Разработка и проверка волоконно Модель для высокопрочных бетонных площади наполненной стали труб Beam-Столбцы
В настоящем документе предлагается разработка и утверждение общей модели волокна, которые могут быть использованы для прогнозирования монотонной и циклическое поведение сила-деформация высокопрочных квадратных конкретные заполненные стальных труб (БФТ) пучка колонн. В документе также содержится общий аналитический подход к разработке основных параметров для ввода волокна модели, то есть, напряженно-деформированного ( Этот общий подход развивается волокна Модель CFT волокна и аналитический подход к разработке волокна Американо-японский совместную программу исследований землетрясений, фаза В.
Ключевые слова: пучка; колонке; высокопрочного бетона.
ВВЕДЕНИЕ И ИСТОРИЯ
Армированного бетона композитных материалов стала популярной, поскольку она сочетает в себе преимущества как сталь и бетон материалов в экономическом плане. Этот вид строительства часто состоит из минуту сопротивление кадров или кадров с braced композитных колонн. Различные типы составных колонн включать полностью или частично помещены стальные профили из железобетона, а также круглые или квадратные конкретные заполненные стальных труб (CFT). Площадь CFT колонны часто предпочитают из-за их структурных, строительства и экономические преимущества по сравнению с другими типами составных столбцов (Гоерли и др.. 2001; Варма и др.. 2002).
Значительные экспериментальных и аналитических исследований было проведено на площади колонны и балки CFT-колонки. Гурли и др.. (2001), составили обширную базу данных экспериментальных исследований, в том числе конкретные детали тестирования подходов, параметры наблюдений и выводов. Эта база данных показывает, что большинство экспериментальных исследований, проведенных до 1990 года сосредоточены на CFTs из обычных материалов прочность бетона с е '^ с ^ к югу от 20 до 55 МПа и стали текучести Существует, однако, значительный интерес CFTs из высокопрочных материалов с / '^ с ^ к югу более 100 МПа и
Экспериментальные исследования были проведены на высокопрочных колонны и балки CFT-колонки. Например, Cederwall, Энгстром, и Grauers (1990) провел концентрической и эксцентрической осевой нагрузки испытаний на площади CFTs изготовлены из высококачественных материалов силы. Аналогичные исследования были проведены по круговой CFTs изготовлены из высококачественных материалов прочность Rangan и Джойс (1992), Kilpatric и Rangan (1999), и О'Ши и мост (1997). Монотонные и циклических испытаний пучка колонки проводились по круговой CFTs изготовлены из высококачественных материалов прочность Прион и Беме (1994) и др. Ichinohe. (1991).
Фаза V американо-японских совместных Earthquake Research программы, направленной на композитных и гибридных структур и включены исследования по CFT пучка колонн из высокопрочных материалов. Экспериментальные исследования проводились на высокопрочных CFT пучка колонн по Elremaily, Azizinamini и Filipou (1998) и Варма, Ricles, и соусом (2001) в США, и Nakahara и Sakino (1998), Фудзимото и др.. (2004) и др. ИНАИ. (2004) в Японии. Elremaily, Aziznamini и Filipou (1998) провел циклических испытаний по круговой пучка колонн CFT изготовлены из высококачественных материалов силы. Варма, Ricles, и соусом (2001) провели всесторонние испытания на высокопрочных брус CFT-колонны в соответствии с: а) осевой нагрузки, б) в сочетании осевой нагрузки и монотонной изгибной нагрузки; и с) в сочетании осевой нагрузки и циклических изгибных нагрузки.
Nakahara и Sakino (1998) провели всесторонние испытания на высокопрочных брус CFT-колонны в соответствии с: а) осевой нагрузки, и б) в сочетании осевой нагрузки и монотонной изгибной нагрузки. Их результаты были включены аль Фудзимото и др. (2004), сообщили о многочисленных тестов круглого и квадратного CFT пучка колонн из обычных или высокопрочных материалов при комбинированном осевой нагрузки и монотонной изгибной нагрузки. ИНАИ и др.. (2004) провел циклических испытаний beamcolumn на обычных и высокопрочных CFT beamcolumns под постоянной или переменной осевой нагрузки. Исследования Варма, Ricles, и соусом (2001) и Nakahara и Sakino (1998) обращали больше внимания на момент кривизны (M-[прямой фи]) поведение высокопрочных брус CFT-колонны, как обсуждается ниже.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Существует значительный интерес исследования сейсмических поведения и проектирования железобетонных композитных структур с высокой прочностью квадратных конкретные заполненные стальных труб (БФТ) пучка колонн. Эта статья представляет собой надежную аналитическую модель, которая может быть использована при анализе и разработке процесса: а) предсказать форс-деформационного поведения и прочности высокопрочных брус CFT-колонны, и б) модель CFT пучка колонн при расследовании нелинейных статических пустяковое или динамических (время-история) поведение композитных рам сейсмическая нагрузка. В документе также представляет собой уникальный аналитический подход к разработке критических параметров ввода необходимо определить модель точно.
Предшествующей аналитической ИССЛЕДОВАНИЯ
Различные типы аналитических моделей были разработаны для квадратных колонн CFT и пучка колонн. К ним относятся: а) трехмерной модели конечных элементов для предсказания член сила-смещение поведения, б) модели волокна для прогнозирования поведения разделе сила-деформация, и с) макро-конечных элементов для моделирования CFT пучка колонн при исследовании поведения кадра. Например, трехмерные модели конечных элементов были разработаны для колонн CFT незавершенная Шнайдер (1998), Шамс и Saadeghvaziri (1999) и Ху и др.. (2003). Эти модели используются для прогнозирования поведения осевая сила-смещение и влияния различных геометрических и материальных параметров на CFT незавершенная колонны из обычных материалов силы (F '^ с ^ к югу .
