Теоретических и экспериментальных исследований армированных волокном полимерные Укрепление бетонных балок под действием ударных воздействиях

Серия 27 бетонных балок были протестированы по расследованию балок укрепить армированных волокном полимера (FRP) ламинат под воздействием нагрузки. Двое из 27 пучков не были модернизированы и были использованы в качестве контрольных образцов. Сила удара была доставлена в стальной цилиндр, вес капли. Результаты испытаний показали, что связь композитных ламинатов для бетонных балок, может существенно повысить эффективность такой структуры противостоять ударной нагрузки. Кроме того, в связи ламинаты увеличилось трещин и прочность на изгиб, а также остаточной жесткости балки. Кроме того, она сократила количество трещин, трещины шириной, а максимальное отклонение. Остаточной жесткости усиленного пучка после первого удара в два-три раза выше, чем unretrofitted пучка, а максимальное отклонение сократилось на 30 до 40%. Улучшение зависит от типа и веса композитного ламината. по сравнению со статическими результатов испытаний, предельный прогиб, количество трещин, а трещины были меньше, но максимальной силы реакции в три-четыре раза больше, чем пучка при статическом нагружении.

Остаточной жесткости усиленного пучка после первого воздействия можно рассчитать уравнения регрессии. Сила удара может быть получен с полуэмпирические уравнения, которое вытекает из Спринг-Mass модели и изменение на основе результатов испытаний. От теории изгибных волн, уравнения была разработана для прогнозирования отклонения пучка за счет воздействия загрузки ..

Ключевые слова: балки; отклонения; волокна; нагрузки; подкрепления.

(ProQuest информации и обучения: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

В инженерной практике, железобетонные конструкции не может быть подвергнут динамические нагрузки, возникающие от воздействия внешних снарядов, импульсивных нагрузках индуцированных взрывов и порывов ветра, случайных взрывов различных химических соединений и океанских волн. Характеристики воздействия нагрузки высокой скоростью загрузки и очень короткий период, что причиной высокой скорости деформации конструкций. Между тем, механических свойств материалов различных условиях высокой скорости загрузки по сравнению с статической нагрузки. Из-за сложности динамических характеристик железобетонных конструкций, традиционных вычислительных методов и средств проектирования не может быть много помогают понять поведение железобетонных конструкций при воздействии loading.1 С другой стороны, большинство конструкций существующих бетонных конструкций не считает ударопрочность или случайного высокой скоростью загрузки. Этот недостаток уделяется внимание многих инженеров в последние несколько лет.

Нагрузку при ударе индуцированных внешним снаряды могут быть классифицированы как высокая скорость и низкая скорость в зависимости от массы и скорости снаряда. Небольшой снаряд по высокой скорости приводит к высокой скорости воздействия; больших снаряда при низкой скорости вызывает низкой скорости impact.2 В настоящем документе рассматривается применение передовых композитных материалов для укрепления существующих бетонных балок с низкой скоростью ударной нагрузки.

Уникальные преимущества волокнистых композитов, таких как высокое соотношение прочности и веса, высокий модуль упругости и универсальность заложить прочный фундамент для их использования в строительстве. Расширенный композиционных материалов на основе углерода и арамидных волокон двух типов материалов, широко используемых в промышленности. Углерод очень легкий элемент, который существует в различных кристаллических формах и это общее название применяется к семейству продуктов с широким диапазоном свойств. Арамидного волокна в основном органических волокон с уникальным набором свойств. Кевлар является одной из их торговыми названиями. Плотность кевлара примерно половину из стекловолокна и его удельная прочность является одним из самых высоких в настоящее время доступных волокон. Кевлар также имеет превосходную прочность, пластичность, и ударопрочность. Типичные отношения напряжения и деформации для композиционных материалов на основе углеродного волокна и кевлара, показаны на рис. 1.

