Осевые и моделированию поведения ограниченного малых, средних и крупных круговых сечений с углеродного волокна армированной полимерной Куртки
Осевой напряженно-деформированного поведения незамкнутыми и ограничивается конкретными существенно различаются. Ограниченная конкретные показывает улучшение прочности на сжатие и осевое потенциала деформации на неограниченном бетона. Традиционные модели ограничивается конкретными считать постоянной горное давление. Хотя эти модели могут работать в прогнозировании поведения столбцы, ограниченном материал ведет себя таким образом, пластика, они не точно предсказать поведение конкретных ограничена из армированных волокном полимера (FRP) композитных куртки, которые упругой на провал.
Экспериментальная программа с участием осевой нагрузки испытаний малых, средних и крупных круглых образцов бетона для идентификации и определения эффекта масштаба в осевой поведение замкнутых бетона. На достаточно высоком уровне при условии заключения, масштабный эффект не наблюдается, как аналогичные результаты были соблюдаться независимо от размера колонки. Соответствующие параметры для моделирования ограничивается конкретным представлены и рекомендации по моделированию и дизайну осевой нагрузкой только конкретные предлагается.
Ключевые слова: колонка; сжатия; только бетона, расширение; коэффициент Пуассона; испытания.
(ProQuest информации и обучения: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Осевой напряженно-деформированного поведения незамкнутыми и ограничивается конкретными существенно различаются. Кроме того, характер родов при условии также существенно влияет на конкретные поведения. В условно усилена и за ее пределами рубашкой железобетонные колонны, горное давление, как правило, пассивный характер. То есть, горное давление занято поперечной расширение конкретных сопровождающих основные осевые деформации: так называемый эффект Пуассона.
Пассивный лишения свободы, может быть постоянным или переменным через осевой нагрузки истории. Постоянное всестороннее давление создается в тех случаях, когда ограничиваясь материал ведет себя в пластиковой основе. Предположительно, это будет случай, когда лишение свободы осуществляется обычным поперечной арматуры, сдающей. Переменные удерживающего давление создается, когда удерживающего материала заметной жесткости. Армированных волокном полимера (FRP) куртки и стали, что по-прежнему упругих создания давления удерживающего переменной. Переменные пассивной заключения зависит от продольного и поперечного поведение бетона, который, в свою очередь, зависит от уровня и степени жесткости заключения provided.1
Моделирование переменно только бетон может быть трудным и был предметом серьезного последних исследований. Многие модели были предложены. Один неразрешенный вопрос, однако, что большинство моделей были разработаны на основе данных из стандартного 150 мм (6 дюймов) Диаметр цилиндров, масштабы гораздо меньше, чем реалистичные столбцов. Неясно, будет ли эффект масштаба не существует. Цели этого исследования для изучения влияния масштаба на поведение переменно только через конкретные экспериментальные программы и расширение итерационный метод моделирования предложенных Харрис и Kharel.1
Изучение переменно только бетон вытекает из интересов при использовании материалов FRP для "упаковки колонке" приложений. Именно в этом контексте, что данное исследование проводилось. Осевых несущих поведение конкретных столбцов, имеющих внешние куртку FRP выступает в качестве суррогатной для изучения поведения осевого растяжения в переменно только бетон. При обсуждении вопроса о поведении только конкретные, куртка FRP сути инструмент для разработки горное давление. Потому что материал FRP линейных упругих на провал, и FRP куртки непрерывного над членом, относительно равномерной известная удерживающего давление может быть применен к облицованный бетоном. Наблюдение ограничивая куртку поведение, однако, может привести к дополнительной информации о поведении оболочке столбцов. Тем не менее, это не основное внимание в этой работе.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Поведение FRP-размерных малых, средних, так и в крупных аксиально-нагруженных круглых бетонных столбов для идентификации и определения эффекта масштаба в осевой поведение замкнутых бетона. Соответствующие параметры для моделирования такого поведения представлены и рекомендации по моделированию и дизайну аксиально нагруженный только конкретные предлагается.
Экспериментальные исследования замкнутых БЕТОН ПОВЕДЕНИЕ эффектом ОБРАЗЕЦ ШКАЛЫ
Для выделения эффектов раздела масштаба, этот документ будет касаться лишь круговой конкретных сечений, имеющих высоту todiameter соотношение меньше, чем 3,0. Дополнительные эффекты от формы образцов ,2-6 ,7-стройность 9 прочности бетона ,10-13 и FRP облигации concrete5 не будут решены.
Обзор предыдущих программ тестирования концентрических осевого испытания только цилиндры и круглых колонн не проводилось. Большого объема данных, доступных показано на рис. 1 и 2. Полная база данных по 251 испытаний сообщили в Carey.14 как на рис. 1 и 2 участка пик горное давление нормированная неограниченном прочности бетона е ^ ^ к югу Con / ж '^ с ^ к югу от горизонтальной оси. Пик горное давление е ^ ^ к югу Con определяется как
... (1)
где D является диаметр конкретного раздела, а также к югу F ^ F ^ есть сила в круговых куртку ограничиваясь который может быть определен как произведение E ^ е ^ к югу, модуль упругости на куртке FRP экспериментально обнаружен в месте разрыва штамм куртку FRP, а г-куртка толщины ^ ^ е к югу.
