Анализ Кирпичный неармированных бетонных стен Укрепление со стеклом из армированных волокном полимерные бары

В рамках данного исследования, аналитические модели, разработанные для прогнозирования эффективности армированных волокном полимера (FRP) композитных материалов в модернизации неармированных кладки (УРМ) стены, чтобы уменьшить сейсмических повреждений. Укрепление рассмотрел близок к поверхностного монтажа (NSM) FRP бары. Модель калибрована по 12 конкретным УРМ стен испытания при диагональном сжатия. Экспериментальные результаты демонстрируют эффективность укрепления FRP в повышении производительности структурных стен. Аналитическая модель, которая считает, срез стены укрепили с различными схемами модернизации, показывает, достаточно хорошо согласуются с экспериментальными результатами.

Ключевые слова: полимерные; сдвига; прочность; стены.

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

ВВЕДЕНИЕ

Кирпичный структур составляют большой процент текущей инвентаризации здания в США и в большинстве стран по всему миру. Многие из этих зданий были спроектированы и построены до современных требований строительного кодекса на сейсмостойкость были созданы. Неармированный кладки (УРМ) стены имеют низкую производительность сейсмических условиях умеренного и высокой сейсмической спроса. Такое поведение связано с быстрой деградации жесткость, прочность и способность к рассеянию энергии, которые приводят к внезапной хрупкого разрушения кладки стены. Разработка эффективных и доступных методов для укрепления УРМ стен насущной необходимостью.

Армированных волокном полимера (FRP) композитов различного состава матрицы и волокна могут обеспечить решения для укрепления УРМ стен. Цемент и полимерной основе матриц вложения стеклянных, углеродных и арамидных FRP бары были использованы для этого типа в связи с применением Valluzzi, Тиназзи и Modena1 и Маршалл и Sweeney.2 Хотя в большинстве исследований по композиты FRP, а также поля заявок, направленных на укрепление железобетонных (RC) членов, имеющейся литературы по каменной кладке показывает высокий потенциал с преимуществами обусловлено сокращением расходов на установку, повышение коррозионной стойкости, гибкость использования, а также минимальные изменения в странах-членах размера после repair.3 Нарушение пассажиров и потери полезной площади, также сведены к минимуму. Кроме того, со структурной точки зрения динамических свойств существующей структуры остаются неизменными, потому что мало того веса, жесткости и изменения могут быть рассчитаны на индивидуальной основе.

Укрепление путем вложения FRP бары в раствор соединений, также известный как почти поверхностного монтажа (NSM) подкрепление, или структурной repointing, можно замечательно увеличить мощность сдвига и обеспечить, чтобы pseudoductility УРМ walls.4 Tumialan4 осуществляется программа испытаний и продемонстрировали эффективность использования FRP укреплении улучшить структурных исполнении УРМ стен в рамках как в плоскости и вне плоскости нагрузки. Tumialan др. al.5 четыре испытания образцов УРМ стен при диагональном нагрузок. Результаты испытаний показали, что при использовании NSM техники, прочности на срез УРМ стен может быть значительно увеличена. Li и др. al.6 проведены экспериментальные исследования по сейсмическому модернизации кладки стен с заполнением баров FRP. Результаты испытаний показали, что метод NSM помогло значительно увеличить горизонтальной несущей способности.

В данной работе ряд результатов испытаний на УРМ стены укреплены композитов FRP и подвергаются в плоскости нагрузки. Аналитическая модель разработана для предсказания результатов эксперимента. Результаты аналитической модели соответствуют экспериментальные результаты с достаточной степенью точности.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Хотя некоторые методы были оказались эффективными в плане укрепления УРМ стен, они требуют большой подготовительной работы, и их реализация может нарушить функционирование здания и влиять на его эстетике. Таким образом, альтернативный способ модернизации, с низким уровнем воздействия на эстетику, заслуживает рассмотрения. Такой метод состоит в использовании NSM FRP бары, и авторы считают, что это исследование, которое касается повышения эффективности УРМ shearwalls, станет надежной алгоритм моделирования.

Экспериментальная программа

Испытательные образцы

Стены были построены в связи работает схема с размерами 64 Все образцы были сделаны с помощью бетонных блоков кладки и были построены квалифицированных каменщиков для устранения различий в ручной миномет и работоспособность. Различные конфигурации укрепления, а также с различными системами материала были использованы, а именно: небольшой размерности стекла FRP (GFRP) и нержавеющих стальных включить в суставах, а также GFRP ламината и внутренней стальной проволоки ladders.7, 8 Некоторые панели имел тот же Сумма подкрепления, но были распространены на одной или обеих сторон стены с целью наблюдения за влиянием укрепления эксцентричности. Сумма подкрепления предоставляемый GFRP ламинаты составляла количество баров GFRP по осевой жесткости EA. План образцов приведены в таблице 1.