В течение последнего десятилетия, многие исследователи исследовали методы модернизации конкретных структур с использованием композитных материалов при статической и усталостной нагрузки. Относительно небольшое число исследований, однако, были проведены на поведение укрепления бетонных балок под воздействием loading.3-5

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Уязвимости обычных железобетонных конструкций ударной нагрузке было подчеркнуто в ходе прошлых лет. Сложность структурной ответ на ударной нагрузки привело к разрыв в уровне знаний для проектирования железобетонных конструкций. Основная цель данного документа заключается в разобраться в поведении бетонных балок укрепить с двумя видами композиционных материалов (Kevlar и углерода) при загрузке lowvelocity воздействия. В частности, следующие параметры будут изучены: изменение жесткости пучка, дефлекторы, силы реакции, растрескивания и отказов, а также интерфейс целостности. На основании испытаний, и результаты анализа, реагирования и максимальное отклонение укрепления пучка может быть предсказано. Результаты этого исследования могут быть использованы для формирования основы для понимания поведения бетонных балок, подвергнутого ударной нагрузке.

Предыдущая работа

Номер 3 исследовали влияние скорости деформации на поведение железобетонных балок укрепить углеродного волокна армированной пластмассы (углепластика) ламинатов. Инсульта варьировались от 0,0167 до 36 мм / сек Индуцированные скорости деформации в углепластика была 2,96 на 6930 Исследователи пришли к выводу, что укрепление с углепластика бы увеличить изгиб потенциала и жесткость, но приведет к сокращению поглощения энергии и пластичность, причем величина этого изменения зависит от количества углепластика арматуры, стальной арматуры, а также режим отказа.

Номер 4 изучали эффект воздействия нагрузки на бетонных балок укрепить углепластика ламинаты и за ее пределами связанных стальных пластин. Четыре укрепить бетонной балки были испытаны: два с углепластика ламинаты и два со стальными пластинами. Нагрузку при ударе было вызвано подъема один конец опертой балки и, положив его от данной высоты. Прогиба в середине пролета из углепластика-упрочненного пучка меньше, чем стальные укрепления пучка, когда лучи распространяются те же загрузки воздействия. Исследователи пришли к выводу, что железобетонных балок внешне укрепил на изгиб с углепластика ламинатов осуществляется также под воздействием нагрузки, хотя лучи не могут взять на себя ту же энергию, как пучки внешне укрепили стальными пластинами.

Номер 6 исследовал отношения напряжений и деформаций при различных скоростях деформации (0,001 и 0,1 мм / мм / с). Предельной деформации, прочность на растяжение, модуль упругости и составных ламинатов (карбона и кевлара), не были существенно изменены.

Экспериментальная программа

Подготовка образца

Опытные образцы включены 27 сборных бетонных балок. Каждый пучок имел 203 Два разных пролетов, 1,98 и 2,9 м, были использованы для опытных образцов. Пять пучков были укреплены две № 3 продольной арматуры ( Текучести арматуры было 388 МПа и модуля упругости 200 ГПа. Бетонные покрытия составляет примерно 18 мм. Пучков не поперечной арматуры, поскольку охватывают углубленного отношение было довольно крупные (более 20). Рисунок 2 показывает, дизайна опытных образцов и сечения пучка. Геометрических и физических свойств исследованных образцов приведены в таблице 1. Образца определение в таблице 1, XTbXXr, выглядит следующим образом: первая цифра службы пробный пучок длина в футах (оригинал на английском языке группы); Tb средства "Луч;" следующие цифровые это число испытуемых балок, а также Последнее буквой "г" означает, что луч был усилен стали.

Основные причины для модернизации бетонных балок композиционных материалов являются повышение потенциала напряженности и жесткости балки. Два типа однонаправленных композитных ламинатов были использованы в данном исследовании, а именно, карбона и кевлара. Каждый тип материала были две разные веса. В таблице 2 приведены основные конструктивные параметры композитных ламинатов. Из-за колебаний индуцированной ударной нагрузке, верхней и нижней граней пучков будет испытывать циклических растягивающих и сжимающих напряжений. Предварительного испытания показали, что если только нижней лицом конкретных пучка модернизированы, пучок трещины на верхней грани в пучке вибрация. Таким образом, композитных ламинатов были связаны с обеих верхней и нижней граней из бетонных балок. Каждый пучок оснащаться одним слоем композитного ламината. Два луча не были модернизированы с композитного ламината и были использованы в качестве контрольных образцов (6Tb1r и 6Tbs2). Двадцать пять пучков были укреплены, в котором 14 пучков были переоборудованы с кевларовой ламинаты, и 11 пучков были переоборудованы с углеродом ламинатов.

