К эффективной и безопасной эксплуатации волоконно-Железобетонная Полимер для ремонта и усиления железобетонных конструкций
Экспериментальные работы, описанные здесь исследуется применимость сжимающие силы путь (СФП) метод ремонта и / или укрепления железобетонных (RC) пучка колонн, с использованием волоконно-армированные полимерные (FRP) листах. Это исследование основано на результатах испытаний восемь линейных членов, испытания на железобетонных Лаборатория Национальный технический университет Афин, при различных нормированных осевой нагрузки и сдвига пролета до глубины отношений. Эти образцы были предварительно протестированы и последующего ремонта или укрепления использованием FRP листов. Для сравнения, будь то ферма аналогии (ТП) в настоящее время принята теория, или метод CFP используются для модернизации. Все образцы повторно под постоянной осевой нагрузки и циклической поперечную нагрузку, как и девственный образцов контроля. Повторное тестирование результаты показывают, что, в отличие от образцов ремонта или укрепить с помощью традиционных методов, которые не в начале хрупкого образом, все члены отремонтировано методом CFP добраться как прочность редизайн и пластичности уровней, присущих нынешней сейсмостойких производительность проектирования на основе ..
Ключевые слова: железобетон, ремонт, сдвига; силы.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных требований текущей сейсмической коды для проектирования железобетонных (RC) изгиб members1-3 заключается в обеспечении пластичности и стабильной гистерезисного поведения. Коды правило, указывается, что поперечные силы, оцениваются на основе применения метода на проектную мощность, с тем чтобы обеспечить пластичного изгиб, а не типа сдвига провала. Кроме того, дополнительные поперечной арматуры определяется в критических регионах, где неупругих действий концентратов, в целях расширения прямых прочность на сжатие бетона на изгиб в присутствии высокого сдвига через камеру. Под воздействием сейсмических нагрузок, таких регионах, как правило, на членов концах, где высокие силы сдвига в сочетании с максимальной изгибающих моментов.
В сентябре 1999 землетрясения Афинах, несколько сдвига неудачи хорошо только каркас колонны были замечены вдали от критических регионах, у колонны midheight, в точке нулевой bending.4 Такой отказ был впоследствии воспроизводится экспериментально тестирования масштабных статически неопределенный пучка колонн с аналогичными сдвига службы к глубине соотношение их полный размер коллегами, под постоянной осевой нагрузки и увеличения циклической bending.5 Такие ошибки говорят о том, что принятая в настоящее время теоретические модели для сопротивления сдвигу не может защитить от хрупкого разрушения сдвига таких членам за их критических регионах до того, уступая продольной арматуры при изгибе происходит.
Модели для оценки сопротивления сдвигу силу принятых текущего коды широко опирались на ферме аналогии (TA) theory.6 По словам Т. А., сопротивления сдвигу осуществляется по системе внутреннего равновесия состоят из стоек и связей; сжатия зоны в связи с изгиба выступает в качестве стойки сжатия и растяжения продольной усиление напряженности, как галстук. Уравновешивающая диагональные распорки сжатия формируются в Сети, а также поперечные (закрытые) связей стремя. Все эти компоненты предназначены для противостоять силам из-за сдвига вдоль всего члена, в том числе критических регионах.
В отличие от Т. А., компрессионный путь силу (СФП) метод использует более рациональное представление сжатия и растяжения силовых полей в рамках всей длине члена в соответствии с осевой нагрузки и поперечной деформации введенных в предельное состояние предела. Метод CFP последовательно найдено в выполнении проектных решений по всей длине члена, которые удовлетворяют требованиям код для срез и изгиб, обеспечивая тем самым пластичного поведения, когда изгиб, а не разрушение при сдвиге governs.5 ,7-9 В самом деле, такие решения были достигнуты при загрузке формы и геометрии в которых аналогичные элементы тест, предназначенный для текущего положения код, экспериментально доказано не в состоянии реагировать на пластичных образом в соответствии с этими кодекс предусматривает силу levels.10, 11
В связи с этим, целью данной работы является демонстрация применимости метода CFP, посредством разработки и тестирования до отказа, показывая, что он может быть использован для окончательного дизайна государственной границы ремонт и сдвига укрепление RC пучка колонн при больших неупругих деформаций. Для этого, восемь RC столбцы, которые были проверены на провал при совместном действии постоянного продольного и поперечного откат силы (как сообщалось в сопроводительный документ на Kotsovos, Бака и Vougioukas5), были отремонтированы и укреплены в сдвига с использованием волоконно-армированные полимера (FRP) листы и были повторно в тех же условиях нагружения. Для укрепления сдвига, колонны были направлены либо методом Т.А., как осуществляется текущее кодов или метод СФП. Работы в настоящем докладе рассматривается как ответ целинных и укрепить образцов, по сравнению в то же время экспериментальные функции, что и предсказывали два альтернативных методов проектирования работу.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Экспериментальное определение реакции FRP ремонт и укрепление отдельных beam12-15 или столбца members5, 16,17 при циклическом или монотонной погрузка была предметом широких исследований по целому ряду материалов FRP (стеклянных, углеродных, или арамидных) и формы (листы, плиты, и баров). После внедрения этой технологии в расчетное землетрясение в начале 1990-х, первоначально на круговой реабилитации опоре и укрепления, значительные тестирования сообщили об использовании таких материалов.