Материал характеристики

Стандартные бетонные блоки каменной кладки были использованы в ходе расследования. Блок номинальные размеры были 6 2 ^ (35400 мм ^ 2 ^ SUP), при среднем площадь нетто прочность на сжатие конкретных призмы кладки 2430 фунтов на квадратный дюйм (16,8 МПа) .7 раствор типа N (ASTM C 270) была использована для сборки стен, имеющих среднее прочности при сжатии 823 фунтов на квадратный дюйм (5,67 МПа).

Коммерческая FRP композитов были использованы для укрепления, 8 с механическими свойствами в таблице 2. Два вида вложения материала были использованы для укрепления образцы использования NSM баров: на основе эпоксидной смолы и латекса модифицированные цементные пасты (LMCP). 28-дневный расщепления прочностью на разрыв от LMCP и на основе эпоксидной смолы вставки 0,81 и 2,68 KSI (5,6 и 18,5 МПа), соответственно. Текучести типа стальной проволоки лестница совместных арматура 73 KSI (503 МПа).

Укрепление процедуры

Два метода FRP укрепления были использованы для укрепления стен: FRP ламинаты установлен ручной мокрой layup и FRP бары установлена с помощью технологии, называемой NSM или структурных repointing. Следует отметить, что в случае структурных repointing (рис. 1), диаметр баров FRP ограничена толщина раствора соединения, которые, как правило, не больше, чем 3 / 8 дюйма (9,5 мм).

Испытание установки и приборы

Образцы были протестированы в соответствии замкнутой диагональных сжатия, как показано на рис. 2, с приборов, состоящий из ячейки нагрузки и четыре линейных дифференциальных переменной преобразователей (LVDTs). Динамометр был использован для измерения силы вдоль загруженных в то время как диагональные LVDTs были размещены на каждой из сторон стены: одна вдоль силовых линий для измерения стены сокращения, и других перпендикулярной к силовой линии для записи трещины . Кроме того, тензодатчики были прикреплены к FRP бары и ламината в соответствие загруженного диагонали к стене.

Pseudoductility

Pseudoductility Описаны испытания настройки конфигурации и использовать подкрепление не позволяют оценить pseudoductility как они определены. Таким образом, критерий использованием деформации сдвига была принята для данного исследования. Pseudoductility была количественно оценена как отношение в плоскости нагрузки и деформации сдвига кривой (рис. 3). Это соотношение относится способность стены пройти большой неупругих деформаций без значительного снижения бокового грузоподъемность.

Учитывая нормальное штаммов порожденных диагонали в плоскости нагрузки в качестве основных штаммов, максимальное касательное напряжение может быть вычислена

как показано на круг Мора (рис. 4), где

Прочность между пасты и кладочные

Tests9 показали, что нарушение сцепления на границе вставки-кладки является самым распространенным способом выхода из строя NSM баров FRP в кирпичной кладке, следовательно, надлежащее связь между пасты и кладка имеет решающее значение для эффективности этого метода. Для решения этой проблемы, экспериментальные испытания были проведены на триплеты по расследованию прочность связи между пасты и каменной кладки.

Стандартный пустотелых блоков конкретных были использованы для создания триплетов в том же виде, призм для испытание на сжатие (ASTM C 952) с готовые канавки в ступке суставов. Размерности канавки была та же, что используется, когда в баре установлен (рис. 1). Для определения силы связи между кладки и паста, только предопределенные паз длиной был укреплен с пастой, как показано на рис. 5. Испытания образцов при чистом сдвиге. Три образца были построены и испытаны для каждого назначенного длина связи в дополнение к трем образцов без пасты в пазах. Типичных отказов было разрушение при сдвиге вдоль раствор соединений с примерно постоянной средней прочности связи для различных длин связей, что указывает на равномерное распределение напряжений по связи облигационного конечной длины. Результаты тестирования приведены в таблице 3. Средняя прочность была 252,6 фунтов на квадратный дюйм (1,74 МПа) и на основе этого значения эффективных длин связей в бар GFRP была рассчитана.

