубине несвязанных прямоугольной спирали являются более эффективными, чем несвязанных круговой спиралью на равных количеств материала. Полностью связями по всей глубине спирали системы, в сочетании с полной связью сжатия зоны круговой системе спирали, привело к значительному деформируемость и пластичности. Предполагается, что данная конфигурация высокий потенциал сдвига и подлинного пластиковой основе пластичности при сдвиге краха. Сравнение результатов эксперимента и существующих прогнозов руководство по проектированию представлены, что свидетельствует о консервативный характер ACI-440.1R-03 сдвига положение ..
Ключевые слова: волоконно-армированные полимерные; предварительного напряжения; сдвига.
(ProQuest-CSA LLC: ... обозначает формулу опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Обычных стальных железобетонных конструкций может ухудшаться с течением времени из-за коррозии арматуры. Степень хлоридов в бетон и сатурации может способствовать коррозии. Один из способов избежать коррозии стали, чтобы избежать стальной арматуры, используя в основном коррозионно-полимерных альтернативы. Армированных волокном полимера (FRP) материалов уделяется большое внимание в течение нескольких лет в качестве возможной стратегии арматуры для железобетонных конструкций. FRP укрепление много хорошо документированы преимущества (свет, немагнитные и коррозионно в основном, к примеру) и недостатки (дорого, низким жесткости и хрупкого упругих недостаточности).
Существует мало сомнений, что относительные расходы является ключевым фактором того, почему FRP подкрепление в настоящее время не используются более широко в месте стали. Кроме того аргумента, что оружия на использование подкрепления FRP естественно, понизить ее стоимость с течением времени, крайне важно, чтобы эти материалы будут использованы эффективно и в соответствии с рациональными набор руководящих принципов, а не просто в качестве прямой замены на сталь. Весьма вероятно, что такое использование высокоэффективных ФРП приведет к укреплению стратегий для конкретных структур, которые во многом не похожи на нынешние механизмы steelreinforced situation.1
Железобетона представляет собой композиционный материал, использующий способность стальной уступить обеспечить вязкий режим безотказной работы важным элементом хорошего дизайна. С другой стороны, FRP хрупок, и поэтому требуется пластичности в конкретных FRPreinforced должны как-то быть предоставлены конкретные себя. Burgoyne1 предложил использование винтовых укрепление FRP ограничиться сжатия зоны FRPreinforced и волокнита предварительно напряженных железобетонных балок, обеспечивая тем самым увеличить потенциал деформации в бетоне, который в свою очередь приводит к увеличению потенциала под изгиб пластичного energyabsorbing условиях. Как зоне сжатия и обеспечивает основной механизм сдвига в передаче, бетон, кажется разумным, что FRP спиралью в зоне компрессии должен функционировать как дуально ограничиться конкретными и оказывать сопротивление сдвигу.
Обычных железобетонных содержит отдельных изогнутых стремена, как правило, прямоугольной формы. Если попытаться повторить такие стремена в FRP-железобетона, было показано, что FRP стремена, как правило на неудачу преждевременно, особенно если перехвачены сдвиговая трещина в непосредственной близости от изгиба portion.2 Кроме того, сбой в любом месте, где стремя FRP не может debond обе стороны от трещины сдвига достаточно. Это может быть вызвано высоким уровнем связи, что приводит к местным перенапряжение, в свою очередь, приводит к перенапряжению и местных rupture.3 Кроме того, было показано, что концентрация напряжений, наведенного на углу полностью связан стремя FRP можно уменьшить силу в этом регионе до 30% от прочности на растяжение fibers.2, 3 Очевидно, что связь и геометрия укрепление FRP являются ключевыми элементами в понимании и эффективное использование этого материала сопротивляться сдвига в бетон. Таким образом, настоящий документ призван продемонстрировать эффективное использование таких волокнистых материалов для укрепления бетонных конструкций на разрушение при сдвиге, имея в виду, что же (винтовой) укрепление призван ограничить бетона на изгиб причинам ..
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Если много преимуществ материалов FRP в качестве внутренних железобетонных конструкций должны быть реализованы, крайне важно, что эффективное использование из них. Это требует от изгиба и сдвига стратегии укрепления быть разработаны рациональные и полного использования всех составляющих материалов. Эта статья посвящена новым FRP сдвига стратегии укрепления, в которых оба бетона и FRP применяются для максимальной выгодой.
ПЛАНИРОВАНИЕ BEAM ИСПЫТАНИЯ
Вступительное слово
Существует возможность, что усиление сжатия зоны в виде спиралей FRP, настоящее для изгибных причинам, 1 может обеспечить сопротивление сдвигу. Это может происходить в удерживающего материала, обеспечивающая определенную защиту сжатия зоны перехвата распространяющейся трещины растяжения, своим присутствием, предусматривающим более пластичного провал, и его устойчивость к открытию сдвига разрывов непосредственно через растягивающие растяжения.