Рисунок 1 участков е ^ ^ к югу Con / ж '^ с ^ к югу от осевой только прочность бетона, нормированная неограниченном прочности бетона е ^ ^ к югу куб.см / ж' ^ с ^ к югу, а на рис. 2 участков е ^ ^ к югу Con / ж '^ с ^ к югу от осевой потенциала деформации только конкретные нормированные неограниченных возможностей осевой деформации Определения F ^ югу см ^ и 3. Рисунок 1 и 2 включают данные из текущего исследования представлены следующим образом. На каждом рисунке, образцы группируются в зависимости от их масштаба. Из этих цифр, то очевидно, что подавляющее большинство программ испытаний исследовали образцы с диаметром от 102 и 305 мм (4 и 12 дюйма). На рисунке 1 показано никакого заметного влияния образца масштаба на нормированные осевой силы. Рисунок 2 показывает, что большие экземпляры имеют несколько снижена нагрузка качестве по сравнению с меньшими образцов.
Из имеющихся данных испытаний, только 15 образцов были диаметром более 305 мм. Кестнер и др. al.15 доклад три железобетонных образцов 508 мм (20 дюймов) в диаметре, Matthys, Taerwe и Audenaert16 доклад два 400 мм (15,7 дюйма) диаметр образцов и Юсеф 4 доклада десять 406 мм (16 дюйма) диаметра образцов из которых восемь простого бетона.
Де Lorenzis, Micelli и Ла Tegola17 сообщают, что диаметр аксиально нагруженный образцов слабо влияет на прочность. Большие образцы показали больший прирост в силе, но они также большей е ^ ^ к югу Con / ж '^ с ^ к югу отношение. Тем не менее, все образцы сообщил Де Lorenzis, Micelli и Le Tegola, начиная от 55 мм до 150 мм (от 2 до 6 дюймов) в диаметре, считаются мелких образцов в данной работе и не представляют собой достаточно большой масштаб, чтобы иметь возможность количественно эффекта масштаба.
Шенер, Barr и Abusiaf9 подошел эффект образца по шкале поведения осевой нагрузки железобетонных колонн с использованием подхода, предложенного Бажант и Planas18 что соответствует эффект образца размер первоначального несовершенство аксиально нагруженный колонке. Шенер, Barr и Abusiaf провели серию тестов на площади колонны с секционной размеры 50, 100 и 200 мм (2, 4 и 8 дюймов) с колонки стройность соотношения 34,7, 18,0 и 9,7. Хотя эти образцы всех малых масштабах, эффект масштаба сообщается. Эффект, однако, как представляется, главным образом, функции гибкости. Образцов, имеющих отношение стройность 9,7 (равной высоте до глубины отношение 2,9), показал никакого существенного различия в вычисляемых недостатки как раздел размер увеличен.
В НЕДРАХ армированных волокном ПОЛИМЕР КУРТКА ДЕФОРМАЦИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ
В предыдущем разделе, удерживающего давление е ^ ^ к югу Con определяется на основе Эта величина существенно меньше, чем разрыв деформации материала FRP определяется из стандартных испытаниях на растяжение купон, Некоторые причины были предложены наблюдается низкий разрыв напряжений в месте, в том числе: 15,20
1. Плохое или повреждение волокон пиджак в процессе обработки и layup;
2. Включение остаточных деформаций в результате дефектов в подложке бетона, неравномерное напряжение во время layup, температуры, ползучести и усадки несовместимости бетона и FRP куртка;
3. Кумулятивные вероятности недостатков материала FRP куртки, поскольку гораздо больше, чем растяжение купонов;
4. Многоосных напряженное состояние в FRP за счет передачи осевой нагрузки через связь с конкретной и
5. Радиус кривизны в пиджаках FRP на баллонах, в отличие от плоских растягивающих купоны.
Pessiki др. al.21 предложили коэффициент деформации эффективности
Коэффициент деформации эффективности предназначена для учета различий между растяжение купон и на месте поведения и локализованного на месте поведения обсуждался Pessiki др. al.21 и Харрис и Carey.5 Попытки отделить эти эффекты были лишь умеренно успешным, 5 совокупный эффект, однако, легко определяется из экспериментальных наблюдений с использованием формулы. (2).
