Факторы, влияющие на прочность элементов разработаны с использованием Strut-и-Tie Модели
Strut и галстук модели полезны при разработке конкретных структур, содержащих разрыва регионов. Вопрос, который часто сталкиваются инженеры, является ли конкретный стойки и галстук модель подходит или предоставляет оптимальное решение конкретной задачи. Консервативный характер стойки и галстук метод хорошо документирована, однако существующие запас прочности структуры разработаны с использованием стойкой и галстук моделей в настоящее время не известны. Эта статья предусматривает экспериментальных наблюдений четыре глубоких балок с отверстиями разработан с использованием стойкой и галстук моделей. Измеренная сила лабораторных образцов была значительно выше, чем по расчетам емкостью от дизайна стойки и галстук моделей. Особое внимание уделяется выявлению и количественной оценки потенциальных источников чрезмерной силы, которые следует учитывать для более точного предсказания несущей способности при использовании стойки и галстук модели в дизайне.
Ключевые слова: луч, могущество; структурных бетона; стойка.
ВВЕДЕНИЕ
Strut и галстук модели используются обычно для разработки регионах структурные конкретных членов с геометрическим или погрузки разрывов (D-области). Эти регионы традиционно были разработаны с использованием эмпирических уравнений, не универсально. Использование стойки и галстук модели значительно возросли после публикации вехой документ др. Schlaich и др. (1987), которые привели к интеграции и реализации метода в дизайне коды (ACI Комитет 318 2002; CSA 1994; МФП комиссии 3 1996; AASHTO 1998). Хотя стойка и галстук модели были использованы на практике значительное число лет в Европе и Канаде, их широкое использование в США началось с публикации в приложении А к ACI 2002 "Строительный кодекс Требования Железобетона и комментарии" (ACI Комитет 318 2002) и 1998 AASHTO LRFD характеристики (AASHTO 1998). Код ACI позволяет проектирования членов содержащих D-регионы в соответствии с положениями, включенные в Приложение A. Кроме того, последние разработки программного обеспечения в настоящее время позволяет существенно снизить время анализа, что позволяет разработчикам оценить различные стойки и галстук моделей для разработки структуры (Tjhin и Кучмой 2002).
Одним из преимуществ использования стойки и галстук модели по эмпирическим процессуального кодекса является то, что они предоставляют решения для задач, где традиционные уравнений дизайн, не применимы. Например, метод был эффективно использован для разработки элементов часто встречающихся на практике, например кронштейнов, после натяжения якорной стоянки зон, dapped-концов предварительно напряженные балки, куча шапки или глубоко пучков. В этих приложениях, широко распространенной стойки и галстук модели были разработаны и могут применяться непосредственно дизайнеров. Развитие эффективного стойки и галстук модели необычных ситуаций дизайн, однако, не является однозначным. Последние были предприняты усилия, чтобы ознакомить дизайнеров с использованием ACI 318, Приложение, положения путем развития стойкой и галстук модели для менее распространенных ситуациях (Объединенный комитет ACIASCE 445 2002). В связи с ростом использования стойки и галстук модели, однако, инженеров, неизбежно будет сталкиваться с проблемой определения того, что представляет собой адекватный стойки и галстук модель нетрадиционные проблемы ..
Развитие стойкой и галстук моделей основана на теории пластичности. В частности, стойка и галстук модели удовлетворяют снизу теоремы пластичности, в которых нагрузки системы, основанной на статически допустимых напряжений, что не превышает текучести обеспечивает нижнюю границу к падению нагрузки. Экспериментальная проверка проводится в предыдущих исследователей подтвердили эту теорему о том, что конструкции на основе стойки и галстук модели, как правило, консервативное (Максвелла и Брин-2000; Чена. 2002). Для определенной структуры, однако, различные модели могут себе представить, чтобы удовлетворить потребности снизу теоремы и что это может привести к различным рассчитанные потенциала. Таким образом, он не уверен, что все модели, используемые в конструкции ситуация приведет к равным степень безопасности.
В настоящем документе рассматриваются результаты лабораторных экспериментов по четыре глубоких балок с отверстиями, которые были разработаны с использованием различных стойки и галстук моделей. Двое из них были геометрически подобной образец испытан Максвелла и Брин (2000). Тесты позволяют данные, которые затем используются для оценки разницы между ожидаемым и измеряется прочность потенциала образцов. Источники, которые способствовали разница в ожидалось, и измеряются сильные были выявлены и количественно.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Как процедур, включенных в МСА 318, Приложение A, (ACI Комитет 318 2002) используются чаще при разработке структур, содержащих D-регионы, экспериментальная проверка требуется обеспечить конструкторов и исследователей с инструментами для оценки моделей, используемых для проектирования. Источников сверхпрочности структур разработаны с использованием стойкой и галстук модели не были критически рассмотрены. Эта информация необходима для будущего калибровки расчетных параметров для достижения относительно одинаковой надежности структур разработаны с использованием стойкой и галстук моделей. Эта статья оценивает экспериментальных поведение двух типов структур со значительными разрывами разработан с использованием стойкой и галстук модели и определены различные механизмы, которые способствовали измеряется за прочности образцов.
ОПИСАНИЕ образцов для испытаний
Геометрии образца
Strut и галстук модели особенно хорошо подходят для разработки разрыва регионов в структурных бетонных элементов. Образцы с большими разрывами, где использование уникальных стойки и галстук модели для проектирования не очевидны были выбраны для этого исследования. Например глубокие балки с большим отверстием, первоначально представленный др. Schlaich и др. (1987, раздел 5.2) был использован в качестве прототипа для лабораторных исследований для оценки дизайна стойки и галстук предложенной модели и потому, что этот элемент был использован ранее в других лабораторных тестов (Максвелла и Брин-2000). Экспериментальный образец размера составляют примерно 1/4-scale модели этого пучка. Все образцы были длиной 1875 мм, 1170 мм глубиной и 112 мм. Два типа образцов были построены. Тип 1 образцов (рис. 1 (а)) было 380 мм, квадратное отверстие в нижнем левом углу балок и 2 типа образцов (рис. 1 (б)) было два 380 мм квадратные отверстия, одно в нижнем левом углу как и в 1 Тип образцов, и один у верхнем правом углу. Положение и размер этих отверстий были выбраны вмешиваться в прямые пути нагрузки, которые потенциально могут форме между точками загрузки и поддерживает.