Волоконно модели были разработаны для квадратных CFT сечений ряда исследователей в том числе и Tomii Sakino (1979), Хаджар и Гоерли (1996), Чжан и Shahrooz (1997), Nakahara, Sakino и ИНАИ (1998), Фудзимото и др.. (2004), Уй (2000), а Лакшми и Шанмугам (2002). Эти модели, как правило, используется для прогнозирования монотонной момент кривизны (M-[прямой фи]) поведение CFT пучка колонн, и их точность зависит от волокна дискретизации CFT сечения и одноосного растяжения ( ) кривые для волокна сечения. Tomii и Sakino (1979) разработал один из первых общих волокна Эти волокна Процесс калибровки состоит взять на себя упруго-идеально пластической
Совсем недавно Nakahara, Sakino и ИНАИ (1998) разработали комплексные волокна Эти общие волокна Эти волокна Например, Фудзимото и др.. (2004) использовал эти волокна (2004) использовал эти волокна
Лакшми и Шанмугам (2000) также разработал простые модели волокна CFTs из обычных материалов силы. Подробнее в частности, они использовали эти волокна моделей для прогнозирования поведения двуосно нагрузкой CFT пучка колонн и аксиально-загруженной тонкие колонны и финансированием терроризма. Уй (2000) разработали модели волокна для обычных CFTs силы из тонкостенных стальных труб. Эти волокна моделей являются уникальными, поскольку они использовали метод конечных полосы и эффективная ширина подход к модели изгиба и после потери устойчивости поведения.
Macrofinite элемент модели были разработаны для брус CFT-колонны, изготовленные из обычных материалов прочность Хаджар, Гоерли, и Олсон (1997), Хаджар, Шиллера, и Молодан (1998) и "Аваль", Saadeghvaziri и Golafshani (2002). Хаджар, Гоерли, и Олсон (1997) разработал концентрированной пластичности основе macrofinite элемент, который используется концентрированный пластическими шарнирами на концах, чтобы модель неупругого поведения. Циклического нелинейного поведения пластических шарниров была разработана с использованием результатов анализа crosssectional волокна (Хаджар и Гоерли 1996) и обширной калибровки с экспериментальными результатами для обычных сил брус CFT-колонки. Этот элемент был реализован в нелинейных программа анализа конечных элементов для проведения статического или динамического анализа рамных конструкций. Хаджар, Шиллера, и Молодан (1998) также разработали распределенных пластичности основе macrofinite элемент, который используется волокно модели CFT сечению на концах для учета неупругих поведения. Циклические
Эта модель также приходится на облигации и проскальзывать между стали и бетона интерфейсов. Это был откалиброван и проверить на прочность обычного бруса CFT-колонки ..
"Аваль", Saadeghvaziri и Golafshani (2002) разработали всеобъемлющую неупругих элемент волокна для циклического анализа обычных сил брус CFT-колонки. Этот элемент используется два элемента рамки модели конкретных заполнения и стальных труб, соответственно, и распределенных элементов интерфейса для связи модели относительного скольжения между ними. Волоконно модели CFT сечения были использованы в точках Гаусса для учета неупругое поведение элемента. Волокна Этот элемент был реализован в нелинейных программа анализа конечных элементов для проведения статического или динамического анализа рамных конструкций.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Предыдущие аналитических исследований, за исключением Nakahara, Sakino и ИНАИ (1998), были направлены на CFTs из обычных материалов силы. В настоящее время нет необходимости в разработке аналитических моделей, которые могут быть использованы для: а) предсказать, монотонный или циклическое поведение сила-деформация высокопрочных брус CFT-колонны, и б) для модели высокопрочных брус CFT-столбцы Целью проведения нелинейного статического или динамического анализа CFT кадров. Кроме того, существует необходимость общего аналитического подхода, которые могут быть использованы для разработки волокна Эта статья рассматривает эти потребности путем представления:
* Обновление волоконных пучка колонке элемент, который осуществляется в нелинейных кадра программа анализа DRAIN-2DX (Prakash, Пауэлл, и Кэмпбелл 1993) и может быть использована для модели высокопрочных квадратных beamcolumns CFT для нелинейных статический или динамический анализ CFT кадров;
* Разработка общей модели для прогнозирования волокна монотонной или циклическое поведение сила-деформация высокопрочных брус CFT-колонны;
* Аналитический подход к разработке волокна
* Обоснование модели волокна и аналитический подход к разработке волокна 2001) и Nakahara и Sakino (1998).
ВОЛОКНА ЭЛЕМЕНТ DRAIN-2DX
DRAIN-2DX (Prakash, Пауэлл, и Кэмпбелл 1993) представляет собой нелинейное программы структурной анализа, которые могут быть использованы для исследования нелинейных статических и динамических характеристик двумерных структурных рам. Волоконных пучка колонке элемент (волоконно-элемент) была разработана и внедрена в DRAIN-2DX. Это волокно элемент представляет собой распределенную пластичности основе конечного элемента с гибкость основе разработки. Математическая формулировка подробно обсуждаются в др. Курама и др. (1996). Она включает в себя следующие предположения: а) плоскости сечения остаются плоскими и перпендикулярно центральной оси до и после изгиба, б) скольжения не происходит между этими материалами в сечении, с) неупругих деформаций сдвига пренебрежимо малы, г) материалы в сечение при одноосном напряженном состоянии растяжения.
Длина волокна элемента определяется двумя конечными узлами. Элемент длины делится на несколько сегментов, где длина каждого сегмента может быть определена независимо. Поведение каждого сегмента представлена часть находится на середины длины сегмента. На каждый ломтик, сечение дискретизация в волокна и каждый слой имеет свой район, расстояние от центра тяжести, и одноосной Поведение кусок сила-деформация, то есть в разделе осевое усилие осевой деформации изгиба момент кривизны (С- . Поведение кусок сила-деформация интегрируется по длине элемента получить его сила-смещение ответ.