Внедрение этой технологии в Греции после землетрясения сентября 1999 Афины запрос комплексную программу исследований в лаборатории из железобетона, Национальный технический университет Афин. Предметом исследования была проверка обычных и разработка более совершенных процедур дизайн для новых или уже существующих структур RC подвергаются сейсмическая нагрузка. В соответствии с существующей практикой конструкции для ремонта и укрепления, такие процедуры дизайн, должны отвечать критериям в рамках, основанные на результатах предельной государственной философии, которая в настоящее время принято в большинстве текущей сейсмической модифицированной правил зданий RC. Нежелательных хрупких неудач в Афинах 1999 землетрясения, неожиданно пострадал вертикальной членов структур RC предназначен для текущего кода, свидетельствуют о необходимости для критического переосмысления существующих методов дизайна для сопротивления сдвигу этих членов.
ОПИСАНИЕ ИСПЫТАНИЯ исследованных образцов
Образцы и загрузки
Тест членов исследуемых непрерывных два пролета прямоугольной пучка колонн под постоянной сжимающей осевой нагрузки N и поперечную нагрузку P, применяемых в середине пролета больше (рис. 1 (а)). Внутренний изгиб моментом М и поперечной силы V диаграмм к формированию один, а затем два, пластиковые петли, когда максимальный момент равен разделе изгиб потенциала M ^ ^ к югу и, показаны на рис. 1 (б). На основании равновесия, первый пластического шарнира происходит на месте поперечную нагрузку в точке, а второй происходит на внутренней поддержки. Формирование первого пластического шарнира можно рассматривать как нижнюю границу для изгибных предел возможностей, в то время формирования второго преобразования элемент в механизме и поэтому могут рассматриваться как верхняя предел для начальной краха. Как было отмечено во внутренние силы диаграммы на рис. 1 (б), часть образца между внутренней поддержки и поперечную нагрузку в точке В, С, ведет себя как примерно 1:2,5 до 1:3 масштаба физическая модель часть columnbetween два последовательных истории каркасной конструкции.
Нагрузки введенных приведены на рис. 1 (а). Концентрических осевой нагрузки N была применена первая по заранее значение и остается постоянным в процессе применения поперечной нагрузки П. боковой нагрузки впоследствии увеличены до отказа либо монотонно или циклической основе, вызывая постепенное увеличение значения поперечной деформации при нагрузке точки C. Два уровня осевой нагрузки N были рассмотрены: N = 180 кН, N = 315 кН, что соответствует значениям нормированной осевой нагрузки (осевая нагрузка N разделить на общей площади раз означает сжатие цилиндра сила F '^ к югу с ^) от 0,10 и 0,175, соответственно.
Все участники были 300 Расстояние центра тяжести продольных балок из ближайшего верхней и нижней лицо было около 30 мм. Мягкой стали прутки с диаметром 6 мм, были использованы в качестве закрытой стремена. Прочность испытаний шесть 14 мм в диаметре купоны дали средний урожай и конечной прочностью на разрыв от 535 и 640 МПа, соответственно. Кроме того, испытания на шесть 6 мм в диаметре купоны дали средний урожай и конечной прочностью на разрыв от 320 до 420 МПа, соответственно. Усредненные характеристики напряженно-деформированного этих двух марок сталей приведены в Kotsovos, Бака и Vougioukas.5 Бетон был использован для отливки. Шесть стандартных цилиндров испытаны до эксперимента, от 30 до 40 дней после заливки, дал среднем е '^ с ^ к югу от 40 МПа.
Испытания и ремонт параметры восемь элементов группы рассмотрели, обобщены в таблице 1. Каждый образец девственных соответствует частично отремонтирован (PR), полностью отремонтированы (FR), или полностью отремонтированы и укреплены (S) образца, которые повторно под монотонный или циклического нагружения на провал, похожи на своих девственных counterparts.5 типа FRP используются стеклянные волокна армированной пластмассы (GFRP) листы для сдвига укрепления, и углеродного волокна армированной пластмассы (углепластика) листах для изгибных укрепления. Неспособность классификация отражает тип поведения наблюдается экспериментальных и утверждается как virgin5 и FRP ремонта или укрепления членов. Пластическое разрушение характеризуется устойчивой грузоподъемность вблизи максимума нагрузки с ростом деформации и образования трещин при изгибе максимального изгибающего момента местах. Хрупкого разрушения связано с резким потери устойчивости и формирования диагональные трещины где-то по-членов. При вертикальной изгиб или диагонального сдвига трещин, образовавшихся при FRP, что первоначально это вызвало разделение FRP с бетонной поверхности и в конечном итоге разрыв листа ..
Дизайн модели
Элементов, как целинных и ремонта или укрепления, были призваны из первых принципов с использованием двух альтернативных методов проектирования: метод Т.А., принятой в текущем коды, 1,2 и CFP method.8 физических моделей лежащих в основе этих приведены на рис. 4 (а) и (б) для непрерывного два пролета участником в соответствии с поперечной нагрузки Р, действующая в середине пролета больше, по сравнению основных несущих регионов (сжатия стоек, напряженность связей, сжимающие конкретных полей) в равновесии с внешних нагрузок. Теоретические основы этих методов дается elsewhere.6, 8 реализации этой нагрузки установки для испытаний, описанных в настоящем документе, изображен на рис. 4 (с).