При рассмотрении результатов предыдущих испытаний, 14 Средний коэффициент эффективности штамма Анализ значений
Экспериментальная программа
Экспериментальной программы было проведено исследование влияния перекрестного масштаба разделе, формы и последствия связаны по сравнению с несвязанных jackets14 на поведение переменно только под конкретные концентрические осевой нагрузки. Только круглых образцов с куртки связанных рассматриваются в настоящем документе. Три экземпляра размеры были испытаны в этой программе: мелкие образцы 152-мм (6 дюймов) диаметром 305 мм (12 дюймов) высокого баллонов; средних образцов 254 мм (10 дюйма) диаметром 762 мм ( 30 дюйма) высокого и, полномасштабные образцы 1,83 м (72 дюймов) высотой с диаметром 610 мм (24 дюйма). Среднего и натурных образцов у высоты к диаметру должно составлять 3, обеспечивая регионе средней высоте тест не зависит от удерживающего воздействия испытания аппарата. Все образцы были отлиты из одной партии бетона. Конкретный дизайн смесь предназначена для 24,1 МПа (3500 фунтов на квадратный дюйм), однако 28-дневный силы было установлено, что Р '^ к югу с = 30,4 МПа (4410 фунтов на квадратный дюйм), а прочность при 160 дней была е ^ к югу с = 33,5 МПа (4860 фунтов на квадратный дюйм), а определяется из небольших образцов, не имеющих куртки.
Хотя все мелкие образцы неармированные, половина средних и все полномасштабной колонны были укреплены восемь-бар расположение в результате усиления отношение Поперечные связи были расположенных на расстоянии D / 2 в районе центра испытаний армированных колонн представлять заключения детали характерны железобетонные колонны, изготовленные до 1970-х. Связи были расположенных ближе друг к другу в конце регионах для предотвращения сбоев в конце регионов. Подробная информация о каждом из типов образцов показаны на рис. 4. В таблице 1 приведены образца детали и свойств материала.
Два углепластика материалы были использованы в этом исследовании, 100 г / м ^ SUP 2 ^ (2,9 oz. / уй ^ SUP 2 ^) (площадной вес) однонаправленных углеродных буксир и 700 г / м ^ 2 ^ SUP (20,6 гр. / уй ^ SUP 2 ^) однонаправленный углеродной ткани. Свойства материала, из системы углепластика (определяемый как углеродного материала и смолы комплексной системы), используемый приведены в таблице 1. В данном исследовании углепластика силы / ° ^ к югу ^ и жесткость Е ° ^ ^ е югу даны в единицах "силы на единицу ширины в курсировать", потому что пиджак толщина сильно варьируется для этих систем в то время как углепластика слоя свойства consistent.20 Для восстановления традиционных единиц стресса, при заданных значениях прочность и жесткость, может быть разделена на номинальной толщине сухого слоя представлены в таблице 1.
Легкий углерод буксировки был использован для ограничиться smallscale образцов ткани при стандартных вес углерода для удержания среднего и натурных образцов. Все ограничиваясь куртки были установлены таким образом, чтобы волокна были ориентированы поперечно вокруг образца. Количество прокладок из материала углепластика для каждого образца была выбрана таким образом, что примерно одинакового уровня лишения свободы была представлена в малых, средних и полномасштабной круглых образцов. Куртка FRP боковых модуля E ^ J ^ к югу, разработанные в круговой образца вычисляется как
... (3)
где п число слоями материала углепластика в рубашке; Е ° к югу ^ F ^ является жесткость материала углепластика (в единицах кН / мм слоя) и D является диаметр колонны.
Предыдущие research22 показал, что стандартные 152 буксировка может развиваться билинейных конкретные осевой напряженно-деформированного, похожее на упруго-пластического поведения. Используя формулу. (3), было подсчитано, что тремя слоями 700 г / м ^ SUP 2 ^ (21 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углеродной ткани на полномасштабных образцов эквивалентно 2,2 слоями 100 г / м ^ SUP 2 ^ (3 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углерода буксируют на мелких образцов и 1,3 слоями 700 г / м ^ SUP 2 ^ (21 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углеродной ткани на среднемасштабные образцов . Поскольку слои не могут быть разделены на фракции, окончательный куртки углепластика были выбраны два слоями 100 г / м ^ SUP 2 ^ (3 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углерода буксируют на мелких образцов, один слой из 700 г / м ^ SUP 2 ^ (21 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углеродной ткани на среднемасштабные образцов, и тремя слоями 700 г / м ^ SUP 2 ^ (21 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углеродной ткани на полномасштабных образцов. Куртка деталей и углепластика в результате свойства приведены в таблице 1 ..
TEST SETUP и приборов
Все образцы были испытаны в одноосных концентрических сжатия. Малые образцы были испытаны в соответствии с ASTM C 39 в 2224 кН (500 кип) создание конкретных цилиндра испытательной машины. С постоянной скоростью загрузки 4,0 кН / с (900 фунтов / с) (± 5%) был использован. Средние образцы были испытаны в себя реагирующих 2670 кН (600 кип) Объем испытаний раме с двумя параллельными 1335 кН (300 кип) гидравлические баранов. Погрузка скоростью около 4,9 кН / с (1100 кг / сек) во время первоначальной части каждого теста вручную контроля скорости нагружения на гидравлического насоса. Как образцов подошли неудачи, нагрузка была снижена ставка. Некоторые экземпляры были загружены на максимальный объем кадра и насос не нарушая. (Фактической прочности бетона была значительно больше, чем указано.) В этих случаях пик нагрузку примерно 2750 кН (620 кип) была проведена в течение нескольких минут, после чего выпустили. Полномасштабные образцы были испытаны в 22,2 MN (5000 койка) универсальной испытательной машины. В начальной части этих испытаний, нагрузка на уровне около 445 кН / мин (100 кип / мин) была сохранена.