Таблица 1 показывает, тип и вес композитных материалов, используемых в каждом пучке. Модернизация процедур для бетонных балок включены три этапа: 1) поверхностей балок были подвергнуты пескоструйной обработке и очистке, 2) ламинат в виде ткань была пропитана смолой, и 3) насыщенных ткань связан с бетонной поверхности, которые были покрыты слоем эпоксидной жесткой, а затем воздушные карманы были удалены. Жесткий эпоксидной бы лучше под воздействием нагрузки. Из-за неровной поверхности бетона, вызванное пескоструйная обработка, невозможно было измерить толщину эпоксидных точно. В среднем, однако, эпоксидных толщиной около 1,5 мм. Эпоксидные и его свойства предоставляется в номер 6 ..

Для определения механических свойств композиционных материалов, 25 мм, широкий купоны составных ткани были протестированы в соответствии с методикой ASTM тест с использованием машины МТС испытания. Результаты приведены в таблице 2.

Испытательная установка

Модернизированная пучков подвергаться ударам низкой скорости за счет применения контрольно-измерительная аппаратура влияние снижение веса. Нагрузку при ударе было вызвано свободно снижается стальной цилиндр из конкретных высот на верхней грани испытания балки. Стальной цилиндр был 127 мм в диаметре и весил 222 Н. энергии удара изменялась путем изменения высоты капли. Чтобы получить хороший контакт между бетонная балка и стальной цилиндр, нижняя поверхность стальной цилиндр был premanufactured изогнутые поверхности, которая была 6 мм на макушке. Схема испытания приведена на рис. 3. Чтобы предотвратить скачок пучка после столкновения двух концах пучка были привязаны к опорах 12,7 мм грубых резьбовых баров в направлении, перпендикулярном к опорам, как показано на рис. 4. Два ролики стали были размещены на верхней и нижней граней пучка конца. Таким образом, на концах пучка можно поворачивать как луч вибрации.

Два линейных переменным преобразователей (LVDTs) были размещены с двух сторон балки в середине пролета для измерения отклонения. Следует отметить, что LVDTs не являются наиболее подходящим средством для измерения динамических прогибов. Они используются только для сравнения относительной отклонения луча и не являются подлинным динамического поведения пучка. Постоянный (остаточное) отклонение индуцированной ударной нагрузки измерялась набрать суппорта. Один динамометр был установлен в поддержку мер реагирования. Тензометры были установлены на композитного ламината для контроля распределения продольных деформаций на верхней и нижней поверхностей. Реактивная сила, напряжение сигнала, а также отклонение измерений были записаны с помощью PCbased системы сбора данных.

Методы испытаний

Как показано в таблице 1, Есть два типа воздействия загрузки, занятых в данном исследовании: А и В. первый тип нагрузки, указывает, что стальной цилиндр неоднократно упал с той же высоты во время теста, в котором указывается, что применяемые Энергия удара была одинаковой для каждой капли. Эта нагрузка метод был использован для исследования поведения модернизированных бетонных балок при повторном воздействии той же энергии. Загрузка Тип B указывает на стальной цилиндр неоднократно упал с различных высот во время теста. При этом энергия удара была различной для каждой капли. Эта нагрузка метод был использован для исследования поведения модернизированных бетонных балок при повторном столкновении с разнообразными загрузки воздействия.

До воздействия испытания были проведены, то испытание пучка статически нагруженных с небольшой нагрузкой 288 N в середине пролета для определения начальной жесткости балки. Это статическая нагрузка не вызывает растрескивание модернизированных пучков. При ударе испытания, стальной цилиндр был сброшен свободно от конкретных высоты на верхней грани пробный пучок. Как воздействие произошло, компьютер записывает выходные сигналы реакции датчика, LVDTs и тензодатчиков. После каждого удара, остаточное отклонение пучка измерялся с помощью набора суппорта; трещин в стороне лица пучка и ущерба в сложных ламинатов были замечены и отмечены. Для определения остаточной жесткости пучка после каждого удара испытаний пучок статически нагруженных снова с N 288 в середине пролета.