Для наших целей важно отметить, что, в отличие от идеализированной модели ТА, модель CFP определены дополнительные области в колонке кадр, где развитие высоких поперечных напряженности происходит. Эта область вокруг точки contraflexure, где знак обращения момент происходит и с пометкой Расположение 3 на рис. 4 (б). Учитывая внутреннюю слабость материала сопротивляться местных растягивающих напряжений, возникающих, этот регион напряженности поля может стать потенциальным слабым звеном для обеспечения непрерывности элемента RC и области склонны к хрупкому разрушению, если адекватно reinforced.8 Это наблюдение было подтверждается неспособность столбцов в этом месте в последние earthquakes.4
Действительно, для конкретных граничных условий и нагрузки изображен на рис. 4, модель предсказывает, что CFP образца, скорее всего, на провал преждевременно Расположение на 3, в поперечной напряженности и диагональных сжатия. На данный момент существует тенденция две части членов с каждой стороны 3 Место в отдельности, ведя себя так называемые половины Canti рычаг режиме. Как следствие, поперечное распределение подкрепления вдоль всей колонны зависит не только от прочности при изгибе на конец критических регионов (из-за требований проектной мощности для сдвига), а также на его способность в точке contraflexure для передачи силы заканчивается. Игнорирование этого, Еврокод 8 (EC8) 3-как и большинство сейсмических дизайн-коды стремится указать плотной поперечной арматуры расстояние только в конце регионов-членов, где поперечная сила в сочетании с момента максимального изгиба.
Эта разница в подробным из-за конструктивных подхода очевидна на рис. 2 и 3, по сравнению стремена расположение деталей девственной элементы подвергаются N = 180 и 315 кН, соответственно, по оценкам, двумя методами ведется расследование. Игнорирование любого снижение стремя расстояние для критической области удержания, можно видеть, что при аналогичных осевых нагрузок, модель Т. результаты в относительно плотной стремя расстояние в критических областях (40 и 75 мм соответственно для двух уровнях осевой нагрузки). Напротив, метод CFP результатов в относительно более стремя расстояние на концах (150 мм), но очень близко расположенные стремена, в районе нуля изгиба (40 и 30 мм соответственно). Кроме того, объем поперечной арматуры требуется увеличение CFP с осевой нагрузкой в связи с увеличением в изгибе сопротивления и, следовательно, в области дизайна сдвига. Наоборот, игнорируя заключение, такое увеличение дизайн сдвиг не может привести в более плотных стремя расстояние по ТП в связи с увеличением сопротивления сдвигу с высшим compression.1, 2 продольной арматуры целинных элементов был похож во всех случаях. .
Два девственных элементы были изготовлены для каждого из двух осевых нагрузок и дизайна методом сдвига: один будет испытан под монотонный и других при циклическом нагружении (табл. 1). Чтобы установить значение на проектную мощность для сдвига целинных элементов, конечной изгибной потенциала M ^ ^ к югу у изначально определяется с использованием модели, принятой в CFP, что предполагает максимальное напряжение бетона на сжатие в 0,35%, эквивалентной прямоугольного напряжения сжатия с глубину, равную всю глубину нейтральной оси и интенсивности напряжений равна Р '^ с ^ к югу .9 Использование фактическая средняя е' ^ с ^ к югу значение 40 МПа, а средняя измеряется усиление характеристик (F ^ югу у = 535 МПа, а е ^ к югу и ^ = 640 МПа), по оценкам, конечной изгибной потенциала были Му, 180 = 66 кН · м, и Му, 315 = 79 кН · м, для N = 180 и 315 кН соответственно.
Подставляя M ^ ^ и к югу в статически неопределимой системы на рис. 1 (а) дает все неизвестные моменты и силы, а именно максимум ожидается извне поперечной силы P и внутренние силы сдвига V среди различных частей элемента на формирование один и, наконец, две пластиковые петли, полагая, регулирует изгиб. Как отмечалось ранее, по оценкам, внутренняя поперечная сила распределение, соответствующее образование двух пластических шарниров (а именно, полный изгиб механизм) был использован для разработки против разрушение при сдвиге (подход на проектную мощность). Для оценки прочности на сдвиг, средняя измеряется сила поперечных стали была использована со всеми понижающие коэффициенты равны единице, для прямого сравнения с экспериментальными результатами.
