Экспериментальное исследование по сейсмическим Поведение высокопроизводительных армированных волокном композитных Цемент Муфта Балки
Действующие положения проектирования в ACI Строительный кодекс для железобетонных (RC) взаимодействия пучков в сейсмостойких структуры потребует существенного укрепления детально обеспечить стабильное поведение сейсмических, что приводит к перегруженности укрепление и строительство трудности. Как альтернативный дизайн, использование высокопроизводительных армированных волокном цементных композитов (HPFRCCs) в связи пучков с упрощенной укрепление подробно экспериментально исследованы. Для проверки этого варианта, четыре образца связи пучка были проверены, в том числе управления RC образца подробным, в 1999 ACI Строительный кодекс. Процесс сборного строительства был предложен для связи HPFRCC пучков в данном исследовании. Это строительство альтернативных приведет к значительной экономии времени и сборки на месте эксплуатации, и обеспечивает хороший контроль качества материалов. Результаты крупномасштабного испытания показали высший терпимости ущерба и жесткость удержания потенциала связи HPFRCC пучков. Было также отмечено, что диагональные арматуры, необходимых для достижения больших возможностей перемещения.
Ключевые слова: волоконно-железобетона; нагрузки; прочность на сдвиг; напряженности.
ВВЕДЕНИЕ
Сейсмостойкость среднего роста железобетона (RC) зданий обычно опирается на несущие стены из-за их хорошей боковой прочность и жесткость, свойства. Архитектурные соображения обычно приводят в оконных и дверных проемов в стенах структурных, которые делят одну стену в более тонкие стены связаны короткими, глубокие балки, называют соединение пучков. Использование связи пучков приводит к более эффективной и экономичной системы структурных чем отдельные стены, поскольку надлежащим образом разработанные сочетании стены системы обладают значительно более высокую прочность, жесткость и способность к рассеянию энергии. Таким образом, эффективность и производительность системы в значительной степени зависят от поведения соединение балок под высоким откат сдвига. Повреждения наблюдаются после землетрясения на Аляске 1964 продемонстрировал уязвимость связи пучков большой откат нагрузки (Американский институт черной металлургии 1975), когда обычные подробно, состоящая из распределенной горизонтальной и вертикальной арматуры (рис. 1 (а)), используется.
Обширные исследования по поведению сейсмических связи пучков (Луизони, и.о. Somenson и Унгаро 1970; Paulay и Бинни 1974; Paulay и Santhakumar 1976) привело к разработке более совершенной укрепление подробно, что представляет собой группу диагональных арматуры течение жизни взаимодействие пучка (рис. 1 (б)). В этом усиление подробно, диагональ баров должны быть тщательно закреплены в стенах и ограничена близких поперечной арматуры, аналогичного тому, который используется в колонках RC. При разработке данного вида связи света, весь механизм передачи сдвига присваивается сильно армированного диагональных клеток. Экспериментальные результаты показали, что по диагонали усиленный связи лучи способны поддерживать свою прочность на сдвиг с хорошим сохранением жесткости и способность к рассеянию энергии при большой откат перемещения (Paulay и Бинни 1974; Шиу и др.. 1978; Tassios, Моретти, и Bezas 1996; Галано и Vignoli 2000). Диагональные усиление детализации, однако, создает трудности из-за строительства к усилению заторов проблем, связанных с размещением диагональных баров и близких поперечной арматуры.
Эти недостатки привели к оценке других альтернатив подкрепления, такие как добавление дюбелями или диагонали подкрепление только на пучке стене интерфейс (рис. 1 (с) и (г)). Тем не менее, для соединения балок с пролетом до глубины отношение меньше или равно 2,0, диагональ укрепления на протяжении всего балка было показано, что наиболее эффективным решением (Tassios, Моретти, и Bezas 1996) ..
В 1990-х годов, события в армированных волокном цементных композитов позволили достижения высокой производительности с низкой поведение фракции объема (V ^ ^ к югу е Высокая производительность ссылается на растяжение поведение упрочнения, где postcracking силы больше, чем первая крекинг силы, и сопровождается несколько трещин в композитных материалов. Локализация повреждения в высокопроизводительных волоконно-армированного цемента композитов (HPFRCCs) обычно наблюдается после трещины насыщение происходит и при деформации растяжения в диапазоне от 2,0 до 5,0% (Нааман и Reinhardt 1996). В предыдущих исследованиях на поведение членов HPFRCC в обратном циклического нагружения, было сообщено, что использование таких современных материалов приводит к значительному увеличению потенциала деформации сдвига с превосходной толерантности ущерб по сравнению с членами РС (ParraMontesinos и Уайт, 2000; Биллингтон и Юн 2002 , Ким и Парра-Монтесинос 2003).
Цель этого исследования состояла в изучении использования материалов HPFRCC как новый альтернативный проект в связи пучков. Напряженности упрочнения поведения с несколькими крекинга экспозиции этих материалов, как ожидается, уменьшить зависимость от степени усилить диагональные клетки при сохранении аналогичной прочности и пластичности по сравнению с хорошо описано диагонали усиленный связи пучков.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В этом исследовании, новый тип связи пучка построен высокопроизводительных волоконно-армированные композиты цемента (HPFRCCs) была разработана для упрощения современным требованиям арматуры в связи RC пучков. В рамках экспериментального исследования, было показано, что превосходные поведения и ущерб терпимости HPFRCC позволит упростить диагональных укрепление подробно в связи RC пучков при обеспечении стабильной сейсмической поведения. Кроме того, результаты этого исследования получить ценную информацию об общем поведении членов HPFRCC с малым широм службы к глубине отношений при применении больших откат перемещения, расширения круга структурных применения материалов HPFRCC.