преобразователи линейных перемещений были использованы для измерения осевой деформации и обруч для всех образцов. Тензометры на куртки углепластика также использоваться для измерения деформации обруч. Все нагрузки документов и данных, динамометр был записан единой системы сбора данных.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Рисунок 3 показывает схематическое изображение экспериментальные параметры обсуждаются в следующих разделах. Все об осевых напряжений (Г югу с ^, е ^ к югу C ^ *, а / ^ ^ к югу куб.см) рассчитываются на основе валового конкретные сечения. Значение неограниченном прочности бетона F ^ югу C ^ * для каждого образца, размер основан на способности неограниченном образцов, испытанных при такого размера. Таким образом, следует ожидать, что большие экземпляры имеют более высокое значение F ^ к югу с ^ *. Кроме того, поскольку валового областях разделе, используются для расчета F ^ югу C ^ *, неограниченных возможностей армированных образцов появится больше. В таблице 2 представлена краткая информация о среднем наблюдается поведение параметров образцов, испытанных. Рисунок 5 показывает представитель осевых напряжений по сравнению с осевой и поперечной деформации кривых. Как и предполагалось, углепластика куртки были достаточно жесткими, приведет к существенно билинейных осевой напряженно-деформированного. Наблюдаемое увеличение осевой силы F ^ ^ к югу см / ж ^ к югу C ^ * и увеличение потенциала конечной осевой деформации
Рисунок 6 участков нормированного напряжения F ^ к югу с ^ / е ^ к югу C ^ * по сравнению с нормированной осевых деформаций Все образцы вели себя так же, независимо от масштаба. Средней жесткости (или "postyield") всех образцов, как правило, то же самое, подтверждающие аналогичные ограничиваясь жесткость во всех случаях. Как говорилось ранее, ни средних образца показали было принято окончательного отказа (куртка разрыв), поэтому потенциал деформации показано на рис. 6 для этих образцов не является конечной возможности получить. На основании куртку деформации данных, приведенных в таблице 2 и считая подобный ответ на эти малого и полномасштабных образцов средних образцов будет иметь аналогичные возможности конечной деформации.
Рисунок 7 показывает, представитель осевой и деформации расширения отношений. Рисунок 8 показывает то же поведение представителя в заговоре против расширения нормированных осевых деформаций Расширение
Наблюдаемое поведение расширение для рубашкой образцов в соответствии с общим поведением расширение предлагаемого ранее Харрис и Kharel1; а именно: расширение отношение остается относительно постоянным, имеющие значение приблизительно равно коэффициент Пуассона для бетона, через осевой деформации около 0,6 Как осевая нагрузка увеличивается, увеличивается на расширение скорости обратно пропорциональна жесткости удерживающего куртку. В этом случае, ограничиваясь куртки были аналогичные жесткость и, как ожидается, темпы роста расширение одинакова для каждого образца масштабе. Расширение соотношение по-прежнему увеличиваться, пока конечный коэффициент расширения? У достигается на основных осевых деформаций примерно 2.0
Наблюдаемых значений конечной расширение отношение Материал куртки и layup себя. Таким образом, значение 100 г / м ^ SUP 2 ^ (3 oz. / уй ^ SUP 2 ^) углепластика использоваться на мелких образцов в данной работе так же, как и в части исследования сообщили Харрис и Kharel.1 В этом случае наблюдаемые значения
Коэффициент эффективности деформации фактор 0,58 наблюдается в литературе, и выше, чем коэффициент 0,75 наблюдали Kharel22 на тот же материал углепластика. Чем выше значение Для средне-и полномасштабных столбцы, используя тяжелые углепластика материала, средняя Потому что? Кроме того, коэффициент соответствует среднему значению 0,58 наблюдается в литературе. Это означает, что
Учитывая нормированных параметров, эффект масштаба, как правило, не наблюдается в данном исследовании. Одним из важных наблюдений, однако, разница в эффективности фактор деформации между двумя углепластика материалов, используемых в данном исследовании. Уменьшение масштаба столбца с диаметром стандартных цилиндров не допускает использование стандартного веса материалов углепластика как правило, используется для полномасштабного практического применения. Чтобы получить одинаковый уровень содержания в полном масштабе и стандартных цилиндров (по формуле. (3)), стандартный пиджак вес цилиндра должна быть меньше, чем один-слойной толщиной. Конечно, это не представляется возможным, так что один-слойная куртка должны быть использованы, в результате заключения коэффициент, который слишком высок. Это приводит к значительно большей средней жесткости, чем будет иметь место на более широком масштабе. Наибольший эффект масштаба, таким образом, что при уменьшении масштаба на уровне стандартных цилиндров тест требует различных материалов FRP, чем использовать на полноразмерных образцах. Хотя использование легких FRP материал может обеспечить такой же боковой модуль E ^ J ^ к югу в соответствии с пожеланиями для полномасштабного образца, материалы могут вести себя по-разному в предельное состояние (различные факторы эффективности деформации).
