Армированных волокном упрочнения бетонных мостов, которые остаются открытыми для движения
Эта статья описывает лабораторного исследования воздействия движения нагрузок во время и после укрепления на производительность железобетона (RC) укрепить мост связан с внешним армированных волокном полимера (FRP) подкрепления. Восемь пучков были протестированы на провал. Семь лучей были укреплены подвулканизированного, однонаправленные, углеволокно ламинат представитель полосы материала, используемого в фактических моста. Испытание переменных, включенных интенсивность и частота циклов нагружения применяться в ходе отверждения эпоксидных период, толщина слоя эпоксидной, а толщина полосы FRP. Несоблюдение всех укрепил образцов с начала FRP нарушение сцепления в области максимального момента. Для всех трафика схемы применяются во время и после установки, без снижения эффективности укрепления не наблюдалось. Использование ACI 440.2R-02 рекомендаций дизайн в результате unconservative прогнозы деформации FRP на провал, и увеличение прочности объясняется FRP.
Ключевые слова: крепления; мост, нарушение сцепления; эпоксидной смолой; фибробетона; изгиб.
ВВЕДЕНИЕ
В качестве демонстрации проекта, Алабама Департамента транспорта США (Олдот), наряду с Auburn University исследователей, укрепить мемориал моста в Макон-Каунти, штат Алабама, связанных с внешним fiberreinforced полимера (FRP) арматуры в ноябре 2001 года. Свенсон и Barnes1 описать железобетонный мост, который был построен в 1945 году, и разработки укрепления системы FRP. Мост на рис. 1.
Перед установкой FRP, производитель рекомендовал, что мост будет закрыт на несколько часов, во время и после укрепления, чтобы эпоксидной лечить. Мост не был подвергнут большим объемом трафика, однако потенциальные маршруты объезда были продолжительными. Таким образом, Олдот персонал решил, что закрытие моста на какое-то время не представляется возможным. Вместо этого были предприняты усилия по ограничению последствий движения нагрузки во время укрепления операций. Это было достигнуто путем переадресации трафика от переулок прямо над установки FRP каждый день. Кроме того, грузовики не пустили на мосту в те дни, интерьер балки укрепили свои позиции.
С точки Олдот в сектор обзора, укрепление мостов с внешне связанных FRP является привлекательным методом, если она может быть легко использованы для укрепления мостов без прерывания обслуживания. Обзора литературы, дали мало информации о том, что эффекты движения нагрузки во время отверждения эпоксидных период, об эффективности внешней связанных укрепление FRP. Потому что крепления FRP, скорее всего, контроля предел прочности укрепить мемориал мост, крайне важно, чтобы крепления потенциала FRP быть рассмотрены в реальных условиях установки. По этой причине, лабораторное исследование было начато расследование фактического предела прочности FRP-балок и укрепить ли потенциал значительно пострадавших от различных режимов движения, которые могли бы загрузка может возникнуть в ходе укрепления операций. Полная информация исследования сообщают Reed.2
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Многочисленные исследования были проведены по теме FRP укрепление структурных конкретных членов. Привлекательность укрепления FRP значительно повышается, если мосты могут оставаться открытыми для движения во время установки. Очень мало исследований, однако, были проведены на эффективности внешней связанных FRP, когда укрепление структуры подвергаются значительным нагрузкам в течение переходного эпоксидных лечить. Эта статья описывает исследование по этой теме. Кроме того, результаты показывают, что ACI 440.2R-023 разработки рекомендаций для вычисления предельного FRP для изгибных деформаций укрепления связанных с внешним FRP можно unconservative на материалы, используемые в данном исследовании.
ИСТОРИЯ
Предыдущие исследования, касающиеся последствий переходного нагрузки в укреплении
MacDonald4 посвящена изучению одного круга сдвига стальных образцов, которые были привлечены к циклическим движениям, а эпоксидной было лечить. Каждый образец был подвергнут циклов, предназначенные для представителя условий дорожного движения, с частотой 1 Гц, а эпоксидной был лечения и в течение нескольких дней после этого. По крайней мере, 500000 циклов с напряжением от 50 микродеформации были применены полного излечения. Два разных типов эпоксидных были использованы. Для типа эпоксидных, сокращения численности между 7 и 31% при среднем значении 16% привело. Существовал без снижения прочности при Тип B эпоксидной смолой. Тип был охарактеризован как "очень много" более жесткая, чем тип B.
Барнс и Mays5 испытания стали и углеродного волокна армированной пластмассы (углепластика) переносной совместных образцов. Циклического нагружения в процессе отверждения вызвало постепенное снижение прочности с увеличением уровня напряжения. 8% снижение стоимости привели на сталь суставы подвергаются микродеформации 50 циклов. Это значение находится между средними значениями для сокращения два типа эпоксидных изучены MacDonald.4 Другая серия испытаний в Варне и Mays5 исследование были включены связи тонкой пластины, чтобы луч стали I-разделе. Циклов нагрузки на 2 Гц и разным уровнем деформации были применены четыре точки изгиба образцов в течение 48 часов. Затем образцы испытаны на провал. Результаты показали, что, хотя силы покрытием пучков уменьшается с увеличением амплитуды циклической деформации в процессе отверждения, было неожиданное увеличение прочности по сравнению с noncycled образцов. Исследователи предположили, что эта сила увеличение было обусловлено тепла циклической загрузки аппарата, который ускорился отверждения клея ..