Усиление в каждом образце типа был разработан с использованием двух различных стойки и галстук модели, как описано в следующем, так что в общей сложности четыре образцы были протестированы. Предполагается, что различные механизмы укрепления бы привести к различиям в поведении во время тестов, которые помогают определить факторы, влияющие на выбор соответствующей стойки и галстук модели для проектирования ..
Strut и галстук выбор модели
Выбор стойки и галстук модель имеет первостепенное значение для проектирования структуры, содержащей разрыв регионов. Некоторые авторы рекомендовали использование полей упругих напряжений в определенных локациях элементов в стойку, и галстук модели для дизайна (Schlaich и др.. 1987; Макгрегор 1997; Совместное ACI-ASCE Комитет 445 1999). Schlaich и др.. (1987) рекомендовал согласования стоек не дальше чем на 15 градусов от направления основного поля сжимающих напряжений. Другие авторы предложили определения полей напряжений совместимый с граничными условиями на развитие пластиковых качестве механизма построения стойки и галстук модели, которые приводят к конструкции, которые удовлетворяют прочности и работоспособности требования (Muttoni и др.. 1997). Направления главных напряжений может существенно измениться после растрескивание бетона, а расчет упругих направления поля напряжений стать полезным инструментом для визуализации потока сил в структуре, что приводит к улучшению стойки и галстук моделей. Очевидно, однако, что не существует универсального метода построения стойки и галстук модель для той или иной структуры ..
Две стойки и галстук модели были разработаны для каждого образца типа в данном исследовании, приблизительно следовать основным упругого распределения напряжений показано на рис. 2 (а) и 2 (г) для типа 1 и 2 образца, соответственно. Темными стрелками на эти цифры представляют собой направление главного сжимающих напряжений; основные растягивающие напряжения перпендикулярно основным направлениям сжимающих напряжений. В поле "тип 1 образцов, нагрузка передается непосредственно от места погрузки на право поддержки через бутылочной формы стойки, но открытие вблизи левого нижнего угла ограничивает прямой передачи нагрузки от груза указывают на левой поддержки. Тип 2 образцов требуется тщательный анализ передачи нагрузки от нагрузки, вокруг отверстия для опор на левой и правой сторон.
Strut и галстук моделей, используемых для типа 1 и 2 образцов представлены на рис. 2 (б), 2 (с), 2 (е) и 2 (е). Struts представляются с использованием пунктирными линиями связи и отображаются с твердой линии в эти цифры. Стойки и галстук модели, показанной на рис. 2 (б) (Модель 1A) совпадает с той, которая предлагается аль Schlaich и др. (1987) в их примере решения глубокой балки с открытия. Эта модель была использована также и в испытаниях, проведенных Максвелла и Брин (2000) и был выбран в качестве основы для сравнения с экспериментальными результатами других исследователей. Расположение стоек и связей вокруг открытия в модели 1B (рис. 2 (с)) значительно отличается от такового в модели 1А. Галстук T11 в 1A модели был ликвидирован, а диагональные галстук (T4) был добавлен вблизи середины образца, продлен до узла по отношению к праву поддержки. Кроме того, галстуков Т7 в 1A модели был продлен вертикально по отношению к верхней части балки 1B модели (T11, T10, Т14 и), чтобы позволить размещение стоек, которые следуют поля упругих напряжений сжатия, происходящие над проемом более внимательно.
Основные направления упругих напряжений Тип 2 образцов представлены на рис. 2 (D), а также стойки и галстук модели Образцы 2А и 2В показаны на рис. 2 (е) и 2 (е), соответственно. Левой стороны обеих моделей очень похожа на левой части руки Модель 1A, отличающиеся в первую очередь крепления расположение диагонального галстук выше нижнего отверстия (в модели T26 2А или Т13 в модели 2B). Нагрузка передачи выше верхнего отверстия в 2А Модель была достигнута с помощью фермы модели с горизонтальной при сжатии (Struts S2-S4) и растяжение аккордов (T1 связей через T3) в верхней и нижней сторонах конкретного региона над проемом. Аккорды соединены диагональных связей (Т4 через T6) после направления основных растягивающие напряжения и почти вертикальных стоек (S5 через S8), необходимого для равновесия фермы. Связи и распорки внимательно следить за развитием основных направлений стресс левее и ниже верхнего отверстия (рис. 2 (е)).
Модель 2В в основном это упрощенная версия модели 2А, где несколько стоек и связи были заменены отдельные элементы в районах, прилегающих верхнее отверстие. Например, поле сжимающих напряжений ниже верхнего открытия представлена одной диагональной стойки (S11), которая начинается у левого нижнего угла открытия и заканчивается у правого поддержки. Аналогичным образом, поле напряжений выше верхней открытие представляет одну диагональную галстук (T2) и горизонтальные стойки (S2) в верхней части балки. Кроме того, узел место в конце связующих Т13 был изменен в этой модели (рис. 2 (F)).
Образцы укрепление
Образцы были предназначены для предельной нагрузки приблизительно равна 133 кН (30 койка). Прочность узлов, стоек и связей была рассчитана с использованием процедур в Приложении А к 2002 ACI код (ACI Комитет 318 2002). Бетонной смеси при номинальном 28-дневного прочность на сжатие е '^ ^ к югу с равным 28 МПа (4000 фунтов на квадратный дюйм), а максимальный размер 13 мм (1 / 2 дюйма) используется во всех образцов для облегчения размещения. Арматура была номинальной текучести е ^ у ^ к югу равным 420 МПа (60000 фунтов на квадратный дюйм). В соответствии с МСА 318, Приложение, сила сокращения фактор [прямо фи] равную 0,75 был использован для всех распорок, узлов и связей. Модели были проанализированы с использованием компьютера программное обеспечение, разработанное Tjhin и Кучма (2002).