Два луча, 6Tbs1 (модернизированных) и 6Tbs2 (unretrofitted), были статически нагруженных на провал. Причиной для проверки этих пучков на провал заключается в разработке системы отсчета. Во время погрузки, отклонения и растягивающих и сжимающих напряжений на середине пролета были измерены, а также трещин и отказов не наблюдалось.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Отклонение испытания балок под действием ударной нагрузки

Отклонение пучка при импульсном нагружении измерялась двумя LVDTs установлены симметрично по обе стороны от испытания луча в середине пролета. Среднее результатов измерений была взята отклонения луча. Типичные отношения отклонения от времени для испытаний Балки 6Tb1r, 6Tb4r, 9Tb7 и 9Tb15 приведены на рис. 5 до 8. Луч 6Tb1r была усилена лишь два бара № 3; Луч 6Tb4r была укреплена K2.5 и усилен двумя № 3 бара. Сравнение прогибов на рис. 5 и 6, отклонения и период колебаний луча 6Tb1r были значительно крупнее, чем 6Tb4r в рамках этого же энергии удара. Например, максимальный прогиб и период колебаний луча 6Tb1r в первую отдачей 21,5 мм и 0,087 с, соответственно, и лишь 16,8 мм и 0,047 с для луча 6Tb4r. Эта разница объясняется главным образом с применением композитного ламината, что явно свидетельствует увеличение жесткости пучка 6Tb4r. Балки и 9Tb7 9Tb15 были переоборудованы с композитными C2.9 ламинаты и K9, соответственно, без стальной арматуры.

То же явление наблюдалось, то есть максимальное отклонение и вибрации периоды 9Tb7 луча были крупнее, чем луч 9Tb15, хотя эти лучи имели одинаковую длину пролета и подвергались той же энергии удара. Причина в том, что композитных ламинатов K9 используется для укрепления Луч 9Tb15 были толще и выдержал больше силы, чем C2.9 для луча 9Tb7. Из результатов испытаний отдельных балок, можно заметить, что максимальное отклонение и вибрации период увеличился в рамках этого же энергию удара, как влияние их число возросло. Отношения отклонения во времени для других испытуемых балок аналогичны рис. 5 до 8. Максимальные отклонения испытания балок под воздействием первой приведены в таблице 3, за исключением луча 9Tb9, поскольку пучок не удалось в первом же ударе ..

Сила реакции

Сила реакции измеряли силу датчика, размещенного на поддержку пучка. Величина силы реакции разнообразны со временем. Он также пострадал от изменения пучка жесткости, которая снижается из-за пучка трещин. Рисунок 9 и 10 показаны типичные отношения силы реакции и время для Балки 6Tb5r и 9Tb10. Из данных, некоторые особенности реакции сила может быть изображен. Когда пробный пучок неоднократно влияние с той же энергией, пик реакции в зависимости от времени отношения переехала вправо, между тем, время реакции увеличилось. Это связано с жесткостью пучка уменьшается по мере воздействия их число возросло, а пик силы реакции уменьшилось по той же причине. Поскольку луч 6Tb5r была усилена стальной арматуры, остаточные напряжения после воздействия была выше, чем пучка 9Tb10. Отношения последующих пикового значения в первом пикового значения Луч 6Tb5r были выше, чем пучка 9Tb10. Таблица 4 дает все результаты испытаний реагирования максимум после первого удара, за исключением 9Tb1 Балки, 9Tb2 и 9Tb9.

Реакций силу 9Tb1 Балки, 9Tb2 и 9Tb9 не показаны из-за проблем с датчиком. Максимальной силы реакции на последующие воздействия приведены в номер 6 ..

Крекинг и отказов при импульсном нагружении

В ходе проверки трещин в бетоне и композитных ламинатов были рассмотрены и отмечены на пучок после каждого удара. В общей сложности четыре типа трещин были замечены: два произошли в бетонных и других два появились в композитного ламината на дне балки. Трещин в бетоне включены изгибных и сдвиговых трещин. Трещин в нижней композитного ламината были поперечные и продольные трещины. Поперечные трещины были перпендикулярны к направлению службы; продольных трещин были параллельны службы. Для модернизированных балки, все изгиб трещин в бетоне были флокенов и ширина расширить очень медленно, под воздействием нагрузки. Тип и количество трещин, в основном зависит от энергии удара и тип композитных материалов. Несколько типичных трещин и отказов, приведены на рис. 11.