Третье расследование Барнс и Mays5 участие крупномасштабных бетонных балок укрепить связанных углепластика или стальных пластин. Нагрузка циклов при частоте 1 Гц и напряжением от 150 микродеформации были введены в то время как эпоксидной вылечить. Циклы были введены в течение 48 часов, и лучи были протестированы на провал 7 дней после укрепления. Каждый циклически нагружаемых пучка не удалось в то же нагрузку, как соответствующее управления лучом. Таким образом, конечной грузоподъемность этих укрепить пучков не зависит от вибрации применяются во время отверждения эпоксидной смолой.
ACI 440.2R методика для предотвращения нарушение сцепления провал
Согласно "Руководство по проектированию и строительству внешней системы таможенного FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02):" 3 "... Есть много разных сортов нарушение сцепления неисправность, которая может регулировать силу FRP- укрепить член ... " и что "... более точные методы прогнозирования нарушение сцепления по-прежнему необходимы". Таким образом, ACI 440.2R разработке процедур ограничить деформации FRP уровнях ", чтобы консервативно приходится нарушение сцепления отказов и повреждений." Ограничивающих деформации . Выражение предписано, чтобы вычислить предельное напряжение "только на основе общих тенденций и признанных на опыте практикующих инженеров дизайн кабального системы FRP".
Экспериментальная программа
Испытаний образцов и приборов
Каждый из восьми образцов настоящего исследования представлены приближенных одна половина макет из самых designcritical балки мемориала моста. Crosssectional размеры и армирование детали Т-лучевая образцов приведены на рис. 2. Чтобы исправить за собственный вес эффекты расширения и, следовательно, получить мертвый груз стрессовых условиях совместимых с теми, в самом мосту, балки был расширен, и накладывается мертвым грузом в 28 кг / м (0,41 кН / м) был применен. Чтобы соответствовать поведение дизайн-критических балочный мост, стальной арматуры было пропорционально в соответствии с механической коэффициент усиления балки. Кроме того, количество FRP был выбран в соответствии с соотношением FRP укрепление балочный мост. FRP растяжение укрепления состояли из подвулканизированного, однонаправленные, углеволокно ламинат полоса шириной 2 дюйма (51 мм) и связанных длиной 108 дюйма (2743 мм). Толщина полосы FRP была переменной в программу тестирования. Связанных длина FRP была выбрана, чтобы соответствовать расположения точек на сокращение фактической балки моста.
Каждый образец был пролетом длиной 15,5 фута (4,72 м) и был испытан в четыре точки изгиба. Схема испытания приведена на рис. 3. Свойства материала приведены в таблице 1. Бетон и сталь свойства армирующего материала была измерена с помощью стандартных методов ASTM. FRP модуль упругости E ^ ^ е югу измеряли исследователи; предел прочности FRP и эпоксидных модуль упругости были приняты по сообщениям производителя. Все восемь образцов были отлиты из той же партии бетона.
Луч приборов состоит из электрического сопротивления датчиков для измерения напряжения арматуры штаммов, FRP штаммов, а также конкретных штаммов сжатие поверхности. Рисунок 4 показывает расположение датчиков деформации и смещения потенциометров. Два внутренних баров арматурной стали судить, напряжение на каждом инструментальной сечения. Эти датчики были расположены на 18-в. (460 мм) интервалы на пересечении участках, где трещин от изгиба ожидалось (стремя местах).
Поверхностного монтажа тензодатчиков были использованы для измерения деформации бетона на сжатие. Эти приборы были размещены вдоль продольной оси на верхней поверхности фланца. Каждого датчика был помещен 12,75 дюйма (324 мм) по обе стороны в середине пролета (в пределах максимального момента обл.) Они были ближайшими местах нагрузки моменты, которые не приведут к повреждению приборов. Как показано на рис. 4, surfacemounted тензодатчиков были использованы на 14 мест для измерения FRP штаммов.
Образцы деформации был применен при помощи гидравлического привода в рамках замкнутой системы. Встроенная камера нагрузки был использован для измерения приложенной силы. Линейные потенциометры применялись для измерения отклонений. Отклонения измеренных в поддерживает были усреднены и вычитается из прогиба в середине пролета, чтобы компенсировать возможные деформации поддержки.
Высокоскоростной передачи данных системы сбора и компьютер были использованы для обработки и хранения тестовых данных собранных из тензодатчиков и потенциометров.
Порядок проведения испытаний
Процедура тестирования была одинаковой для всех пучков с некоторыми исключениями. Один луч не был усилен, и два FRP-упрочненного пучков не подвергались циклов движения нагрузки во время отверждения эпоксидных. Испытание переменных, включенных интенсивности циклических нагрузок при укрепления, толщина слоя эпоксидной т ^ Ь к югу, и FRP толщины т ^ е ^ к югу. Значения каждой переменной для каждого образца приведены в таблице 2.