Количество и распределение сегментов по длине может иметь влияние на препик неупругое поведение волокна элемента. В postpeak спектр ответ, однако, неупругих деформаций (отказ) сосредоточены в сегменте подвергаться крупным внутренние силы, в то время как остальные сегменты выгрузить упруго. В результате, postpeak неупругое поведение волокна элемента регулируется по длине и форс-деформационного поведения провал сегмента. Сила-деформация поведение провала сегмент регулируется волокна дискретизации сечения волокна Таким образом, поведение и, следовательно, точность волокна элемента определяется тремя входными параметрами, указанный пользователем: 1) количество и распределение сегментов, 2) волокна дискретизации часть сечения в каждом сегменте, а также 3 ) волокна
ВОЛОКНА
Основным ограничением DRAIN-2DX волокна элементом является то, что сложности членов поведения моделируются неявно волокна дискретизации сечения волокна Пракаш, Пауэлл, и Кемпбелл (1993) разработаны и внедрены два общий слой Это С-и S-типа волокна C-типа Дальнейшим развитием "Аль Курама и др. (1996), включают в себя способность модели жесткость изменения в конкретных условиях циклического нагружения. S-типа Она была изменена на значительно Кордеро, Варма, и Harichandran (2002), включают в себя способность модели циклического местного выпучивания стали на сжатие. Эти модифицированные C-и S-типа волокна 1 и 2 (а) и (б), соответственно. Волокна
Оба C-и S-типа волокна Эти монотонные Гистерезиса правила заданными и пользователь практически не контролирует их. Пользователь указывает пар Есть некоторые ограничения на монотонных Эти ограничения заключаются в следующем: а) для C-типа кривой, пользователь должен указать три точки напряжения останутся неизменными и для C-и S-типа
Как показано на рис. 1, С-волокон типа Кроме того, C-типа 1.
Как показано на рис. 2, S-типа Под циклической нагрузки, S-типа 2 (а) и (б), соответственно. Гистерезиса правила, прежде чем местное выпучивание включить эффекты кинематического упрочнения и последующие местные деформации. Гистерезиса правил, после локального выпучивания включить эффекты кинематического упрочнения при растяжении и циклических местное выпучивание при сжатии. Воздействия циклических местного выпучивания на гистерезисные поведение находится под контролем заданных пользователем параметров, как показано на рис. 2 (б).
CFT ВОЛОКНА МОДЕЛЬ
DRAIN-2DX волокна элемент был использован для разработки волокна модели для предсказания силы деформационного поведения высокопрочных квадратных CFT пучка колонн. Это волокно модель была разработана на основе экспериментальных наблюдений поведение высокопрочных брус CFT-столбцов Варма, Ricles, и соусом (2001) и Nakahara и Sakino (1998), которые показывают, что: а) CFT пучка колонн достижения свои силы и не из-за неупругого поведения стальных и бетонных материалов в сочетании с локальной потери устойчивости стальных труб поясов и стенок, б) разрушение происходит с образованием неупругих сегмента провал в части beamcolumn под действием момента максимального изгиба; в) длина сегмента неупругих провал примерно равна ширине (б) денег и финансированием терроризма; г) местного выпучивания из стальных труб и фланцев сети и дробления конкретных Заполнение происходит в сегменте неупругих неудачи в то время как остальная часть пучка CFT-столбец выгрузить упруго, и д) момент кривизны (M-[прямой фи]) реакции неупругого сегмент представляет собой неспособность основных изгиб поведение CFT пучка колонн ..
Модель CFT волокна была разработана для имитации forcedeformation ответ, то есть осевое усилие осевой strainbending момент кривизны (С- Рисунок 3 показывает эту модель CFT волокна. Как показано на рис. 3, длина волокна модели равна ширине (б) CFT сечения. Волокна элемент используется только один сегмент, и, следовательно, только один кусочек, для моделирования неупругих сегмента провал. Волокна дискретизации CFT сечения (на срез) состоит из конкретных волокон, а также стальной фланец, Интернета и углу волокон (см. рис. 3).
Модель CFT волокна могут быть использованы для прогнозирования P- Точностью предсказал P- Например, фланец стальной и веб-волокна должны приниматься во внимание местное выпучивание стальных труб поясов и стенок, соответственно, и конкретные волокон должна учитывать конкретные заключения и напряженности трещин. Общая S-типа Общего С-типа
ВОЛОКНА
Монотонной Монотонной напряженности кривой напряжения, в зависимости от имеющихся. Различные напряжения Напряжение
Монотонной сжатия Этот аналитический подход развивается сжатия В следующем разделе представлен этот подход в деталях.
Аналитический подход к РАЗВИВАЮЩИХСЯ ВОЛОКНА СЖАТИЯ
Аналитический подход к разработке сжатия
* Разработка трехмерной конечно-элементной модели для отказа сегменте терроризма;
* Анализ рассматриваемой модели концентрических осевой сжимающей нагрузки; и
* Получение волокна
Трехмерной конечно-элементной модели явно приходится последствий местное выпучивание стены из стальных труб, поперечное взаимодействие стальной трубы и конкретные заполнения и заключения конкретных заполнения. Таким образом, в результате волокна В следующем подразделе представлена информация о трехмерной модели конечных элементов, используемых авторами, когда после такого подхода. За ней следуют подраздел, который представляет развитие волоконно
Трехмерные модели конечных элементов
Рисунок 4 показывает трехмерную конечно-элементной модели для отказа сегменте высокопрочных квадратных CFT подвергаются концентрических осевой сжимающей нагрузки. Эта модель была разработана и проанализированы с помощью ABAQUS (2000). Как показано на рис. 4 (а), длина конечно-элементной модели равна ширине (б) CFT сечения. Концентрические осевую нагрузку на провал сегментов используется, так что симметрия поведения предполагается, и только 1 / 4 от КТП сечение образца. Самолет разделы вынуждены оставаться в плоскости аксиально загружается и поддерживает цели.
Стальных труб моделируется с помощью четырех элементов узла S4 оболочки. Упругого поведения стальных элементов идеализированной изотропной модели многоосных эластичность, которая определяется модулем упругости E югу ^ S ^ и коэффициент Пуассона ^ с ^ к югу. Неупругое поведение стальных элементов идеализированной многоосных модели пластичности с поверхности текучести Мизеса, изотропного упрочнения поведения и связанных с ними потоков правила. Одноосной Это Геометрические несовершенства показано на рис. 4 (г) представил на midheight со всех сторон из стальных труб для стимулирования местного выпучивания.
Высокопрочного бетона заполнения моделируется с помощью sixnode тетраэдрических C3D6 и восемь узлов C3D8 твердых элементов. Упругое поведение конкретных элементов идеализированной изотропной многоосных модель упругости, который определяется путем указания модуля упругости E ^ с ^ к югу и коэффициент Пуассона ^ с ^ к югу от конкретного материала. Неупругое поведение при сжатии идеализированной ABAQUS конкретной модели материала, который обсуждается более подробно. Одноосной
Варма, Ricles, и соусом (2001) разработал идеализированный одноосной Эта идеализированная На рисунке 5 показан пример идеализированной одноосной Как показано на рис. 5, идеализированный 3) postpeak размягчения ветвь с наклоном, равным-E ^ с ^ к югу и 4) раздавленные отрасли со стрессом, равна Р '^ к югу с ^ / 16. Переход от уступая ветвь postpeak отрасли смягчение происходит деформация (1). Эта формула была разработана Коллинз и Porasz (1989) для прогнозирования деформации, соответствующей максимуму напряжения е '^ с ^ к югу от высокопрочных конкретные ..