Для луча 6Tb1r, который был усилен двумя № 3 стальных стержней и без композитного ламината, пять изгиб трещин на дне лица и шесть изгиб трещины на верхней грани были произведены после первого удара с высоты 1,37 М. Изгиб трещины, которые имели место на верхней грани были вибрационные результате пучка. Потому что не было никаких подкреплений в конкретные близко к вершине, чтобы ограничить распространение трещин, ширина трещины были крупнее, чем на нижней лицо. Изгиб трещины были распределены на протяжении всей. Крекинга поведение этого пучка существенно отличается от модернизированных пучков. Крекинг и неспособность режима 6Tb1 пучка показана на рис. 12.

Для пучков укрепить с композитного ламината K2.5, такие, как пучки 6Tb3, 6Tb4r, 9Tb2 и 9Tb4, изгиб трещины первую произошло на дне лицом конкретных, а затем распространяется вверх до уровня нейтральной плоскости пучка неоднократно влияние . После более сильное воздействие, продольными трещинами, наблюдаются в нижней композитного ламината, более длиной менее л ^ к югу п ^ / 2 из середине пролета по обе стороны от места погрузки. Как правило, продольные трещины появились после трещин от изгиба, но, если влияние высота была достаточно высока, эти трещины могут возникнуть в то же время, как изгиб трещин в бетоне, как видно из луча 6Tb4r. Число изгибных трещин после первого воздействия зависит от воздействия высоте стальной цилиндр и длины пролета теста пучок.

Для пучков с композитными укрепить C2.9 ламинаты, таких, как 6Tb2, 9Tb3, 9Tb7, 9Tb10 и 9Tb12, характеристики изгиба трещины были аналогичны пучков оснащаться K2.5. После трещин от изгиба произошло, сдвиг трещины через несколько последствий. Shear трещины были распределены по обе стороны от места погрузки и с обеих сторон конкретных пучка. Максимальное количество сдвиговых трещин наблюдается в четыре года. Эти трещины не все появляются в то же время. Shear трещин в этих пучков основной трещины, которые в конечном итоге привело к пучку провал. После появления сдвиговых трещин, тест луч может все еще сопротивляются несколько последствий. Типичные трещин сдвига представлены на рис. 11.

Для пучков укрепить с более тяжелым композитного ламината K9 и C17.7, таких, как 6Tb5r, 9Tb15 и 9Tb17, число изгибных трещин меньше, чем в пучках укрепить легкие композитные ламинаты, таких, как K2.5 и С2. 9. Для пучков 6Tb5r и 9Tb18 только один изгиб трещины наблюдается, когда пучок не удалось. Для пучков 9Tb15, 9Tb16 и 9Tb20, только два изгиба трещин не наблюдалось. Для 9Tb19 Beam, нет трещин от изгиба наблюдалось до пучка не удалось. Это показывает, что чем тяжелее композитных может увеличить изгиб способности противостоять ударной нагрузки. Shear растрескивание первичной трещины, что привело к пучка провал.

По сравнению с луч 6Tb1, балки укреплены композитах при импульсном нагружении было меньше трещин, и меньше ширины трещины, трещины изгиба только распределены по 1 / 4 пролета с каждой стороны погрузки. Кроме того, ударная нагрузка не побуждать какое-либо трещин на верхней грани бетона. Эти характеристики доказано, что композитного ламината может эффективно предотвратить растрескивание бетона и повышения потенциала бетонная балка противостоять ударной нагрузки.

Отказов можно разделить на две категории: на изгиб и сдвиг (за исключением Балки 9Tb17 и 9Tb19), где вызванное дробления бетона при балки. Прочность указал, что отказ композитного ламината в условиях нижнего пучка разрываемой и пучка потерял способность к сопротивлению ударным нагрузкам. Shear отказ означает, что пучок потерял способность к сопротивлению нагрузки за счет расширения диагональные трещины в то время как композитного ламината была цела. Пучков укрепить с композитного ламината K2.5 без подкрепления, не в режиме изгиба. Все остальные пучков укрепить со сложной C2.9 ламинаты, K9, и C17.7 неудачу в режиме сдвига. Воздействия загрузки типов (А и В) не имеет какого-либо явного влияния на крекинга и отказов. Отказов в основном зависит от типа и веса композитного ламината. В очередной железобетонных балок без поперечной арматуры, луч не смогут сразу же после формирования диагональные трещины. В этом, даже несмотря на сдвиговых трещин развитых, луч может все еще сопротивляются последующей погрузкой воздействия.

