Усталостных испытаний железобетонных балок Укрепление Использование карбоновых армированных волокном полимерных композитов
В последние годы о необходимости восстановления нашей стареющей инфраструктуры была признана. Использование углеродного волокна армированной пластмассы (углепластика) композиционных материалов была определена в качестве жизнеспособного техники для использования в укреплении ухудшения или структурно недостаточным железобетонных мостов. Значительные исследования были проведены для изучения поведения статических структурных элементов укрепить композитов. Для сравнения, очень мало исследований было проведено на неоднократные нагрузки поведение укрепления элементов. В данной работе представлены результаты экспериментальной программы, которая состояла из усталость десять тестирования железобетонных балок укрепить с помощью двух различных типов внешних связей композитов углепластика. Результаты показывают, что связь между композитных ламинатов и поверхность бетона может снизить нагрузку на амплитуды, соответствующие экстремальных условиях нагрузки на мост. Эти результаты показывают, что верхний предел напряжения, а композитный бетон интерфейс может быть установлен во время проектирования, чтобы избежать преждевременного нарушение сцепления после ограниченного количества циклов нагружения ..
Ключевые слова: усталость, армированных волокном; прочность на изгиб, железобетонные.
ВВЕДЕНИЕ
Использование композитных ламинатов связан с поверхности железобетонных членов было принято в качестве соответствующей технологии для укрепления существующих структур. Их применение у пожилых краткосрочных пролетных строений моста особенно привлекателен из-за минимального увеличения веса конструкции. Эти мосты, как правило, предназначены для нижнего динамические нагрузки, чем те, которые используются в текущих спецификаций, так что увеличение в прямом эфире грузоподъемность мостов часто требуется. Использование композиционных материалов для этих случаев была подтверждена путем богатства экспериментальной проверки и применения в полевых условиях, демонстрационных проектов. Большинство экспериментальных исследований были сосредоточены на поведение элементов под нагрузкой применяются в статике, и относительно мало информации об эффективности укрепления структуры неоднократно подвергалась нагрузок. Для того чтобы понять долгосрочные показатели мостовых конструкций с использованием внешнего укрепить связанных композитных ламинатов, поведение конструкций при применении повторных нагрузок необходимо изучать ..
Большинство экспериментальных работ показал, что изгиб усталостного разрушения железобетонных членов из-за разрушения арматурной стали в непосредственной близости от конкретных трещин (ACI Комитет 215 1992; Хельгасон и Хансон 1974). Был сделан вывод о том, что усталости не зависит от текучести арматуры. Усталость жизни уменьшается по мере приложенного напряжения диапазон в пучке продольной арматуры увеличена. Для оформления железобетонных члены подвергаются 1 миллион циклов и более, было рекомендовано, чтобы в диапазоне напряжений арматуры, имеющих номинальную текучести равны 280 и 420 МПа (40 или 60 КСИ), должно быть ограничено до 170 МПа (24 KSI).
Предыдущие исследователи установили, что усталость поведения композитов углепластика является достаточным для диапазонов напряжений наиболее часто встречающихся в структурах (Демерс 1998). Ограниченное число исследователей сообщили о поведении железобетонных балок укрепить с композитами углепластика и подвергнуты повторной загрузки (Иноуэ и др.. 1996; Барнс и Мейс-1999; Shahawy и Beitelman 1999; Papakonstantinou, Петру, и Харрис 2001). Во многих тестов, провал находится под контролем разрушения арматуры, о том, что выполнение композиты FRP является достаточным для повторного применения нагрузки. Ни одно из этих исследований, сообщили нарушение сцепления сводного с бетонной поверхности, как неспособность режима. В ряде случаев были приняты меры для улучшения крепления композитных ламинатов с использованием пластин, стали болтов, упаковка композиционные материалы по бокам члена (Иноуэ и др.. 1996; Барнс и Мейс-1999; Shahawy и Beitelman 1999) .
Эти исследования сообщили сокращение максимального напряжения в арматуре, как следствие укрепления связанных с внешним ламинатов. В результате, усталостной долговечности усиленную структуру увеличилось. Для этих испытаний, однако, тот же амплитуды нагрузки были использованы для укрепления и unstrengthened элементов. Ни одно из исследований, рассмотрены случаи, когда напряжение в диапазоне подкрепление увеличена за счет применения более живой нагрузок. Это условие можно было бы ожидать в случаях, когда применение укрепления необходима из-за увеличения нагрузки в прямом эфире на мосту.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Укрепление конструктивных элементов с помощью поверхностно-связанных композитных ламинатов железобетонных мостов растет в последние несколько лет. Увеличение на изгиб и срез укрепления элементов была продемонстрирована на основе широких экспериментальных испытаний. В отличие от информации о долгосрочной эффективности укрепления элементов сравнительно редкими. Настоящий документ содержит информацию, необходимую, чтобы лучше понять поведение укрепления элементы подвергаются повторной нагрузки разной амплитуды. Эта информация будет способствовать базы данных, необходимой для развития понимания долгосрочных поведение элементов укрепления использованием композиционных материалов.