Для использования FRP эффективно, как изгиб арматуры для железобетонных конструкций, баров должны быть предварительно напряженных заниматься больше их деформации потенциала, что привело к жесткой и сильной structure.1 Таким образом, рассмотрение вопроса о более эффективной волокнита из предварительно напряженного железобетона, пожалуй, более актуально, чем что из волокнита железобетонные в проведении такого расследования. Испытания FRP-железобетонных балок, однако, были проведены в этом исследовании на начальном этапе, тем самым позволяя оперативной оценки влияния различных стратегий укрепления сдвига, которые впоследствии могут быть исследованы в предварительно напряженных условиях. Таким образом, более эффективных форм поперечной арматуры, были приняты вперед и вновь рассматривается в соответствии с предварительно напряженных условиях, а заявка на формы была отвергнута. Более того, чтобы сделать прямое сравнение между FRP армированных и волокнита предварительно напряженные балки, эффективная глубина держали же для обоих наборов тестов.
Образцы подробнее
Ibell Burgoyne3 и предположили, что геометрия и связи (в том числе населенный пункт связи) имеют первостепенное значение в выполнении FRP поперечной арматуры. Поэтому, чтобы изучить эти аспекты, следующие FRP сдвига стратегии укрепления были заняты в FRPreinforced и FRP предварительного напряжения прямоугольной бетонных балок.
1. Круговая спираль, полностью связанных или полностью несвязанная, расположенных в верхней части пучка в зоне изгиба сжатия (рис. 1 (а));
2. Круговая спираль, полностью связанных или полностью несвязанная, под углом сдвига зоны, в соответствии с принципами основных сжатия (рис. 1 (б));
3. Непрерывная драпированные прямоугольной спирали, полностью не тая, связанных с перерывами или полностью несвязанная, расположенных по всей глубине сечения (рис. 1 (с)), а
4. Два взаимосвязанных прямоугольных драпированные спиралью, совершенно несвязанные, расположенных по всей глубине сечения (рис. 1 (г)).
Есть свои преимущества и недостатки каждого из этих механизмов, в том числе легкость (или отсутствие легкости) строительства, связи управления и местного концентрации напряжений на поворотах. Совершенно несвязанные FRP спиралью на самом деле изготовлены из 4 мм в диаметре (номинальная) гладкой оболочкой веревку Parafil, сам содержащий 3 мм в диаметре (номинальная) основных типа G кевлар. Хотя основные преимущества использования таких несвязанных укрепление заключается в предотвращении местных перенапряжений на трещины, основной проблемой является большое напряжение, необходимых для включения волокон в эффективной и действенной основе. Таблица 1 содержит данные завода-изготовителя для веревки Parafil использоваться в настоящем документе.
Для производства полностью связан спиралью, обнажил Parafil веревку пропитанной эпоксидной смолой, обернутые вокруг трубы, и оставил на исцеление, создавая тем самым арамидных FRP (AFRP) спирали. Для создания связанного с перерывами спиралью, короткие участки обшивки по иным fullysheathed веревки были сняты на местном уровне и подвергаются волокна пропитанной смолой, создавая местные связанных якорь. Эта процедура также проводится на концах каждой спирали (будь то несвязанных или периодически связанных), чтобы создать конце креплений. Подробное описание процесса производства и процедуры тестирования осуществляется Whitehead.4
Арамидного предварительного напряжения элемента (ARAPREE) арматуры используются в настоящее время экспериментальные программы в продольной арматуры и / или предварительного напряжения сухожилий в пучках. ARAPREE является составной бар, состоящий из непрерывных однонаправленных волокон арамидных встроенные в эпоксидной смолы и волокна объем составляет примерно 35 к 45%. Песчинки пальто поверхности панели по укреплению связей с бетоном. Таблица 1 содержит данные завода-изготовителя для ARAPREE баров и сухожилия использовались в данном документе.
Погрузка механизмов образцов приведены на рис. 2. Тензометры были прикреплены к сухожилий до претензиозность следить за изменением напряжения, тем самым установлению эффективного уровня предварительного напряжения в балках. Увеличение напряжения в сухожилиях также измеряться в ходе тестирования. Первоначальный уровнях предварительное напряжение в сухожилиях, были в районе 45% от конечной прочности безопасный уровень возможно с помощью клина и ствол системы. Все пучком образцы были загружены монотонно на провал.
Винтовой усиление сдвига должно было состояться в положении во время литья. Это потребовало использования четыре 2,5 mmdiameter AFRP стержней, расположенных на внутренней стороне каждой спирали, чтобы сохранить ее форму. Существовал возможность того, что этот дополнительный продольной арматуры будет влиять на результаты, особенно в ситуациях, когда обе круглой и прямоугольной спирали использоваться одновременно (так что в общей сложности восемь таких барах настоящее время). Таким образом, несколько образцов контроля были проверены под усиленной и предварительно напряженных условиях, содержащих различные количества дополнительных малого диаметра баров AFRP.