Так что прочность бетона будет оставаться примерно постоянной в ходе испытаний всех образцов восемь, испытание было отложено до 110 дней после образцов были брошены. Чтобы имитировать реальные находящихся в эксплуатации моста условия, следующие шаги были выполнены:
1. Загрузка образца, чтобы побудить трещин от изгиба;
2. Применение предварительного укрепления циклов полезной нагрузки;
3. Подготовка бетонное основание для укрепления;
4. Начало циклов трафика для установки FRP;
5. Применение Грунтовка эпоксидная для бетонных поверхностей;
6. Применение курс пальто, эпоксидных и связи полосы FRP-членам;
7. Разрешение эпоксидной вылечить в течение 48 часов, пока проходит циклы трафика;
8. Остановка циклов нагружения и датчики связи штамма FRP;
9. Применение после укрепления циклов полезной нагрузки, а также
10. Загрузка членом на провал.
Подробное описание процедуры следующим образом.
Растрескивание образцов (шаг 1)-Для распространения трещин от изгиба в течение каждого образца до такой степени, сопоставимой с мемориал мост, 14 кип (62 кН) нагрузки был применен монотонно, а затем удаляются. Такая нагрузка соответствует примерно 70% от потенциала unstrengthened образца. Прочность трещины расположенных на расстоянии около 9 дюймов (230 мм) промежутки времени. Как и ожидалось, трещин, образовавшихся на участках совпадает с стремя местах. Таким образом, датчики деформации стали успешно находится на или вблизи изгиба трещины.
Применение prestrengthening услуг циклов нагружения (Шаг 2)-Для имитации лет движения воздействия, каждый образец подвергался 100000 синусоидальной циклов применяется при частоте 1 Гц. Величина циклов был выбран заставить жить диапазоне нагрузки напряжение 10,6 KSI (73 МПа) в напряженности стали. Согласно оперативным нагрузки результатах испытаний мемориал мост, этот стресс диапазоне примерно соответствует диапазон вызванных-правовой нагрузки ограничивать грузовик. Чтобы вызвать подкрепление диапазоне напряжений этой величины при нагрузке 5,6 кип (24,9 кН) не требуется. Приложенной нагрузки цикл состоял из синусоида с центром 3,3 кип (14,7 кН) с амплитудой 2,3 кип (10,2 кН). Потому что мемориал мост имеет относительно низкий объем трафика, по оценкам, 100000 циклов такого масштаба больше, чем мост будет опыт, накопленный за 10 лет службы.
Бетонные поверхности подложки подготовки (Шаг 3) По данным ACI 440.2R, расположенных вне плоскости варианты, в том числе формы линий, не должен превышать 1 / 32 дюйма (1 мм). Любое пустоты должны быть заполнены с эпоксидной смолой и все цементного молока, пыли, грязи, масла, лечение соединений, существующих покрытий, а также любые другие вопросы, которые могут повлиять на связь между FRP и бетон должен быть removed.3
Потому что опытные образцы были отлиты и вылечить в лабораторных условиях, количество загрязняющих веществ на поверхности была минимальной. Форма линий на поверхности пучков удалить с помощью точильного камня. На Луч B5, клочок honeycombing была заполнена с использованием тех же эпоксидных используется для связи FRP. Цементное молочко и масло форме были удалены путем применения изопропилового спирта и очистка поверхности с жесткой зубной щеткой. Эта процедура повторяется с нейтрализующего агента. Поверхности, то может высохнуть.
Применение циклов в эпоксидных лечения (шаги 4 до 7) Для исследования влияния оставив мост открыт для движения во время установки FRP, пять из испытуемых балок подвергались циклов нагружения в процессе укрепления и эпоксидных отверждения период. Циклы были продолжены в течение 48 часов после установки FRP. Три разных уровнях движения циклов моделирования. Относительной интенсивности и частоты три цикла типов меченных "низкий", "средние" и "высокой" приведены на рис. 5. Столько же времени прошло между FRP установки и окончательного испытания прочности для всех укрепил образцов независимо от того, были подвергнуты циклов нагружения за период epoxycuring.
"Низкий" циклы интенсивности были выбраны для представления грузовика опытных в фактических операций для укрепления военного мемориала моста. Поскольку дорожно-транспортные было отвлечено от переулок над внешней балки усиления, пик интенсивности каждого цикла составляет примерно половину для предварительного укрепления циклов. Этот цикл был направлен, чтобы побудить жить нагрузки напряжения в диапазоне арматурной стали напряжение 4,8 KSI (33 МПа). Хотя этот уровень загрузки обозначается "низким" для целей настоящего исследования, было характерно напряжений на эпоксидной конкретных интерфейс, который превысил тех Барнс и Mays5 конкретных образцов пучка обсуждался ранее. Возвращение периода каждой загрузке мероприятия было 5 минут (300 секунд).
"Средней" интенсивности цикл состоял из той же волне, используемых в "низкий" циклов, но повторяемость была увеличена до одной в минуту. Кроме того, каждая пятая нагрузка примерно в два раза интенсивнее и был выбран заставить жить нагрузки напряжения в диапазоне стальной арматуры на 10,6 KSI (73 МПа). Эта нагрузка режим был разработан для представления серии легких автомобилей, чередующиеся с отдельными тяжелых транспортных средств, движущихся по мемориал мост с движением мер по смягчению последствий на месте.