Описание лабораторных испытаний
Характеристика лабораторных образцов
Десять пучков были построены в лабораторных условиях и укрепить с помощью двух разных типов композитных систем. Два размера пучка требуется в зависимости от прочности композитных системы (рис. 1). Все лучи 203 мм (8 дюймов) в ширину и 356 мм или (14 дюймов) или 406 мм (16 дюймов) глубиной. Длина балок или 2,9 м (114 дюймов) 3,2 м (126 дюймов) в результате чего примерно такой же сдвиг пролета к глубине соотношение для пучка размеров. Все пучков были укреплены две 16M (№ 5) нижней баров, два 10 M (№ 3) лучших баров и № 6 стремена калибровочных проволоки расстоянии 102 мм (4 дюйма) по центру в сдвиговых службы. Стеррап интервал был разработан, чтобы избежать сбоев в сдвиговых unstrengthened балок под максимальную нагрузку ожидается в ходе испытания. Арматура было измерять предел текучести 434 МПа (62,9 КСИ) и стремя проволоки измеряется текучести 597 МПа (86,5 KSI). Конкретные четкие покрытия около 25 мм (1 дюйм) была представлена во всех арматуры. Средний конкретные прочность на сжатие е '^ с ^ к югу измеряется в момент испытания 40 МПа (5730 фунтов на квадратный дюйм) ..
Композитный укрепление систем
Балки были усилены с помощью двух различных композитных систем. Конфигураций композитных укрепление схем были выбраны на основании предыдущих испытаний железобетонных балок испытания статически до отказа (Брея и др.. 2003). Эти конфигурации, которые добились самых высоких увеличить силу и потенциал крупнейших деформации были выбраны для испытаний на усталость. Выбранной схемы укрепления приведены на рис. 2. Обсуждение по разработке решений для этих двух схем укрепления представлен в отдельном документе (Брея и др.. 2003). В зависимости от комплексной системы используются для укрепления балок, образцы были отнесены к одной из двух групп: А. Ф. или BF.
Луч серии AF-образцы в этой группе были усилены использованием комплексной системы наносить с помощью мокрой планировки до процедуры. Сложная система состоит из углеродного волокна однонаправленной листов пропитанной эпоксидной смолой на сайте в виде композиции была применена к структурной членов. Двухкомпонентной эпоксидной смолы был использован в качестве матрицы и связующего для этой составной системы. После подготовки поверхности бетона луча и мельница, два листов (слоев) 50 мм, широкий (2 дюйма) из углеродного волокна были связаны в продольном направлении, чтобы увеличить потенциал изгиб балки (рис. 2). Композитные листы связан с нижней поверхности балок и были сосредоточены вокруг продольной оси пучка. Кроме того, четыре однослойные поперечной композитные ленты изготовлены на основе того же материала, продольных листов были связаны внутри сдвига службы и расположенных на расстоянии около 178 мм (7 дюймов), начало в разделе рядом точка нагрузки. Эти ленты были направлены на контроль распространения нарушение сцепления продольной композитного ламината и улучшить пластичность пучков (Брея и др..
2003). Свойств материала опубликованы производителем данного комплексной системы приведены в таблице 1 ..
Луч серии BF-Балки в этой группе были усилены использованием углепластика Pultruded пластин связанных с боков пучка вблизи напряжения лицо. Плиты, используемые для этих образцов были изготовлены с использованием непрерывного однонаправленные углеродные волокна с объемным содержанием около 68%. Поперечные размеры пластин углепластика на 50 мм (2 дюйма) в ширину и 1,2 мм (0,047 дюйма) толщиной. Пластины были связаны с конкретным поверхности с помощью двух-компонентная эпоксидная паста. Конкретный метод подготовки поверхности был идентичен тому, который используется для образцов в серии AF. Механических свойств пластин углепластика и эпоксидной пастой, опубликованные производителем этой системы, также приведены в таблице 1.
Аналогично пучков в серии А. Ф., углепластика композитных ремни были размещены поперек вдоль продольной ламинаты на расстояние от 203 мм (8 дюймов). Эти ленты состоит из сплетенных углерода ткани, пропитанной использованием двухкомпонентной эпоксидной смолы и прикреплен к поверхности бетона с помощью жидкостной планировки до процедуры. Композитных ремни мнению, являются эффективными в задержке нарушение сцепления на Pultruded пластин с бетонной поверхности в лучах испытания статически до отказа (Брея и др.. 2003). Ленты были изготовлены по 50 mmwide (2 дюйма) слой углеродного волокна ткани (табл. 1).