Бетонные детали
Бетонной смеси для всех пучков была аналогичной, и высокой дальности водоредуцирующим примесь была использована для получения более высокой прочностью в раннем возрасте, чтобы оптимизировать программу испытаний. Сжимающие сильные куб для конкретных использоваться в образцах (в соответствующих случаях) приведены в таблице 2 и 3.
Тестирование установки
Каждый луч был проверен с одного конца удержал и других свободных свернуть по горизонтали. На рисунке 3 показана фотография загрузки установки для всех образцов. Нагрузка применяться с использованием 30 тонны гидравлического домкрата. Луч стали разбрасыватель был использован для передачи нагрузки на два места на пучок. Перемещение преобразователи были помещены обе стороны из двух точек нагрузки, в центре пучка, так и по горизонтали на поддержку пластины ролика конец измерения горизонтального движения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Рисунок 4 и 5 показывают, прогиба от нагрузки для всех участков FRPreinforced и FRP предварительного напряжения образцов, соответственно. Обратите внимание, что луч образцов 2, 3, 6, 7 и 9, не включены в рис. 4, а полные данные прогиба от нагрузки на эти два испытания были недоступны из-за временных проблем с программным обеспечением. Соответствующие конечной грузоподъемностью и отказов для пучков приведены в таблице 2 и 3 для всех FRP армированных и волокнита предварительно напряженные балки, соответственно. Pu нагрузка представляет собой общую применяется предельной нагрузки, превышающие пучка мертвый груз, который привел к выходу из строя каждого луча.
Отказов подразделяются на пять типов, представляющих три сдвига видов отказов и два изгиба представляющих отказов и повреждений. Возможных видов отказов сдвига были сдвига напряжения сжатия и сдвига (и относительно хрупкие), а также изгиб сдвига (относительно пластичной). Прочность неудачи произошли либо изгибе напряжения (очень хрупкие, включая разрыв подкрепление) или изгиба сжатия (относительно пластичной при сжатии, включая дробление зоны бетона при сжатии).
Все FRP армированные образцы были протестированы с сдвига службы для эффективной глубины отношение (/ д), 3,1, и, если не указано иное, все волокнита предварительно напряженные балки были испытаны с / д 2,6 примерно 40% эффективность предварительного напряжения (в соответствии с Потери от начального уровня угон).
DISSCUSSION из армированных волокном полимер-REINFORCED ОБРАЗЕЦ ПОВЕДЕНИЯ
Жесткость всех армированных образцов, восстановленных после первоначального трещин от изгиба, пока все изгиб трещины сложились и стабилизировалась (в пределах от 25 до 30 кН), после чего произошло незначительное увеличение изгибной жесткости (рис. 4). Потому что AFRP бары снизили жесткость по отношению к стальной прокат, вновь образующихся трещин в FRP армированных образцов изначально дольше и менее устойчивы, чем трещин, образовавшихся в steelreinforced бетона. Из-за такой сравнительно низкой жесткости, однако, выгоды от напряженности жесткости эффекты, как представляется, более выраженное в ответе прогиба от нагрузки, которую можно увидеть здесь на некоторое увеличение изгибной жесткости раз трещины стабилизировались.
Волоконно-армированных полимерных армированных образцов, содержащих непрерывного несвязанных круговой спиралью
Луч 2, содержащий непрерывной круговой спирали на 40 мм, шаг находится полностью в верхней части света, показало, без увеличения при сдвиге потенциала в течение соответствующего образца контроля (Beam 3), как видно из таблицы 2. Небольшое увеличение сдвига потенциала было отмечено Луч 7, содержащий несвязанные спираль с шагом 20 мм.
Улучшение возможностей сдвига армированных пучков была получена рыбалки несвязанных спиралью сдвига зоны идут по линии основных сжимающие напряжения (рис. 1 (б)). Улучшения были такие, что пучок содержащий 20 мм с шагом спирали (Beam 9) не в режиме изгиба. Вполне вероятно, что спираль действовали для поддержания целостности потрескавшегося бетона, перехватывая сдвиговых трещин, тем самым повышая деформируемость. По рыбалки спиралью, более петли перехватили основные разрыва сдвига, что позволяет высших сил будет создан в винтовой ноги, пересекая разрыв в меньшей глубине в балке, где сдвига разрыв был широкий.
В этих образцах, провал сопровождался нижней части пучка (зона растяжения) отделяется от верхней части по уровню ARAPREE баров. Это разделение, кажется, произошло из-за высокой деформируемости ARAPREE баров, которые побудили растягивающих радиальных напряжений в бетоне. В попытке предотвратить это, и положение поперечной арматуры ниже в пучок (где ширина трещины сдвига является крупнейшим), использование на полную глубину прямоугольных драпированные спиралью считалось, что обсуждается в следующем разделе.