"Высокий" интенсивность цикла результате увеличения частоты "средний" цикл в 20 раз. Таким образом, нижняя величина события (4,8 КСИ) происходило каждые 3 секунды, а большое событие величины (10,6 КСИ) происходило каждые 15 секунд. Это "высокий" интенсивность нагрузки образец, который было представлено более 5700 тяжелых грузовых автомобилей и события 23000 легкие мероприятий в день, была выбрана для представления гипотетической мост с большим объемом трафика.
FRP установки (шаги 5 и 6)-за исключением двух образцов с более толстым слоем связей, укрепление FRP был установлен в соответствии с рекомендациями изготовителя. Первый шаг в процессе установки FRP был покрытия луча потолок с эпоксидной насыщающий, которые служили в качестве грунтовки. Это было сделано для заполнения пустот в малых бетонных и давать гладкую поверхность для применения FRP. Эпоксидной был равномерно нанесен на поверхность бетона помощью малярного валика.
После того как грунт стал липким, толстый курс пальто эпоксидной был использован для связи FRP к конкретному. Во-первых, полоса была очищена FRP помощью безворсовой тряпкой насыщенной метилэтилкетона (МЭК). Галс-пальто эпоксидной затем смешанные и распространяются на полосы FRP и поверхность луча.
Как отмечалось ранее, одной из переменных, исследовал в этом исследовании была толщина слоя связи. Пять из укрепленного пучков были установлены в соответствии с указаниями производителя FRP. Чтобы подать заявку на эпоксидной FRP, лентой нож с V-вырез был использован. V-вырез был размера так, что нож может быть втянута в полосе FRP оставив объем эпоксидных с треугольным сечением. Свежие эпоксидной имели толщину 0,125 дюйма (3,2 мм) вдоль осевой FRP и нулевой по краям. На поверхности бетона, шпателем с несколькими вырезами V-был использован. Вырезами в шпателем были 0,125 дюйма (3,2 мм) глубиной. Это позволило единой эпоксидных глубины, которые должны применяться к бетонной поверхности. Для образцов с более толстым слоем связи, тот же прием был использован исключением того, что бусины диаметром в пределах 0,079 до 0,091 дюйма (2,0 до 2,3 мм), посыпать на эпоксидной перед фиксацией полосы FRP к пучку. Эти стеклянные бусины были введены для того, чтобы желаемый эпоксидной толщина была получена ..
После того как курс пальто эпоксидной стала липкой, полоса FRP помещался на выравнивание знаки на обратной стороне света. Полоска прижимается пучка с помощью J-ролика. Это позволило избыточного эпоксидной к вытеснению, подготовила равномерной толщины эпоксидной смолой, и удалить все пустоты. Превышение эпоксидной был удален, а на внешней поверхности FRP было протирать тряпкой насыщенной MEK. Окончательный измеряется эпоксидной толщины (толщина слоя связи T ^ югу Ь) для каждого образца приведены в таблице 2.
До начала экспериментальной программы, небольшой изгиб образцов испытаний были использованы для определения необходимых отверждение эпоксидной в лабораторных условиях. Из этих испытаний было установлено, что эпоксидная смола полностью в силу после лечения в течение 48 часов при комнатной температуре. Таким образом, эпоксидные на пучок образцов было разрешено вылечить за 2 дня. Пять из укрепленного пучков подвергались циклов нагружения в течение этого 48-часового периода, два не было.
FRP приборов и после укрепления циклов (шаги 8 и 9)-В конце 48-часового периода лечения, циклов нагрузки были прекращены, с тем чтобы деформации FRP датчиков может быть связан надежно. Постоянной нагрузке 0,5 кип (2,2 кН) была сохранена на пучках на данный момент. Пучков были проведены в этой нагрузки в течение 24 часов, чтобы клей тензометрических лечить. За исключением случаев, близко расположенных на каждом конце полосы FRP, тензодатчики были связаны с FRP непосредственно под изгиб трещины. Данные были записаны и сравнение циклов нагрузки применяются непосредственно до и после 24-часовой период проведения проверки, что нет никакой очевидной усиления жесткости в системе.
Для имитации лет службы после укрепления, дополнительные 20000 циклов нагружения затем применяются к каждому образцу. Циклы были той же частоты, величины и формы, которые используются для представления prestrengthening циклов нагружения (Шаг 2). После того как эти циклы были закончены, образцы были загружены для определения их поведения и предела прочности.
Загрузка на провал (шаг 10)-образцов пучка монотонно были загружены в отдельных приращений нагрузки до арматурной стали дали; дальнейшей погрузки был применен к перемещению шагом до отказа. Кроме unstrengthened образца, нагрузка шагом были использованы до при нагрузке 22 кип (97,9 кН), где подкрепление приносит было очевидно по поведению прогиба от нагрузки. На податливость усиление напряженности стали, в середине пролета перемещения составляла от 0,4 до 0,5 дюйма (10,2 и 12,7 мм). После податливость арматурной стали напряженности, укрепление пучков были загружены до перемещения в середине пролета 0,65 и 0,9 дюйма (16,5 и 22,9 мм), соответственно, были достигнуты. Последующее увеличение перемещения привели к выходу из строя всех пучков укрепить связи с полной потерей крепления FRP на одном конце каждой полосе.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Краткое изложение результатов испытаний на изгиб восемь конечной испытания на прочность приведены в таблице 2. FRP-упрочненного образцы подразделяются на три серии:
1. Четыре образца (B1, B2, B3, B4 и) с "тонкой" эпоксидных и толщиной от 0,055 FRP дюйма (1,4 мм);
2. Два экземпляра (B5 и B6) с "толстыми" эпоксидных и толщиной от 0,055 FRP дюйма (1,4 мм), а также
3. Один экземпляр (B7) с "тонкой" эпоксидных и толщиной от 0,075 FRP дюйма (1,9 мм).