Галстук позиции и рассчитанных сил, были использованы для определения местоположения и требует области укрепления всей образцов. Требуемой области стали в каждой галстук был рассчитан путем деления каждого галстук силы произведение номинального значения предела текучести арматуры и фактор силы сокращения, [прямой фи] = 0,75. Арматура затем были выбраны в соответствии с требуемой области стали, но и во многих связей, при условии области превысил необходимые области из-за ограниченной доступности коммерческих размеров бар. Требуемые галстук подкрепление осуществляется с использованием 10М (№ 3) бары с номинальной бар на 71 мм ^ 2 ^ SUP (0,11 дюйма ^ ^ SUP 2) возле каждой из сторон балки, оставив около 25 мм (1 дюйм) слоя бетона. Бары заканчивается в узлах, расположенных вблизи пучка края были подключены в направлении толщины образца использованием 180-градусной крючками на концах, чтобы избежать вывода. Нижняя продольной арматуры для четырех образцов продлен на надлежащую поддержку и были закреплены на поддержку также с использованием стандартного 180-градусную крючки.
В двух из четырех образцов (проб 1А и 2В), нижней продольной арматуры, не распространяется на левую поддержки в строгом соответствии с ребра и галстук модели, используемые для дизайна. Это позволило изучение действия потенциально негативные последствия явно недостаточное укрепление подробную информацию о несущей способности ..
Укрепление структур в каждом образце показаны на рис. 3. Каждый темная линия представляет собой два 10М бары, расположенные в нижней или верхней поверхности образцов. Анкоридж подробности на концах бара указаны на рисунке крючковатым штриховых, которые указывают на один или несколько баров использованием пунктирными линиями. Кроме того, распространены (средней) укрепление отображаются с помощью легких линий была представлена образцами 1А и 1В использованием деформированных D4 проволоки с пределом текучести измеряется равным 655 МПа (95000 фунтов на квадратный дюйм), чтобы удовлетворить минимальные вертикальные и горизонтальные усиление требований для стен (ACI 318, раздел 14.3.1). Распределенные укрепления не была использована образцами 2А и 2В из-за значительного чрезмерной силы наблюдается после тестирования образцов 1А и 1В.
Ожидаемые прочности образцов оценивалась дизайн стойки и галстук-модели с помощью фактической площади стали, выделяемую в каждой галстук, измеренные свойства материала, а фактор силы сокращения [прямо фи] = 1,0. Измеренные свойства материала во время тестирования приведены в таблице 1, в то время и ожидаемые преимущества образца приведены в таблице 2.
Испытание установки и приборы
Испытания образцов монотонно на провал использованием 1780 кН (400 кип) универсальной испытательной машины. Идет загрузка была остановлена на 45 кН (10 койка) интервалов по случаю трещины и повреждения документа образца течение всего испытания. Pin собрания, состоящего из 50 мм (2 дюйма) диаметр стальной штырь между двумя 25 мм (1 дюйм) в толщину пластины, были предоставлены точка нагрузки и поддерживает, чтобы избежать местных дробления бетона и позволяют вращения пластин ( Рис. 1). Эти собрания были направлены на избежание генерации значительной горизонтальной сдержанность в образцах, обеспечивая достаточное расстояние между роликами и обняла баров. При больших нагрузках на близкое банкротство образцов, однако некоторые горизонтальные ограничения не наблюдалось. Дизайн модели были изменены, чтобы включить эффект горизонтальной сдержанность в поддержке, но ее влияние на стойку, и галстук сил оказалась незначительной.
Нагрузка была измерена на каждом поддержки с помощью двух 445 кН (100 кип) грузоподъемностью клеток размещен под опорные плиты. Поддержка были размещены непосредственно на концах образца на основе двух соображений: 1) для последовательности при поддержке место, указанное др. Schlaich и др. (1987) в их разработке например, 2), с тем чтобы поддерживать контакты будут выстраиваться с центральной конкретном регионе между ценой открытия и края образцов.
Образцы приборами с внутренними и внешними датчиками деформаций в различных местах. Внешние тензодатчиков (одноосных деформаций и розетки), были расположены в районах отдельных стоек и узлов для различных образцов. Эти документы определили круг использованием номера на рис. 1 и накладывается на дизайн стойки и галстук модели на рис. 2. Эти документы были связаны с бетонной поверхности и был 60 мм длины.
Внутренние датчики деформации были связаны с поверхностью арматуры в местах расположения основных связей дизайн стойки и галстук моделей в каждом образце. Рисунок 3 показывает расположение и нумерация используется для этих инструментов. Вертикальные прогибов каждого образца измеряли в трех точках использованием линейных потенциометров, как показано на рис. 1. Инструмент расположен прямо под нагрузкой точка для построения прогиба от нагрузки ответ кривые, представленные в следующем разделе.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Нагрузки отклонения ответ
Тот факт, что четыре образца произошло при нагрузке значительно выше, чем вызывает осадка основных связующих в каждом пучке. Измеренные отклонения нагрузки ответ образцов (рис. 4) соответствует общей нагрузки и прогиба, измеренная в точке нагрузки. Начальная часть кривой близка к линейной для всех образцов с указанием минимальной трещин. Поведение 1-го типа образцов была одинаковой в начальной части кривой, при нагрузке около 90 кН (20 койка), отклонения в 1B образцами стали значительно больше, чем отклонение образцами 1А. Диагональные трещины образуются образцами 1B в правом верхнем углу открытия и расширить быстро из-за отсутствия диагональных усиление в этом регионе. Нагрузка-смещение кривых постепенно отошли от исходной линейной части при нагрузке около 445 кН (100 кип) и выставлены мелких склона нагрузку подошел силы пучков на 615 и 595 кН (138 и 134 кип) для Образцы 1А и 1В, соответственно ..
Прогиба от нагрузки ответ два типа 2 образцы почти одинаковы (рис. 4). Основные наблюдаемые различия в нагрузке, при которой значительное место неупругих действий в образцах. Что касается типа 1 образцов, начальный участок прогиба от нагрузки кривых характеризуется линейной поведения. Выход из этой линейной части произошло при нагрузке около 325 или 290 кН (73 или 65 кип) для образцов 2А и 2В, соответственно. Хотя кривые покинул друг от друга, после нелинейных действий произошло с образцами 2B, они вплотную подошли вместе подошли нагрузки прочности образцов. Что касается типа 1 образцов, измеренные силы типа 2 образцов был очень похож на 385 и 370 кН (86 и 83 кип) для образцов 2А и 2В, соответственно. Начальная жесткость этих образцов была значительно ниже, чем образцов типа 1, как и следовало ожидать из-за наличия в верхнее отверстие. В среднем, отклонение потенциала 1-го типа образцов примерно на 10% выше, чем 2 типа образцов (рис.