Ремонт и укрепление процедур
После тестирования на провал, все девственной образцов были частично или полностью отремонтированы и впоследствии усилен на сдвиг с помощью жидкостной планировки до процесса, как описано ниже:
1. Каждый образец был восстановлен до его первоначального undeformedstate и сыпучих материалов в таких областях, ущерб был удален, а затем заменить высокой прочности, nonshrink mortar18 со средним пределом прочности при сжатии около 60 МПа. Любые оставшиеся флокенов за заменить регионах были введены с эпоксидной смолой;
2. Готовой поверхности были сглажены, и их edgeswere округляется до 25 мм радиус на диске шлифовальных станков. Поверхности были затем обрабатывают два-компонентная эпоксидная primer18 и оставляют на 24 ч в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, а также
3. Верхний и нижний продольный углепластика и / или поперечных листов GFRP впоследствии были применяться с использованием двухкомпонентных эпоксидных resin.18
Свойства листов приведены в таблице 2. Эпоксидные смолы указанных прямых прочности 50 МПа, не менее силы расщепление 120 МПа, минимальный предел модуль упругости 3000 МПа и максимальное удлинение составляет 2,5% .18
Ремонт и усиление дизайн
Группа 1: Частично отремонтированы образцов-Сначала два контрольных образцов (S8PR и S11PR в таблице 1) лишь частично были отремонтированы к этап (1), упомянутых в предыдущем разделе, и повторно под монотонный условиях нагрузки только при N = 180 кН. Нет FRP листы были применены на этих элементах. Цель этих испытаний состояла в оценке степени, в какой стадии (1), общие для всех образцов, восстанавливает их сопротивление до уровня, установленного с целинных tests.5
Группа 2: Полностью отремонтированы образцов-Four образцов (S2FR, S3FR, S4FR и S5FR в таблице 1), были полностью отремонтированы и испытаны под монотонный или циклические нагрузки, похожи на своих девственных counterparts5 и постоянной осевой нагрузки N = 315 кН. Для этих членов, этап (3) в процессе восстановления упоминалось ранее предусматривал использование листов GFRP только внешне связан в виде полос. Редизайн силу сдвига вновь создана с проектной мощностью для формирования полного изгиб механизма (рис. 1 (б)), предполагая, что полностью восстановить способность изгиба M ^ к югу и ^, 315 = 84,7 кН · м, для критической разделы ремонт с 60 MPagrade nonshrink раствора. Предсказал сопротивления сдвигу была основана на аддитивные вклады стали стремена V ^ S ^ к югу и GFRP полосы V ^ е ^ к югу только: из-за одной из каждой пары образцов должны были быть испытан под циклические нагрузки, любые вклад конкретных V ^ к югу с ^ консервативным пренебречь во всех случаях, к ответственности за циклических деградации. Для оценки V югу ^ S ^ в целях создания макета GFRP полосы, CFP метод был применен во всех четырех членов, независимо от того, метод проектирования, принятые для девственной элементов.
Окончательный полосы FRP конфигурации, поэтому, как показано на рис. 5 (), отличается от СФП и ТП предназначен девственной образцов из-за различий в расположение существующих поперечных стали действуют параллельно с FRP ..
Потому что отказ целинных S3 образца имели место в 55 Расположение (рис. 4 (б)), и S2FR S3FR были укреплены поперечно в обеих точках 1 и 5. С другой стороны, девственные Образцы S4 и S5, который был разработан метод Т. необходимо укрепить в первую очередь вокруг точки contraflexure, в ячейке 3 (рис. 5 (а)). В то же время, страна 1 и 5 также были предоставлены с внешними полос GFRP предполагая снова отсутствие конкретного вклада в циклических сдвига. Во всех случаях было также консервативно предположить, что максимум Vf предоставляемый FRP соответствует деформации полосы равной доходности штамм стремена действуют параллельно с FRP (а именно 0,16%).
Группа 3: Укрепление образцов-Наконец, остальные два полностью отремонтированных элементов (S6S и S7S в таблице 1) были значительно укреплены в изгиба и сдвига, применяя два 120 мм в ширину продольных полос углепластика верхней и нижней, действуя в напряжении только, как внешняя продольной арматуры, полностью связан с членом. Чтобы избежать последствий циклических деградации сдвига наблюдается в девственных тестов, 5 обе эти образцы были подвергнуты монотонной загружая только под постоянной осевой нагрузки N = 180 кН, похожи на своих девственных коллегами. Кроме того, как девственный Образцы S6 и S7, разработаны с использованием теории ТП, 2,5 Образцы S6S и S7S также изменен использованием ТС после укрепления в целях изучения влияния, если таковые имеются, вышеупомянутые проблемы в точке contraflexure FRP для укрепления элементов. Редизайн возможности сдвига для полного механизма предсказал M ^ к югу и ^, 180 = 98,0 кН · м, привело к минимально возможной полосе GFRP расстояние одного 167 мм, шириной 187 мм, в центре к центру расстояние (рис. .
5 (б)). Так как элементы этой группы должны были испытаны монотонно (табл. 1), без снижения V ^ с ^ к югу на велосипеде была рассмотрена, таким образом, общее сопротивление сдвига в этом случае равна сумме всех трех взносов, а именно конкретные V ^ с ^ к югу, стремена V ^ S ^ к югу, и GFRP V ^ е ^ к югу, полагая V ^ с ^ к югу и V ^ ^ к югу ы были полностью восстановлены в процессе восстановления. Как и прежде, максимальная V ^ е ^ к югу предполагалось разработать на уровне 1,6%, доходность штамм стремена ..
Экспериментальная подробности
Тестирование механизма, контрольно-измерительные приборы и системы сбора данных являются идентичными тем, которые используются для девственной испытания, описанные в Kotsovos, Бака и Vougioukas, 5, и лишь кратко описанных здесь. Структуры поддержки включает в себя три идентичных стали портал кадров привязан к сильным полом на расстоянии примерно равна элемент пролетов (рис. 4 (с)). Нагрузка P был применен через двойного действия гидравлического привода, а также крепится к сильным полом, тогда как осевая нагрузка N была применена концентрически через шарикоподшипники на концах, с помощью внешних сил предварительного напряжения. Эти силы были реализованы два высокодоходные стальных прутьев, симметрично расположенные относительно продольной оси элемента, которая основывается на каждом конце. На одном конце пластины был прикреплен к торцу элемента через нагрузку плитами договоренности, так что направление концентрических нагрузка остается неизменным, независимо от развала государств-членов (рис. 4 (с)), так что ни средних, моменты были введены в целях.