Turco9 вывода провели испытания на NSM GFRP баров диаметром 0,25 дюйма (6,4 мм), связанный с кладки с эпоксидной основе и на основе цемента паст. Образцы с размерами паза же, как и в настоящей работе, но с трех разных значений длины связи были проверены: 5, 10 и 15 дюйма (127, 254 и 381 мм). Отказов трещала кладки блока, и соответствующие средние показатели растяжения из баров FRP на конечной было 46, 86 и 83 KSI (317,2, 592,9 и 572,3 МПа), соответственно. Следовательно, предполагается, что анализ максимальные растягивающие напряжения должны быть достигнуты к бар NSM FRP в кирпичной кладке, е ^ и ^ к югу, является 80 KSI (551,6 МПа).

Экспериментальные результаты

Результаты испытаний показывают, что механизм разрушения стены только один укрепить лицо состоит из двух этапов: в плоскости фаза, которая имеет решающее значение для прочности стен, и вне плоскости фаза, которая влияет на стабильность стены. Вне плоскости этап характеризуется трещины, развивающиеся из неармированных лицом к лицу вызывает усиленный наклона стены.

Все контроля образцов, испытанных показал хрупкого разрушения контролируемых потери связи между раствором и стеновых камней вдоль главной диагонали, с расколом растрескивания после головой и постель суставов в пошаговом режиме.

Два типа различных неупругих режимов поведения наблюдались от опытных образцов. За исключением образцов COW5, COW11, и COW12, которые регулируются скользящая разрушение при сдвиге вдоль одной постели сустава, остальные девять образцов, как это указано в таблице 3, регулируются шагнул диагональных растяжение трещин. Два различных видов отказов, показаны на рис. 6. Критической силы и отказов от 12 образцов приведены в таблице 4.

Диагональ напряженности характеризуется началом диагональные трещины волос, когда главные растягивающие напряжения превышают предел прочности кладки при увеличении горизонтальных перемещений. В конечном счете, увеличение горизонтальных перемещений приводит к расширению трещины и разрушения стены из-за разрушения сцепления между бетоном и раствором подразделение в суставах. Горизонтальное армирование, что ограничивает растяжение диагональных трещин, позволяет достижение высшего среднего напряжения сдвига в стене и развитие диагональной распорки. При увеличении нагрузки и укрепление горизонтальных уже не достаточно адекватно передать растягивающие напряжения через диагональные трещины, трещины расширить последнего и вызвать разрушение при сдвиге в связи с: 1) постепенного разрушения связей в кладке паста интерфейс усиленные сочленения; или 2) достижение конечной потенциала усиления. Увеличение количества поперечной арматуры позволяет достижение высшего среднего напряжения сдвига в стене и развитие диагональных стоек, которые могут в конечном итоге раздавить при больших сжимающих напряжений.

Несмотря на значительный прирост порядка 85% в пересчете на срез был зарегистрирован в обоих образцов укрепить с тем же количеством баров GFRP (корова2 и COW3), образцами COW3 проявляли большую стабильность на конечной, поскольку его укрепление конфигурация была поочередно на симметричные обеих сторон. Аналогичные возможности этих двух образцов означает, что прочность связи между единичными кладки и вставьте регулирует производительность стены. Образцы COW4 была укреплена с внутренней стальной прокат каждой кровати совместных и достиг том же качестве образцов корова2 и COW3.

На основании оценки образцов корова2, COW3, COW7, COW8, COW9 и COW10, то можно отметить, что методика укрепления с NSM FRP или стальных стержней является весьма эффективным способом повышения сдвига потенциала УРМ стены как бы это ни распространяется (то есть, с одной или обеих сторон стены). Испытание наблюдения также показывают, что потенциал находится под контролем прочность связи между вложением материалов и штучных материалов. Сравнивая образцы вышеупомянутых испытаний с COW4, можно сделать вывод, что FRP структурных repointing техника так эффективно, как стали совместные подкрепления. Конечная потенциала COW5 значительно ниже, чем вышеупомянутые образцов. Это может быть из-за значительной разницы между жесткостью баров GFRP и стальной проволоки. Внутренней стальной проволоки достигли предела прочности кладки при низкой деформации, в то время как перевозимого груза в барах GFRP для этого уровень напряжения относительно невелика.

Потому что вне плоскости фазы зависит главным образом от относительной жесткости подкрепления, влияние вне плоскости этап был гораздо более значительным в COW6. Весьма асимметричной жесткости под угрозу связи между пасты и кладки, что в конце концов, привели к гораздо меньшей емкости образца. Результаты испытаний показали, что COW7 есть хорошая совместимость нержавеющих стальных болванок и LMCP. По оценке корова2 и COW8, можно сделать вывод, что LMCP так же хорошо, как на основе эпоксидной смолы паста для баров GFRP в кирпичной кладке укрепления.