Наблюдаемые крекинга
Крекинг структур в связи с тем, показаны на рис. 5 для четырех образцов. Крекинг 1 типа образцов существенно различались в зависимости от усиления договоренности. Как и ожидалось, первоначальный трещин в образцах одного и того же типа произошли в районах максимального упругих напряжений. После первых трещин, образование новых трещин, пострадавших в результате укрепления макета определяется дизайн стойки и галстук моделей. Большинство растрескивание образцов 1A (рис. 5 (а)) произошло на левой части пучка над проемом, демонстрируя, что диагональное армирование, расположенных выше открытия внесли вклад в распространение трещин в более широком регионе. Большие трещины образуются на правой стороне образца 1B (рис. 5 (б)) из-за наличия диагональных бары, который начался примерно в центре образца и расширен в узловых региона по отношению к праву поддержки. Почти вертикальные трещины образуются также с образцами 1B в середине пролета и в разделе "точечную нагрузку, но отсутствовали в 1A образцов возможно из-за большего количества продольной арматуры в нижней части, которая арестовала трещины и расширения ..
В отличие от 1 типа образцов, трещин в образцах типа 2 в основном сосредоточены в районе пучки расположены справа от точки нагрузки и разрушения произошли также в эту половину лучей. Крекинг в левой части пучков был похож на Тип 1 образцов при заданной нагрузке уровне, и поэтому не обсуждается. Крекинг вряд ли существенно различаться между Образцы 2А и 2В, потому что стойка и галстук моделей, используемых для проектирования были аналогичными. Следует напомнить, что модель с образцами 2B представляет собой упрощенный вариант модели для образцов 2A. При проектировании этих образцов было трудно эффективно заниматься конкретной области выше верхнее отверстие в передаче нагрузки из-за близости открытия нагрузки точки. Укрепление модель выбрали для образцов 2А казалось, должна быть более эффективной в привлечении верхней части пучка из-за большей степени растрескивания наблюдаемой в ходе испытания (см. рис. 5 (с) и (г)). Наблюдается растрескивание модели 2 типа образцов, однако, указал, что большая часть нагрузки передается через конкретные области ниже верхнего отверстия.
Первичная диагональные трещины образуются из левого нижнего угла отверстия внутреннего края правой пластины поддержки. Бетонные дробления наблюдается в регионах у обоих концах этой диагонали стойки при выходе из строя образцов 2A и существенная переориентация трещины наблюдается в этом регионе (рис. 6). Первоначально вертикальных трещин, образовавшихся в раздел, соответствующий точке нагрузки и постепенно превратились в диагональные трещины, которые присоединились к диагональные трещины, вытекающих из левого нижнего угла верхнее отверстие. Диагональные трещины в направлении главной подпорки под верхнее отверстие, затем перешли эти оригинальные вертикальной диагональные трещины на более высоких нагрузок. Менее обширные растрескивание образцов, разработанных в ходе испытаний 2B; кроме того, конкретные стойка расположена ниже открытия не подавить, но скалывания конкретные клина прямо над правой поддержку вызвало сбой, а ..
Неспособность и прочности образцов
Тип 1 образцов достигает примерно равные предельными нагрузками, но неспособность месте существенно различались по два образца из-за наличия различных механизмов loadtransfer. Неудача в 1A образцов был инициирован потери части конкретных расположенных ниже открытия. Бетонные под открытие отделены от образца из-за отсутствия преемственности нижней продольной арматуры в левой поддержку в этом образце, что привело к образованию трещины в точке подключения подкрепления при нагрузке около 355 кН (80 кип). Эта трещина распространяется по всей 125 мм (5 дюймов) глубиной конкретных ниже открытия причиной этого региона для разделения и падения из пучка. Отказ от вертикальных бетонных сегмента слева от открытия произошли сочетанием высокой осевой силы и изгибающего индуцированных поддержки вращения при больших нагрузках (рис. 5 (а)). Хотя стойка и галстук модели, разработанной для этого экземпляра указано никакой напряженности под открытие и одноосного (по вертикали) сжатия слева от открытия, очевидно, что неправильное подробным привели к провалу режиме, наблюдаемой в ходе испытания.
Отказ образцами 1B, с другой стороны, произошло путем дробления на узловых области над правым поддержки (рис. 5 (б)) после галстук уступок. Неудача в этом образце также произошли на гораздо более высоких нагрузках, чем ожидалось, из стойки и галстук модели, используемые для дизайна. Нижней продольной арматуры, был продлен в левую поддержку в этом образце поэтому часть конкретных ниже открытия, не отделяются от луча, который препятствует изгиба конкретных стойка в левой части открытия.
Отказ типа 2 образцы произошло в конкретном районе прямо над правой поддержки. Почти вертикальные трещины, которые образуются слева от поддержки пластины вступил трещины, которые образуются в нижнем правом углу верхнего устья, образуя плоскость разрушения, что привело к разделению региона конкретных над правым поддержки (рис. 5 ( с) и (г)).
Номинальная вместимость типа 1 и 2 экземпляра (расчетная нагрузка разделить по прочности фактором уменьшения их последствий [прямой фи] = 0,75) было примерно 178 кН (40 койка). Измеряется сила варьируется в зависимости от типа образца. Учет измеряется текучести арматуры (табл. 1), предполагаемая численность особей будет 195 кН (44 койка). Средний измеряется сила 1-го типа образцов 605 кН (136 койка), или примерно в три раза больше ожидаемого силы, в то время как 2 типа образцов 380 кН (85 койка), или в 1,9 раза предполагаемая численность.