Оба нагрузках была измерена с помощью датчиков в ряд с приводом, в то время деформации измерялись перемещения преобразователей (LVDTs) измерение: а) отклонения под нагрузкой точки P, и б) осевой сокращения элемента вдоль оси симметрии . Осевой расширение поддержки зажимы (рис. 4 (с)) контролируется проверить непрерывного действия зажима pretensioned поддерживает. Перед каждым испытанием, малый цикл перемещения изначально применяется для проверки регистрирующей аппаратуры и затяните поддерживает, о чем свидетельствует небольшой отрицательный цикл "нагрузка-смещение в петли на рис. С 6 по 13.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ
Поведение всех испытательных образцов, представленных на рис. С 6 по 13. Фигурки изображают фактически измеряется применять поперечную нагрузку P с соответствующими 6 и 7 сравнить реакцию образцов PR (S8PR и S11PR) с образцами девственной S8, а на рис. С 8 по 11 настоящего соответствующие результаты для образцов S2FR к S5FR, которые были полностью отремонтированы, укрепленных на сдвиг; поведение S6S и S7S, ремонт и укрепление при изгибе и сдвиге, показана на рис. 12 и 13. Девственные образца дизайна и результаты испытаний были описаны в Kotsovos, Бака и Vougioukas.5 Оба целинных и повторного отклонения нагрузки кривые сопоставляются в каждом конкретном случае, а наблюдаемые режим отказа повторно образца при максимальной нагрузке устойчивого набросал. Теоретически (из рис. 1 (б)) и измеренных значений максимальной длительной нагрузки P также приведены в порядок, чтобы продемонстрировать надежность соответствующих сдвига укрепления подхода.
Частично отремонтированы (PR) образцов
Образцы S8PR и S11PR были отремонтированы с инъекцией трещины и высокопрочные nonshrink раствор только без применения каких-либо FRP листов. Оба S8 и S11 было разработано для метода СФП и прошли проверку на провал под монотонный (S8) и циклических (S11) поперечной нагрузки и осевой силы N = 180 kN.5 Колонка S8 достигла теоретически силы для образования две пластиковые петли, с постепенным после пика потери несущей способности, достигая максимума пластичности деформации, с первого выхода, три (рис. 6). Образца S11 не удалось в гораздо меньшей деформации хрупких образом, до всякого изгиба шарнира образования, в связи с тяжелой наклонных трещин в районе между точкой нагрузки и внешней поддержки (см. рис. 14 в Kotsovos, Бака и Vougioukas5 ). Этот образец также показали значительное боковое сгибание в ходе испытания, которое было не в полной мере устранены в процессе восстановления, то, что повлияло на его ремонт после поведения. От режима отказа экспозиции две девственные образцов и моделей получили повреждения (рис.
6 и 7), можно сделать вывод, что оба продольной арматуры в области пластических деформаций и части поперечной арматуры обоих образцов сдался. Было продольной стали образцами S8, однако, что пострадали чрезмерного напряжения, а для образца S11, чрезмерного напряжения был причинен поперечной сталь, что привело к отсутствию пластичности этого element.5.
Аналогичные тенденции в пластичности потенциала, распределения ущерба, а также регулирующие отказов были получены частично отремонтирован (PR), а также образцы. Рис. 6 (а) и (б) показывают, что аналогичные S8, образцами S8PR также не после формирования два пластических шарниров, достигнув грузоподъемности похож на своего коллегу девственной. С другой стороны, жесткость при изгибе образца и перемещением пластичности были значительно сокращены после ремонта. Несмотря на это снижение пластичности, максимальная деформация соответствующей максимальной длительной нагрузки остается практически неизменной после частичного процесса ремонта.
Сокращение жесткость при изгибе, по сравнению с S8 испытания монотонно, также выставлены на S11PR, испытанные при аналогичных условиях монотонной нагрузки (рис. 7 ()), а еще меньше возможностей, чем пластичности S8PR. Что касается S11, образцами S11PR снова провалились из-за наклонной крекинга в регионе между моментом нагрузки и внешней поддержки (рис. 7 (б)). Из соображений равновесия, произошел сбой только до образования первого пластического шарнира, в отличие от S8PR. Режим отказа экспозиции S11PR под монотонный нагрузка, в общем, подобный тому, экспозиции S11 испытания при циклическом loading.5 Несмотря на это "преждевременным" провал, однако, снижение жесткости была меньше, чем для образцов S8PR . Причиной преждевременного выхода из строя может быть связано с несколько искаженной формы образца, которые могут ввести дополнительные неопределенное двухосных изгиба действий.
В целом, учитывая приведенные выше результаты испытаний, он может предварительно сделать вывод, что первые два этапа процесса восстановления принятых приведет к восстановлению значительная часть несущей способности образца и жесткость, хотя метод ремонта не может защитить против хрупкого типа отказа. Полный ремонт поэтому нуждается в изучении.