Композитных взаимодействия между стальной трубой и конкретные заполнения в продольном и поперечном направлениях моделируются. Поперечного взаимодействия моделируется с помощью одноосных элементов разрыв контакта. Как показано на рис. 4 (б), разрыв контакта элементов подключить соответствующие узлы из стальных труб и конкретные заполнения. Эти элементы имеют жесткий, подшипников поведение контакт и закрыты (в контакте) в начале анализа. Продольное взаимодействие моделируется с помощью пружинных элементов. Как показано на рис. 4 (с), эти элементы также подключить соответствующие узлы из стальных труб и конкретные заполнения. Весной элементы действуют в продольном направлении и оказывать сопротивление скольжения (относительного движения). Жесткопластических силу скольжения поведение используется для пружинных элементов. Выход сила равна площади контакта умножается на прочность (
Калибровка ABAQUS конкретные модели ABAQUS конкретные модели, при сжатии, состоит из: а) два параметра Дракер-Прагер поверхности текучести, б), связанные потока правило, и с) изотропного упрочнения и разупрочнения правила. Упрочнения правило определяется одноосного сжатия Поверхности текучести используется параметр Кроме того, поток связан правило используется параметр с ^ о ^ к югу для учета воздействия гидростатического давления на пластичность. Умолчанию значения
Результаты предварительного анализа конечных элементов означает, что конкретные заполнения подвергается ограничиваясь сил, действующих от углов CFT сечения. Как показано на рис. 6, эти ограничиваясь силы вызывают основные области конкретного заполнения подвергаться увеличения трехосного сжатия, а остальные области непрофильных конкретных заполнения подвергается увеличения двухосных сжатия. По умолчанию калибровки конкретную модель не подходит для этих двух регионов. Таким образом, Варма, Ricles, и соусом (2001) реструктурированных его следующим образом.
* Конкретные модели для основных область была откалибрована для имитации поведения экспериментальных triaxially только конкретные, представленные Коллинз и Porasz (1989) и Ричарт, Brandtzaeg, и Браун (1928). Значения
* Знание экспериментальных поведение высокопрочных бетон при различных двухосных сжатия настоящее время отсутствуют. Таким образом, Варма, Ricles, и соусом (2001) калиброванный конкретные модели для непрофильных региона урожайность последовательно конвергентных результаты анализа конечных элементов CFT сегментов. Соответствующие значения
Калибровка модели конкретных используются для основных и непрофильных всех регионах CFT конечного элемента. Рисунок 5 иллюстрирует последствия лишения свободы по Он показывает эффект 13,8 МПа трехосных удерживающего давление на в непрофильных регионе. Идеализированной одноосной Кроме того, только прочность бетона предсказал уравнением Ричарт, Brandzaeg, и Браун (1928) для трехосных удержания 13,8 МПа и неограниченном силу 110 МПа Показано также, для сравнения с пике нагрузки предсказывает основной конкретной модели.
Развитие волокна
Трехмерной конечно-элементной модели анализируется с помощью процедуры изменение Рикс-анализа ABAQUS (1998). Результаты анализа включают осевые нагрузки сокращения (P ^ ^ к югу ПЭМ- Эти результаты включают влияние местного выпучивания стены из стальных труб, поперечное взаимодействие стальной трубы и конкретные заполнения и заключения конкретных заполнения. Как показано на рис. 6, поперечные взаимодействие приводит поперечных растягивающих напряжений
Конечных результатов элементного анализа используются для разработки эффективных Эти компоненты определены на рис. 7, который показывает в конце сечения из CFT конечно-элементной модели показаны на рис. 4 (а). Эффективного Таким образом, сжатие
Ниже приводится шаг за шагом, подход к разработке эффективных
1. Конечных результатов элементного анализа используются для определения осевой силы провели в отдельных стальных и бетонных элементов в конце раздела о CFT конечно-элементной модели показаны на рис. 4 (а) и 7. Осевой силы несут каждого элемента рассчитывается как элемент продольного напряжения, умноженного на площадь поперечного сечения;
2. Осевой силы совершили по компонентам CFT сечение рассчитывается как сумма осевых сил осуществляется на соответствующие элементы конечного раздела. Таким образом, осевые силы несут стальных труб Фланцы (P ^ ^ к югу НФ), ткани (P ^ ^ к югу SW) и углы (P ^ ^ к югу SC) рассчитываются как сумма осевых сил осуществляется соответствующими конец сечения стальных элементов (см. рис. 7);
3. Осевой силы совершили по шесть слоев конкретные заполнения (P ^ ^ c1 к югу и к югу P ^ с2 ^ P ^ к югу C6 ^), показанная на рис. 7 рассчитывается как сумма осевых сил осуществляется по соответствующим элементам конкретных EndSection. Кроме того, осевое усилие осуществляется путем заполнения всей конкретные P ^ с ^ к югу рассчитывается как сумма осевых сил, перевозимых всеми элементами конце сечения бетона;
4. Эффективное напряжение для компонентов CFT сечения, то есть, фланцы стальные трубы, ткани, углов и слоев конкретные заполнения-определяется и рассчитывается как осевое усилие осуществляется соответствующим компонентом, разделенная на кросс- площадь поперечного сечения. Кроме того, средняя эффективная стресс для всего конкретные заполнения определяется и рассчитывается как осевое усилие P ^ с ^ к югу осуществляется путем заполнения всего конкретных, разделенная на площадь поперечного сечения;
5. Штамм для компонентов CFT сечение определяется и рассчитывается как осевой сокращение компонента разделить его длина (б) в конечно-элементной модели. Осевой сокращение каждого компонента равна общей осевой сокращения (
6. Сжатия Эти идеализации удовлетворить ограничения общего S-типа
7. Сжатия Таким образом, шесть сжатия Полилинейных идеализации удовлетворить ограничения общего типа С
8. Кроме того, полилинейных идеализации средние эффективные Это полилинейных идеализации можно использовать в качестве сжатия
Таким образом, Есть две возможности для конкретных волокон модели CFT волокна: 1) использование шесть сжатия все конкретные волокон модели волокна и финансированием терроризма. Исследования, проведенные авторами (Varma, Ricles и Заузе 2001, Li, Варма, и Kowalkowski 2002) указывают на ничтожную различия в M-[прямой фи] ответов предсказывали волокна CFT-модели с помощью любой из этих двух возможностей. Таким образом, для простоты, средняя сжатие Кроме того, конечные результаты элементного анализа одинаковы для стальных труб поясами и стенками CFT подвергаются концентрических осевого сжатия. Таким образом, эффективное Таким образом, результаты анализа методом конечных элементов каждого CFT используются для разработки: а) сжатия сжатия
ОЦЕНКА КОНКРЕТНЫХ заполненные МОДЕЛЬ STEEL TUBE ВОЛОКНА
Модель CFT волокна и подход к разработке волокна и Sakino (1998). Эти экспериментальные исследования были выбраны потому, сосредоточить внимание на высокопрочных квадратных CFT пучка колонн подвергаются комбинированному постоянной осевой нагрузки и Непропорциональное монотонной или циклических изгибных нагрузки. Кроме того, как исследования показывают момент кривизны (M-[прямой фи]) ответы неупругих сегментов провал CFT пучка колонку образцов, которые необходимы для надлежащего проверки CFT модели волокна. Эти исследования также сообщил измеряется стали и бетона свойств материалов, которые необходимы для разработки моделей CFT волокна точно.