Железобетонная образцы, содержащие непрерывные несвязанных прямоугольной спирали
Использование непрерывной по всей глубине несвязанных прямоугольной спирали оказались более эффективными, чем эквивалентные круговой спиралью для равного количества материалов (8 Балки и по 2 содержит аналогичные величины усиления, так же как Балки 11 и 7), как показано в таблице 2. Это означает, что ограничивая действие несвязанных спирали является менее важным, чем вертикальные растягивающие потенциала в борьбе против как сдвига и продольное расщепление по укреплению уровне.
Луч 5, содержащий драпированные прямоугольной спирали на большой шаг 120 мм, показал фактически нулевой повышение при сдвиге потенциала по сравнению с 4 луча, контроль образца, содержащего четыре 2,5 мм в диаметре AFRP стержней (как поддерживать форму прямоугольной спирали в луч 5). Это не было полной неожиданностью, поскольку такой большой шаг привел бы к двум невыгодных последствий. Во-первых, прочность на сдвиг были бы сокращены в результате меньше ноги через трещины сдвига, а во-вторых, угол драпировать бы увеличить (по отношению к вертикали), что одна нога стала бы эффективной и противоположной ноги почти полностью неэффективными. Действительно, интересно, что наблюдаемые режим отказа для луча 5 предусматривает существенную вращательных (скручивание) перемещения по поверхности сдвига провала.
Образцы, содержащие непрерывные прямоугольные несвязанных спиралью с шагом 40 мм (Балки 11 и 12) или 80 мм (Beam 8) оказалось, успешно противостоят сдвига по сравнению с контрольными образцами (Beam 1 или 10, в зависимости от соответствующих количество продольной арматуры ). Балки 11 и 12 не удалось в изгиба сжатия на расширение возможностей по сравнению с контрольными образцами; Луч 11 не удалось при нагрузке 15,5 кН (31%) выше, и ширина 12 на 9 кН (14%) выше. Луч 8 неудачу в сдвиговые напряжения, а его неспособность мощность 10 кН (20%) выше, чем у контрольного образца.
DISSCUSSION из армированных волокном ПОЛИМЕР предварительного напряжения ОБРАЗЕЦ ПОВЕДЕНИЯ
Хотя использование несвязанных винтовой укрепление веревка, было показано, что минимально эффективной в образцах FRPreinforced, было решено также исследовать использование в полном объеме и с перерывами связанных спиралью AFRP FRP для предварительного напряжения образцов.
Кроме того, девять из предварительно напряженных образцов (19 пучков по 27) содержит двойной действующей конфигурации полностью связаны круговой спирали на 20 мм, шаг, наряду с полностью связан прямоугольной спирали на 40 мм, шаг, размещенных на постоянной момент региона (рис. 6). Потому что существенные горизонтальные крекинга были обнаружены в FRP армированных образцов по уровню усиления в регионе постоянного момент, было сочтено важным, чтобы обеспечить полную глубину поперечной арматуры в этой зоне (хотя теоретически существует никакого или почти никакого сдвига здесь) чтобы противостоять подобным крекинга и обеспечить целостность этого раздела. Круговой спиралью были введены, чтобы ограничить зону сжатия и расширения на изгиб и сдвиг реакции. Прямоугольной спирали был сформирован за счет использования сравнительно большого радиуса изгиба (15 мм) и гладкую внутреннюю поверхность (из-за формы, на которой они были сформированы), что поможет уменьшить концентрации напряжений.
Семь из этих образцов (19 Балки, 20, 22 и 24 по 27) содержит два неударных изначально ограничено 10 мм в диаметре баров ARAPREE на глубине 180 мм (рис. 6). Эти бары через постоянный момент региона и продлил 190 мм в каждую сдвига службы. Они были введены для повышения потенциала на изгиб образцов, чтобы сопротивление сдвигу различных поперечной схемы подкрепление может быть изучено. Наличие этих дополнительных баров не повысили мощность сдвига (из-за сокращения), так что предел прочности при сдвиге всех тех, кто предварительно напряженных образцов 10 мм сухожилия можно сравнить по всем тестам.
При сравнении рис. 4 и 5 (и в таблице 2 и 3), благотворное влияние, которое предлагает как напрягаемой сдвига и изгиба мощности сразу видно. Существенное повышение потенциала были достигнуты в предварительно напряженных условиях, хотя и по сниженным конечной отклонений.
Волоконно-армированных полимерных предварительно напряженных образцов без двойного действия арматуры (Балки 13 до 18)
Сравнивая сдвига потенциала Балки 15 и 16 и 17 пучков до 18 лет, становится очевидным, что несвязанные винтовой конфигурации не увеличить мощность существенно (7 кН [6%] увеличении луча 16 и 4 кН [3%] увеличить для луча 18), но это, действительно, изменить механизм разрушения от сдвига сжатия несколько пластичных изгиба сжатия.