Полностью отремонтированы (FR) образцов
Четыре образца назначен S2FR, S3FR, S4FR и S5FR были полностью восстановлены, как описано выше. Девственные коллегами образцов S2FR и S3FR, назначенный S2 на рис. 13-поведении образцов S7S и S7: (а) нагрузки деформации ответ, S7 и S7S, и (б) трещины картины, S7S (обратите внимание: 1 дюйм = 25,4 мм, 1 = KPF 4,448 кН). S3 и, соответственно, были разработаны для CFP и испытаны на провал: S2 был испытан под монотонный и S3 в условиях циклического поперечного loading.5 В обоих случаях осевой силы N от 315 кН, был применен вместе с боковой силы Р. образца S2 не удалось постепенно в относительно больших деформации более 50 мм, а очень постепенно после пика потеря несущей способности характеристика пластичного поведения (рис. 8 (а)). Сравнение с теоретическими предсказаниями показали, что максимальная нагрузка P превысил теоретическую прочность соответствующие формирования первой петли, однако, она не превышает прогноз на две петли, с трудом 8%. Этот результат означает, что полный механизм не был получен и самый неупругих действия сосредоточены в основном под нагрузкой точки (см. также концентрации трещин девственной образца на рис.
12 из Kotsovos, Бака и Vougioukas5). С другой стороны, S3 образцов, проверенных циклически, не в хрупких образом из-за серьезных трещин в наклонном участке между точкой нагрузки и внешней поддержки, страдающих искажение, которое было устранено в процессе восстановления принятой здесь ..
Девственные коллегами образцов S4FR и S5FR, назначенного в качестве S4 и S5, соответственно, были разработаны на основе method1 Т. 2, и были также испытаны на провал. Из двух, S5 был протестирован в соответствии монотонной и S4 в условиях циклического поперечной нагрузки, в обоих случаях в сочетании с аналогичным осевой силы N = 315 кН. В отличие от образца S2, предназначенный для CFP, Element S5, которая была направлена на ТП не удалось в хрупких образом на середины длины на участке между точкой нагрузки и внутренней поддержки, а именно точка нулевого изгибающего момента. В отличие от образцов S5, S4 образцов были выставлены хрупкого режима отказа тоже, похоже, однако, что из образцов S3.5
Как уже говорилось в предыдущем разделе, все отремонтировано образцов, независимо от метода, используемого для разработки их в девственном состоянии, были укреплены на сдвиг методом CFP и были повторно при тех же условиях нагрузки применительно к своей девственной коллегами. Результаты повторных испытаний приведены на рис. 8 () через 11 (а). Сравнение прогиба от нагрузки кривых ремонт и девственной элементов наглядно показывает, что использование полосы GFRP значительно улучшить не только грузоподъемность, но и прочность и пластичность всех четырех образцов, как под монотонное и при циклической нагрузке .
В частности, S2FR и S3FR, разработанный в девственном состоянии, чтобы CFP, достигли дизайн предсказал двойной петли изгиб режим отказа, как в монотонных (S2FR, рис. 8 ()) и циклического нагружения (S3FR, рис. 9 () ), а также экспериментально образованием вертикальных трещин изгиб (рис. 8 (б), 9 (с) и 9 (г)). В самом деле, в случае монотонной нагрузки, изгиб режим отказа не влияет образованием глубоких наклонных трещин волос в части от точки загрузки и внутренней поддержки, в том месте, где поперечная сила достигла самого высокого значения ( см. рис. 8 (б)). Следует еще раз отметить, что полный ремонт этих двух образцов в пределах указанной выше части участвовали лишь заполнение трещин, изгиб, образующихся при испытании образцов девственной с эпоксидной смолой ибо никакой дальнейшей бедствие наблюдалось в девственных испытания (см. рис. 5 (а)). Из соображений равновесия (в соответствии с внутренней силой диаграммы на рис. 1), максимальное усилие сдвига, понесенные отремонтировать колонку в средней части членов было 181 кН.
Расчетная мощность unfactored сдвига предсказывали ACI1 в этом районе 75 кН, по оценкам, из уравнений (11-4) и (11,15) 1 после подстановки е ^ к югу у = 320 МПа (46,42 КСИ), е '^ с ^ к югу = 40 МПа (5800 фунтов на квадратный дюйм), S = 0,15 м (5,9 дюйма); ^ V югу = 56,5 мм ^ 2 ^ SUP (0,0876 дюйма SUP ^ 2 ^); N ^ к югу и ^ = 315 кН (4,14 KIPS), б ^ к югу ш = 0,15 м (5,9 дюйма) и г = 0,27 м (10,6 дюйма). По аналогичным соображениям, расчетная прочность на EC2 ^ ^ SUP 3 было 159 кН, из-за различий во влиянии N к югу V ^ с ^ в двух кодов ..
С другой стороны, S4FR и S5FR, которые были разработаны в их девственные государства Т.А., выставляются на повторные изгиб типа отказа в сочетании с появлением наклонной трещины в части образца между моментом нагрузки и внутренней поддержки . В случае монотонной нагрузки, этой наклонной трещины образуются в области внутренней поддержки (рис. 11 (б) и (с)), тогда как в случае циклического нагружения, наклонной трещины произошло в районе точки нагрузки (рис. 10 (с)). Образование таких склонны растрескивание может быть причиной наблюдаемого капли быстро в пост-пик грузоподъемность, понесенные S5FR образцов (рис. 11 (а)), по сравнению с пост-пик поведения образцов разработан в своей девственной государства CFP (рис. 8 (а) и 9 ()). Важно отметить, что предоставление FRP в районе нуля изгибающий момент от места загрузки и централизованной поддержки помешали во время повторного образования наклонных трещин в этом регионе. Эти трещины вызвала неспособность слабого звена Образцы S4 (рис.