Экспериментальные результаты, сообщенные Варма, Ricles, и соусом (2001)
Варма, Ricles, и соусом (2001) экспериментально исследовали поведение 16 CFT пучка колонку образцов под постоянной осевой нагрузки и монотонно возрастающими или циклически меняющегося изгибной нагрузки. CFT образцы были изготовлены из 305 мм квадратные стальные трубы заполнены 110 МПа высокопрочных бетона. Стальные трубы были номинальной ширины tothickness (ч / т) ^ п ^ к югу соотношения 32 и 48, и были изготовлены из высокопрочных (552 МПа [80 KSI]) или обычных сил (317 МПа [46 KSI]) стали. Таким образом, существует четыре типа образца CFT-CFT-32-80, КТП-48-80, КТП-32-46, и CFT-48-46-где первый номер (б / т) ^ п ^ к югу и Второй номер номинального значения предела текучести стальных труб в kips/in.2 Как показано в таблице 1, по одному экземпляру каждого образца типа были испытаны под постоянной осевой нагрузке (P = 20 или 40% от осевой нагрузки P к югу ^ O ^) и монотонно возрастающая нагрузка изгиба. Кроме того, по одному экземпляру каждого образца типа были испытаны под постоянной осевой нагрузке (P = 10 или 20% от осевой нагрузки P к югу ^ O ^) и циклически меняющегося изгибной нагрузки.
Экспериментальных результатов по всем восьми образцов монотонной beamcolumn, в том числе М-[прямой фи] ответы на неупругих сегментов провал образцов, подробно представлены в аль Varma и др. (2002). Экспериментальные результаты для всех циклических восемь образцов пучка колонки, в том числе М-[прямой фи] ответы на неупругих сегментов провал образцов, подробно представлены в аль Varma и др. (2004) ..
Модель CFT волокно было разработано для каждого из четырех типов образца и используется для прогнозирования M-[прямой фи] ответы соответствующих циклических монотонных и образцов пучка колонки. Модели CFT волокна были разработаны с использованием измеренных размеров и свойств материала соответствующего типа образца и финансированием терроризма. Варма, Ricles, и соусом (2001) измеряется одноосном растяжении Соответствующих измеряемых размеров и свойств материалов для всех четырех типов КТП образца приведены в таблице 1. В таблице 1, т т ^ ^ к югу, (б / т) ^ ^ м к югу, ( ^) ^ ^ м к югу, и (суб E ^ с ^) ^ ^ м к югу являются измеряется толщина стальной трубы, измеренной ширины к толщине стали трубы, измеряется текучести стальной трубы, измеряется напряжение конечной стальной трубы, измеряется прочность на сжатие бетона, а также измерять модуль упругости конкретные заполнения, соответственно ..
Напряжение Конкретных волокон каждой модели волокна CFT, как предполагается, имеют нулевое напряжение потенциал напряженности, поскольку предыдущих исследований, например, Чжан и Shahrooz (1997) и Хаджар и Гоерли (1996) показали, что напряжение имеет немалое влияние на M-[прямой фи] поведение разделе денег и финансированием терроризма. Сжатия Рис 8 () показывает, растяжения и сжатия Рис 8 (б) показывает, сжатия
Рис 8 () демонстрирует последствия стальных труб местного выпучивания и поперечные растягивающие напряжения ( Как показано на рис. 8 (), увеличение выхода из стальных труб напряжение (измеряется) увеличивает негативные последствия местного выпучивания, и в то же время, увеличение (ч / т) ^ п ^ к югу отношение возрастает пагубные последствия как местное выпучивание и поперечные растягивающие напряжения (Varma, Ricles и Заузе 2001). Рис 8 (б) демонстрирует последствия заключения о сжатии Как показано на рис. 8 (б), увеличение выхода из стальных труб напряжение (измеряется) или уменьшение (ч / т) ^ п ^ к югу отношение как правило, повышают положительное воздействие лишения свободы по высокопрочных конкретные заполнения.
Модели CFT волокна были использованы для прогнозирования M-[прямой фи] ответы восемь образцов монотонной пучка колонки. Рисунок 9 показывает сравнение аналитических M-[прямой фи] ответов предсказывали волокна CFT модели с экспериментальными M-[прямой фи] ответы на монотонных образцов beamcolumn. Как показано на рис. 9, аналитические и экспериментальные M-[прямой фи ответы] не хуже, чем друг с другом. Расхождение наблюдается для образца типа КТП-48-80 подвергается осевой нагрузки уровне 40%. Причина такого расхождения не ясна, но это может быть вызвано случайным эксцентриситетом в осевой нагрузки, сообщает Варма, Ricles и соусом (2001).