Это может привести к ошибкам при экстраполяции большем масштабе поведения. Этот эффект проявляется в настоящем исследовании, как очень высокой поперечной деформации наблюдаются в мелких образцов по сравнению с более крупных образцов ..
Прогнозирование ULTIMATE ПОВЕДЕНИЕ замкнутых БЕТОН
DeLorenzis и Tepfers20 представлен обзор моделей ограничивается конкретным цилиндра поведение в литературе. И только теоретические прочности бетона F ^ ^ сс к югу и максимальной деформации Некоторые из моделей, представленных на основе стальной камере, то есть, постоянное всестороннее давление всей истории осевой нагрузки. Большинство сообщили модели эмпирических, основанных на результатах небольших экспериментов (ни больше 152 мм [6 дюйма] диаметре). Интеллектуального потенциала большинства моделей в основном ограничивается данными, из которых модель была создана. Кроме того, представлены модели, основаны на теоретических разрыв штаммов FRP и не признают приведенной на месте деформации эффективности обычно наблюдается.
Delorenzis и Tepfers20 предложить и анализ базы данных экспериментальных данных подтверждает, что уравнение для конечной прочности бетона только предложенные Саафи, Toutanji и Li19 дает наиболее достоверные результаты, имеющие среднюю или абсолютной погрешностью 20% больше, чем весь набор данных Экспериментальные результаты рассмотрены в этом исследовании (Delorenzis и Tepfers доклад 13,6% меньше данных). Уравнение, предложенное Саафи, Toutanji, и Ли показано на рис. 1 и определяется как
... (5)
Она также может быть показано на рис. 1, что уравнение. (5) хорошо коррелирует с данными из образцов с диаметром более 305 мм (12 дюйма). Хотя равномерно консервативной, средняя абсолютная ошибка между предсказанием формулы. (5) и крупномасштабных данных составляет 13%.
Было отмечено, что в конечном итоге только прочность бетона F ^ ^ сс к югу есть "путь независимой" и, следовательно, главным образом зависит от максимального давления удерживающего достигнута. Бетонные деформации и, следовательно, максимально ограничивается конкретным деформации Кроме того, эффективность ограничиваясь куртку сказывается на конечной конкретные деформации достигнута. DeLorenzis и Tepfers20 предложить эмпирическое уравнение, что приводит к конечной прогнозы деформации со средней абсолютной погрешности лишь на 20%
... (6)
Коэффициентов в уравнении. (6) "кусок" вместе влияние жесткости удерживающего куртку и efficiency.10 уравнений (5) и (6), принятых в рамках нынешнего исследования на модели поведения stressstrain переменно только бетон.
МОДЕЛИРОВАНИЕ переменно замкнутое БЕТОН
Переменно только конкретные модели (VCCM), предложенный Харрис и Kharel1 это дополнительные процедуры для прогнозирования напряженно-деформированного отношения только для конкретных, аналогичных той, которая предлагается по Мадас Elnashai.23 и схематическое изображение этой процедуры показаны на рис. 9. Чтобы использовать эту процедуру, следующие четыре соотношения (квадранты см. рис. 9) должны быть созданы.
Квадрант I: напряженно-деформированное отношение к конкретным только при постоянном давлении ограничиваясь
Формулировка для напряженно-деформированного отношений для конкретных неограниченном предложенный Popovics24 и изменены Thorenfeldt, Tomaszewicz и Jensen25 и Коллинз и Porasz26 была принята для конкретных, имеющих постоянное давление удерживающего
... (7)
где к кривой коэффициент применяется только к пост-пик нисходящей ветви осевой напряженно-деформированного curve26 равно
... (8)
и п кривой коэффициент, зависящий от силы concrete27
... (9)
где E ^ с ^ к югу является модуль упругости неограниченном бетона. Значения F ^ югу см ^ и (5) и (6), соответственно.
Квадрант II: отношения между осевой и поперечной деформации
Расширение поведение задается Харрис и Kharel1
... (10)
где V является отношение начального конкретные Пуассона. Как уже говорилось ранее, а на рис. 8, наблюдаемые экспериментальные поведения в этом исследовании также представлены формулой. (10). Наблюдаемые значения для окончательного расширение отношение Значительно более FRP materialspecific данные необходимы, чтобы предложить связь для этого значения.
Квадрант III: напряженно-деформированное отношений для удержания материала
Ограничиваясь FRP материала напряженно-деформированное поведение линейной к разрыву с модуль упругости равна Е ° к югу ^ е ^.