Волоконно-армированных полимерных предварительно напряженных образцов двойного действия арматуры (19 пучков по 27)
Генеральный поведения Из-за отличную ограничивая возможности полностью связаны круговой спиралью, все слегка поперечно армированных образцов выставлены широкой трещины сдвига и большие повороты. Полностью связаны круговой спиралью действовал ограничить зону сжатия, включая область над точкой вращения трещина сдвига, а также существенно увеличить сжатие потенциала деформации бетона. По сравнению с образцами без этой конфигурации в их постоянном региона настоящее время они выставлены расширения прочность на сдвиг. Мощность сдвига провала луча 19, 21 кН (15%) больше, чем луч 17, хотя жесткость ответ прогиба от нагрузки заметно отличается в каждом конкретном случае в связи с включением двух дополнительных 10 мм, бары, простирающаяся через постоянный момент области (Рис. 7).
Двойного назначения, полностью связанных прямоугольных и круглых спиралей была одна из самых удачных конфигураций. Наличие двойной конфигурации с эффективной формой укрепления в зоне сдвига, показано, что значительно увеличило мощность сдвига в контрольных образцах. Например, мощность сдвига провала луча 27, 55 кН (38%) выше, чем у луча 17 (рис. 7). Двойной конфигурации также значительно расширило изгиб ответ, как можно увидеть, сравнив поведение 17 Балки, 18, 21 и 23 (рис. 8). Луч 17 не удалось при сдвиге, но 18 Балки, 21 и 23 все содержащиеся эффективную форму поперечной арматуры, и не в изгибе сжатия. Наличие двойного действия арматуры (Балки 21 и 23), по сравнению с несвязанных прямоугольной спирали (Beam 18), увеличение мощности на изгиб от 25 до 27 кН (от 17 до 18%) и привели к примерно в три раза деформируемости в контрольном образце в достижении этих увеличивается. Спиралью были расположены очень близко к поверхности сжатия, поэтому только минимальные откола не наблюдалось.
После скалывания покрытия бетона, постепенная утрата произошла в жесткости. Очевидно, что конкретные напряженных условиях ограничения контролируемым образом ..
Слегка поперечно армированного образцы, содержащие двойного действия настройка не на сдвиг (диагональ разрушения) (рис. 9). Круговой винтовой усиление разрыва обычно вдоль плоскость разрушения (подразумевая полное действие заключения), хотя усиление прямоугольной спирали, расположенную в верхней разрыва (зона сжатия), обычно остается без изменений (нарушение сцепления, подразумевая возможность вблизи изгибов).
Было отмечено, что наличие усиления двойного действия не приведет к задержке распространения сдвига разрыва от кончика трещины изгиба к основанию зоны сжатия. Поскольку деформации потенциала зоны сжатия значительно активизировалось, однако, силы резерва сдвига (нагрузки, которые могут быть устойчивыми выше нагрузки, необходимые для разработки сдвиговых трещин) была увеличена по сравнению с аналогичными образцами без заключения.
Образцы с несвязанных и связанных с перерывами прямоугольной спирали-использование несвязанных прямоугольной спирали на 80 мм высота (Beam 20), которые хорошо зарекомендовали себя в FRP армированных образцов, была неэффективной в предварительно напряженные балки по сравнению с 19 луча, эквивалентной образца контроля. Срез провал увеличился лишь на 5 кН (3%) (рис. 7). Когда поле было сокращено до 40 мм (Beam 24), однако, режим отказа изменено на изгиб и сжатие провал потенциал увеличился на 26 кН (16%).
Балки 21 и 27, каждый из которых связан с перерывами прямоугольной спирали (связан с конкретным шагом на каждом, длиной более 25 мм) смолы 40 и 80 мм соответственно, были очень успешными в сравнении с луча 19 (контрольного образца) . Хотя луча 21 неудачу в изгиба сжатия (сдвига неудача помешала), ширина 27 по-прежнему не в сдвиговых сжатия, но неспособность способность была увеличена на 34 кН (21%).
В тех образцах, которые не на изгиб сжатие, полностью связаны круговой спирали, расположенные в зоне сжатия каждого пучка в связи с тем разрыв (рис. 10). Сопровождающие цилиндра испытания показали, что разрыв FRP спиралью, максимальной продольной деформации в зоне сжатия было, были примерно на 1% .4
Образцы с полностью связан прямоугольных и круглых спиралей-Оба экземпляра с полностью связан прямоугольной спирали с шагом 80 мм (Балки 23 и 25) были успешными в деле предотвращения сдвига недостаточности (табл. 3). Внедрение кабального круговой спиралью на 20 мм высоты и прямоугольных зона сдвига (Beam 26) предотвратить развитие сдвига разрыва. Потому что спираль, в сущности, только конкретные окружающих сухожилия в этом регионе, прочность связи между конкретным и сухожилий, было увеличено. Более того, этот экземпляр был наблюдается на провал взрывной с разрывом сухожилия и насильственное отделение пучка на две части.