Экспериментальная программа
Испытательные образцы
В этом экспериментальном исследовании образцов четыре пучка связи были протестированы в соответствии перемещения откат для оценки целесообразности использования HPFRCC материалов в связи с упрощенной пучков усиление детализации. Основных переменных были исследованы типа цементных материалов, используемых в связи света, тип волокна, а также усиление детализации.
Каждый образец состоял из примерно 3/4-scale электронного взаимодействия и два жестких членов RC представляющие структурные стен. Пролет до глубины равное 1,0 был выбран для связи пучков для обеспечения сдвига доминирующей поведения. Как пролета до глубины увеличивается коэффициент, прогибы играть более значительную роль в поведении связи пучков. Таким образом, дрейф потенциала, полученные в этом исследовании можно рассматривать как нижнюю границу для большинства практических отношений электронного взаимодействия аспект. Размеры для испытания образцов и испытаний установки приведены на рис. 2.
Первый образец, используемый в качестве контрольного образца, состоящей из железобетонной балки связи с диагональю подкрепления. Для оценки сейсмического отклика связи пучков разработан с использованием современных кодексов, этот экземпляр был разработан и подробно в соответствии с МСА 318 (ACI Комитет 318 1999), за исключением "одной четверти минимальный размер члена" требование шагом поперечных укрепление вокруг диагональной бары, который был найден подходит для выбранного масштаба тестирования. Равномерно распределенные горизонтальные и вертикальные укрепления были поставлены в соотношение представляет код ограничения к минимуму их вклад в изгиб и срез в связи пучка. Рис 3 () показывает эскиз укрепление детали, используемые в образцах 1. Ширина пучка связи RC было продиктовано ширина пересекающихся диагональной группы в клетке. Благодаря тщательному строительства, ширина пучка была ограничена до 200 мм (8 дюймов) для обеспечения высокого спроса напряжения сдвига на сцепное устройство пучка.
В образце 2, пучок сборных связи была построена с материалом HPFRCC содержащий 2,0% объемной доли сверхвысоких полиэтилена (ПЭ) волокон. В отличие от первого образца, диагональ укрепление было ликвидировано, и только равномерно распределенной горизонтальной и вертикальной укрепление представлено не было. Кроме того, из-за ликвидации диагональных баров и соответствующие обручи, ширина пучка с образцами 2 была снижена до 150 мм (6 дюймов) для увеличения спроса в сдвига композитного материала. За исключением верхней и нижней горизонтальными полосами, минимальная распределенных горизонтальных и вертикальных укрепления был использован для оценки работы членов HPFRCC при большой деформации сдвига и изучить возможность полной ликвидации диагональных арматуры в связи пучков. Укрепление детали образца 2 приведены на рис. 3 (б).
Поскольку сайт литья связи HPFRCC пучков может быть трудным для типичных конкретных подрядчиков, использования сборного связи пучков была выбрана в качестве альтернативы монолитно-место пучков (рис. 4). HPFRCC пучков сборные с достаточной длины, заливки и усиление крепления для обеспечения надлежащего момента и поперечные передачи. Процесс строительства начался с вертикального литья стен образца до уровня, соответствующего нижней части света, представляющих совместный холодной в строительство. Тогда сборная связи пучков были помещены в стенах и бетонных был брошен в накрыть концы света и завершить верхней части стен. Сборного пучков были врезаны половины их длины пролета на каждой стене, чтобы уменьшить отношение напряжений и горизонтальной арматуры были расширены за концы пучка обеспечить полную длину развития от поверхности стены (рис. 3 (б) (г)). Этот процесс строительства, как ожидается, быть практичными и привлекательными для промышленности, поскольку она не только приведет к значительной экономии времени и сборки на месте, но и обеспечить хороший контроль качества материала для связи пучков ..
3 образца был того же типа HPFRCC материал образца 2. Тем не менее, два диагональных D16 баров, не ограничиваясь арматуры, соответствующей приблизительно 80% площади диагональных укрепления использовали образцы 1, были помещены в каждую сторону увеличения перемещения луча и мощность рассеяния энергии (рис. 3 (с)). Ширины пучка и количество распределенных горизонтальных и вертикальных укрепления были такими же, как и в 2 образца, так что вклад диагональных баров, которые торчали из сборного пучка, может быть оценена.
4 образца использовали той же диагонали баров образцов 3. Диагональные укрепление подробно, однако, была изменена для удобства сборных связи пучков. Как показано на рис. 3 (г), бары побежал по диагонали в пределах луча размаха и были согнуты на границе пучка стене, чтобы они оставались в глубине луч связи сборных. Новый композитный материал, состоящий из витой волокон стали (Нааман 1999), в 1,5% объемной доли, был использован с образцами 4. Минимальная распределенных горизонтальных укрепления был использован, но усиление вертикальной распределенной в пределах луча службы была увеличена для предотвращения преждевременного выхода из строя в местах сгиба диагонали, баров. Ширина пучка находился же, как в других связи HPFRCC пучка образцов (150 мм). Проектные параметры и соответствующие значения приведены в таблице 1.