Испытательная установка, загрузка протокола и приборы
Восемь из десяти пучков были подвергнуты повторяющейся нагрузки, а остальные два луча были проверены статически на провал для сравнения (контроля и управления Ф. BF). Повторные нагрузки были применяться с использованием 445 кН (100 кип) гидравлический привод реагирует на стальной раме крепятся к полу лаборатории сильных. Нагрузка была распределена в равной степени разбрасыватель пучка до двух точек вдоль лучей, создавая постоянную регионе момента в середине пролета. Место нагрузки точек и реакций на два пучка серии показано, как стрелки на рис. 2. 222 кН (50 койка) динамометр был использован для измерения приложенной нагрузки в ходе всех испытаний.
Линейные потенциометры были размещены в середине пролета, в местах, непосредственно в точках приложения нагрузки, а также прилегающих к балке опоры. Потенциометр чтениях стержневых опор были использованы для вычитания деформации гибкой прокладки азимут от показаний по размаху захватить отклонения ответ пучков.
Электрическое сопротивление деформации датчиков связан с подкреплением, углепластика композитов и бетонной поверхности, были использованы для определения внутренних напряжений в различных материалах на две секции по размаху. На одной из этих секций, трещины инициатором был помещен в форму перед заливкой производить изгиб трещины на месте совпадающие с расположением датчиков деформации, как показано на рис. 1 и 2. Каждая секция имела инструментальной тензодатчиков размещенные по обе нижней арматуры, на стороне лучей 38 мм (1,5 дюйма) от верхней грани, а на поверхности продольных композитов углепластика. Тензометры использоваться в стали и углепластика ламинаты было 5 мм (0,2 дюйма) метками, а деформации отверстий на поверхности бетона было расчетной длиной 60 мм (2,4 дюйма).
Повторные нагрузки были применяться с использованием замкнутой системы запрограммирован применять нагрузки синусоидального изменения в максимальной частотой около 2 Гц. Нагрузка устойчивости велосипедного гарантируется путем установления жестких верхний и нижний пределы для целевой нагрузки на контроллер сервопривода клапана. Загрузка амплитуда различной для разных образцов в целях получения штаммов в продольном представитель укрепление различных сценариев нагрузки в фактических моста. Для представителя нагрузки на службы условиях нагрузки, образцы подвергались максимальной повторяющейся нагрузки P ^ тах к югу от 35 до 57% урожая нагрузки. Для характеристики реагирования в условиях экстремальных нагрузок, образцы подвергались максимальной повторяющейся нагрузки в диапазоне примерно от 90 до 110% урожая нагрузки. Доходность нагрузки были определены по loaddeflection ответы контрольных образцах, как точка пересечения линий, касательных к заранее урожайности и postyield регионах кривых отклика. Измеренный выход нагрузок для ВВС и образцов BF 107 контрольных и 138 кН (24 и 31 койка), соответственно.
Минимальный приложенной нагрузки P ^ ^ к югу мин была около 4,45 кН (1 койка) для всех образцов для предотвращения перемещения балки на поддержку во время велосипедного движения. Отношение приложенной нагрузки диапазон (P ^ югу тах - P ^ ^ к югу мин) и дают нагрузку использоваться в каждом образце указана в таблице 2 ..
Ряд прикладных циклов нагружения меняться для различных лучей. Балки испытан под искусственно созданные условия обслуживания нагрузки были подвергнуты либо 10000 или 1 миллион циклов нагрузки. После применения последовательности повторил нагрузки, эти образцы были загружены статически на провал, и по сравнению с поведением контрольных образцах. Балки испытания в экстремальных условиях нагрузки были подвергнуты повторной нагрузки до отказа. В таблице 2 приведены максимальное число повторений нагрузки применяется ко всем образцы вместе с отказов наблюдается в ходе испытания. Максимальная нагрузка измеряется в статических испытаний балок испытания монотонно на провал после применения повторных нагрузок также перечислены в таблице.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Последствия повторной загрузки на выполнение укрепить пучков были оценены мониторинга нагрузки отклонения поведения, трещины и измеряли деформации с ростом числа циклов нагружения. Накопление и распространение трещин в процессе тестирования наблюдали, как одна из мер ущерба с циклическим нагрузкам. Прогиба от нагрузки ответ усиленного пучков при наложении циклических нагрузок по сравнению с реакцией на спутник пучков испытания статически на провал. Кроме того, накопление деформации с грузом велосипедного контролируется на разных этапах, чтобы оценить влияние повторных нагрузок на рост штаммов. Эти соображения и результаты представлены в следующих разделах.