Сравнение несвязанных, связанных с перерывами, и полностью связаны образцов-ответ образцы, содержащие перерывами и полностью связаны прямоугольной спирали (Балки 25 и 27) на 80 мм, шаг был весьма схожи, и укрепление механизм был эффективен (рис. 7) . Эффективность образца, содержащего несвязанных прямоугольной спирали на 80 мм высота (Beam 20), была значительно беднее, мощность сдвига провала луча 20 было 29 кН (17%) меньше, чем луча 27. Потому что винтовой ноги полностью связан конфигурации действовал в отрыве от какой-то мере, они должны каждый разработали значительно выше, чем сила, что периодически связанных конфигурации, которая будет действовать как полный цикл. Кроме того, периодически связанных конфигурации должен иметь развитую высших сил в винтовой ноги, чем в несвязанных конфигурации (что было показано Chung5 требовать шесть винтовых углы разработать достаточное сопротивление трения, чтобы активировать волокна полностью). Низкий результат несвязанных образца (80 мм высота) поэтому нет ничего удивительного.
Ни это хороший результат при таможенном образца. Положительный ответ на периодически связанных конфигурации, однако, показывает, что все лучшее от несвязанных системы (без концентрации напряжений в поворотах) и связанных системой (достаточно строительства в деформаций в каждой ноги из-за местной связи), были успешно сочетается в этом системы ..
Прогнозы АНАЛИТИКА
Пятнадцать образцов из экспериментальной программы (все из которых не в сдвиговых) были использованы для оценки точности прогнозов, полученных с использованием самых распространенных дизайн коды (с соответствующими модификациями) и руководящие принципы в настоящее время используется в Великобритании и США, а именно: BS8110, 6 BD44, 7 EC2, 8 и ACI-440.1R 03,9 ACI-440.1R-03 руководство, специально предназначенные для FRP-монолитного железобетона. Прогнозы полученные с помощью модифицированных версий других три стандартных кодов, однако, также предоставляются. Эти изменения называются подход деформации и подход, Шеффилд, 10, описанных в следующем разделе.
Кодекс изменения
Деформации подход считает, что разрушение при сдвиге в steelreinforced конкретные происходит, когда продольной арматуры достигла 0,0025 штамма-приблизительную мощность деформации стали. Таким образом, деформация подход делает предположение, что разрушение при сдвиге в FRP железобетонных также происходит на продольной арматуры штамм 0,0025. Потому что FRP бары модуля Юнга различных к стали, однако, уровень стресса в каждой конкретной ситуации будут разными. Чтобы учесть это, эффективная площадь продольной арматуры, используемые при определении прочности бетона сдвига ^ ^ тэф югу связано с фактической продольной области укрепления югу ^ S ^ через
... (1)
где E ^ югу FRP ^ и Е ^ ^ к югу стали модулей Юнга FRP и стали, соответственно. Кроме того, штамм подход устанавливает штамм 0,0025 назначить максимально допустимой деформации в FRP поперечной арматуры. Институт структурной Engineers11 рекомендует деформации подхода быть использованы для модификации BS8110 для использования при проектировании железобетонных конструкций с участием FRP подкрепления. При этом, чем штамм подход также применяется для BD44 и EC2 положений кодекса.
Шеффилд подход также изменяет области укрепления в соответствии с модульной отношение, но признает, что экспериментальные данные свидетельствуют, что большие деформации происходят в основном арматуры в бетонных балок, содержащие FRP бары Благодаря полностью упругая bars.10 Таким образом, Шеффилд подход позволяет максимально штамм 0,0045 существовать в основном бары FRP, а также в поперечной арматуры, так что эффективная площадь продольной арматуры, используемые для определения прочности бетона сдвига, по сути, 0.0045/0.0025 = 1,8 раза выше, чем Предполагается использование деформации подхода.
ACI 440.1R-03 предлагается внести изменения в конкретных возможностей сдвига оценивается в 318,12 ACI Потому ACI 318 уравнений предсказать, прочность на сдвиг в начало растрескивания, только конкретные прочность на сжатие используется для оценки прочности бетона сдвига, таким образом, философия, предложенные в ACI 440.1R-03 является то, что изменения будут применяться к общей прочности бетона сдвига, а не на один срок с участием количество продольной арматуры, как это предлагается в Europe.10
ACI 440.1R-03, также использует напряжение ситуации в steelreinforced пучка в качестве ориентира, в соответствии с напряжением и Шеффилд подходов, а также позволяет максимально штамм 0,004 развиваться в поперечной арматуры.