Испытание установки и приборы
Опытные образцы были повернуты и помещен в тестовой системе с одной из стен прикреплены к сильным полом (рис. 2). В горизонтальном положении, смещение цикла были применены к верхней части стены через горизонтальный гидравлический привод с ее линией, проходящей через действия в середине пролета пучка с целью получения антисимметричная схема момент в связи пучка. Привода и верхней части образца были подключены через стальную I-раздела и нагрузка была переведена в верхнем блоке RC путем прямого несущих и несвязанных с резьбой баров, проходящей через верхнюю стенку. Опытные образцы были braced бокам для предотвращения вне плоскости движения.
Образцы подвергались квазистатических циклического нагружения в режиме контроля перемещения, следующие предопределенные отменил цикличность перемещения. Чтобы смоделировать требования во время землетрясения, несколько боковых циклов перемещения были применены к каждой особи, начиная с дрейфом связи пучка 0,25% и достиг максимального дрейфа 4% (при условии, что образец не разрушился при более низкой дрейф уровня) , как показано на рис. 5. Каждый цикл к данному дрейфа уровне был применен дважды, чтобы оценить потери прочности и жесткости в образцах при повторных циклов. Некоторые циклы 0,5% дрейфа чередовались в истории перемещений для оценки остаточной жесткости образцов.
Горизонтальное смещение, достигнутых на каждом уровне дрейф осуществлялся при помощи линейных потенциометров, поскольку LVDT чтения из гидропривода являются неточными из-за деформации загрузки системы. Дополнительные потенциометров также были использованы для проверки любом повороте верхней стенке по отношению к нижней стенке. Бокового смещения применяются к образцам затем на основе расчета нетто-дрейфа пучка? Ср получить через потенциометр чтения и с учетом влияния вращения на стене дрейфа (рис. 2).
Один лицом связи пучка приборами с потенциометров, которые были расположены по горизонтали, вертикали и диагонали для записи среднее состояние напряженности в связи пучка. Кроме того, потенциометры были размещены на верхней и нижней частях света, прилегающих к стенам, для контроля пучка поворотов в области вблизи стены лица. Clinometers, замена измерительных приборов, также были использованы в пучок и стены лица для проверки вращения измеряется потенциометров. Деформации в арматуры были контролироваться через тензодатчики крепятся к поверхности из баров в различных местах.
Материал тестирования и разработки
Волоконно-железобетонных не является новым материалом, но в последнее время улучшения в материальной прочности на разрыв и пластичность, развитие на основе полимеров и волокон высокопрочной стали, а также оптимизацию цементных композитов привели к новым исследование поведения материалов в экстремальных HPFRCC условиях загрузки. Результаты экспериментальных исследований показали, что HPFRCC может выставить пластичного ответ напряженности, аналогичного тому упрочнения поведение металлов (Li 1993). В переводе на простой бетон, первые трещины приводит к быстрой потере прочности на растяжение. В волоконно-цементных композитов с напряжением ответ закалки, однако, волокон преодоления первоначальных трещин напряжения выполнять большее количество силы через эти трещины, что приводит к образованию многочисленных трещин в композите. Этот процесс продолжается трещины, сохраняя при этом прочность на растяжение, до пика преодоления стресса достигается на одной из трещин, что приводит к широкому открытию, что трещины. При больших деформациях, повреждение локализуется на данном трещины и композитных прочность на разрыв уменьшается постепенно.
В конце концов, очень пластичный растяжение производительность достигается с несколькими картина трещин и значительный ущерб терпимости. Достижение этой растяжение производительности связано прежде всего с объемной доли волокон в композите, волокнистый материал и геометрию, цементная состава матрицы, средняя прочность на волокно-матрица, а равномерное распределение волокон в матрице ..
В этом исследовании, различные пропорции смеси были рассмотрены для использования в связи балок и нескольких растяжении и сжатии образцов были протестированы, чтобы получить желаемую производительность в композите. Догбон форме образцы двух различных размеров используется для одноосного растяжения. Малые образцы Догбон тестирование в этой расследование сечение 25 Большие образцы Догбон были также испытаны для оценки размера эффекта. Для поддержания же площадь поперечного сечения, размеры образца были выбраны 12,5
От пропорции смеси суда, два FRC композитов с желаемым несколько крекинга поведения, напряжение, полученные с использованием 2,0% объемной доли волокон и PE 1,5% объемной доли волокон витой стали. PE волокна изготавливаются из ультра-высоких полиэтилена, широко используемые в армированных волокном полимеров для аэрокосмической промышленности. Twisted волокон стали отличаются высокой трения и механических свойств связи, по сравнению с коммерчески доступных стальных волокон (Нааман 1999). В таблице 2 приведены свойства ПЭ и витая волокон стали использоваться в данном исследовании.