Консервативный характер стойки и галстук моделей была признана другими (Максвелла и Брин-2000) и также ожидается образцов, испытанных в этом проекте. Возможность перераспределения напряжений после уступая связей играет важную роль в большой разнице между измеренными и расчетными силы наблюдается в обоих типах образцов. Перераспределение, как правило, расширение наличием welldistributed укрепление, которая контролирует расширение трещин. Тип 1 образцы имели укрепления, необходимые для температуры и усадки в соответствии с Кодексом ACI (ACI Комитет 318 2002). Прочность вклад температуры подкрепления примерно составляли в измененной стойки и галстук модели за счет увеличения площади около связей, как будут рассмотрены ниже более подробно.
Галстук деформаций и сил
Галстук сил были определены по измеренным штаммов инструментальной арматуры в образцах (рис. 3). Для оценки эффективности работы дизайн стойки и галстук модели, измеренная связующих сил на урожайность и конечной нагрузки по сравнению с галстуком силы рассчитывается по модели (табл. 3). Рассчитанных связующих сил, перечисленных в таблице 3 соответствуют тем, которые получены с помощью дизайна стойки и галстук модели с измеренными свойств материалов и фактор силы снижение 1,00 (ожидается силы приведены в таблице 2). В некоторых случаях, несколько датчиков деформации были расположены вдоль арматурного проката, соответствующие тому же связать в модели. Хотя силы рассчитывается в связи использованием стойки и галстук модели являются постоянными, большие различия деформации были зафиксированы по инструментальной баров, соответствующей одному галстук. Этот результат указывает на изменение связи подчеркивает как следствие растрескивание бетона (например, инструменты 1 и 2 вдоль галстуков Т7 или инструменты от 8 до 10 по галстуков T11 с образцами 1А). Как и ожидалось, самый высокий штаммы были зарегистрированы в непосредственной близости от трещин и быстро падают с расстоянием от трещины ..
Уступая различных связей происходило последовательно, как нагрузка возросла с податливость первый связь с предельной нагрузки в ходе испытаний. Тензометрических 9 образцами 1A, например, указано податливость галстуков T11 по доходности нагрузки. Галстук T7 (Тензометры 1 и 2), затем уступил нагрузки между урожайностью и конечной, и галстуков T3 (тензометрических 3) был близок к уступая при предельной нагрузки, как указано на тензометрических измерений. Одновременное уступая не встречалось в различных связи на расчетную нагрузку в первую очередь из-за больших стали направления деятельности, предусмотренные в ряде отношений, чем требуется. Обычные стойки и галстук анализ бы оценил силу этого пучка, как низкая нагрузка определяется из осадка критической галстук или подавление критического стойки или узла. Измеряется штаммов галстук иллюстрируют значительный потенциал для перераспределения напряжений в лабораторных образцах, которые переведены на значительное увеличение грузоподъемности. Аналогичное поведение наблюдалось также в других образцов, испытанных в этом исследовании ..
Хотя дизайн стойки и галстук модели существенно недооценивают силу образцов, они адекватно определить эти связи ожидается выход первого в ходе испытаний, в двух из четырех образцов (проб 1А и 2А). Связь с высокая степень деформации соответствует критической связей в стойку и галстук моделей. Критической галстук в модели 1A образца T11 (диагональ подкрепление), которая достигла своего выхода налегать на наблюдаемый выход образца. Кроме того, связей Т2 и Т13 были критических связей в модели образца 2А, которые были на первом урожая по деформации при урожайности нагрузки приведены в таблице. Согласно этой модели для образцов 1B, однако, диагональные галстук (Т4), как ожидается, урожай до осадка вертикальных связей рядом с пучком открытия (T10 и Т14). Измеренные деформации в этих трех связи были практически равны, что свидетельствует одновременное уступая при нагрузке между наблюдаемыми нагрузки выхода и окончательным. В образце 2B, только T5 галстуков уступил предельной нагрузки, хотя T6 и T10, как ожидается, доходность по стойке и галстук модели.
Отношение измеренных связующих силу предельной нагрузки связать силу по доходности нагрузки для инструментальной баров показано в последнем столбце таблицы 3. Многие показатели превышают 1,00 в связи, которые не дали, отметив, что связи со стальными областях больше, чем требуется от проектирования смогли разработать дополнительные силы после нагрузки наблюдается выход в образцах. С другой стороны, конечная до выхода силу соотношения для галстуков, которые принесли или были близки к уступая при наблюдаемом нагрузки выход образцов примерно 1,00. Теоретически, максимальная нагрузка на стойку, и галстук модели контролируется путем выделения критической галстук или подавление критического стойки или узла. Соразмерно увеличить силы в некритических связей при нагрузках выше наблюдаемый выход вновь подчеркнул высокий потенциал для перераспределения напряжений в этих образцах.
Переориентация полей напряжений в процессе тестирования
Штамм розетки были размещены на поверхность бетона в отдельных стоек и узлов в образцах для определения того, значительные изменения в ориентации полей упругих напряжений произошло после раскрытия трещин. Места деформации розетки показано на рис. 1, и их положение относительно дизайна стойки и галстук модели показаны на рис. 2. В поле "тип 1 образцов, штамм розетки были размещены в бутылочной формы стойкой справа от нагрузки точке и в узле, расположенном в нижней части галстука (галстука T3). Розетки 2 типа в образцах были размещены на стойку рядом с левой стороны верхнего отверстия (S12 для образцов 2А и S8 для образцов 2B), и на узле, расположенном по диагонали ниже в левом нижнем углу верхнего отверстия (рис. 2 (е) и (F)). Значительное перераспределение и изменение ориентации главных деформаций не должны были при нагрузках, превышающих трещин и податливость образцов, потому что стойка и галстук модели, используемые в конструкции были построены примерно следующим основным направлениям упругих напряжений ..
В таблице 4 приведены значения основных штаммов ( Индексы 1 и 2 обозначены максимальный и минимальный основных штаммов, соответственно, положительные значения, соответствующие деформации растяжения. Три выбранных уровней нагрузки примерно соответствуют крекинга нагрузки, нагрузки наблюдается выход и либо крупных нагрузки, для которых надежных измерений были приняты (тип 1 образцов) или нагрузки близкое банкротство образцов (тип 2 экземпляров). Очень маленькие значения сжимающих основных штаммов были зарегистрированы даже при относительно больших значениях приложенной нагрузки. Это наблюдение согласуется с наблюдаемым растрескивание структуры образцов в регионе, где напряжение розетки находятся. Никаких конкретных дробления наблюдается у инструмента местах так штаммы не ожидается близким к дробления деформации бетона.