Наблюдаемое поведение во время тестирования
Либо 10000 или 1 миллион циклов нагружения применительно к пучков, которые были привлечены для загрузки амплитуд от 35 до 57% урожая нагрузки, а затем статические испытания на провал. При применении циклических нагрузок, таких образцов не наблюдалось значительное накопление повреждений, как указано на образование новых трещин и рост уже существующих трещин. Новые трещины не являются примерно через 100 циклов, а также существующие трещины стабилизировалась без дальнейшего роста. Для образцов под нагрузкой амплитуд представитель службы нагрузки уровнях в мост, не оказывает существенного влияния нагрузки велосипеде на поведение растрескивание образцов не наблюдалось. Кроме того, нет никаких доказательств неизбежного провала этих образцов до подвергнуться staticload тест на провал.
В отличие от этого, конкретные трещин в образцах при экстремальных амплитуд нагрузка увеличилась в длину и ширину увеличилось в течение первых нескольких тысяч циклов. Трещины образуются по краю композитов и продлен в конце ламинатов с цикличности (рис. 3). В образце BF-4 эти трещины также распространяется вдоль композитных ремни до нарушение сцепления (рис. 3 (б)). Эти образцы не сможет по прошествии ограниченного числа циклов нагружения, так что тестирование статически неудача исключается. Два характерных отказов и повреждений не наблюдалось в этих пучков: углепластика нарушение сцепления с бетонной поверхности или усталостного разрушения арматурой. 4 приведены фотографии отказов, связанных с повторной загрузки образцов АФ-4 и BF-3. Для образца АФ-4, арматура перелом в непосредственной близости от трещины инициатора (рис. 4 (а)). Укрепление разрушения впоследствии вызвало нарушение сцепления из композитных ламинатов из бетонной поверхности в результате увеличения напряжения в ламинатов. Образца BF-3 не удалось прогрессивных нарушение сцепления из композитных ламинатов из бетонной поверхности (рис.
4 (б)). Нарушение сцепления продольной пластины начатых в рамках сдвига службы и распространяются вдоль верхнего края пластин к концу композитов. Нарушение сцепления трещин также распространяется вертикально вдоль поперечной планки на каждый ремешок месте ..
Нагрузки отклонения ответ
Ответ образцов оценивали с использованием измеренного прогиба от нагрузки поведения. Оценка накопления повреждений с применением циклических нагрузок на основе утраты жесткости проявляется в изменении наклона в loaddeflection реагирования, а также накопления прогиба с увеличением числа циклов нагружения. Рисунок 5 сравнивает прогиба от нагрузки реакция каждого пучка в серии BF с реакцией на соответствующие управления лучом. Включено в прогиба от нагрузки участка для каждого пучка первый цикл нагрузки, а также последующих циклов статические нагрузки, которые проводились с перерывами в течение усталостных испытаний для выявления потерь в жесткости из-за усталостных повреждений. Подобное поведение прогиба от нагрузки наблюдается в серии А. Ф. пучков так участков иллюстрирующие их поведения не представлены в данном документе, но найти в полном тексте доклада исследований (Брея и др.. 2001).
Нагрузки отклонения участков показывают, что мало наблюдаемые потери жесткости пучков с применением циклических нагрузок. Измеренные прогибы в середине пролета, однако, возрастает с ряда прикладных циклов нагрузки, и это увеличение было более выраженным, как пиковая нагрузка приблизилась выход нагрузки. Такое поведение может быть вызвано прогрессирующего накопления пластических деформаций в арматуре, заклинивание мусора на изгиб трещины, которые открыты в велоспорт, местные скольжения арматуры в местах трещин, а также прогрессивные нарушение сцепления из композитных ламинатов с велоспортом. Индивидуальный вклад каждого из этих явлений отклонения увеличение было невозможно определить в ходе испытаний. Возможность накопления мусора, очевидно, возрастает с большей ширины трещин связано с большей деформации стали. Хотя повторил нагрузки на пучки были ниже наблюдаемой нагрузки доходность определяется от нагрузки отклонения участки на рис. 5 в трех из четырех пучков (BF-1 до BF-3), измеряется напряженность в укрепление превысила доходность деформации в двух случаях (образцы BF-3 и БФ-4) вызывает увеличение числа постоянных деформаций в пучки с велосипедных .
Отсутствие накопления повреждений образцами BF-1 и ДП-2 по повторяющейся нагрузки при поддержке сравнения прогиба от нагрузки реагирования для этих образцов с ответом контроля пучка. Несмотря на постоянные прогибом в середине пролета было отмечено для этих образцов после 1 млн. циклов нагрузки, прогиба от нагрузки ответ в ходе испытания статической нагрузкой после ответа на контрольный пучок свидетельствует об отсутствии вредного воздействия нагрузки повторения на прочность при низком уровне нагрузки. Этот результат подтверждает дальнейшее отсутствие прогрессивное повреждение наблюдается при применении циклических нагрузок для балок с максимальной нагрузкой, ограничивается 57% урожая нагрузки.