Сжимающие значения прочности в день тестирования были примерно 57 и 63 МПа (8300 и 9100 фунтов на квадратный дюйм), а также postcracking прочностью на разрыв примерно 3,1 и 5,5 МПа (450 и 8000 фунтов на квадратный дюйм) для композитов с PE и скрученных волокон стали, соответственно. Типичным растяжения и деформации ответ получил от небольшого образца Догбон с ПЭ волокон показана на рис. 6. Было экспериментально показано, что монотонная растяжение поведение HPFRCC представляет конверт растяжение реагирования в соответствии обратной циклической нагрузки, учитывая, что напряжение в часы пик прочность на сжатие не превысило в обратном циклического нагружения (Кеснер, Биллингтон, и Дуглас 2003).
Регулярные бетона, предоставляемых местным конкретного поставщика, была использована в связи пучок первого образца, и в стенах всех образцов. Прочность на сжатие, измеренные для конкретных образцов, используемых в 1 в день тестирования было примерно 41 МПа (6000 фунтов на квадратный дюйм). Все деформированной арматуры использоваться в данном исследовании был Grade 60 (420 МПа). Испытание на растяжение результаты стали поставщиком, подтвержденные испытания на растяжение проводится в Университете штата Мичиган, указывают на предел текучести 450 МПа (65 КСИ) и прочности на растяжение 726 МПа (105 KSI).
Оценка результатов экспериментов
Предопределенных истории перемещения (рис. 5) с нескольких циклов дрейф уровнях, начиная от 0,25% до максимум 4,0% был предназначен для применения на образцы. Тестовой системе была настроена развивать contraflexure схема момент в связи света и каких-либо ограничений были построены для предотвращения вращения верхнего блока. Из-за поворота верхнего блока, предназначенных уровнях дрейфа не всегда соответствует реальному сугробы, с которыми сталкиваются связи пучков. Таким образом, дрейфует в связи пучков из-за бокового смещения (смещение Дрейфа уровней, упомянутых в следующие скорректированные значения дрейфа.
Основные экспериментальные результаты для всех тестовых образцов, в том числе максимальное усилие сдвига, дрейф потенциала, а пик напряжения сдвига, приведены в таблице 3. Дрифт мощность определяется как максимальный уровень дрейфа до потери сил 20% или больше не наблюдалось.
Shear силу дрейфа пучка ответ
Поперечной силы против дрейфа реакции образца 1 на рис. 7 (а). Поведение, наблюдаемое в этом образце отметил, что по диагонали RC усилить взаимодействие пучков разработан в соответствии с выставки ACI Строительный кодекс стабильное поведение при высоких сдвига и деформации требования. В до 0,5% дрейфа уровне пучка RC связи остается эластичной. При больших сугробов, уступая из диагональных арматуры привел к широкой петлей гистерезиса с отличным потенциала диссипации энергии. Максимальное усилие, приложенное к образцу составляет примерно 1 470 кН (105 KIPS), что соответствует уровню напряжения сдвига от 3,8 МПа (550 фунтов на квадратный дюйм). Для этого конкретного образца, прочность бетона сжатие было 41 МПа (6000 фунтов на квадратный дюйм), и поэтому максимум напряжения сдвига было эквивалентно 0,6 [радикальных] е '^ с ^ к югу МПа (7,1 [радикальных] е' ^ с ^ к югу фунтов на квадратный дюйм ). Сдвигу предоставляемый диагональных укрепление образцами 1, действуя при напряжении 450 МПа (65 КСИ), составил примерно 270 кН (60 KIPS). Вполне вероятно, однако, что этот вклад значительно увеличилась за последующих циклов дрейф из-за деформационного упрочнения арматуры.
Образца 2 был построен с ПЭ волокна на 2,0% по объему фракции. Для оценки эффективности этого материала обеспечивают диагональные силы напряженности и достаточный потенциал для перемещенных лиц в связи балки, не диагональные подкрепление, используемых в этом образце. Как показано на рис. 7 (б), 2 образца наблюдалась стабильная ответ до 2,0% дрейфа, где значительное падение пучка прочности наблюдалось из-за вывода волокна. Петли гистерезиса показали некоторые щипать, обладающие меньшими возможностями диссипации энергии по сравнению с образцами 1. Это зажимание в связи с тем, что полиэтиленовые волокна являются эффективными в сдерживании трещины, но после разгрузки, они не дают никакого сопротивления против закрытия трещины. Таким образом, сила передачи через трещины в процессе закрытия трещины функции распределенной горизонтальной и вертикальной подкрепление через трещины.
С точки зрения прочности на сдвиг, образец 2 устойчивого спроса примерно 6,2 МПа (900 фунтов на квадратный дюйм), которая была 60% больше, чем в образцах 1. Это напряжения сдвига соответствует 0,8 [радикальных] е '^ с ^ к югу МПа (10 [радикальных] е' ^ с ^ к югу фунтов на квадратный дюйм), учитывая, что прочность на сжатие материала HPFRCC, используемых в этом образце составляла примерно 57 МПа (8300 фунтов на квадратный дюйм). Сдвигу предоставляемый материал HPFRCC был рассчитан на основе диагональной силы напряженности предоставляемый волокон преодоления диагональных трещин охватывающих из угла в угол связи пучка в другой угол. С postcracking прочности 3,1 МПа (450 фунтов на квадратный дюйм), полученные для материала HPFRCC использовали образцы 2, сдвига вклад сила 290 кН (65 KIPS), по оценкам, которое представляет собой половину силы наблюдается образцами 2. Эта смета вклад прочность волокна в соответствии с наблюдаемой потери силы, что произошло, когда основные диагональные трещины образовались после 2,0% дрейфа.