Модели CFT волокна были также использованы для прогнозирования M-[прямой фи] ответы восемь циклических образцов пучка колонки сообщил аль Varma и др. (2004). Как упоминалось ранее, S-типа циклических 2 (а) и (б) был использован для стальных волокон, а также C-типа циклических 1 был использован для конкретных волокон. Параметров Значения
На рисунке 10 показано сравнение аналитических M-[прямой фи] ответов предсказывали волокна CFT модели с экспериментальными M-[прямой фи] ответы на циклические образцов пучка колонки. Как показано на рис. 10, аналитических и экспериментальных M-[прямой фи ответы] не хуже, чем друг с другом. Аналитические прогнозы для образца типа КТП-32-46 немного ниже, чем соответствующие результаты эксперимента. Причина такого расхождения не ясна, но это может быть вызвано изменением напряжения стали доходность по периметру стальных труб для этого образца типа, сообщает Варма, Ricles и соусом (2001).
Экспериментальные результаты, сообщенные Nakahara и Sakino (1998)
Nakahara и Sakino (1998) экспериментально исследовали поведение десять CFT пучка колонку образцов под постоянной осевой нагрузки и монотонно возрастающая нагрузка изгиба. CFT образцов из 200 мм квадратные стальные трубы заполнены 119 МПа конкретные высокой прочности. Стальных труб была номинальной (ч / т) ^ п ^ к югу соотношения 32 и 64, и были изготовлены с помощью сварки вместе два холоднодеформированные из каналов высокой прочности (690 МПа) или обычных сил (310 МПа) стали. Таким образом, существует четыре типа образца CFT-JCFT-32-690, JCFT-64-690, JCFT-32-310, а JCFT-64-310-где первый номер (б / т) ^ п ^ к югу и Второй номер номинального предела текучести ( Как показано в таблице 2, по одному экземпляру каждого образца типа были испытаны под постоянной осевой нагрузке (P = 20 или 40% от осевой нагрузки P к югу ^ O ^) и монотонно возрастающая нагрузка изгиба. Кроме того, два повторить образцов образца типа JCFT-32-310 и JCFT-64-310 были протестированы в соответствии осевой нагрузки уровне 40%.
модели CFT волокна были разработаны для каждого из четырех типов образца, а также используются для прогнозирования M-[прямой фи] ответы соответствующих образцов пучка колонки. Модели CFT волокна были разработаны с использованием измеренных размеров и стали и бетона свойств материала для каждого типа образца и финансированием терроризма. Соответствующих размеров и свойств материала измеряется и сообщил Nakahara и Sakino (1998) приведены в таблице 2. В таблице 2, т т ^ ^ к югу, (б / т) ^ ^ м к югу, ( ^) ^ ^ м к югу, ( стальной трубы, измеренное текучести сформированными (девственница) стали, измеренные конечной стресс сформированными (девственница) стали, 28-дневный прочности при сжатии конкретные заполнения, по оценкам, предел текучести из углов стальной трубы после холодного прессования , а расчетная текучести стен стальной трубы после холодного прессования.
Nakahara и Sakino не измерить стали свойств материала после изготовления стальных труб. Следовательно, эти свойства стали материала после холодной обработки были оценены с использованием существующих результатов исследований. Текучести ( Текучести стальной трубы стены ( Эти оценки, подробно изложены в Li, Варма, и Kowalkowski (2002), а также результаты приведены в таблице 2. Эти результаты показывают, что для холодного прессования: а) значительно повышает предел текучести углам стальных труб для всех типов КТП образца, б) приводит к увеличению текучести стальной трубы стены тип образца JCFT-32-310 от 310 до 345 МПа; но с) не имеют существенного влияния на текучести стены для образца типа JCFT-32-781, JCFT-64-781, а JCFT-64-310.
Напряжение оказывают значительное влияние. Напряжение Эти исследователи разработали рекомендации для одноосного Кроме того, напряжение
Конкретных волокон каждой модели волокна CFT, как предполагается, имеют нулевое напряжение потенциал напряженности. Сжатия Рисунок 11 () показывает, растяжения и сжатия Рисунок 11 (б) показывает, сжатия Рисунок 11 (а) и (б) подтверждают ранее сделанные выводы в отношении последствий стресса стали урожайности и (б / т) ^ п ^ к югу от местных соотношение изгиба и поперечных растягивающих напряжений из стальных труб, а также сосредоточение конкретные заполнения.
Модели CFT волокна были использованы для прогнозирования M-[прямой фи] ответы монотонной образцов пучка колонки. На рисунке 12 показана сопоставление аналитического M-[прямой фи] ответов предсказывали волокна CFT модели с экспериментальными M-[прямой фи] ответов. Как показано на рис. 12, аналитических и экспериментальных M-[прямой фи ответы] не хуже, чем друг с другом. Расхождение наблюдается для образца типа JCFT-64-781 подвергается осевой нагрузки уровне 40%. Причина этого расхождения, не известно.
РЕКОМЕНДАЦИИ И ОГРАНИЧЕНИЯ
Модели CFT волокна предсказать с достаточной степенью точности, сила-деформация поведение нескольких высокопрочных квадратных CFT пучка колонку образцов, испытанных при комбинированном осевых и монотонно или циклических изгибных загрузки в США (Varma, Ricles и Заузе 2001) и Японии (Nakahara и Sakino 1998). Это подтверждает CFT модель волокна и аналитический подход к разработке волокна Таким образом, сток-2DX волокна элемент может быть использован совместно с канд S-типа Аналитический подход в данной работе могут быть использованы для разработки деталей волокна
Модель CFT волокна и общий подход к разработке волокна
1. Модель CFT волокна используются те же волокна В результате, он не может учесть эффекты деформации градиент по сечению на сжатие поведения бетона и местного выпучивания поведение стальной трубки. Это ограничение присуще разработки волокна модели;
2. Волокна Они дают только консервативные оценки воздействия комбинированных осевые и изгибные нагрузки (напряжение уклоном более сечения) на конкретные сжатия и стальных труб местного выпучивания поведения. Эти консервативные волокна
3. Модель CFT волокна использует S-типа Это S-типа Таким образом, модель CFT волокно не может эффективно модели упругих местного выпучивания поведение, которое может быть забота о CFT с большим б / соотношение т;
4. Конкретной модели материалов, используемых в трехмерной модели конечных элементов имеет соответствующий правило поток, который стремится к overpredict объем расширение конкретных заполнения (ABAQUS 1998), таким образом, поперечные растягивающие напряжения в стальной трубе и заключения конкретных Заполнение может быть завышенной, и
5. Напряжение
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Общая модель CFT волокна был разработан для высокопрочных квадратных CFT пучка колонн, используя элемент волокна и волокна общего напряженно-деформированного ( Общий аналитический подход к разработке Этот подход развивается волокна Развитых волокна
Модель CFT волокна и аналитический подход к разработке волокна Результаты модели CFT волокна достаточно точно сравнить с экспериментальными результатами. Таким образом, модель волокна и общий подход к разработке волокна для проведения нелинейного статического или динамического расчета рам составных кадров.