Некоторые ученые исследовали концентрацию напряжений в отсечения концов композитного ламината и интерфейс integrity.7 концентрации напряжений причины отслаивания композитных ламинатов на месте высокого поверхностного напряжения, в результате сдвига провала бетонный слой между ламинат и продольной арматуры. В этом исследовании, тензодатчики были установлены на композитного ламината для контроля распределения продольных деформаций на верхней и нижней поверхностей. В ходе испытания, интерфейс был тщательно изучен после каждого удара. Из результатов испытаний 25 пучков, трещина не наблюдалось на границе. Растяжения на отсечения конца композитных ламинатов была так мала, что это может быть проигнорировано. Пилинг или местное повреждение не было замечено на испытания балки.

Таблица 5 дает отказов и последствий номер или высота, на которой первые трещины не наблюдалось.

Результаты статических испытаний

Балки и 6Tbs1 6Tbs2 были статически нагруженных на провал испытаний машины МТС. Луч 6Tbs1 была укреплена композитного ламината K2.5, без стальной арматуры. Луч 6Tbs2 был усилен двумя № 3 бара, без композитных ламинатов. Эти два луча копии Балки 6Tb3 и 6Tb1r которые были привлечены к ударной нагрузке, а также влияние высоты на стальной цилиндр, были 1,07 и 1,37 м соответственно. В таблице 6 приводятся сравнения результатов испытаний. Максимального прогиба балок под статической нагрузкой в целом больше, чем при ударе, но в конечном итоге нагрузка бывшего был меньше, чем общая реакция последнего измеряется от одного опорного и умножается на два. Ширина трещин на изгиб балки 6Tbs1and 6Tbs2 было больше, чем Балки 6Tb1r и 6Tb3, а интервал между изгиб трещины Балки 6Tbs1 и 6Tbs2 было меньше, чем в пучках 6Tb1r и 6Tb3. Окончательный видов отказов были те же.

Изменение жесткости пучка при импульсном нагружении

Для конструкций из линейно-упругих материалов, Е. И. жесткости зависит только от модуля упругости и перекрестных размеров сечения. Значение Е. постоянно до растрескивания или уступок. Для железобетонных конструкций, трещины индуцированных нагрузка приведет к уменьшению эффективного сечения и, следовательно, снижения стоимости МАП.

В данном исследовании жесткости пучка после ударной нагрузке называется остаточной жесткости (EI) ^ г ^ к югу; отношение остаточной жесткости (EI) ^ ^ г к югу и начальная жесткость (EI) ^ ^ я к югу упоминается как относительной жесткости или относительной остаточной жесткости.

До первого удара и после каждого последующего воздействия испытаний пучок статически нагруженных для определения жесткости. Использование отклонения вызваны статической нагрузке, в разделе жесткости (EI) ^ ^ я к югу или (EI) ^ г ^ к югу могут быть рассчитаны. Рис 13 и 14 показывают отклонения пучка жесткость при воздействии номер для образцов оснащаться K2.5 и C2.9. Для балок под действием ударной нагрузки повторил с той же высоты, относительной жесткости (EI) ^ к югу г ^ / (EI) ^ ^ к югу я оставалась почти неизменной после третьего воздействия, независимо к провалу режиме (изгиба или сдвига). Сравнивая результаты тестов показали в две цифры, остаточная жесткость лучей укрепить K2.5 ламинат, больше, чем для пучков оснащаться C2.9, хотя C2.9 ламинат был тяжелее и имели более высокий модуль упругости и прочность. Это указывает на верхней ударопрочность свойства кевлара более углерода.

Сравнение результатов тестов, то видно, что остаточная жесткость во многом зависит от энергии удара, композитной пластины армирования к югу р = ^ к югу р / BH, а ^ ^ р к югу является площадь поперечного сечения составных пластины.