Квадрант IV: связь между стрессом, ограничившись материала и ограничения давления при условии
Для круглого сечения, горное давление определяется как
... (11)
Процедура VCCM начинается с выбора осевых деформаций и производство по часовой стрелке на каждом из установленных отношений для определения удерживающего давление, соответствующее, что первоначально выбранный деформации (как указано пунктирными стрелками на рис. 9). Только напряженно-деформированного отношения за это постоянное давление удерживающего рассчитывается и предсказал напряжения, соответствующего первоначально отобранных осевых деформаций определяется. Это представляет собой одну точку на кривой переменной заключения растяжения. Целых переменной заключения напряженно-деформированного отношения нашли, увеличивая осевой деформации и построение кривой через индивидуально определить напряженно-деформированное пар для постоянного confinement.1
На рисунке 10 показано предсказания поведения экспериментальных образцов использованием VCCM. В процессе этих предсказаний, наблюдаемые значения Как правило, хорошее согласие между экспериментальными данными и VCCM наблюдается на всех трех уровнях.
Факторы, влияющие на замкнутое БЕТОН ПОВЕДЕНИЕ
Использование VCCM, параметрическое исследование было проведено. Том, что эти параметры по осевой силы и деформации потенциала, средней жесткости и пластичности осевого перемещения ограничивается конкретными исследована. Второй (или "после выхода") жесткость определяется как приведенная жесткость, которая наблюдается после куртку FRP занимается.
Было отмечено, из этого исследования, что свойства только конкретные (F '^ с ^ к югу, к югу E ^ C ^, для совершенствования ограничивается поведение. Существующих конкретных геометрии D имеет обратный эффект ожидается от ограничиваются силы и среднего жесткости для определенного количества удерживающего материала. Больше ограничивается регионе будет менее эффективным, так как лишение свободы заключения коэффициент будет сокращен. Сочетание этих наблюдений приводит к предположению, что она будет пропорционально меньше эффективно ограничить конкретные, имеющие высшее неограниченном силы F '^ с ^ к югу. Этот эффект может быть показано параметрически и наблюдается в экспериментальных database.14
Ограничиваясь куртку параметров ( Как и ожидалось, изменения в куртке деформации разрыва (11). Средней жесткости не изменится, потому что пиджак модуля не изменилась. Изменения в материале FRP модуля или номер слоями FRP в рубашке пЕ ° ^ ^ е югу также имеет прямое влияние на осевой потенциала и средней жесткости. Опять же, это из-за отношения к горное давление показано в формуле. (11). Осевой деформации потенциала не будет, хотя число слоев куртка может иметь влияние на куртке деформацией разрыва из-за "слабое звено" в цепи "эффект, то есть можно было бы ожидать куртка с более слоев чтобы иметь более низкий разрыв деформации. Конечная расширение отношение Меньшее значение достигнута.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ограничиваясь КУРТОК
Следующим адресам практические вопросы проектирования куртку FRP ограничиться аксиально нагруженный колонке. Хотя дизайн куртки, выходит за рамки настоящего исследования, результаты тестирования и VCCM прогнозы приводят к важному вопросу о практических пределов лишения свободы, которые могут быть предоставлены.
Удерживающего давление порожденных куртки углепластика в настоящем исследовании, колеблется от 0,10 до 0.24f '^ с ^ к югу (табл. 2). Как видно из результатов тестирования, то этот уровень удерживающего давление достаточно для производства жесткой, чем поведение упруго-пластического для круглых колонн. Как видно из параметрического исследования, больше уровней лишения свободы (то есть, больше пЕ ° ^ е ^ к югу), вы увеличиваете средней жесткости, что приводит к более хрупким и катастрофические неудачи, когда разрывы FRP куртку. Это не является желательным отказов. Кроме того, отмечается в исследовании параметрической, однако, что осевой пластичности столбца не влияет на более высокий уровень родов. Осевой пластичности может фактически увеличить, так как было замечено, что более высокий уровень удержания сопровождаются нижней конечной отношения расширение Считается, что ограничение допустимой деформации в рубашке FRP, независимо от жесткости куртку, должны обеспечивать безопасное поведение столбца.
Еще одно явление, связанные с предоставлением заключения в том, что, как лишение свободы увеличивается, следовательно, повышение осевых уменьшается прочность. Этот эффект можно увидеть на рис. 1 для Саафи, Toutanji и Li19 модели. Для целей проектирования, горное давление предел ^ югу 0.3f 'с ^ рекомендуется. Эта рекомендация базируется на наблюдении билинейных поведения на этом уровне, удерживающего давление, уменьшение силы возрастать по мере заключения увеличивается, и недостаток данных для более высоких уровней заключения.