Относительный термин "тонкий" описывает эпоксидных толщиной в результате установки FRP в зависимости от производителя рекомендованные процедуры. Средняя толщина измеряется эпоксидных за эти пять образцов варьировались от 0,05 до 0,07 дюйма (1,3 до 1,8 мм). "Толстые" эпоксидной была получена с помощью стеклянных бусин, как описано выше. Измеренные эпоксидных толщины для этих двух образцов варьировались от 0,09 до 0,10 дюйма (2,3 мм до 2,5 мм).
Поведение unstrengthened образца
Рисунок 6 изображает измеряется нагрузки и реагирования в середине пролета для перемещения unstrengthened образца и первой серии укрепления образцов (те, с 0,055 дюйма [1,4 мм] FRP установлены в соответствии с рекомендациями изготовителя). Unstrengthened образца под усиленный и очень вязкий. Полный цикл гидравлического привода был исчерпан без потери loadcarrying потенциала. Тестирование прекратилось, когда прогиба в середине пролета достигнут 8,82 дюйма (224 мм). Экспериментальных возможностей момент M ^ югу п ехр ^ из 829 кип в. (93,7 кН-м) определяется как сумма момент, отвечающий текучести пучка до начала деформационного упрочнения арматурной стали. Этот метод соответствует обычной практике дизайн забывая при этом ни выгоды упрочнения при расчете номинальной мощности момент.
Поведение FRP-упрочненного образцов
Все образцы не удалось укрепить на разделение полосы FRP и бетонная балка. За исключением нескольких небольших участков, тонкий слой поверхности конкретные остался связан с полосы после FRP нарушение сцепления, как показано на рис. 7. Таким образом, неудача на самом деле произошло в рамках конкретных, а не на клей интерфейс. Потому что весь слой покрытия не отдельно от света, однако, такого рода отказ упоминается в этом документе как "нарушение сцепления FRP" вместо "отслоение покрытия". Во всех случаях в нарушение сцепления FRP инициативе под одним из нагрузки точки и в конечном итоге передаются в конце полосы.
Рисунок 8 представляет собой участок измеряется штаммов FRP вдоль типичных укрепить образца (B4). Каждая серия представляет собой FRP деформаций при определенном значении нагрузки и обозначено в соответствии с долей максимальной нагрузки P к югу ^ тах применительно к укреплению пучка до отказа. Все датчики деформации FRP в 45 дюйма (1140 мм) в середине пролета были расположены в поперечных сечениях при изгибе трещин.
Для образца B4, измерения деформации стали указывают, что первый стальной арматуры уступил 18 дюймов (460 мм) сечения (под нагрузкой одна точка) на нагрузку от 0.89P ^ югу тах. Стали на среднего сечения дали вскоре после этого. После того как стали выходы на сечение, FRP должны противостоять самым силы натяжения, которая развивается из-за дополнительных момент, прилагаемый к этому разделу. Таким образом, можно видеть, что FRP деформаций в этих двух разделах быстро растет следующем относительно небольшой нагрузке прирост показали (0.95P ^ ^ макс к югу). Стали уступил -18 дюйма (-460 мм) сечения (под другой точке нагрузки) при нагрузке от 0.96P ^ югу тах. Для небольшой прирост за этот груз, штамм FRP в этом разделе начал быстро расти, а.
Помимо 0.96P югу ^ тах уровень нагрузки, деформации FRP в середине пролета начал несколько снизится, как нагрузка возросла до 0.97P ^ югу тах. Тест ненадолго остановился на этом уровень нагрузки, который соответствует середине пролета смещение 0,9 дюйма (22,9 мм). Местные FRP нарушение сцепления, как показано на рис. 9 видно простирается от трещины в середине пролета разделы и под нагрузкой точек.
Поскольку нагрузка возросла с 0.97P ^ югу тах, чтобы P ^ ^ макс к югу, FRP штаммов в регионе момент максимального продолжает увеличиваться. После этого пика нагрузки была достигнута, однако, дальнейшего перемещения пучка (примерно 0,10 дюйма [2,5 мм] для этого образца) в результате постоянной или уменьшается FRP штаммов в этом регионе сопровождается резким увеличением FRP штаммов растекающегося к одному концу полосы (отрицательном направлении на рис. 8). Это свидетельствует о том, что как только локально debonded длины срослись между трещинами разделы вблизи точки нагрузки, нарушение сцепления быстро распространяются на один конец FRP. Менее 0,5 сек после окончательного штаммов показано на рис. 8 были записаны полосы FRP debonded полностью по длине, которая включает весь регион момент максимального и распространяется на один конец полосы. Общая пиковая момент, отвечающий это крепление провал FRP было принято в качестве экспериментального момент потенциала M п ^ к югу, ехр ^ усиленного образца. После нарушение сцепления FRP произошло, поведение укрепить образцов точно соответствовать поведение unstrengthened образца ..