Рисунок 15 показана зависимость энергии удара по сравнению с остаточной жесткости для лучей оснащаться K2.5 и C2.9. Используя данные из этого рисунка, и проведение анализа первого порядка регрессии, следующее соотношение получается для прогнозирования остаточной жесткости опертой пучков

... (1)

где (EI) ^ г ^ к югу является остаточная жесткость пучка после первого воздействия; (EI) ^ ^ к югу я это начальная жесткость; J является энергии удара, Нм; 0,0008 является постоянным регрессии, Нм ^ SUP -1 ^; и

... (2)

... (3)

... (4)

Вышеупомянутых уравнений предсказать остаточного напряжения после первого удара на основе ограниченных данных, представленных в данном исследовании. Таблица 7 дает начальная жесткость (EI) ^ ^ я к югу, измеренная остаточной жесткости (EI) ^ г ^ к югу после первого воздействия, а также фактор остаточной жесткости по формуле. (1) для 22 модернизированных пучков. Среднее значение соотношения измеренных остаточных относительной жесткости, а также фактор результатов 1,03; со стандартным отклонением 0,11. Существовали некоторые экспериментальные трудности в ходе тестирования Луч 9Tb8, в результате чего недостоверные сведения. Таким образом, результаты этого пучка не были включены в расчет среднего значения и стандартного отклонения.

РАСЧЕТ сила удара и отклонение

Есть два типа деформации или повреждения в бетонная балка под воздействием нагрузки, то есть, локальных и глобальных деформаций и повреждений. Бывший непосредственно зависит от связывающей силы между ударником и пучка в непосредственной близости от зоны удара, а вторая индуцируется сила удара и вибрации света. В ходе испытаний, незначительные местные деформирования и разрушения наблюдались в модернизированных бетонных балок, и, следовательно, не учитывались. В последующем анализе, деформации и поглощения энергии ударного (стальной цилиндр) и пренебречь, так как жесткость стальной цилиндр, значительно выше, чем бетонная балка.

Сила удара

Весна-Mass model2 используется для изучения влияния поведения балки к снижению веса. Эта модель представляет собой две степени свободы. Из равновесия сил диаграммы свободного тела, уравнения движения могут быть разработаны

... (5)

...

к югу, где т ^ 1 ^ и к югу м ^ 2 ^ являются массы ударника и света, соответственно, у югу ^ 1 ^ и у ^ ^ 2 югу являются перемещениями ударного и балки; F является связывающей силы между ударником и пучка , К ^ ^ к югу bs линейная жесткость балки; и К ^ ^ м к югу мембранный жесткости. Начальные условия выразили при Т = 0 (только до контакта происходит)

... (6)

где V является начальной скорости ударного элемента непосредственно перед контакта.

Если геометрической нелинейности и отступы малы, модель может быть значительно упрощена система с одной степенью свободы с уравнением движения,

... (7)

Чтобы еще больше упростить уравнение, эффективная масса структура пренебречь, структура и ударного двигаться вместе Предполагается, как только контакт установлен, то есть, у ^ 1 к югу = у ^ ^ 2 югу = y. Используя начальные условия при Т = 0, то общее решение уравнения. (7),

... (8)

где

Поскольку F контакта сила равна силе в линейном весной K ^ ^ bs к югу, история контактов сила может быть выражена как

... (9)

Уравнение (9) вытекает основана на предположении, что пучок жесткость остается постоянной при ударе. На самом деле, жесткость бетона уменьшается лучу пучка трещин. На основании результатов испытаний, уравнения. (9) изменен с постоянной Уравнение (9), то выражается в

... (10)

где В данном исследовании (9), а

Измеренные значения, а также фактор влияния силы приведены в таблице 8.

Расчет прогиба при импульсном нагружении

Определяющего уравнения движения балки при ударной нагрузке может быть разработан с использованием изгибной волны theory8

... (11)

где у перемещения пучка; х координат вдоль оси пучка от поддержки; Е. И. жесткость балки; равна (EI) / (A плотность пучка, и д (х, т) является воздействие силы и может быть выражена как

... (12)

где P является величина силы удара, х ^ ^ 0 югу расстояние от поддержки точка нагрузки, а Номер 6 показывает детали этого уравнения.

Решение уравнения. (11), показано, как следует

... (13)

где L длина пучка; В частном случае х ^ к югу 0 = л / 2, т. е. ударная нагрузка действует в середине пролета, (13) можно записать в виде

... (14)

Сравнение предсказанных и измеренных максимальный прогиб в точке х = л / 2 для испытания образцов показано в таблице 9. Среднее значение и стандартное отклонение по отношению измеренных и основывается результаты 1,162 и 0,229, соответственно. Значение P в уравнении. (14) был рассчитан путем интеграции результате уравнения. (10). В таблице 9, измеренное максимальное отклонение было максимальное значение отклонения в первом цикле после вибрационного воздействия нагрузки. При расчете максимального отклонения по формуле. (14), в общей сложности пять условия были использованы для резюме, то есть п = 1, 3, 5, 7 и 9. При п = 9, то значение у примерно 1,5% от общей величины у (см. номер 6). Применение формулы. (1), (10) и (14) ограничена для первого удара, так как расчет остаточной жесткости (уравнение (1)) разработана с использованием результатов испытаний балок под первый удар.