Предположения
Целый ряд допущений, чтобы обеспечить кодовым ofpractice и руководство прогнозы образцов. Эти предположения заключаются в следующем:
1. Каждый винтовой ноги считается вертикали. То есть, максимально допустимая прочность на растяжение используется (modificationdependent);
2. Многие образцы содержат драпированные стремена (fulldepth прямоугольной спирали), что существенно продлить прошлом продольной арматуры. Другие образцы содержат спиралью находится только над продольной арматуры. Из необычных и новых конфигураций используются, глубина спиралью (прямая длина ног или эквивалент), а не эффективная глубина, используется при расчете сопротивления сдвигу за счет поперечной арматуры;
3. Способность круговой спирали для передачи вертикальной силы против сдвига разрыв постоянно изменяется по спирали, глубину и сложный для анализа. Теоретически, связать действия на максимум в середине спирали, но уменьшается до нуля в верхней и нижней. Анализа можно упростить, если круговой спирали представляет нужного размера квадратные спирали. При этом, чем круговой спирали заменяется квадратной спирали стороны в размере 70% от первоначального диаметра винтовой;
4. Хотя BS8110, BD44 и EC2 коды обеспечить статей для предварительно напряженных железобетонных возможности сдвига (которая может быть соответствующим образом изменить, используя либо деформации или Шеффилд подход), ACI 440.1R-03 не предназначен для покрытия FRP-членов из предварительно напряженного железобетона, так что предсказания данном руководстве, не относится к такой балки, и не в настоящем документе;
5. Все экологические, частичной и полной безопасности факторов (при необходимости) были приняты равными единице для прямого сравнения с результатами теста. Кроме того, предполагается, что конкретные цилиндра сила F '^ с ^ к югу равна 80% от эквивалентной прочности бетона куб е ^ ^ к югу у.е. 4;
6. Стратфорд, Burgoyne13 показали, что существующие модели фермы для сдвига дизайн относительно пластичной стальной железобетонных конструкций, не обязательно подходят для более хрупких FRP усиленный ситуации из-за необходимости пластиковых перераспределения напряжений. Сравнительные методы считаются здесь все зависит от таких ферм моделей, поскольку, хотя технические вопросительные знаки существуют над их применения, они используются в настоящее время на практике.
Прогнозы и обсуждения
Таблица 4 показывает, как все прогнозы из различных вышеупомянутых источников для сдвига потенциала тех образцов, которые не при сдвиге. Отношение коэффициента загрузки (LF), которая является предсказал провал емкости, разделенной на реальные возможности провала, определяется с использованием каждого подхода и приводятся в колонке немедленно право каждого прогноза. Средний коэффициент загрузки каждого метода также предусмотрено.
Волоконно-армированных полимерных армированных образцов-Кажется, что штамм подход приводит к безопасности конструкции по всему спектру пучка типов рассмотрел в настоящем документе. Шеффилд подход приводит к реалистичных прогнозов при использовании BS8110 (изначально код для этой модификации подход), но переоценивает возможности, когда этот подход применяется к BD44 и EC2. ACI 440.1R-03 является более консервативным, чем другие методы.
Волоконно-армированных полимерных предварительно напряженных образцов-ACI 440R.1R-03 не применяется в настоящем документе. Другие методы рассматриваются в настоящем документе, однако, все консервативно безопасным для всех предварительно напряженных образцов, уступая более консервативные прогнозы, чем для FRP армированных образцов. Это очень интересно, а это означает, что присутствие предварительное напряжение в FRP-железобетонная балка является более эффективным в борьбе против сдвига, чем предложено в этих изменение подходов. Это может быть то, что предварительное напряжение помогает предотвратить чрезмерное отверстия трещины, которые могли бы возникнуть в FRP-железобетонных конструкций. Откладывая и облегчения таких трещин, зоны сжатия способный противостоять сдвига в большей степени.
Внесение изменений в действующие коды FRP включать усиление, как правило, основаны на той предпосылке, что три основные механизмы сдвига передачи (зона сжатия, совокупный блокировки, а также дюбель действия) оказываются под угрозой, когда lowerstiffness усиление используется. Когда же луч предварительно напряженные, но, кажется, что эти механизмы помощь в большей степени, чем эквивалентные напрягаемой помогло бы сдвигового сопротивления железобетона.