Авторы
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом, Пита, благодаря гранту Пенсильвания Департамент по делам общин и экономического развития, и Университетом штата Мичиган. Авторы благодарят Nakahara H. К. Sakino обеспечения их экспериментальных результатов.
Ссылки
ABAQUS, 2000, Справочники ABAQUS Стандартный пользователя: тт. I-III, Hibbitt, Карлссон и Соренсон, Inc Потакет, Р.
Абдель-Рахман, N., и Sivakumaran, К., 1997, "Свойства материала для анализа холодногнутых стальных" Журнал строительной техники, ASCE, В. 123, № 9, с. 1135-1143.
"Аваль", SBB; Saadeghvaziri, MA; и Golafshani А.А., 2002, "Всестороннее Композитный неупругого Элемент волокно для циклического анализа бетона наполненной стальные колонны труб", журнал "Инженерная механика", ASCE, В. 128, № 4, с. 428-437.
Cederwall, K.; Энгстром, B.; и Grauers, М., 1990 ", высокопрочного бетона, используемые в составными столбцами", высокопрочного бетона, Второй международный симпозиум, SP-121, WT Хестон, под ред. Американские бетона Институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 195-214.
Коллинз, член парламента, и Porasz А., 1989, "Shear Дизайн высоких прочности бетона," Вестник КСР d'информации № 193.
Кордеро, A.; Варма, AH и Harichandran Р., 2002, "Развитие модифицированных основе волоконно-Beam-Колонка Элемент DRAIN-2DX", МСУ-КСС Доклад исследований Нету 2002-02, Департамента по гражданским и инженерной экологии, Университет штата Мичиган, Ист-Лансинг, штат Мичиган, 93 с.
Дэвисон, TA, и Birkemoe, PC, 1983, колонка Поведение ColdFormed Холлоу конструкционной стали формы ", Canadian Journal гражданского строительства, V. 10, No 1, с. 125-151.
Elremaily, A.; Azizinamini, A.; и Filipou, FC, 1998, "Связь Подробная информация для подключения стальных балок на циркуляр бетона Заполненные Трубы," Структурные Мировое машиностроение Широкий 1998: отчет о работе структурных Всемирный конгресс инженерия, Elsevier Science ООО, Оксфорд, Англия, бумаги T169-2, 12 с.
Фудзимото, T.; Мукаи, A.; Nishiyama И., Sakino, К., 2004, "Поведение эксцентрично загружено бетона наполненной стальные колонны труб" Журнал строительной техники, ASCE, В. 130, № 2 , с. 203-212.
Гоерли, BC; Торт, C.; Хаджар, JF и Шиллера, PH, 2001, "Краткое исследований Монотонные и циклические Поведение ConcreteFilled стали труб Beam-Столбцы," Структурные Доклад инженерно № ST-01-4 , Департамент строительства, Университет Миннесоты, Миннеаполис, штат Миннесота
Хаджар, JF и Гоерли, BC, 1996, "Представление ConcreteFilled стальная труба Сечение прочности" Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 122, № 11, с. 1327-1336.
Хаджар, JF; Гоерли, BC и Олсон, MC, 1997, "Циклические нелинейной модели для бетонных труб заполненных II, проверка," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 123, № 6, с. 745-754 .
Хаджар, JF; Шиллера, PH и Молодан А., 1998, "Распределенная модель пластичности бетона наполненной стали труб Beam-Столбцы с прослойкой Слип", инженерных сооружений, V. 20, № 8, с. 663 - 676.
Ху, H.-T.; Хуан C.-S.; Ву, M.-H. и Ву, Y.-M., 2003, "Нелинейная Анализ аксиально загружено бетона Трубка Колонны с Влияние конфайнмента, "Журнал строительной техники, ASCE, В. 129, № 10, с. 1322-1329.
Ichinohe, Ю.; Matsutani, T.; Накаджима, M.; Ueda, H.; и Такада, К., 1991, "Упруго-пластическое поведение бетона Заполненные стали циркуляр Колонны," Труды Третьей международной конференции по черной металлургии- Бетонные композиционных структур, ICCS-3 Конференции комитета, Департамент архитектуры, Университет Кюсю, Фукуока, Япония, с. 131-136.
ИНАИ, E.; Мукаи, A.; Кай, M.; Tokinoya, H.; Фукумото, T.; и Мори, К., 2004, "Поведение бетонных труб заполненных стали Beam-Столбцы" Журнал зданий и сооружений , ASCE, В. 130, № 2, с. 189-202.
Карен, KW, 1967, "Уголок свойства холодногнутые стальные профили" Журнал структурного подразделения, ASCE, V. 93, No ST1, с. 401-432.
Килпатрик, AE, и Rangan, Б., 1999, "Испытания высокопрочного бетона наполненной стальные трубчатые колонны", ACI Структурные Journal, V. 96, № 2, март-апрель, с. 268-275.
Курама, Ю.; Pessiki, SP; Заузе, R.; Лу, L.-W. и Эль-Шейх, М., 1996, "Аналитическое моделирование и поперечного движения нагрузки несвязанных PostTensioned Стены железобетонных," Землетрясение Engineering Research Отчет № EQ-96-02, Департамент гражданской и экологической инженерии, Lehigh University, Вифлеем, Па
Лакшми, Б. и Шанмугам, NE, 2002, "нелинейного анализа в наполненной железобетонных составными столбцами" Журнал строительной техники, ASCE, В. 128, № 7, с. 922-933.