ВЫВОДЫ

Воздействие воздействие на укрепление бетонных балок с композитного ламината были исследованы. Следующие выводы основаны результаты этого теоретических и экспериментальных исследований:

1. Модифицированной методики с использованием эпоксидных связями композитных ламинатов может обеспечить интерфейс целостности под воздействием нагрузки; не нарушение сцепления или отслоение наблюдалось;

2. Композитных ламинатов увеличить пучка начальная жесткость и остаточной жесткости. Сравнение результатов тестирования retroy установлены пучка и unretrofitted света, максимальное отклонение пучка модернизированных могут быть сокращены от 30 до 40%, что в unretrofitted пучка; композитных ламинатов также уменьшилось число изгибных трещины и трещины;

3. Пучков укрепить кевлара ламината показал большую остаточную жесткость, чем те, оснащаться углерода ламинатов в рамках этого же энергии удара. Это подтверждает положительный эффект из кевлара, когда поглощение энергии вызывает озабоченность;

4. Воздействия загрузки привело к четырем типам трещин. Два типа показал в бетоне (изгибных и сдвиговых трещин), а два других находятся в нижней композитного ламината в поперечном и продольном направлениях. Продольных трещин можно управлять с помощью двунаправленной композитных ламинатов. Кроме того, виды отказов-изгиба и сдвига не наблюдалось; этих отказов, в основном зависит от типа и количества композитных материалов, используемых при реконструкции домов;

5. Конечная отклонение луча при статической нагрузке было больше, что балки при ударной нагрузке, однако предельной нагрузки испытания балок под статической нагрузки гораздо меньше, чем сумма сил реакции лучей под воздействием нагрузки; и

6. Остаточная жесткость, сила удара, и отклонение структуры под воздействием нагрузки важные параметры для бетонных балок оснащаться композитного ламината. Эти параметры могут быть предсказано формулой. (1), (10) и (14) с хорошей точностью, соответственно. Рассчитанные и измеренные значения приведены в таблице 7 до 9. Эти уравнения включают следующие параметры эффекта: энергия удара, композитные пластины армирования

Ссылки

1. Краутхаммер, T., "Blast смягчения технологии: события и численные Вопросы оценки поведения и дизайна," Структуры при ударном и влияние V, Вычислительная механика публикации, Southampton, UK, 1998, с. 3-12.

2. Абрате, S., влияние на составных структур, Cambridge University Press, 1998, 301 с.

3. Белый, T.; Soudki, К. и Эрки, М., "Отклик RC Балки укрепляясь углепластика слоистый пластик и подвергали высокую скорость загрузки," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 5, № 3, Август 2001, с. 153-162.

4. Эрки, MA, и Майер, U., "Влияние Загрузка бетонных балок Внешне укрепляясь углепластика слоистый пластик," Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 3, № 3, август 1999, с. 117-124.

5. Джером, DM, "Динамическая реакция бетонных балок Внешне Усиленный из углеродного волокна армированных пластиков", Кандидатская диссертация, Университет Флориды, Флорида, май 1996.

6. Тан, T., "Поведение бетонных балок, укрепляясь композитах при импульсном нагружении", Кандидатская диссертация, Университет Аризоны, Тусон, штат Аризона, август 2002, с. 65-67.

7. Малек, AM; Saadatmanesh, H.; и Ehsani, MR, "Прогнозирование Отказ нагрузка R / C Балки укрепляясь FRP плиты Из-за концентрации напряжений в днище", ACI Структурные Journal, В. 95, № 2, Mar.Apr. 1998, с. 142-152.

8. Графф, KF, волновые движения в упругих телах, штат Огайо Пресс государственный университет, г. Коламбус, штат Огайо, 1975, 649 с.

Тайпин Тан является выпускником научный сотрудник в департаменте строительства и инженерной механики, Университет Аризоны, Тусон, штат Аризона

Хамид Saadatmanesh является профессор кафедры гражданского строительства и инженерной механики, Университет штата Аризона.