3 образца была цементная композитного и распределенных усиление свойства, аналогичные тем, которые используются с образцами 2. Два диагональных бары в каждом направлении, без заключения стали, были добавлены для оценки их потенциал для увеличения диссипации энергии и дрейфа потенциала связи HPFRCC пучков. Поперечной силы против дрейфа ответ на рис. 7 (с) указывается, что дополнительные диагональные баров привело к значительному повышению прочности и смещение потенциала связи пучка. С точки зрения прочности, диагональные баров, по оценкам, приходится приблизительно 210 кН (47 KIPS) от прочности на сдвиг (26% от максимальной силы пучка) на предел текучести 450 МПа (65 KSI). В соответствии с этим ожидается силы, разница в силе между образцов 2 и 3 составляет примерно 200 кН (45 KIPS). Максимальная нагрузка 800 кН (180 KIPS) был записан в 3 образца примерно в 2,5% дрейфа. Этот пик нагрузки сохранялась до 4% дрейфа в положительном направлении, где внезапное падение около 290 кН (65 KIPS) наблюдалось из-за потери диагональных сил напряжения в материале HPFRCC.
В ходе последующих циклов нагружения, остаточной прочности на сдвиг был ниже 450 кН (100 KIPS), и в первую очередь из-за сдвига несущей способности предоставляемый диагональных баров и поперечной арматуры. После основных диагональные трещины широко открылись, цементные волокна материала начал теряет свою способность поддерживать диагональной решеткой. При повторном цикле в отрицательном направлении, ориентированных на 4,0% дрейфа, диагональ баров при сжатии пряжками, теряют несущую способность ..
В связи с перемещением мощностей, максимальный дрейф примерно в 4,0% был достигнут в 3 образца, что почти вдвое больше, чем образцов 2. Следует отметить, что обширные вращения в верхней блок, применяются перемещения истории. Как видно на рис. 7 (с), скорректированных уровней дрейфа, достигнутым в положительном направлении нагрузки в 3 образца были больше, чем в отрицательном направлении нагрузки. Форма петли гистерезиса показали, что способность к рассеянию энергии образца 3 была значительно выше, чем у образца 2.
Максимальная средняя напряжения сдвига с образцами 3 составила 8,6 МПа (1250 фунтов на квадратный дюйм), которая представляет 230% от максимального напряжения сдвига измеряется образца 1. Оценка этой силы с точки зрения квадратный корень из композитного цемента прочность на сжатие, он представлял 1,15 [радикальных] е '^ с ^ к югу МПа (14 [радикальных] е' ^ с ^ к югу фунтов на квадратный дюйм), что на 40% больше, чем Максимальное напряжение сдвига позволили в МСА 318 Кодекса (ACI Комитет 318 1999).
В отличие от прямой диагональной панелей, используемых в 3 образца, эти образцы были согнуты 4 вблизи границы пучка стены для облегчения процесса строительства для сборных света, как показано на рис. 3 (г). В дополнение к изменению в усилении детали, скрученные волокна стали в 1,5% объемной доли были использованы в данном образце. Предопределенных цикличность перемещения была немного модифицирована для этого образца. Как видно на рис. 5, дрейф образец, используемый в предыдущих образцов состоит из повторяющихся циклов на 0,5% больше, дрейф после 2,0% дрейфа. В образце 4, одной циклов увеличивается на 0,25% за сугробов больше 2,0%, что составляет более постепенное увеличение дрейфа значений. В этой модификации в истории перемещений, он был призван чтобы лучше оценить дрейф уровня волокна вывода. В дополнение к этому, когда цель была достигнута перемещение, перемещение не было постоянным, чтобы отметить трещины, но образец был выгружен, чтобы предотвратить внезапное выделение энергии за счет вывода волокна. Поперечной силы против дрейфа ответ на рис.
7 (г) показали, что 4 образца были очень стабильными ответ с хорошим диссипации энергии, сравнимой с образцами 3. Кроме того, можно отметить, что диагональные изогнутых баров выполняются, а также прямой панелей, используемых в 3 образца ..
С точки зрения максимальной силы образца 4, максимальная нагрузка до 800 кН (180 KIPS), аналогично образцов 3, была измерена на дрейф 2,0%. После этого дрейфа уровне вклад волокна цементных материалов прочность связи пучка начали ухудшаться в результате снижения прочности HPFRCC с витыми волокон стали. Тем не менее, напряженность в диагональных стержней были достаточно большими, чтобы причинить этих баров идти в деформационного упрочнения, повышения вклад в укрепление прочность на сдвиг и приводит к постепенному снижению прочности на сдвиг пучка до 4,0% дрейфа. Образца 4 сместился до 5,5% дрейфа в отрицательном направлении нагрузки с соответствующих прикладных сдвига примерно 70% от пиковой нагрузки в этом направлении. В конце испытания образец был перемещен монотонно в положительном направлении нагрузку до почти 8,0% дрейф, после чего диагональных баров трещину. Нагрузки измеряется в этот дрейф уровне примерно 80% от пиковой нагрузки для этой загрузки направлении, отметив, что цементный материал эффективно поддерживать диагональных баров, даже после открытия широких диагональных трещин.