Штамм ответ
Измеренные деформации в области максимального момента (на месте трещины инициатора) также были использованы для исследования повреждений в пучках. На рисунке 6 показан рост штаммов с прикладными циклических нагрузок для пучков в группе BF. Штаммов сообщили соответствуют тем, которые измеряются при пиковых нагрузках с увеличением числа циклов нагружения. Штаммы приведены в абсолютных величинах, так штаммов сообщили в сжатии бетона, хотя они по-прежнему указаны как положительные величины (рис. 6).
Арматура в балках под нагрузкой от 35 до 57% урожая нагрузки не произошло значительное увеличение деформации с увеличением числа повторений нагрузки (рис. 6 (а)). С другой стороны, деформации арматуры увеличилась с числом циклов нагрузки применяются для пучков с пиковой нагрузки от 90 до 110% урожая нагрузки. Больших деформациях опытных образцов BF-3 и БФ-4 в течение первого цикла погрузки свидетельствует о местных уступая подкрепления. Хотя образца BF-3 был подвергнут к пиковым нагрузкам чуть ниже наблюдаемой нагрузки выхода, измеряемое напряжение в арматуре превышает доходность деформации во время первого цикла нагружения. Это может быть вызвано локальной концентрации напряжений в окрестности трещины. Следует отметить, что тензодатчиков находились на месте предварительно трещины в пучки, которые, возможно, вызвали показания превышает среднее значение деформации ожидается в пределах региона постоянной момент. Штаммы продолжает расти примерно с постоянной скоростью с ростом числа циклов нагружения для образца BF-3.
Интересно отметить, что максимальная измеряемая стали образцами штаммов BF-3 и БФ-4 были примерно одинаковы до усталостного разрушения (рис. 6 (а)) ..
Скоростей деформаций роста были различными в стали, бетона и композитных ламинатов. Например, штаммы в виде пластин углепластика (рис. 6 (с)) при Образцы BF-3 и БФ-4 увеличилась примерно с постоянной скоростью с ростом числа циклов. С другой стороны, напряжение в продольной арматуры увеличилась с различной скоростью в зависимости от напряжений в зоне, применяемые в ходе первого цикла нагрузки. Деформации сжатия в бетоне (рис. 6 (б)) увеличилось очень мало в первые циклы нагрузки, но каждый из образца наблюдалось увеличение скорости деформации рост какой-то момент во время испытаний на усталость. Это значительное увеличение деформации, как правило, происходят на количество циклов нагружения в обратной зависимости от максимальной нагрузке.
Штаммы измеряется в стали, бетона или композитов в начальные и конечные циклов нагружения до отказа образцов, приведены в таблице 3. Отношение измеренных деформаций в ходе первого цикла нагрузки на выход напряжения для укрепления выше, чем нагрузка коэффициенты (P ^ югу тах - P ^ ^ к югу мин) / P ^ югу у ^ для повторной нагрузкой последовательности (табл. 2 ). Деформации в таблице 3 были измерены в месте трещины инициатором, и поэтому ожидается, будет выше, чем в среднем штаммов постоянной регионе момент. Нагрузки соотношение используется для определения амплитуды усталости нагрузки представитель глобальной податливость образцов и ценностей, перечисленных в таблице 3 представителя местных условий, в пучках. Глобальный уступая образцов, как это наблюдается в прогиба от нагрузки ответ пучков, требует формирования пластической зоны в регионе постоянного момент. Эта зона образуется при средних деформаций стали по области лучи достигли выхода напряжения, с более высоким напряжениям в окрестности трещины ..
Усталостной прочности балок УКРЕПЛЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ COMPOSITES
Усталостной прочности железобетонных балок, как правило, связаны со стрессом диапазон, полученный в бетон или арматура на эксплуатационные нагрузки. Текущие рекомендации (ACI Комитет 215 1992) на усталость дизайн nonprestressed железобетонных элементов конкретного предела допустимого диапазона конкретные нагрузку на 40% своей прочности при сжатии е '^ с ^ к югу, если минимальное напряжение в бетоне нулю, или линейно сокращено напряжений в зоне, а минимальное напряжение увеличивается. Для арматурной стали, максимальная дальность напряжения в прямой арматурной рассчитывается
S ^ югу г = 161 - ^ 0.33S югу мин ^ (МПа) (1a)
S ^ югу г = 23,4 - 0.33S югу ^ тт (KSI) (1, b)
где S ^ г ^ к югу является стресс диапазона (МПа и KSI), а S ^ ^ мин к югу является алгебраической минимальное напряжение (МПа или КСИ) напряжением считается положительным. Как правило, S ^ ^ мин к югу это напряжение, порожденная мертвым грузом, а к югу S ^ R ^ рассчитывается путем вычитания S ^ ^ мин к югу от максимального напряжения S югу ^ тах порожденных мертвой и живой нагрузок на конструкции. В этих уравнениях, S ^ ^ к югу г не следует воспринимать менее 138 МПа (20 KSI). Эти два ограничения служить руководством для усталости дизайн железобетонных члены неоднократно подвергалась услуг нагрузки напряжения.