Пластичности образцов была сильно пострадавших от введения FRP. Это видно из сравнения член индексов пластичности восемь образцов приведены в таблице 2. Член индекс вязкости рассчитывался как отношение прогиба в середине пролета в связи с тем, чтобы прогиба в середине пролета на податливость арматурной стали. Пластичности индекс unstrengthened пучка фактически превысила значение таблицы, поскольку это испытание было прекращено до потери несущей способности. Пластичности индекс unstrengthened пучка было примерно 10 раз выше, чем укрепление образцов.
Момент выхода M ^ югу у, ехр ^ и отклонение Предельный FRP деформации
Влияние циклов нагружения в процессе отверждения эпоксидной (образцы с тонкой эпоксидной смолы и FRP толщиной 0,055 дюйма [1,4 мм])
Четыре образца, B1 до B4, были протестированы, которые толщиной от 0,055 FRP дюйма (1,4 мм) и толщиной эпоксидных, что было достигнуто после установки с инструкциями изготовителя. Эти образцы были призваны представлять фактическую сумму FRP укрепления предоставляется на мемориал моста. Четыре образцов отличались только по отношению к интенсивности нагрузки циклов применяются в укреплении. Нагрузка-смещение поведения для этих образцов сравниваются на рис. 6.
Сравнивая поведение образцов (B2-B4), которые подверглись воздействию циклов нагружения в укреплении поведение укрепить образца (B1), что не было, очевидно, что циклов нагрузки не приведет к снижению эффективности FRP укрепления. Напротив, каждый из низко-и образцов высокой интенсивности цикла на самом деле немного сильнее (в пределах 4%) по сравнению с бывшие в употреблении образца. Нет тенденция связана предел прочности пучки с интенсивностью нагрузки циклов. Кроме того, каждый образец, который подвергается циклов во время укрепления были большие деформации в FRP в связи с тем Увеличение провал штамм 16, 12 и 22% для балок, низко-, средне-и высокой интенсивности циклов, соответственно.
Хотя конечной преимущества циклическое образцы были не намного больше, чем бывшие в употреблении образца, циклическое образцы всех достигли большего отклонения до отказа. Увеличение прогиба при отказе от 8 до 10%. Скорее всего, это связано с тем, что FRP для этих трех образцов удалось сохранить большую напряженность в регионе максимальный момент до нарушение сцепления.
В отличие от исследования Барнса и Mays5 говорилось ранее, не было значительной разницы в температуре окружающей среды во время отверждения эпоксидных для пучка образцов в данной работе. Лаборатории с кондиционером, и гидравлический насос был расположен в отдельном корпусе. Таким образом, небольшое увеличение численности циклическое образцов не может быть отнесена к изменениям температуры. Результаты этой серии испытаний показывают, что сохранение военного мемориала мост открыт для движения автотранспорта во время и после установки FRP не снижают эффективность в укреплении.
Влияние толщины эпоксидных (образцы с толстыми эпоксидных и FRP толщиной 0,055 дюйма [1,4 мм])
Было предложено вести к развитию и др. al.7, что уменьшение связи слоя сдвига жесткости в результате использования более толстого слоя эпоксидной может увеличить силу сопротивление FRP до нарушение сцепления. Образцы, В5 и В6, с намеренно утолщенной слой эпоксидной смолы, были протестированы. Нагрузка-смещение ответ из этих двух образцов по сравнению с соответствующим тонких эпоксидных образцов на рис. 10. Для кронштейн две крайности циклов нагружения, B6 образцов не подвергался циклов нагружения в процессе укрепления, в то время образцов B5 подвергался "высокий" циклы интенсивности.
В отличие от результатов предыдущих серий, образца (B5), находящегося во циклов в эпоксидных вылечить достигли немного ниже, чем предел прочности образца (B6), не подвергаются циклов. Деформации в FRP в связи с тем был также ниже, для образца подвергаются циклов. Эти небольшие изменения, однако, в пределах суммы, изменения, которые можно было бы ожидать для сравнения комплект из двух экземпляров.
Для измерений толщины слоя связи значений, приведенных в таблице 1, модель представлена Хармон и др. al.7 дает от 6 до 9% больше, FRP растягивающих сил в связи с тем для толстых образцов эпоксидных (B5 и B6), чем для образцов спутник (B4 и B1). Соразмерно увеличить момент потенциала за счет укрепления (m ^ югу п ехр ^ в таблице 3), B6 составила 13% больше, чем для образцов B1, и максимальное измеряемое напряжение FRP увеличился на 28%. Когда два экземпляра (В4 и В5) подвергаются высокому уровню интенсивности нагрузки по сравнению цикла, однако, к югу Максимальное измеренное FRP деформации для образцов B5 на 4% меньше, чем для образцов B6. Из-за ограниченного круга эпоксидных толщины испытаны и небольшое количество образцов, не можно сделать вывод о влиянии толщины слоя эпоксидной.