Ли, В.; Варма, A.; и Kowalkowski, К., 2002, "Сравнение и оценки американских и японских аналитических моделей для высокими колоннами CFT прочности" МСУ-КСС Доклад исследований № 2002-03, Департамента по гражданским и инженерной экологии, Университет штата Мичиган, Ист-Лансинг, штат Мичиган
Nakahara, H., и Sakino, К., 1998, "осевое сжатие и изгиб, равномерной высокой прочности бетона заполненной площади стальные трубчатые колонны", Труды Пятой конференции Тихоокеанского структурной стали, Сеул, Корея, 13-16 октября, с . 943-948.
Nakahara, H.; Sakino, К. и ИНАИ Е., 1998, "Аналитическая модель поведения при сжатии бетона заполненной площади стальные трубчатые колонны," Труды Института Японии бетона, V. 20, с. 171-178.
О'Шей, MD, и мост, RQ, 1997, "Тесты по круговой тонкостенных стальных труб заполненных с очень высокой прочностью бетона," Научно-исследовательский отчет № R754, Сиднейский университет, факультет гражданского строительства, Центр перспективных зданий и сооружений , Сидней, Австралия.
Петрушка, MA; Юра, JA и Jirsa, JO, 2000, "Push отъезда поведение прямоугольных бетонных Заполненные стальных труб," Композиционные и гибридных систем, SP-196, RS Aboutaha и JM Бракси, ред., Американский институт бетона , Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 87-107.
Пракаш, V.; Пауэлл, G.; и Кэмпбелл, S., 1993, "DRAIN-2DX базы Описание программы и руководство пользователя-Version 1,10", доклад № 93/18 и UCB/SEMM-93/17, зданий и сооружений , механические и материалы, Департамент строительства, Университет Калифорнии, Беркли.
Прионы, HGL и Беме, J., 1994, "Луч-Column Поведение стали трубок, наполненных высокопрочного бетона," Canadian Journal строительства, В. 21, № 2, с. 207-218.
Rangan Б.В., Джойс, М., 1992, "Сила эксцентрично загружено стройные стальные трубчатые колонны заполненной высокопрочного бетона", ACI Структурные Journal, В. 89, № 6, ноябрь-декабрь, с. 676 -681.
Ричарт, ИП; Brandtzaeg, A.; и Браун, Р. Л., 1928, "Изучение разрушение бетона в сложном напряженном сжатие", бюллетень № 185, технике опытной станции, Университет штата Иллинойс, UrbanaChampaign, штат Иллинойс
Редер, CW; Камерон, Б., и Браун, CB, 1999, "Составные действий в бетоне заполненных трубы", журнал строительной техники, ASCE, В. 125, № 5, с. 477-484.
Sakino, K.; Nakahara, H.; Морино, S.; и Nishiyama И., 2004, "Поведение центре загружено бетона наполненной стальных труб Краткое Столбцы" Журнал строительной техники, ASCE, В. 130, № . 2, с. 180-188.
Шнайдер, SP, 1998 ", аксиально загружено бетона наполненной стальных труб," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 124, № 10, октябрь, с. 1125-1138.
Шамс, М., Saadeghvaziri, MA, 1999, "Нелинейная Ответ бетона наполненной стальные трубчатые колонны под осевую нагрузку", ACI Структурные Journal, V. 96, № 6, ноябрь-декабрь, с. 1009-1019 .
Tomii М., Sakino, К., 1979, "Упруго-пластическое поведение бетона заполненной площади стальные трубчатые Beam-Столбцы", Труды Архитектурный институт Японии, № 280, с. 111-120.
Уй, B., 2000, "Прочность бетона Заполненные стальные колонны Box Включение местного выпучивания" Журнал строительной техники, ASCE, В. 126, № 3, с. 341-352.
Варма, AH; Ricles, JM и Заузе, Р., 2001, "Сейсмическая поведения, анализ и дизайн Высокая прочность бетона заполненной площади стали труб (БФТ) Столбцы", ATLSS отчет № 2001-02, ATLSS инженерно-исследовательский центр , Департамент гражданской и экологической инженерии, Lehigh University, Вифлеем, Пенсильвания, 428 с.
Варма, AH; Ricles, JM; Заузе Р., Лу, LW, 2002, "Экспериментальное поведение Высокая прочность бетона площади наполненной стальные колонны труб" Журнал строительной техники, ASCE, В. 128, № 3, с. 309-318.
Варма, AH; Ricles, JM; Заузе, R.; и Лу, LW, 2004, "Сейсмическая Поведение и дизайн Высокая прочность бетона площади наполненной стали труб Beam-Столбцы" Журнал строительной техники, ASCE, В. 130, № 4, с. 159-169.
Zhang, W., и Shahrooz Б. М., 1997, "Аналитические и экспериментальные исследования поведение конкретных наполненной трубчатые колонны", доклад № UC-CII 97/01, Университет Цинциннати, Цинциннати инфраструктуры института, Цинциннати, штат Огайо.
Входящие в состав МСА Amit H. Varma является доцентом в университете Purdue, Западный Лафайет, штат Индиана Он является членом комитета ACI 335, композитный и гибридных структур. Его исследовательские интересы включают поведения и проектирования железобетонных композитных конструкций при сейсмических пожара или погрузки.
Входящие в состав МСА Ричард Заузе является директором Центра ATLSS Lehigh University, Вифлеем, Па Он был одним из лауреатов ACI структурных исследований премии в 1987 году. Его исследовательские интересы включают поведения, разработка и анализ из железобетона, предварительно напряженного железобетона и бетонных композитных конструкций при сейсмических нагрузок.
Входящие в состав МСА Джеймс М. Ricles является главным следователем Джордж Э. Браун-младший, сеть сейсмостойкого строительства моделирование (Nees) оборудования на площадке и заместитель директора Центра ATLSS Lehigh University. Он является членом комитета ACI 335, композитный и гибридных структур. Его исследовательские интересы включают сейсмического анализа, проектирования, восстановления и тестирования стали, бетона, стали и композитных-бетонных конструкций.
Qinggang Ли главный инженер в провинции Ляонин Строительство проектно-изыскательский институт в Шеньяне, Китай. Он получил степень магистра по гражданской инженерии Университета Тунцзи в Шанхае, Китай.