Укрепление (S) образцов
Два экземпляра назначен S6S и S7S, были укреплены, как описано выше. Их девственные коллегами образца, S6 и S7, было разработано в ТП и были испытаны на провал под монотонный поперечной нагрузки и осевой силы N = 180 кН. Образцы S6 вел себя хрупкой основе и не до достижения нагрузки, соответствующей формирования первого пластического шарнира, после формирования наклонной трещины в критической области между точкой нагрузки и внешней поддержки. Несмотря на явную глобальной пластичного ответ образцов S7 также не таким же образом, с образованием глубоких диагональных трещин после достижения прочности при формировании первой петли, в районе между нагрузкой и внешних support.5
В отличие от образцов FR говорилось ранее, не только грузоподъемность в два полностью отремонтированы и укреплены образцов не удается достичь расчетной нагрузке полного механизм с большим отрывом, но и образцы неудачу в хрупких образом (рис. 12 (а) и 13 (а)). В самом деле, укрепить выставлены образцы режим отказа похожа на провал они пострадали в девственном состоянии, вызывает сомнения снова о пригодности ТА в оценке срез, даже для членов укрепить как в изгиба и сдвига.
Образцы S6S опять не с образованием наклонных трещин в критической области между точкой нагрузки и внешней поддержки (рис. 12 (б)). На этот раз, однако, член превысил пик сопротивления, что соответствует образованию первого пластического шарнира для активизации раздела с учетом соображений равновесия (рис. 1 и 12 (а)). С другой стороны, образцами S7S провалились из-за формирования дискретных наклонной трещины в критической области на участке между точкой нагрузки и внутренней поддержки (рис. 13 (б)), но, в отличие от своего коллеги S7, еще до того, формирование первой петли (рис. 13 (а)).
Похоже, что два образца, которые были полностью отремонтированы и укреплены методом ТП не удалось достичь основных требования об эффективности достижения грузоподъемность соответствует образованию двух пластических шарниров. Кроме того, они не в состоянии обеспечить минимальную пластичность перемещения три, достигнув лишь два пластичности. Это расхождение между экспериментальными и предназначены ответ может быть связано, следовательно, недостатки в модели прогнозирования сдвига силы, а не типа модифицированной материала, как средства повышения пропускной способности. Напротив, FR образцы, сопротивления сдвигу была увеличена использованием FRP полосы, предназначенные в соответствии с моделью CFP, полученных как из вышеперечисленных критериев дизайна. Дальнейшая проверка членов RC укрепить в обоих изгиб и на сдвиг помощью CFP идет полным ходом, исследовать его пригодности в таких случаях.
ВЫВОДЫ
Обсуждение полученных результатов повторных испытаний отремонтированных / укрепить образцов, которые, в свою девственном состоянии, прошли проверку на провал, приводит к следующим выводам:
1. Где серьезный ущерб в продольной арматуры (или неспособность растяжения или сжатия изгиба) не индуцируется, большая часть девственных грузоподъемностью образцов могут быть восстановлены с помощью традиционных методов ремонта. Такие методы включают в себя: а) восстановление формы образцов к исходному недеформированном состоянии, б) полное удаление поврежденных и сыпучих материалов, и с) заменить в результате пустоты надлежащим образом вылечить высокой прочности, nonshrink раствора, после введения оставшиеся мелкие ширина трещины эпоксидной смолой;
2. Выше, не относится к членам жесткости. Член жесткости ремонтируемых элементов значительно меньше по сравнению с жесткостью в девственном состоянии, а также пособие это должно быть сделано в реорганизации;
3. В дополнение к выше процесс ремонта с использованием ofFRP листов, оформленных в соответствии с методом, CFP достигает прочности и пластичности уровней, присущих уровень производительности текущей сейсмической положения;
4. В зависимости от осевой нагрузки, ремонта, FRP sheetsdesigned методу Т. не всегда могут обеспечить, что дизайн цели выполнены с такой же уровень надежности, как метод CFP, из-за наличия слабых связей в прогнозировании силу пути, которые не считаются на ферме модели в методе Т.А., таких как точки нулевого изгиба, а также
5. Такие отклонения от ожидаемого поведения не может bepossible чтобы обнаружить статически определимой испытаний элементов RC, где распространение и изменение внутренней гибкости членов с ростом деформации не позволяет моделировать. Дальнейшее тестирование статически неопределимых балок и колонн Поэтому необходимо для этой цели.
Авторы
Работа выполнена при поддержке MacBeton Греция SA. Ремонт и усиление была проведена в RC Лаборатория Национальный технический университет Афин, П. С. Kilafis заявления и мнения, представленные в настоящем документе, являются мнениями авторов.