Влияние толщины FRP (образец с тонкими эпоксидных и FRP толщиной 0,075 дюйма [1,9 мм])
Окончательного образца, B7, была укреплена FRP полосы толщиной 0,075 дюйма (1,9 мм). Его loaddisplacement поведение по сравнению с 0,055 спутником в. (1,4 мм) образца FRP (B4) на рис. 11. FRP был установлен в соответствии с рекомендациями изготовителя, так эпоксидной был классифицирован как "тонкий". Пучка была подвержена высоким циклы интенсивности нагрузки во время отверждения эпоксидных период. Образца не удалось в тот момент, примерно на 3% больше, чем товарищ образца (B4). Максимальное измеренное FRP деформации образца с более толстыми FRP было 88%, что измеряется в B4. Тем не менее, при рассмотрении увеличилась площадь поперечного сечения полосы FRP, полная сила FRP, разработанные в толще FRP до нарушение сцепления была 120%, что развитые в тонком FRP. Это увеличение находится в согласии с 20%-ное увеличение силы FRP предсказать с помощью модели для данного типа отказа от Хармон и др. al.7, в которых потенциал пропорциональна квадратному корню из толщины FRP.
Следует отметить, что использование более толстых FRP в настоящее время результаты в один или два наказания для конструктора. Во-первых, анализ с использованием ограничивающих деформации FRP МСА 440.2R-023 дает никакого увеличения силы для толстых полосы FRP относительно тонкие FRP полосы одинаковой ширины. Во-вторых, снижение предельной деформации FRP достижимый с толстой полосы FRP также уменьшает напряжение в арматурной стали на провал. В последнее ACI 3188 и МСА 440.2R рекомендации дизайн, снижение расчетной прочности фактором является функцией растяжения в арматурной стали. Таким образом, в зависимости от величины чистого растяжения в арматурной стали, дальнейшее снижение расчетной прочности может привести, когда толстый FRP полоса используется.
В отличие от прогнозирования ACI 440.2R метод, общая сумма силы противостояли толще FRP в этом исследовании был больше, по сравнению с силой сопротивление тонких FRP. Увеличение толщины FRP, однако, оказалось неэффективным-36% больше, в районе FRP тому, что только 20%-ное увеличение силы FRP на провал.
Без сравнения образца не подлежат циклов нагружения, это невозможно сделать определенный вывод относительно влияния циклов нагрузки на балки укрепили с толстыми FRP. Этот экземпляр, однако, судя по всему, выполнять по меньшей мере, а также сопоставимые образца с более тонкими FRP связанных сравнению с тем же площади контакта.
Ограничение штамм FRP
Как говорилось ранее, ACI 440.2R3 методика ограничивает напряжение FRP используются для расчета номинальной мощности усиленного членов. Расчет ограничивающих деформации Рисунок 12 представляет собой графическое сравнение между крупнейшими деформации FRP, измеренная в любой трещины в каждом разделе укрепить образца и соответствующие ACI 440.2R расчетного значения.
FRP штаммов так и не достигли уровня безотказности предсказал действующим ACI 440.2R метода. Экспериментальные значения колебались от 58 до 74% от прогнозируемого значения для толщины FRP в 0,055 дюйма (1,4 мм). Экспериментальные значения для образцов B7 была 84% от прогнозируемого значения для толщины FRP из 0,075 в (1,9 мм).
Последствия ACI 440.2R завышение предельного штамм FRP можно увидеть в таблице 3. Измеряется емкость момент M ^ югу п ехр ^ о unstrengthened образца 4% больше, чем предсказано потенциала M п ^ к югу, ACI ^, следовательно, соразмерно увеличить момент потенциала за счет укрепления FRP сравнивается с увеличением потенциала момент предсказать на основе применения МСА 440.2R рекомендации Значение Только 0,075 дюйма (1,6 мм), FRP образца выставлены увеличение прочности больше значения, предсказанного в соответствии с МСА 440.2R рекомендации. Таким образом, ACI 440.2R способ прогнозирования нарушение сцепления деформации может быть unconservative на вид укрепления системы FRP использоваться в данном исследовании.
Прогрессирования деформации FRP изображен на рис. 8 и выше свидетельствует о том, что назначение штамма предельных FRP все еще может быть обоснованным, чтобы исключить типа прогрессивных нарушение сцепления провал опытных в этом исследовании. Так как фактический отказ произошел в бетон, однако, ожидать, что достижимые деформации FRP быть ограничено механических свойств (жесткость, прочность на растяжение, и / или разрушения энергии) бетон, а также жесткость FRP системы.
ВЫВОДЫ
Результаты экспериментального исследования подтверждают следующие основные выводы:
1. Бетонные мосты могут быть усилены эффективно FRP, даже если они остаются открытыми для движения в ходе укрепления и
2. Текущего ACI 440.2R3 дизайн рекомендации для вычисления предельного штамм FRP в результате unconservative прогнозы увеличения емкости для шести из семи пучков укрепить с внешним кабале, подвулканизированного, однонаправленное ламинат полосами.
Хотя эти результаты подтверждают первый вывод для конкретных материалов, используемых в данном исследовании, не исключено, что трафик нагрузки могут негативно повлиять другие типы FRP или клея. Тем не менее, тот факт, что по крайней мере некоторые из этих систем может быть установлен без закрытия движения по мостам значительно увеличивает привлекательность FRP как усиление альтернативы. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы установить технические характеристики для систем FRP, которые обеспечили бы адекватное поведение в этих условиях. В идеальном случае такие технические характеристики потребуется только недорогие, малые испытания материалов для проверки соблюдения.