Потому что пик силы измеряется в 4 образца был примерно таким же, как и в 3 образца, сдвиг спроса стресс также 8,6 МПа (1250 фунтов на квадратный дюйм). Это напряжение сдвига переведена на 1,1 [радикальных] е '^ с ^ к югу МПа (13 [радикальных] е' ^ с ^ к югу фунтов на квадратный дюйм), что также значительно больше, чем максимально допустимое напряжение сдвига в МСА 318 Кодекса (ACI Комитет 318 1999) для электронного взаимодействия ..
Сравнение между напряжением сдвига по сравнению с дрейфом ответ для образцов 1 и 4 на рис. 8. По сравнению с контрольными образцами 1, 4 образца устойчивого касательные напряжения в два раза больше и имел значительно больший потенциал диссипации энергии.
Крекинг картины и ущерб прогрессу
В образце 1, диагональные трещины были впервые обнаружены в течение циклов до 0,25% дрейфа. На 1,5% дрейфа, диагональные трещины расширены до 3 мм (0,12 дюйма), а луч повреждения могут быть классифицированы как умеренные (рис. 9 (а)). На дрейфа уровнях больше 2,5%, наносимый урон стал тяжелым с диагональю трещин 5 мм (0,2 дюйма) шириной, конкретные откола, и растягивающие напряжения в диагональных усиление превышает 1,5%. Рис 9 (б) свидетельствует о степени повреждения образцов в 1 на 3,5% дрейфа. Даже несмотря на обширные трещин и повреждений произошли на максимальном уровне, дрейф 4,0%, никаких явных признаков отказа не наблюдалось.
Диагональные трещины образцами 2 начал формироваться в течение циклов до 0,25% дрейфа. В качестве тестового продвинулась несколько диагональные трещины распространяются по всей луча, а не только несколько диагональных трещин в образцах 1, с регулярными бетона. На 1,5% дрейфа связи пучка перешли десятки диагональные трещины, в основном с шириной более узким, чем 1 мм (0,04 дюйма) (рис. 10 (а)). Тем не менее, признаки повреждения локализации были также отмечены в этот дрейф уровня в отрицательном направлении нагрузки, один диагональные трещины, которая продлила из угла в угол связи пучка, начал открывать шире 4 мм (0,16 дюйма). Кроме того, уступая из основных продольных укрепление связи пучка произошла на границе пучка стене. Когда образец переместились дальше, волоконно-вывода произошло, что привело к открытию широкий диагональные трещины (рис. 10 (б)) с последующим спадом в силе связи пучка. После перемещения было отменено, другой диагонали трещины, перпендикулярные к ранее образованных трещин, широко открылись и в результате диагонального провал напряжения электронного взаимодействия ..
Ущерб прогрессу аналогично образца 2 наблюдается в 3 образца. Диагональ крекинга началось во циклов до 0,25% дрейфа и большое количество флокенов, ширина колеблется от 0,3 до 0,75 мм (0,01 до 0,03 дюйма) создал при 1,5% дрейфа было достигнуто. Примерно 2,0% дрейфа, повреждение локализации начало в нескольких диагональные трещины, которые охватывали противоположных углах в связи пучка. В отличие от поведения образца 2, однако, 3 образца проводится все большее количество нагрузки на сугробы до 4,0% за счет использования дополнительных диагональных арматуры (рис. 11 (а)).
Первый диагональные трещины образцами 4 наблюдались также на 0,25% дрейфа и несколько диагональных картина растрескивания формируется как испытание продолжается. Примерно 2,0% дрейфа, уступая из диагональных баров был первым заметил и самый большой трещины шириной около 1 мм (0,04 дюйма). Как образец был вынужден пойти на большие сугробы, повреждение локализации началось с открытия нескольких широкий диагональные трещины. Рисунок 11 (б) показывает, открытие диагональные трещины на 4,0% дрейфа в отрицательном направлении нагрузки. Как упоминалось ранее, 4 образца сместился монотонно в положительном направлении нагрузку до почти 8,0% дрейфа в конце испытания. В результате, связи пучка провалились из-за разрушения диагональных баров связанных с широким диагональные трещины.
Shear искажения ответ
Сдвиговых искажений в опытных образцах были рассчитаны с использованием протокола шесть перемещения преобразователей ставятся на одно лицо пучка, измеренных деформаций в вертикальных, горизонтальных и диагональных направлениях. На рисунке 12 показана зависимость силы от сдвига сдвига ответ искажения для связи пучков четыре испытания в этом расследовании. Образца 1, подробно, как в 1999 ACI 318 Кодекса, показал стабильный сдвиг реагирования на протяжении всего испытания (рис. 12 (а)). Потому что диагональные баров сопротивление большинства применяемых поперечная сила, широкие петли гистерезиса были получены. Следует отметить, что максимальное искажение сдвига образца измеряется в 1 составил 1,5% (0,015 рад). Если это искажение по сравнению с максимальным применяется дрейф примерно 4,0%, то ясно, что прогибы сыграли значительную роль в поведении образцов 1.