ВЫВОДЫ
Эффект масштаба колонке на поведение переменно только конкретные исследована. Результаты этого исследования были использованы для дальнейшего совершенствования VCCM. Можно сделать следующие выводы из этого исследования:
1. Масштаб колонн существенно не влияет на поведение нормированных осевого растяжения. Рисунок 6 показывает, что подобное поведение наблюдалось для всех образцов весы с аналогичными лишения свободы;
2. Наблюдаемое расширение поведение согласуется с формулой. (10) предложенный Харрис и Kharel1 проверки этого уравнения для использования с различными материалами и удерживающего колонке масштабах;
3. Связь между конечной расширение отношение
4. Легкий (100 г / м ^ 2 ^ SUP [3 oz. / уй ^ ^ SUP 2]) углеродных материалов, используемых в данном исследовании имеет более высокий коэффициент эффективности куртку F ^, чем тяжелее (700 г / м ^ 2 ^ SUP [21 oz. / уй ^ ^ SUP 2]) углеродной ткани (0,9 по сравнению с 0,57 до 0,61). Это замечание имеет важное значение для сравнения с другими мелких тест программ с использованием тяжелых FRP материала. Хотя FRP материалы могут обеспечить тот же боковой модуль E ^ J ^ к югу, они могут вести себя по-разному в предельное состояние (различные факторы эффективности деформации). Это также может привести к ошибкам при экстраполяции большем масштабе поведения;
5. Одним из факторов эффективности куртку
6. Модели для пика только прочность бетона и деформаций представленные Саафи, Toutanji и Li19 и Delorenzis и Tepfers, 20, соответственно, будут приняты как лучшие предсказатели только конкретные поведения, независимо от масштаба образца;
7. Куртка FRP не так эффективно, в местах лишения свободы по высокопрочных конкретные по сравнению с нормальной прочности бетона из-за более хрупкого поведения более высокую производительность бетона;
8. Бетонные свойства мало влияет на осевой stressstrain поведение только в конкретных VCCM за создание основы для улучшения только поведение, в то время как свойства куртки FRP существенно повлиять на осевой напряженно-деформированного замкнутых бетона в VCCM и
9. Для целей инженерной практике, горное давление предел ^ югу 0.3f 'с ^ рекомендуется. Эта рекомендация базируется на наблюдении билинейных поведения на этом уровне, горное давление (что приводит к хрупкому разрушению), уменьшение силы возрастать по мере заключения увеличивается, и недостаток данных для более высоких уровней заключения.
Авторы
Авторы хотели бы поблагодарить F. Стокса и сотрудников Фриц Лаборатория Lehigh University и признают помощи К. Куглер и Дж. О'Брайен в проведении крупномасштабных испытаний. С. Carey при поддержке Национального научного фонда через стипендий аспирантуры.
Нотация
^ К югу с = площадь продольной стали
^ V югу = площадь поперечного стали
D = диаметр колонны
E ^ к югу с = модуль упругости неограниченном конкретных
E ° ^ к югу е = углепластика слоя жесткости
E ^ югу J = углепластика куртку боковых модуля
е '^ к югу с = 28-дневного неограниченном сжатии прочность бетона
F ^ югу C ^ * = неограниченном сжатии прочность бетона (см. рис. 3)
F ^ югу куб.см = только прочность бетона (см. рис. 3)
F ^ югу Con = горное давление предоставляемый пиджак
F ^ югу е = углепластика прочности слоя
п = число слоев в куртке углепластика
ы = шаг поперечных стали
V = коэффициент Пуассона
Ссылки
1. Харрис, К., и Kharel, Г., "Поведение переменно замкнутых Бетон", ACI журнал Материалы, В. 99, № 2, март-апрель 2002, с. 180-189.
2. Рошетт, P., и Лабошьер П., "Осевые Тестирование прямоугольных замкнутых Колонка Модели с композиты" Журнал композиты для строительства, V. 4, № 3, 2000, с. 129-136.
3. Дэн, JG, и Лам, L., "Поведение на сжатие из углеродного волокна, усиленные Полимер-замкнутых Бетон в эллиптические Столбцы" Журнал зданий и сооружений, В. 128, № 12, 2002, с. 1535-1543.
4. Юсеф, MN, "напряжение-деформация" Модель для бетона, ограниченном FRP композиты ", Кандидатская диссертация, Университет Калифорнии, Ирвин, Калифорния, 2003.
5. Воздействие Харрис, К., и Кэри, S., "Shape и" Гэп "на поведение переменно замкнутых Бетон", цемента и бетона исследований, В. 3, № 6, 2003, с. 881-890.
6. Muckerjee, A.; Бутби, TE; Bakis, CE; Джоши, М. В. и Майтра, SR, "механического поведения армированных волокном полимер-бетонных колонн, обернутая-усложняла воздействию," Журнал композиты для строительства, V. 8, № 2, 2004, с. 97-103.
7. Териолт, M.; Клод, S.; и Нил, KW, "Влияние размер и гибкость на поведение FRP пленку Столбцы", Труды 5-й Международной конференции по волоконно-армированных пластиков для железобетонных конструкций, Кембридж, Великобритания, 2001, с. 765-771.
8. Mirmiran, A.; Shahawy, M.; и Beitleman, T., "Стройность Предельные для гибридных волокнита железобетонные колонны," Журнал композиты для строительства, V. 5, № 1, 2001, с. 26-34.