Основные направления деформации рассчитывается в большинстве розетки для этих трех уровней нагрузки существенно не изменилась во время тестирования. Высокий изменения в основные направления деформации составляла примерно 30 градусов в Розетка 2 образцов 1B и 2B. Изменение основных направления деформации Розетка 2 2В образца результате перераспределения, которые произошли под верхнее отверстие, после раскрытия трещин. В Розетка 2 образца 1B, основные направления деформаций, полученных при крекинге нагрузки не считается представителем поля напряжений в этом регионе. Эти нереальные значения могут быть обусловлены малой деформации величин, измеренных при малых нагрузках (133 кН). Следует отметить, что ориентация главных деформаций существенно не изменилась после уступая место (311 кН) и идентичны полученным в Розетка 1 образца 1A при нагрузке 445 кН (100 кип).
Розетки 3 образцами 1А и 1В были расположены в узлах вдоль нижней галстук. В образце 1A, это была розетка на якорной стоянке расположение галстуков T11. Направление главного деформации растяжения ( В образце 1B, направление главного деформации сжатия ( Без существенных изменений в основных направления штамм был определен в этих узловых районов либо.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ стойка-И-ДИ-МОДЕЛИ
Лабораторные исследования дали возможность оценить стойки и галстук моделей, используемых для проектирования в их способности оценить разрушающая нагрузка образцов. Измеряется прочность образцов была значительно выше, чем ожидалось, поэтому критической оценки первоначального стойки и галстук модели было проведено расследование возможных источников этого несоответствия. После того как эти источники были определены, их индивидуального вклада в образце сила количественно.
Влияние температуры арматура
Среднее усиление используется в образцах типа 1 влияет на их прочность значительно. Это подкрепление была разработана для удовлетворения требований добавления и главы 14 Кодекса ACI (ACI Комитет 318 2002). Вклад вторичных арматуры в силу конструктивных элементов, как правило, пренебрегают на практике, но может значительно повысить способность элементов с большой площадью поверхности, такие как лучи испытания в этом исследовании. Для количественной оценки участия среднего подкрепления образец силы, усиление в непосредственной близости от связей были добавлены в области связей в оригинальной стойки и галстук моделей. Только критические связи (то есть те, которые достигли уступая в оригинальной модели) были изменены, чтобы включить области стали соответствующий провод. Второй подкрепление высшего предела текучести, чем панелей, используемых в связи конструкции стойки и галстук моделей (табл. 1). Для учета различий в текучести, эквивалентная площадь стали способствует прочность связей определяется путем умножения проволоки области раз соотношение между пределом текучести проволоки и текучести арматуры.
Жесткость исходной связи не был изменен, чтобы избежать изменения нагрузки пути между дизайном и изысканной стойки и галстук моделей. Положение изменение связей в моделях также скорректировать совпадает с центром тяжести всех укрепления включен в особую связь. Изменение стойки и галстук модели Образцы 1A и 1B, показаны на рис. 7. В образце 1A, горизонтальных и вертикальных связей по всему нижнее отверстие, а также горизонтальную связь находится в нижней части образца, были изменены. Рассчитывается сильные этих образцов, в том числе вклад проволоки, приведены в таблице 2. Видно, что среднее усиление увеличить мощность рассчитана примерно на 86 и 37% для образцов, 1А и 1В, соответственно. Лучшей оценки измеренных силы Поэтому достигнутые в том числе среднего арматуры в стойку и галстук моделей ..
Влияние внутреннего перераспределения напряжений
Из-за высокой измеряется сила 1-го типа образцов, тип 2 образцы были изготовлены без вторичного подкрепления. Измерялась нагрузка образцами 2А и 2В было 69 и 73% выше, чем предполагаемая численность помощью дизайна стойки и галстук моделей (табл. 2). Лабораторные анализы показали, что значительное перераспределение напряжения произошло под верхнее отверстие как это наблюдается в результате изменения структуры трещины в этом районе балки. В образце 2А, например, сложный узор, состоящий из трещины, которые перешли в разных направлениях формируются на разных стадиях в ходе испытания, как описано выше (рис. 5 (с)). Диагональные трещины в начальной стадии на правом верхнем и левом нижнем углах верхнее отверстие при нагрузке около 130 кН (30 койка). Трещина от нижнего левого угла распространяются на дно образца и перешли основных связующих дно у части максимального момента. В повышенных нагрузках (310 кН [70 кип]) новой модели трещины развивались из нижнего левого угла верхнего открытия указывая вправо поддержки указывает на образование стойки в качестве механизма передачи силу.
Нелинейной процедуры шаг за шагом, был использован для определения максимальной нагрузки, которые могут быть рассчитаны с помощью модели с той же геометрии, как дизайн стойки и галстук модель, но с уступая элементов. Любой элемент, которые достигли установленного критерия отказа (уступая по связям или дробления для стоек) был исключен из стойки и галстук модели на каждого шага нагрузки. После снятия отказавших элементов, пучок был проанализирован снова, чтобы определить дополнительные нагрузки, которые могут быть разработаны в приведенной модели. Процесс удаления элемента повторяется, пока остальные стойки и галстук модель стала неустойчивой, и решение было недостижимо.
Дизайн стойки и галстук модель, используемая в 2А образцов была очень неопределенной, и поэтому поддаются такого рода анализа. Нелинейный анализ привел к увеличению примерно на 15% расчетной нагрузки от связанных с первого податливость галстуков Т13, но предсказать потенциал по-прежнему ниже, чем измеренная в лаборатории для этого образца. Кроме того, рассчитывается потенциала с использованием нелинейного анализа в 2B образцов составляла примерно 17% выше, чем нагрузка рассчитывается по первому уступая критической галстук (табл. 2).
Конкретный вклад в галстуке прочность и жесткость
Для простоты конструкции, бетон, который окружает арматуры не учитывается при определении области подкрепления, необходимые для удовлетворения требований к прочности связующих. Общепризнанно, однако, что конкретные может способствовать галстук прочность и жесткость.