Второй вывод не следует воспринимать как осуждение всего ACI 440.2R методика расчета. Часть посвящена процедуре определения нарушение сцепления FRP штамм, однако, привело к завышению суммы фактических укрепления достигнутых во всех, но один из образцов в этой работе, независимо от того, или нет циклов нагрузки были применены во время укрепления. Как указано в разделе 9.2.1 МСА 440.2R3: "Дальнейшие исследования в области механики связь FRP изгиб укрепление должно привести к более точные методы для прогнозирования расслоения".
Авторы
Поддержка этого исследования была предоставлена Федеральной дорожной администрации (ФДА) и Олдот. Финансирования, сотрудничества и помощи со стороны этих организаций благодарностью. Содержание этого документа отражают точку зрения авторов, которые отвечают за факты и точность представленной информации. Содержание не обязательно отражает официальную точку зрения или политику ФАД или Олдот. FRP материалы для лабораторного исследования были переданы в дар RJ Уотсон, Inc и Ко Файф, LLC.
Нотация
E ^ югу = модуль упругости клея
E ^ к югу с = модуль упругости бетона
E ^ югу F = модуль упругости FRP
E ^ югу ы = модуль упругости стали
е '^ к югу с = сжатие прочность бетона
FR = модуль разрыва конкретных
F ^ югу т = расщепления прочности конкретных
F ^ к югу и ^ = предел прочности FRP
F ^ югу у ^ = предел текучести стали
M ^ югу п = ACI момент мощностей в соответствии с МСА 440.2R-023
M ^ югу п ехр = экспериментальных момент силы
M ^ югу у, = ехр экспериментальных момент выхода
P ^ югу макс = максимальной нагрузки, приложенной к укреплению пучка до отказа
т ^ к югу Ь = толщина эпоксидных
т ^ к югу е = толщина FRP
Ссылки
1. Свенсон К. С., Барнс, RW, "Дизайн Порядок FRP Укрепление войны мост" Мемориал "," промежуточный доклад 930-466, Auburn University шоссе Научно-исследовательский центр, Оберн, штат Алабама, май 2002.
2. Рид, МВт, а Барнс, RW, "Влияние движения нагрузки во время FRP Укрепление мемориал мост", Промежуточный отчет RP-930-466-1, Auburn University шоссе Научно-исследовательский центр, Алабама, октябрь 2004.
3. ACI Комитет 440 "Руководство по проектированию и строительству Внешне Таможенный системы FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2002, 45 с.
4. Макдональд, MD, "Сила Таможенный Shear шарниры, подвергнутого Движения в ходе Cure," Международный журнал Цемент композиты и легкого бетона, В. 3, № 4, ноябрь 1981, с. 267-272.
5. Барнс, RA, и Мейс, GC, "Влияние движения вибрации на застывающий клей во время установки внешних таможенных арматуры," Труды Института гражданских инженеров-структур
6. Эль-Mihilmy, МТ, и Тедеско, JW, "Прогнозирование Анкоридж Неспособность для железобетонных балок с Укрепление армированных волокном полимерные пластины," Структурные ACI Journal, В. 98, № 3, май-июнь 2001, с. 301 - 314.
7. Хармон, T.; Ким, YJ; Кардош, J.; Джонсон, T.; и Старк, A., "Бонд поверхностного монтажа армированных волокном полимерные Арматура железобетонных конструкций", ACI Структурные Journal, В. 100, № . 5, сентябрь-октябрь 2003, с. 557-564.
8. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-05) и Комментарии (318R-05)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2005, 430 с.
Входящие в состав МСА Michael W. Рид инженером на K
Входящие в состав МСА Роберт Барнс доцент кафедры гражданского строительства, Auburn University. Он является членом комитета ACI 408, Бонд и развития арматуры; Совместное ACI-ASCE Комитет 423, предварительно напряженного железобетона, и секретарь совместных ACI-ASCE Комитет 445, сдвига и кручения. Он получил до н.э. из Технологического института Джорджии и его МФБ и кандидатскую степень в Университете штата Техас в Остине, Остин, Техас
Входящие в состав МСА Антон Шиндлер К. Готлиб является доцент кафедры гражданского строительства, Auburn University. Он получил МФБ и кандидатскую степень в Университете штата Техас в Остине. Он является членом комитета ACI 231, свойства бетона в раннем возрасте. Его исследовательские интересы включают неразрушающий контроль, моделирование гидратации вяжущих материалов, свойств бетона, в раннем возрасте поведение железобетонных конструкций и бетонных моделирования производительности тротуар.
Хван Ву Ли доцент кафедры гражданского строительства, Pukyong национальный университет, Namgu, Пусан, Республика Корея. Он получил степень бакалавра наук Сеульского национального университета, Сеул, Южная Корея, а также степень магистра и доктора философии Корейский институт науки и технологии, Тэджон, Республика Корея. Его исследовательские интересы включают поведения и проектирования предварительно напряженных железобетонных мостов, оценка и восстановление существующих структур, а надежность анализа и оптимального проектирования структурных систем.