Есть в настоящее время нет всеобъемлющего принципы дизайна усталостной прочности железобетонных балок укрепить использованием композиционных материалов. "Руководство по проектированию и строительству внешней системы таможенного FRP для укрепления железобетонных конструкций", недавно опубликованных МСА Комитет 440 (2002), определяет верхний предел на устойчивый плюс циклических напряжений в углепластика ламинаты равна 55% от разрыва стресс композитов (0.55f ^ ^ фу к югу), чтобы избежать усталостного разрушения композитных материалов. Сервис-нагрузки напряжения рассчитывается исходя из предположения линейного упругого поведения материалов. В случаях, когда требуется усиление для размещения более высоких нагрузках проектирование, сервис нагрузки могут генерировать более высоких напряжениях в бетона и арматуры, чем для оригинального дизайна конструкции. Хотя добавлением углепластика ламинаты снижает напряжения в арматуре, долговечность структуры под это условие требует расследования. В случае укрепления балок, усталостного разрушения может произойти в арматурной стали, композиционных материалов, бетона или связи между интерфейсом композитного материала и бетона.
Чтобы обеспечить информацию, полезную для проектирования, выбранных данных, полученных в данном исследовании, и результаты двух других исследований (Barnes и Мейс-1999 и др. Papakonstantinou. 2001) были нанесены на стресс-диапазоне числа циклов (SN) участка. Диапазон напряжения в арматуре приведена в зависимости от числа циклов нагружения на рис. 7. Все об усталости неудачи, за исключением тех, в серии BF этого исследования были характерны разрушения арматуры. Горизонтальными стрелками простирается от точки данных на графике указывает на образец не удалось на указанное число циклов усталости, и впоследствии был испытан под монотонно возрастающая нагрузка на провал. Поведение этих образцов была оценена со ссылкой на спутник образцы не подвергались повторной нагрузкой последовательности. Большинство данных точках падения почти две усталости модели, которую предлагает Хельгасон и Хансон (1974) и другую Маллет (1991) для железобетонных балок, повторил нагрузок. Эти модели были разработаны для случаев, когда усталости членов находится под контролем разрушения арматуры и хорошо коррелирует с усиленными случаях пучка, где усиление неудачу в усталости.
Например, данные испытаний, проведенных др. Papakonstantinou и др. (2001) показывают снижение усталостной долговечности укрепить пучков с увеличением усиления бар Диапазон напряжений. Их результаты указывают на умеренное повышение усталостной долговечности по сравнению с железобетонным модели усталости пучка приведены на рисунке, как указано в соответствии горизонтальные смещения точек данных из линий, представляющих две модели. Эти исследователи связывают это явное увеличение усталостной долговечности в таможенном стекловолокна усиленного ламината ..
Три из семи пучков испытания в данном исследовании, достигли своего усталости до 1 млн циклов нагружения (образцы АФ-4, BF-3 и БФ-4). Напряжений в зоне, соответствующей с бесконечной усталости, для пучков протестированы в данном исследовании была рассчитана по формуле. (1) (ACI Комитет 215 1992) с использованием минимального напряжения в арматуре примерно равна 40 МПа (6 КСИ), и показывается в виде пунктирной горизонтальной линией на рис. 7. Это значение несколько ниже, чем для бесконечной жизни предложенный Хельгасон и Хансон (1974). Диапазон измеряемых укрепления бар напряжения во всех образцах, кроме образцов AF-2 превысил этот предел, свидетельствующие о возможности конечного усталости, для всех этих лучей. Образцы BF-3, BF-4 и AF-4 не удался между 9000 и 200000 циклов нагружения, а диапазон стали стресс был примерно одинаковым для этих образцов. Разрушение образцов BF-3 и BF-4 произошло в результате нарушение сцепления между ламинаты и бетонной поверхности, и разрушения образца AF-4 произошла по разрушению арматуры на участке в непосредственной близости от одного из нагрузки точек.