Уступая критических связей в каждом образце последовательно произошли при более высоких нагрузках, чем ожидалось (табл. 3). На заданной нагрузки напряжения в аппаратурой связи рассчитывается с учетом номинального стойки и галстук модели были выше, чем напряжений, полученных из измеренных деформаций арматуры. Это напряжение (и соответствующие деформации), разница объясняется напряженности влияние жесткости конкретных окружающих подкрепления. Например, доходность штаммы были измерены в T11 связей и Т3 при нагрузке 300 и 460 кН (68 и 104 кип) образцами 1А и 1В, соответственно. Расчетная численность этих образцов контролировалась путем выделения этих связей, но в нагрузку рассчитаны только 190 и 200 кН. Кроме того, связей Т2 и Т13 в 2А образцов уступил нагрузках от 230 до 240 кН (52 и 54 койка), соответственно, и галстуков T5 в 2B образцов уступил при нагрузке 330 кН (75 койка). Предполагаемая численность этих образцов, а также контролируемые галстук осадка, составляет примерно 220 и 210 кН (50 и 48 койка), соответственно (табл. 2) ..
Вклад конкретных связать прочность и жесткость, по оценкам из штамма данные, полученные в некоторых критических связей в каждой из моделей. Поскольку конкретный вклад варьируется в зависимости от среднего напряжения, достаточного датчики деформации, необходимых для захвата изменений бар стресс оценить конкретный вклад на различных уровнях деформации бар. Это только при условии, произошло с образцами 2А, где четыре тензометров были размещены в нижней части усиления образца. Кроме того, стойки и галстук модели в этот экземпляр был соответствующим подробным дает возможность определить силу изменения в нижней части галстука, где амплитудно-датчики были размещены на соответствующей арматуры (T12 связей через T15, рис. 2 (е)).
Сил в отношениях Т13 и Т14 в 2А образцов были рассчитаны для различных уровней нагрузки с использованием прикладной стойки и галстук модели, показанной на рис. 2 (е). Расчетная сила в каждой галстук при заданной нагрузке была построена в отношении штаммов, измеряемые в ходе испытания на каждой соответствующего уровня нагрузки (Датчики № 3 или № 2 для Т13 или Т14 галстуков, соответственно). Эта процедура была использована для построения связующих сил деформации участков, как указано сплошными линиями на рис. 8. Для оценки вклада конкретного к общему галстук силы, предполагается, упруго-пластических деформаций силу отношения арматуры в отношениях Т13 и Т14 также построены использованием пунктирными линиями на этом рисунке. Эти связи состоит из четырех баров 10М (четыре № 3), для которого измеренный предел текучести 450 МПа (65 КСИ), в результате чего связь силу выигрыш, равный 130 кН (28,6 кип). Разница между Предполагается, напряженно-деформированного кривой голые арматуры в галстуке и расчетных forcemeasured участка деформации дает указание на конкретный вклад в прочность и жесткость ..
Конкретный вклад значительно различаются от напряжения, в первую очередь галстуков Т13 (рис. 8 (а)), при этом наибольший вклад, возникшего до растрескивания конкретных окружающих подкрепление в силу примерно 45 кН (10 койка). В любой момент силы, измеряемой деформации в подкрепление были ниже, чем это предусмотрено для голого арматуры развивать эту силу уровне. Например, измеряется напряжение в силу соответствующих ожидаемых силу выхода голая арматура (130 кН) в галстуков Т13 составляет примерно 0,0019, приблизительно 0,003 меньше, чем доходность штамм голые подкрепления. Разница между измеренным штаммов в укреплении и ожидаемых деформаций в голом арматуры объясняется напряженности ужесточение бетона на подкрепление. Бетонные окружающих арматуры в галстуков Т13 увеличилась средняя жесткость галстук, тем самым уменьшая среднее напряжение при заданной силе уровне. Вклад конкретных связать силы также может быть оценена из рис.
8. На данный штамм значения, рассчитанные в силу галстуков Т13 был выше, чем ожидалось, если учитывать только вклад голую сталь. Например, по оценкам, галстук силу соответствующего выхода штамм голые подкрепление около 150 кН (33 койка), в результате 20 кН (5 кип) вклад бетона на этот галстук на выход ..
Кроме того, на рис. 8 (б) показывает силу деформации отношений в галстуков Т14 образца 2A. Вклад конкретного к общей галстук силы остаются примерно постоянными после раскрытия трещин до достижения нагрузки, соответствующей податливость галстуков Т13, как указано в виде треугольника на рисунке (в силу галстуков Т14 примерно равна 110 кН). С этого момента, в силу галстуков Т14 увеличился более медленными темпами, о чем свидетельствует постепенное уменьшение наклона в силу деформации кривой (рис. 8 (б)). На урожайных, конкретный вклад в галстуке силы составлял около 15 кН (3,3 кип). Из-за ограниченности имеющихся экспериментальных данных, эти результаты следует рассматривать лишь в качестве примеров потенциальных конкретный вклад в галстуке прочность и необходимы дальнейшие исследования для оценки факторов, которые могут влиять на величину этого вклада. Ясно, однако, что армирования железобетонных окружающих способствует галстук прочность и жесткость. Этот вклад должен быть рассмотрен на повышение качества данных о расчетной прочности членов разработан с использованием стойкой и галстук моделей ..