В образце 2, с PE волокон и не диагональные баров, поперечной силы против искажения ответа со значительным щипать был получен, как показано на рис. 12 (б). Как объяснялось ранее, это поведение ущипнул произошло потому, что PE волокон являются эффективными лишь в передаче растягивающих сил между диагональные трещины. При перемещении (нагрузка) направлении было отменено, волокна не сопротивлялся процессе закрытия трещин и, следовательно, только арматуру через трещины способствовали передаче силы через трещины. После того, диагональные трещины закрыты, образец восстановила свою жесткость. Из рис. 12 (б), было отмечено, что взаимодействие пучка с образцами 2 был срез искажения около 1,0%. На этом уровне искажений, волоконно-вывода произошло, что привело к значительному снижению численности образца.
По сравнению с образцами 2, использование диагональных баров Образцы 3 и 4 привело к значительному улучшению при сдвиге потенциала искажений. Образца 3 устойчивого сдвига искажения около 2,5% в положительном направлении нагружения до значительное снижение произошло в силе (рис. 12 (с)). Это большие искажения, по сравнению с образцами 1, а также указывает, что деформации сдвига играет доминирующую роль в образце ответа. В образце 4 с витыми волокон стали, прочность распад начался еще до 2,0% сдвига искажением волокон началось изъятие (рис. 12 (г)). Однако из-за увеличения численности вклад диагональных баров, как они деформации закаленных, потеря прочности на сдвиг был постепенным. В этом образце, максимальная деформация сдвига 3,0% были получены при циклы приблизительно 4,0 до 5,0% дрейфа. В ходе заключительного толчка, сдвиговых искажений в размере 6,0% была измерена непосредственно перед разрушения диагональных укрепление произошло.
Во всех трех образцов построены со слоем цементного материала, лишь незначительные повреждения наблюдается при сдвиге искажений до 1,0%. При диагональной подкрепление меры для предотвращения внезапной остановки после вывода волокна, 1,5 до 2,0% сдвига искажений можно считать пределом для умеренного повреждения. Для больших искажений сдвига, повреждение локализации значительное раскрытие трещины из-за вывода волокна можно ожидать.
Жесткость удержания
Жесткость деградации во всех четырех образцов оценивали с помощью секущая жесткость, измеренная от пика до пика, перемещение точки в каждом направлении. Для учета изменений в образце параметров, таких как разной ширины образца и отсутствие крупного заполнителя в волоконно-армированные композиты, жесткость значения были нормированы по отношению к секущая жесткость на 0,25% дрейфа для каждого образца. Нормированные жесткости от дрейфа ответ на рис. 13 указывает, что HPFRCC связи пучков возможность лучше сохранить их жесткости по сравнению с диагонально армированные RC связи пучков. Первоначальное образование трещины в образцах 1 вызвало значительного снижения жесткости в начале цикла. HPFRCC образцов, с другой стороны, показать, относительно постепенного уменьшения жесткости по крайней мере до 2,0% дрейфа. В этот момент с образцами 2, открытие большого диагональные трещины вызвало резкое уменьшение жесткости. Наличие диагональных укрепление образцами 3 не только задержало этой жесткости падение до 4,0% дрейфа, а также улучшить жесткость удержания на низкий дрейф.
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Для упрощения усиление требований по диагонали усилить RC связи балки, альтернативный проект, состоящий из сборных связи HPFRCC пучков с разными конфигурациями укрепление экспериментально исследованы. Укрепление детали оценивается в этот исследовательский проект включает использование только распределенной горизонтальной и вертикальной арматуры и использования дополнительных диагональных баров без поперечной арматуры. Первый образец, используемый в качестве контрольного образца, состояла из пучка RC связи с диагональю укрепление разработан и подробный соответствии с МСА 318 Кодекса. Во втором образце, связи пучка была построена с HPFRCC PE содержащий волокна, и только обычных горизонтальных и вертикальных укрепление представлено не было. Образцы 3 и 4 были построены с HPFRCC содержащие PE и скрученных волокон стали, соответственно, и дополнительных диагональных подкрепление, но не лишение свободы обручи представлено не было.
Структурная эффективность этих новых сборных связи HPFRCC балок под обратной циклического нагружения показали, что более удобно укрепление подробно могут быть использованы в связи балок и по-прежнему поддерживать достаточный сейсмических поведения. Использование передовых волокна цементных материалов допускается ликвидация поперечной арматуры как правило, требуется около диагонального шестов для заключения, что упрощает процесс строительства пучка. Результаты испытаний показали, что HPFRCC связи пучков с упрощенной диагональных укрепление выставлены выше прочность на сдвиг и жесткость удержания. HPFRCC балок с дополнительными диагональными баров достигли дрейфа по крайней мере 4,0% при сохранении примерно 80% от их сдвига несущей способности. Принимая во внимание многочисленные картины крекинга с волос диагональные трещины до вывода волокна, с которыми сталкиваются связи HPFRCC балки, ясно, что HPFRCC материалов, имеют более высокий допуск ущерб в рамках большой откат перемещения по сравнению с обычным бетоном.
Авторы
Результаты исследования, описанные здесь был организован при поддержке Национального научного фонда за № 0001617 Грант CMS. Мнения, выраженные в данном документе, являются мнениями авторов и не обязательно отражают точку зрения авторов. Витой волокон стали использоваться в данном исследовании были специально сфабрикованы Sodetal, Франции, профессор Антуан Е. Нееман.