Следует отметить, что все точки, соответствующие образцы, которые не в усталости арматуры лежат справа от усталости моделями, предлагаемыми Маллет (1991) и Хельгасон и Хансон (1974). Это означает, что долговечность образцов контролируемых разрушения арматуры консервативно предсказал с использованием существующих моделей fatiguelife. Тем не менее, отсутствие согласованности между результатами образцов, которые не в усталости углепластика нарушение сцепления (BF-3 и БФ-4) с существующими усталости моделей железобетонных балок отметил, что альтернативные модели совместимы с усталостью механизма наблюдается провал, необходимые для укрепить пучков ..
Альтернативный подход к представлению результатов испытаний на усталость укрепления балок для построения максимального напряжения в композитных ламинатов в зависимости от числа повторений нагрузки. Стресс в композитах является представителем величина сдвига интерфейса напряжения, между конкретным и композитных ламинатов. Максимальная углепластика сложное напряженное е ^ ^ к югу углепластика нормированная соответствующих напряжений композитных разрыва е ^ ^ к югу фу приведена в зависимости от числа повторений нагрузки для пучков в серии А. Ф. и BF на рис. 8. Сюжет показывает, что число повторений нагрузки на провал уменьшается максимальная нормированная напряжений в композитных ламинатов на балках увеличивается. По той же максимальной сложное напряженное состояние, балки в серии А. Ф. продемонстрировали больше усталости, чем пучков в серии BF. Такое поведение может быть вызвано выше жесткость композитов в серии BF, что делает их более склонными к нарушение сцепления, чем в серии AF. Ввиду большого количества тестов сообщили в настоящем исследовании, является ограниченным, результаты не могут быть статистически значимые учитывая большое разнообразие часто встречается при проведении испытаний на усталость.
Данные, представленные на рис. 8 показывают, что больше не живет усталости достигается при уменьшении напряжения FRP отношение. Только в четырех образцах, с FRP напряжения отношений между 0,07 и 0,14, достигнутые усталости жизни, которые превысили 1 миллион циклов. Эти соотношения FRP напряжения значительно ниже, чем коэффициент FRP стресс значение 0,55 для углеродного волокна армированных полимеров, включенных в настоящее время ACI 440 "Руководство по проектированию и строительству внешней системы таможенного FRP для укрепления бетонных конструкций" (ACI Комитет 440 2002) на совокупный эффект устойчивого плюс циклических предельного напряжения нагрузки. Дополнительные испытания изучение влияния составных креплений, таможенные длина композитов и композитных конфигурации, в дополнение к максимальной сложное напряженное состояние, необходимо предоставить убедительные рекомендации дизайн ..
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Повторные нагрузки испытания были проведены на железобетонных балок укрепить с помощью двух типов углепластика композитных систем. Первичного переменных испытания были составной системы укрепления и амплитуды нагрузки используется в повторной нагрузкой последовательности.
Два усталости видов отказов были замечены во время испытаний в зависимости от максимальной нагрузки, приложенной к пучков. Образцы, которые были привлечены для загрузки амплитуды, соответствующие услуги нагрузки в условиях моста, примерно от 30 до 60% урожая нагрузки балок, не наблюдалось значительного накопления повреждений с увеличением числа повторений нагрузки. Ущерб накопление количественных как увеличение прогиба середины или увеличения напряжений в различных материалах компонента с увеличением числа циклов нагружения. В отличие от накопления повреждений наблюдается в балок, амплитуды, соответствующие экстремальным условиям нагрузки в мост. Из балок, перегрузок (образцы АФ-4, BF-3 и БФ-4), те, укрепить использованием пластин Pultruded удалось усталость нарушение сцепления вдоль границы между конкретными и композитных ламинатов. Максимального напряжения в композитных ламинатов углепластика в этих пучков составляет примерно от 15 до 25% от опубликованных напряжение разрушения слоистых материалов.
В целом, результаты тестов показывают, что стресс диапазон применительно к арматурной стали и максимальное напряжение, применительно к композитных ламинатов были контрольных параметров, которые ограничивают долговечность образцов. Дальнейшие исследования необходимы для количественной оценки влияния различных композитных жесткости крепления композитных, таможенные длины и конфигурации композитных выносливость укрепления железобетонных балок. Из-за усталости неудачи наблюдаются у некоторых особей в этом исследовании (серия BF), верхний предел на составных конкретных интерфейс стресс может должны быть помещены в конструкции усиления схемы, чтобы избежать такого рода отказ в обслуживании.
Авторы
Финансовая поддержка для этого исследовательского проекта были предоставлены Техасского департамента транспорта. Выводы и мнения, высказанные в настоящем документе, являются мнениями авторов и не являются утверждения спонсором исследовательского проекта. Исследование, о котором в данном документе была проведена в Ferguson зданий и сооружений лаборатории в Университете штата Техас в Остине. Первый автор признает частичную поддержку со стороны Национального совета по науке и технике (КОНАСИТ, Мексика) за его аспирантуру.