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
В статье приведены результаты лабораторных экспериментов, проведенных на четыре глубоких балок с отверстиями, которые были разработаны с использованием стойкой и галстук моделей. Основными целями данной работы являются: 1) для выявления и количественной оценки механизмов, которые способствовали измеряется прочность образцов, 2) сравнить наблюдаемые экспериментальные поведения с выбранным стойки и галстук модели и 3) выявить регионы образцов, которые требуют усиления детали не определены от стойки и галстук модели и, в результате частичного выхода из строя. Были сделаны следующие выводы в результате этого исследования:
1. Испытания показали, что измеряется прочность образцов была значительно выше, чем по расчетам от дизайна стойки и галстук моделей. Отношение измеряется с расчетная нагрузка составляла примерно 3,2 и 3,0 образцами 1А и 1В, соответственно. Образцы 2А и 2В было измеряется расчетным численностью приблизительно 1,7;
2. Все образцы не удалось по значительно более высоким нагрузкам, чем те, которые связаны с критическими галстук уступок. Бетонные дробления обычно происходили в районах с высоким уровнем стресса в поддержку или в районах, расположенных между открытием и образец края. Появление этих отказов, подчеркивает необходимость тщательного подробно регионах структур, где стойки и галстук модели не адекватно учитывать реальные условия стресса. В некоторых случаях, конкретные измельчения и разделения результате непредвиденных горизонтальной сдержанность генерируется на образец поддерживает. Непредвиденные сдерживающих сил привело к локализованным провал подчеркивая необходимость надлежащего подробно районах с высоким уровнем стресса структур. Следует подчеркнуть, однако, что эти неудачи произошли при нагрузках, значительно больше, чем расчетная прочность, поэтому стойки и галстук метод дал осторожную оценку несущей способности. Потенциально вредного воздействия поддержку ограничения на сбоев, а также необходимость обеспечить заключение усиление в области высоких напряжений явно не рассматривается в МСА 318, Приложение A;.
3. Нет существенная переориентация основных штаммов произошло после уступая критических связей во всех образцах. Этот результат подтверждает, что только небольшие изменения в поля напряжений, как ожидается;
4. Усадка и температуры, используемые в укрепление Образцы 1А и 1В внесли значительный вклад в силу. Приближенного процедура, используемая для оценки вклада этого вторичного усиление в результате рассчитывается повысить прочность 86% для образцов 1А и 37% для образцов 1B. Используя эту процедуру, отношение измеряется с расчетной прочности снизился с 3,2 и 3,0 на 1,7 и 2,2 для образцов, 1А и 1В, соответственно. Дополнительные исследования необходимы для улучшения понимания по вопросу о последствиях среднего подкрепления численность членов разработан с использованием стойкой и галстук метода;
5. Шаг за шагом нелинейного анализа были проведены для образцов, разработаны с использованием неопределенной стойки и галстук моделей (образцов 2А и 2В), чтобы определить последовательность галстук уступая после перераспределения напряжений и обеспечить более точную оценку образец силы. Увеличение потенциала рассчитывается получить от такого подхода варьировались от 15 до 17%, что привело к снижению соотношения измеренных в расчетной прочности (1,50 и 1,49 для образцов, 2А и 2В, соответственно), а также
6. Галстук сил в стойку, и галстук модели, как правило, рассчитывается без учета растяжение вклад конкретных окружающих арматуры. В этом исследовании, галстук сил определяется по измеренным штаммы были выше, чем рассчитывается голые области арматурной стали. Эта разница объясняется прочность вклад бетона, которые изменяются в зависимости от измеряемой галстук деформации. Например, конкретный вклад увеличить силу в отношениях Т13 и Т14 образца 2А примерно на 12 и 15% соответственно. Дополнительные исследования необходимы для дальнейшей оценки величины конкретный вклад в галстуке силы.
Ссылки
ACI Комитет 318, 2002, "Строительный кодекс Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 443 с.
Американская ассоциация шоссе государства и перевозки должностных лиц (AASHTO), 1998, AASHTO LRFD мост проектной документации, 2nd Edition, Вашингтон, округ Колумбия, 1224 Стр.
Канадская ассоциация стандартов (CSA), 1994, "Проектирование железобетонных конструкций," Section A23.3-94, Торонто, Онтарио, Канада, 199 с.
Chen, BS; Hagenberger, МДж, а Брин, JE, 2002, "Оценка и Strut-Tie моделирования в применении к Dapped пучка с Открытие", ACI Структурные Journal, В. 99, № 4, июль-август, с . 445-450.
МФП Комиссии 3, 1996, "МФП Рекомендации 1996: Практические Дизайн Железобетона", МФП симпозиум Лондоне, Международной федерацией де-ла-Pr
Совместное ACI-ASCE Комитет 445, 1998, "Современные подходы к сдвигу Дизайн Железобетона" Журнал строительной техники, ASCE, В. 124, № 12, декабрь, с. 1375-1417.
Совместное ACI-ASCE Комитет 445, 2002, "Примеры для проектирования Железобетона с Strut-и-Tie модели", Strut-и-Tie модели, SP-208, К.-Х. Reineck, под ред. Американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 445 с.
Мак-Грегор, JG, 1997, железобетона: механики и дизайна, 3rd Edition, Prentice Hall, 939 с.
Максвелл, BS, и Брин, JE, 2000, "Экспериментальная оценка Strut-и-Tie Модель прикладной к глубокому пучка с Открытие", ACI Структурные Journal, В. 97, № 1, январь-февраль, стр. 142. -148.
Muttoni, A.; Шварц, J.; и Thurliman, B., 1997, Проектирование железобетонных конструкций со стрессом Поля, Birkhauser, 143 с.
Schlaich, J.; Шефер К. и Jennewein, М., 1987, "К соответствии Дизайн Железобетона," PCI Journal, V. 32, № 3, май-июнь, с. 74-150.
Tjhin, TN, и Кучма, Д. А., 2002, "компьютерные технологии для проектирования по Strut-и-Tie Метод: достижения и вызовы", ACI Структурные Journal, В. 99, № 5, сентябрь-октябрь, стр. . 586-594.
Входящие в состав МСА Серхио F. Bre МСА 374 комитетов, основанным на показателях деятельности сейсмических Дизайн бетонных зданий и 440, армированного волокном полимерные Укрепление и совместных ACI-ASCE Комитет 445, сдвиг и кручение.
Михей C. Моррисон Инженер с Г. В. Инженерная Инк, Кин, NH Он получил степень бакалавра Вустер политехнического института, Вустер, штат Массачусетс, в 2000 году и степень магистра в Университете штата Массачусетс в 2004 году.
Эквивалентные равномерной фактор Диаграмма Момент для составными столбцами в Малой Axis изгиб
Дизайн бетонных членов при одноосном изгибе и сжатии Использование Укрепление размеров диаграмм
Зависящих от времени анализа надежности от коррозии индуцированных растрескивание бетона
Структурные выполнение Self-Консолидация бетона, используемых в замкнутых железобетонные колонны