9. Шенер, S.; Барр, BIG, и Abusiaf, HF, "Размер эффекта в аксиально загружено железобетонных колонн," Журнал зданий и сооружений, В. 130, № 4., 2004, с. 662-670.
10. Хармон, TG, и Слэттери, KT ", перспективных композитных конфайнмента бетона", 1-я Международная конференция по современным композиционных материалов в мостов и сооружений, Шербрук, Квебек, Канада, 1992, с. 209-306.
11. Karbhari В.М., Гао Ю., "Композит рубашкой бетона при одноосном сжатии для проверки простых уравнений Дизайн", журнал материалов в строительстве, т. 9, № 4, 1997, с. 185-193.
12. Miyauchi, K.; Nishibayashi, S.; и Иноуэ, S., 1997, "Оценка воздействия Укрепление карбона лист для бетонная колонна", 3-й Международный симпозиум по армированного волокном полимерные Арматура железобетонных конструкций, Саппоро, Япония, 1997 , с. 217-224.
13. Rousakis, T., "Экспериментальное исследование цилиндры, ограниченном Листы углерода FRP, заместитель Монотонные и циклические осевой сжимающей нагрузки," Research Report, Технологический университет Чалмерса, Гетеборг, Швеция, 2001.
14. Carey, S., "Влияние формы, Гэп", а по шкале поведения и моделирование переменно замкнутых Бетон, "тезис MSc, Университет Южной Каролины, Колумбия, Южная Каролина, 2003, 237 с.
15. Кестнер, J.; Харрис, KA; Pessiki, SP; Заузе, R.; и Ricles, J., "Реабилитация железобетонных колонн Использование армированных волокном композитных полимерных Куртки," ATLSS Доклад № 97-07, Lehigh University, Вифлеем , Пенсильвания, 1997, 196 с.
16. Matthys, L.; Taerwe, L.; и Audenaert, К., "Тесты на аксиально загружено бетонные колонны, ограниченном армированного волокном полимерных листов Упаковка", 4-й Международный симпозиум по армированного волокном полимерные Арматура железобетонных конструкций, Балтимор, штат Мэриленд, 1999, с. 217-228.
17. Де Lorenzis, L.; Micelli, F.; и Ла Tegola, A., "Влияние образцов Размер и тип смолы на поведение FRP-размерных бетонных цилиндров," Известия ACIC-2002: Расширенный полимерных композитов для применения в структурной Строительство, Southampton, 2002, с. 231-239.
18. Бажант, ZP, а Planas, J., разрушения и размерного эффекта в бетон и другие материалы квазихрупком, CRC Press, Бока Ратон, штат Флорида, 1998, 640 с.
19. Саафи, M.; Toutanji, HA, а также Li, З., "Поведение бетонных колонн, замкнутых с армированной волокном полимерные трубы", ACI материалы Journal, V. 96, № 4, июль-август 1999, с. 500-509.
20. Де Lorenzis Л., и Tepfers Р., "Сравнительный анализ моделей на удержание бетонных цилиндров с армированной волокном полимерные композиты," Журнал композиты для строительства, V. 7, № 3, 2003, с. 219 - 237.
21. Pessiki, S.; Харрис, KA; Кестнер, J.; Заузе, R.; и Ricles, JM, "Осевые поведение конкретных замкнутых с армированных волокном композитных Куртки," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 5, № 4, 2001, с. 237-245.
22. Kharel, Г., "Поведение и моделирование переменно замкнутых Бетон," тезис MS, Университет Южной Каролины, Колумбия, Южная Каролина, 2001, 111 с.
23. Мадас П., Elnashai А.С., "Новые модели пассивной конфайнмента для анализа конкретных структур, подвергнутых циклической и переходные динамические нагрузки," Инженерная землетрясения и структурной динамики, В. 21, № 5, 1992, с. 409 -431.
24. Popovics, S., "численный подход к Полная StressStrain Кривая Бетон", цемента и бетона исследований, В. 3, № 5, 1973, с. 583-599.
25. Thorenfeldt, E.; Tomaszewicz, A.; и Йенсена, JJ, "Механические свойства высокотемпературных прочности бетона и применение в дизайне", Труды симпозиума по использованию высоких прочности бетона, тапир, Трондхейм, Норвегия, 1987, с. 149 -159.
26. Коллинз, член парламента, и Porasz, A., "Сила сдвига Дизайн высоких прочности бетона," Вестник КСР d'информации № 193, 1989, с. 77-83.
27. Мандер, JB; Пристли, НДД, а также Парк Р., "Теоретические StressStrain модель замкнутых Бетон" Журнал зданий и сооружений, В. 114, № 8, 1988, с. 1804-1826.
Shawn А. Carey является структурным инженером, Бектел Саванна-Ривер, Inc Саванна Ривер, Айкен, SC
Входящие в состав МСА Кент А. Харрис является доцентом кафедры гражданского инженерия, Университет Питтсбурга, Питтсбург, Па Он является членом комитетов МСА 335, композитный и гибридных структур, а также 440, армированного волокном полимерные усиление.