Ссылки
ACI Комитет 215, 1992, "Рекомендации по разработке конкретных Структура подвергавшимся усталостной нагрузки (ACI 215R-74 [Пересмотренная 1992])," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 24 с.
ACI Комитет 440, 2002, "Руководство по проектированию и строительству внешней системы таможенного FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 45 с.
Барнс, РА и Майерс, GC, 1999, "Усталость Выполнение бетонных балок, укрепляясь углепластика Плиты," Журнал композиты для строительства, V. 3, № 2, май, с. 63-72.
Brea, SF; Брамблетт, RM Benouaich, MA; Вуд, SL и Крегер, ME, 2001, "Использование углеродного волокна Железобетонная полимерных композитов для увеличения пропускной способности при изгибе железобетонных балок," Научно-исследовательский доклад 1776-1, Центр транспортных исследований Техасского университета в Остине, Остин, Техас
Brea, SF; Брамблетт, RM Вуд, SL и Крегер, ME, 2003, "Повышение пропускной способности при изгибе R / C Балки использованием углепластика композиты", ACI Структурные Journal, В. 100, № 1, январь -февраль, с. 36-46.
Демерс, CE, 1998, "Усталость деградации прочности E-стекло и композиты FRP композиты FRP углерода," Строительство и строительные материалы, V. 12, с. 311-318.
Хельгасон, T., и Хансон, JM, 1974, "Исследование Дизайн Факторы, влияющие на усталостную прочность арматуры-статистический анализ", Абельсом симпозиум по усталости бетона, SP-41, американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, стр. . 107-138.
Иноуэ, S.; Nishibayashi, S.; Yoshino А. и Омата F., 1996, "Деформация характеристики, статические и усталостные Сильные железобетонных балок Укрепление карбона усиленного пластикового листа," Труды Института Японии бетона, V. 18, с. 143-150.
Маллет, Г. П., 1991, усталость железобетона: Государство Art Review, Лондон: HMSO, Великобритания.
Master Builders, Inc, 1998, MBraceTM Композитный Руководство Укрепление системы-инженерное проектирование, Кливленд, штат Огайо.
Papakonstantinou, CG; Петру, ПВ и Харрис, К., 2001, "Усталость Поведение RC Балки укрепляясь GFRP бюллетени," Журнал композиты для строительства, ASCE, V. 5, № 4, с. 246-253.
Shahawy М.А., Beitelman, T., 1999, "Статические и усталость Выполнение RC Балки укрепляясь углепластика слоистый пластик," Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 125, № 6, с. 613-621.
Sika Corporation, 1997, технике Руководство по использованию Carbo-Dur? (Углепластика) Ламинаты для зданий и сооружений, Lyndhurst, NJ, 1997.
Входящие в состав МСА Серхио F. Брея является доцентом кафедры гражданского и экологического инжиниринга в Университете Массачусетса в Амхерсте. Он является членом комитета ACI 374, основанным на показателях деятельности проектирование сейсмостойких зданий и сооружений бетона; 440, армированных полимерных арматуры; Совместное ACI-ASCE Комитет 445, сдвига и кручения, а также является секретарем комитета ACI 369, сейсмическая ремонту и реконструкции.
Michal А. Benouaich получил ученую степень в области гражданского строительства из Политехнической школы Fdrale Лозанны (EPFL) в 2000 году. Он был студентом научный сотрудник в Университете штата Техас в Остине, Остин, Техас, когда это исследование было проведено.
Michael E. Крегер, ВВСКИ, профессор в Школе строительства и директор лаборатории Боуэн большой гражданской Engineering Research в Университете Пердью, Уэст-Лафайетт, штат Индиана Он является членом комитетов МСА 215, Усталость бетона ; 318, Железобетона кодекса потенциала; 318-H, сейсмических Положения; 374, производительность основе сейсмических Дизайн бетонных зданий, а также совместное ACI-352 ASCE комитетов, узлов и соединений в монолитных железобетонных конструкций, а также 441, железобетонных колонн.
Шарон Л. Вуд, ВВСКИ, профессор гражданского строительства в Университете штата Техас в Остине. Она является председателем технической деятельности МСА Комитета и членом комитетов МСА 318, структурные конструкции здания Кодекса; 318-генерал, бетона, и строительства; 318-D, изгиб и осевые нагрузки балок, плит и колонн, 318 - H, сейсмических Положения; 369, сейсмическая ремонту и реконструкции, а также 374, производительность основе сейсмических Дизайн бетонных зданий. Она прошлом председатель комитета ACI Публикации и бывший член Совета ACI направления.