Из результатов испытаний COW9, можно сделать вывод, что вертикальные полоски, которые обеспечивают основной эффект дюбель действий, не способствовать наращиванию стены. Это может быть связано с высокой гибкостью ламината, а также их местные нарушение сцепления в непосредственной близости от сдвиговых трещин. Вертикальные полосы значительно увеличить жесткость стены, что приводит к снижению pseudoductility.

Образцы КПС 11 и 12 были укреплены FRP бары на любой другой сустав. Они оба не удалось сдвига проскальзыванием относительно ложа сустава. Она также может быть видно из результатов тестирования, что pseudoductility сдвига проскальзыванием относительно ложа совместном режиме была гораздо ниже, чем у диагональных вышел провал напряжения.

Это можно наблюдать по результатам испытаний COW5, COW11 и COW12 показано в Таблице 4, что скользящая разрушение при сдвиге существенно ухудшает вклад в укрепление pseudoductility стены. Значительный этап вне плоскости наблюдается в COW6 из-за жесткости выше подкрепления также вредит pseudoductility образца существенно. COW4 был усилен внутренними симметричных стальной проволоки лестница совместных подкрепление, и привело к повышению пластичности. Результаты испытаний корова2, COW3, COW8 и COW10 указал значительное улучшение pseudoductility в УРМ стен из FRP подкрепление, которое так же хорошо, как внутренней арматуры. Хотя вертикальная ламинаты FRP не улучшить грузоподъемность стены, она значительно увеличилась жесткость стены на укрепление лицо, которое, следовательно, повышало вне фазовой плоскости и привело к снижению pseudoductility.

Аналитическое исследование

Экспериментальные результаты, описанные в данной работе показано, что поперечной арматуры, активируется только после появления диагональных трещин. Так же в ACI положений, 10 предложенная аналитическая модель предполагает, что прочность на сдвиг стены может быть оценена как сумма вклада кладки стен и укрепление FRP, как

V ^ к югу п ^ = V ^ югу м ^ V ^ е ^ к югу (2)

где V ^ ^ м к югу и к югу V ^ ^ е являются вкладом кладочных и FRP подкрепление прочности на срез стены, соответственно.

Вклад кладки V ^ ^ м к югу

Экспериментальные results9 показали, что провал УРМ стен обычно вызывается нарушение сцепления раствора на блок-интерфейс и сдвига скольжения по дну соединения с трещинами в развивающихся ступенчатой формы. Таким образом, признавая, что результаты силы сдвига от сочетания прочность и сопротивления трения между раствором совместных и блоков, прочность на сдвиг, как правило, моделируется с помощью отношения Мора-Кулона:

где Вместо того, чтобы фактический материал тестовых данных и Paulay Priestley11 предложить среднее значение для сплоченной силы к югу трения

Для стен подвергнуты к диагональному сжимающей силы, о чем говорится в настоящем документе, все прижимной силы на стену осуществляется вертикальная составляющая диагональной силы сжатия. Таким образом, отношения между вертикальной составляющей N ^ ^ V югу и горизонтальная составляющая V ^ ^ м к югу является

N ^ к югу V =

где

Кирпичные стены могут не скользящая разрушение при сдвиге вдоль одной постели сустава, который существенно изменяет производительность стены и снижает эффективность главной диагонали стоек. Сдвига потенциала из-за этого отказов происходит по формуле. (3)

V ^ к югу м, 1 = (

, где п ^ ^ к югу является сечения чистая площадь кладки стены.

Таким образом, подставляя. (4) в уравнение. (5), горизонтальные силы к сопротивлению сдвига разрушение сдвигом вдоль кровати совместного проведения такого анализа можно переписать в виде

... (6)

Манн и M Вертикального пара удовлетворить равновесия формируется единый напряжения, действующие на каждой половине блока. Предполагалось, что сжимающие напряжения, действующие в направлении, параллельном к кровати совместных достаточно мал, чтобы можно пренебречь. Горизонтального напряжения сдвига Манн и M Эта гипотеза может считаться действительным, потому что голова суставов часто не правильно заполнять раствором и, как правило, почти нет перпендикулярных напряжения, действующего на них. Кроме того, сокращение раствора, особенно при плохих условий отверждения, могут повлиять на прочность связи между раствором и блока. Учитывая, что это предположение является наиболее неблагоприятная ситуация, эта теория может точно объяснить наблюдаемые развития трещин в форме, потому что вышел блок половинки меньших напряжениях расположены по диагонали напротив друг друга ..