Ссылки
ACI Комитет 318, 1999, "Строительный кодекс Требования Железобетона (ACI 318-99) и Комментарии (ACI 318R-99)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 392 с.
ACI Комитет 318, 2002, "Строительный кодекс Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (ACI 318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 443 с.
Американский институт черной металлургии, 1975, землетрясения, с. 160-161.
Биллингтон, SL, и Юн, J., 2002, "Циклические Поведение сборного PostTensioned Сегментные бетонных столбов с ECC," Известия МПМ Международное рабочее совещание по ковкого армированного волокном Цементные композиты (DFRCC)-приложений и оценки (DFRCC-2002), Япония институт бетона, Токио, октябрь, с. 279-288.
Галано Л., и Vignoli А., 2000, "Сейсмическая Поведение коротких Муфта пучков с разными Укрепление макеты," Структурные ACI Journal, В. 97, № 6, ноябрь-декабрь, с. 876-885.
Кеснер, KE Биллингтон, SL и Дуглас К. С., 2003, "Циклические Ответ особо пластичные армированных волокном на основе цемента композиты", ACI журнал Материалы, В. 100, № 5, сентябрь-октябрь, с. 381-391.
Ким К. и Парра-Монтесинос, ГДж, 2003, "Поведение HPFRCC Стены Малоэтажное подвергавшимся перемещения Восстановление", с высоким содержанием клетчатки усиливали цементных композитов 4 (HPFRCC 4), Труды Четвертой Международной семинар RILEM, А. Е. Нааман и HW Reinhardt, ред., RILEM публикации, SARL, Cachan Cedex, Франция, с. 505-515.
Li, VC, 1993, "От Микромеханика для зданий и сооружений-Дизайн Цементные композиты применению в подземном строительстве," Журнал структурной механике и сейсмостойкого строительства, JSCE, V. 10, № 2, с. 37-48.
Луизони, и.о. CJ; Somenson, HM и Ungaro, М. А. Verificaci (На испанском)
Нееман, А. Е., 1999, "Волокна с Слип закалки Бонда," High Performance армированного цемента композиты 3 (HPFRCC 3), Труды третьего международного семинара RILEM, HW Reinhardt, А. Е. Нееман, ред., RILEM публикации, SARL, Cachan Cedex , Франция, с. 371-385.
Нееман, AE, и Reinhardt, HW, 1996, "Характеризация с высоким содержанием клетчатки усиливали цементных композитов-HPFRCC", с высоким содержанием клетчатки усиливали цементных композитов 2 (HPFRCC 2), Труды Второй Международный семинар RILEM, А. Е. Нааман и HW Reinhardt, ред., RILEM публикации, SARL, Cachan Cedex, Франция, с. 1-24.
Парра-Монтесинос, ГДж, и Уайт, Д. К., 2000, "Сейсмическая Ответ Внешний RC Луч Колонка к стали соединения" Журнал строительной техники, ASCE, В. 126, № 10, с. 1113-1121.
Paulay, T., и Бинни, JR, 1974, "по диагонали Железобетонная Муфта Лучи Shear Стены", Shear из железобетона, SP-42, т. 2, Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 579-598 .
Paulay, T., и Santhakumar, AR, 1976, "гибких поведения связанных стены Shear" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 102, с. 93-108.
Шиу, Н. К., Барни, ГБ; Fiorato, А. Е. и Корли РГ, 1978, "Спасем испытательной нагрузки железобетонных Муфта Балки," Труды Центрального американская конференция по сейсмостойкого строительства, Сальвадор, с. 239-249.
Tassios, TP; Moretti, M.; и Bezas А., 1996, "О поведении и пластичность железобетонных Муфта Лучи Shear Стены", ACI Структурные Journal, V. 93, № 6, ноябрь-декабрь, с. 711-720.
Входящие в состав МСА B. Афшин Canbolat является аспирант Университета Мичигана, Анн-Арбор, штат Мичиган Он получил степень бакалавра Ближневосточного технического университета, Анкара, Турция, в 1998 году, и его магистра наук в университете штата Мичиган в 2000 году. Его исследовательские интересы включают сейсмических поведения и структурных приложений высокопроизводительных армированных волокном цементных композитов.
Входящие в состав МСА Густаво J. Парра-Монтесинос является ассистентом профессора в Университете штата Мичиган. Он является секретарем комитета ACI 335, композитный и гибридных структур, а также является членом Совместного ACI-ASCE Комитет 352, узлов и соединений в монолитных бетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают сейсмических поведения и проектирования железобетонных, армированных волокном бетона, а также гибридные железобетонных членов и структур.
Джеймс К. Уайт, ВВСКИ, профессор гражданского строительства в Университете штата Мичиган. Он является председателем комитета ACI 318, Железобетона Строительный кодекс, и бывший председатель подкомитета 318 ACI-E, сдвига и кручения. Он также является членом Совместного ACI-352 ASCE комитетов, узлов и соединений в монолитных железобетонных конструкций, а также 445, сдвига и кручения. Его исследовательские интересы включают проектирование сейсмостойких сооружений из железобетонных конструкций и использования высокопроизводительных армированных волокном цементных композитов в критическом членов или регионов, таких структур.