Таким образом, анализ процедуры, во-первых, не полагаться на пластиковые перераспределения напряжений в фермы и, во-вторых, правильно счетов на наличие предварительное напряжение в FRPreinforced железобетонных конструкций, необходимо в срочном порядке. Такая процедура представляется elsewhere.4
ВЫВОДЫ
На основании этого исследования можно сделать следующие выводы выводы:
1. При использовании противостоять сдвига, было установлено, что полностью несвязанная круглой и прямоугольной спирали должен быть расположенных на шаг ближе, по сравнению с полностью связаны или с перерывами связанных прямоугольной спирали, чтобы обеспечить такое же увеличение в провал мощности. Полностью несвязанная прямоугольной спирали, как представляется, был примерно на 50% же эффективным, как полностью или с перерывами связанных прямоугольной спирали в борьбе против сдвига;
2. Из мер рассматривается в настоящем документе, лучшие технические схема представляется, связаны с использованием в полной мере связаны круговой спирали и полностью связаны прямоугольной спирали в постоянном момента региона в сочетании с перерывами связанных прямоугольной спирали в сдвиговых зонах;
3. Использование либо деформации или предложения Шеффилд внесении изменений в тандеме с BS8110, BD44 и EC2 результатов в разумные прогнозы потенциала образца. ACI 440.1R-03 обеспечивает более консервативных прогнозов FRP армированных образцов;
4. Наличие предварительного напряжения имеет важное значение в увеличении сдвига потенциала таких образцов. Кажется, что предварительное напряжение средств FRP-железобетонных балок в большей степени в этом отношении, чем в случае с эквивалентным армированного ситуации, а также
5. Использование новых FRP поперечной арматуры для железобетонных конструкций была продемонстрирована в данном документе. Благодаря сочетанию таких работу с работой Лис и Бургойн на изгиб, 14 очевидно, что необходимо усиление FRP не просто рассматриваться как прямой заменой арматуры, но это, скорее, ее преимуществам следует использовать использования рациональных подходов дизайна.
Авторы
Авторы благодарят за финансовую поддержку со стороны технических и физических наук научно-исследовательского совета (СТФНИ) в Великобритании. Спасибо также за счет технических специалистов в университете города Бат, а также линейных и композиты Sireg SpA на поставку материалов по данному проекту на щедрые скидки.
Ссылки
1. Бэргойн, CJ, "Рациональное использование передовых композиты в бетоне," Труды Третьей международной конференции по волоконно-армированных пластиков для железобетонных конструкций, том 1, Саппоро, Япония, октябрь 1997, с. 75-88.
2. Mochizuki, S.; Matsuzaki, Ю. и Сагита, М., "предметы оценки и методы FRP Усиление в качестве структурных элементов," Волоконно-металлопластиковых Арматура железобетонных конструкций: Международный симпозиум, SP-138, А. Нанни и CW Долан, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1993, с. 117-131.
3. Ibell, T., и Бургойн, J., "Использование армированных волокном пластмасс в сравнении Сталь для Shear армирования железобетонных конструкций", ACI Структурные журнал. V. 96, № 6, ноябрь-декабрь 1999, с. 997-1002.
4. Уайтхед, П. А. Shear прочность бетона содержащих Fibre-металлопластиковых усиление ", кандидатская диссертация, Департамент строительства, университет города Бат, Бат, Англия, 2002.
5. Чунг, S., "Развитие трение в Parafil Веревки ролях внутри бетонных образцов," BEng диссертации, университет города Бат, Бат, Англия, 2000.
6. BS8110, "Структурные использования бетона: Часть 1: Кодекс практики по проектированию и строительству" Британский институт стандартов, Лондон, 1997.
7. BD44, "Оценка железобетонных мостов автомобильных дорог и сооружений," министерство транспорта, London, 1995.
8. EC2, "Проектирование железобетонных конструкций, часть 1, Общие правила и правила для зданий (совместно с Соединенным Королевством национальной заявки документов), DD ENV 1992-1-1", Британский институт стандартов, London, 1992.
9. ACI Комитет 440 "Руководство по проектированию и строительству железобетонных с FRP бары (ACI 440.1R-03)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2003, 42 с.
10. Guadagnini, M.; Pilakoutas, К. и Waldron, П., "Исследование о Shear Проведение механизмов в FRP RC Балки," Труды Пятой Международной конференции по волоконно-армированных пластиков для железобетонных конструкций (FRPRCS-5), V 2., Кембридж, 2002, с. 949-958.
11. Институт инженеров-строителей, "Временное руководство по проектированию железобетонных Использование композитного волокна усиление", SETO ООО, London, 1999.
12. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2002, 443 стр. ..
13. Стратфорд, TJ, и Бэргойн, CJ, "Crack анализа на основе бетона с арматурой," Журнал конкретных исследований, V. 54, октябрь 2002, с. 321-332.
14. Лис, JM, и Бэргойн, CJ, "Экспериментальное исследование влияния облигаций на изгиб Поведение бетонных балок Pretensioned с AFRPs", ACI Структурные Journal, V. 96, № 3, май-июнь 1999, с. 377 - 385.
Пол Уайтхед Артур Инженер-строитель в городе Бат, Великобритания. Он получил докторскую степень в университете Бат в 2002 году и окончил университет Ковентри, Великобритания, в 1997 году по специальности инженер-строитель. Его исследовательские интересы включают реалистичного поведения конкретных структур, содержащих волокна армированной полимерной напрягаемой сухожилий.
Входящие в состав МСА Тимоти Джеймс Ibell профессор гражданского строительства и начальник отдела архитектуры и гражданского строительства в университете Бат. Он получил докторскую степень в университете Кембриджа, Великобритания, в 1992 году. Он является ассоциированным членом комитета ACI 440, армированных волокнами полимерных усиление. Его исследовательские интересы включают оценки, укрепления и будущее оформление бетонных конструкций.