Нотация
^ V югу = общая площадь стремя раз число ног
Ь к югу ш = поперечного разреза
D = сечение эффективная глубина
е '^ к югу с = одноосном сжатии цилиндра означает прочность бетона
F ^ к югу и ^ = продольной арматуры предел прочности при растяжении
F ^ югу у = продольные или поперечные силы укрепление выход
Н = крест глубине разделе
M = внутренний изгибающий момент
M ^ к югу и ^ = предельных изгиб
N, N = осевой нагрузки
P = поперечной нагрузки
V = внутреннее усилие сдвига
V ^ с ^ к югу, к югу V ^ S ^ V ^ югу е = прочность на сдвиг предоставляемый бетон, сталь стремян, и GFRP листов
S = стремя интервал
г = внутренний момент рычага
Ссылки
1. Комитет 318 "Создание Кодекса Требования Железобетона (ACI 318-99) и Комментарии (318R-99)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1999, 391 с.
2. Европейский комитет по стандартизации, PrEN-1992-1-1 ", Еврокод № 2. Дизайн бетонных конструкций-Часть 1: Общие правила и правила для зданий", Брюссель, ноябрь 2002, 226 с.
3. Европейский комитет по стандартизации, PrEN-1998-1 ", Еврокод № 8. Проектировании конструкций на сейсмостойкость-Часть 1: Общие правила, сейсмические воздействия и правила для зданий", Брюссель, январь 2003, 208 с.
4. Kotsovos, MD, и Павлович, MN, "7 сентября 1999 Афины землетрясений: Причины повреждения не предсказывалось структурно-Бетон методы проектирования", Инженер, В. 79, № 15, август 2001, с. 23 - 29.
5. Kotsovos, MD; Бака, A.; и Vougioukas Е. "сейсмостойких сооружений из железобетонных конструкций: Недостатки современных методов", ACI Структурные Journal, В. 100, № 1, январь-февраль 2003, с. 11-18.
6. Зима, Г., Нильсон, АГ, Дизайн бетонных конструкций, 13 Edition, McGraw-Hill книги Ко, Нью-Йорк, 1997, 780 с.
7. Kotsovos, MD, и Бобровский, J., "Дизайн модели Железобетона основании Концепции сжатие Путь силы", ACI Структурные Journal, В. 90, № 1, январь-февраль 1993, с. 12-20.
8. Kotsovos, MD, и Павлович, MN, Ultimate Дизайн Limit-государство железобетонных конструкций: Новый подход, Томас Телфорд, London, 1999, 164 с.
9. Kotsovos, MD, и Микелис П., "Поведение Железобетона элементы, предназначенные для Концепция сжатие Путь силы", ACI Структурные Journal, V. 93, № 4, июль-август 1996, с. 428-436.
10. Kotsovos, MD, и Spiliopoulos, К., "Оценка структурно-Бетон концепции дизайна на основе анализа конечных элементов," Вычислительная механика, В. 21, 1998, с. 330-338.
11. Kotsovos MD, (закрытие на обсуждение F. Mbakogu к "Поведение Железобетона элементы, предназначенные для Концепция сжатие-Force Путь" М. Д. и П. Kotsovos Микелис, ACI Структурные Journal, июль-август 1996, стр. 428 ), ACI Структурные Journal, В. 94, № 3, май-июнь 1997, с. 338-341.
12. Breoa, S.; Брамблетт, RM Вуд, SL и Крегер, ME, "Повышение пропускной способности при изгибе железобетонных балок Использование углеродного волокна армированных полимерных композитов", ACI Структурные Journal, В. 100, № 1, январь - Февраль 2003, с. 36-46.
13. Грейс, Ньюфаундленд; Абдель-Сайед, Г. и Рагеб, WF, "Усиление бетонных балок, используя новаторские пластичные армированных волокном полимерных тканей", ACI Структурные Journal, В. 99, № 5, сентябрь-октябрь 2002, с. 692-700.
14. Saadatmanesh, H., и Ehsani, MR, "RC Балки укрепляясь GFRP плиты: Части I и II," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 117, № 11, 1991, с. 3417-3455.
15. Triantafillou, TC, "сдвиг Усиление железобетонных балок Использование эпоксидной Таможенный композиты FRP", ACI Структурные Journal, В. 95, № 2, март-апрель 1998, с. 107-115.
16. Saadatmanesh, H.; Ehsani, MR и Jin, L., "Сейсмическая Укрепление круговой мост Пир Модели с волоконно композиты", ACI Структурные Journal, V. 93, № 6, ноябрь-декабрь 1996, с. 639-647.
17. Chaalal О., и Shahawy, М., "Performance из армированных волокном Полимер-обернутая железобетонная колонна при комбинированном аксиально-изгиб Идет загрузка", ACI Структурные Journal, В. 97, № 4, июль-август 2000, с. 659-668.
18. Degussa Греция SA ", спецификации товаров и Инструкцией по применению", Афины, Греция, 2000, 32 с. (По-гречески)
Эммануэль Vougioukas является научным сотрудником в строительный отдел Национальный технический университет Афин, Афины, Греция. Его исследовательские интересы включают проектирование бетонных конструкций и сейсмостойкость конструкции.
Входящие в состав МСА Христос А. Zeris является преподаватель гражданского строительства в Национальном техническом университете в Афинах. Он получил степень бакалавра (Eng) из Имперского колледжа и MS и кандидатскую степень в Университете Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния Его исследовательские интересы включают анализ, проектирование, реконструкция и усиление железобетонных конструкций при статических и динамических нагрузок.
Входящие в состав МСА Michael D. Kotsovos профессор гражданского строительства в Национальный технический университет Афин и директор лаборатории железобетонных конструкций. Он консультации членов совместных ACI-ASCE Комитет 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций.