Высокопроизводительных волоконно-армированного цемента композиты: Альтернатива для сейсмических проектирования конструкций

Обзор последних приложений растяжения упрочнения, высокопроизводительных волоконно-армированного цемента композитов (HPFRCCs) в сейсмостойких структурах. Применение обсудили включать членов со сдвигом доминируют реагирования, таких как луч колонки связей, малоэтажном стен, а также в связи пучков, а также изгиб члены подвергаются большой откат перемещения. Результаты, представленные в данной работе показано, что HPFRCC материалы являются эффективными в повышении прочности на сдвиг, смещение потенциала, а также ущерба терпимости в члены подвергаются большой неупругих деформаций. Использование HPFRCCs в пучке колонки соединений позволило полной ликвидации совместного поперечной арматуры, приводя к выдающимся терпимости ущерба. Кроме того, HPFRCC малоэтажном стен выставлены дрейфа потенциала больше, чем 2,0% лишь незначительные повреждения в дрейфует в диапазоне от 1,0 до 1,5%. Одним из самых обнадеживающих результатов наблюдается в HPFRCC изгиб членов неармированных при сдвиге, который отменил устойчивого циклического сдвига напряжения достигает 2,7 МПа до 6,0% пластического шарнира вращения ..

Ключевые слова: балки; волокон; суставов; сдвига; стены.

ВВЕДЕНИЕ

Использование волоконно-армированного бетона или цемента композитов (FRCCs) в целях повышения эффективности структурных элементов был предметом многих исследовательских проектов в течение последних нескольких десятилетий (см. Balaguru и Шах 1992; Нааман и др.. 1996; Adebar и др. . 1997; Krstulovic Опара-1999; Парра-Монтесинос 2003). Как правило, FRCCs показали свою эффективность в повышении структурной производительности в члены под действием силы тяжести груза, а также в увеличении сдвига прочность, пластичность, диссипация энергии и ущерб терпимости в члены подвергаются обратной циклической нагрузки (Henager 1977; Jiuru и др.. 1992; Filiatrault, Пино и Хауд 1995; Vasconez, Нааман, Уайт, 1998; Парра-Монтесиноса и Уайт 2000a, б; Bayasi и Gebman 2002). Многие типы FRCCs усиленный стальной, полимерной, стеклянной и углеродных волокон были оценены структурных приложений. Как и можно было подозревать, что не все FRCCs ведут себя аналогичным образом и, следовательно, правильный выбор материала имеет важное значение для достижения желаемых структурных производительности ..

Чтобы классифицировать FRCCs на основе их растяжение производительности, Нааман (1987) предложил новый класс FRCCs, именуемое высокопроизводительных волоконно-армированного цемента композитов (HPFRCCs) (см. также Нааман и Reinhardt 1996). Идея новой классификации FRCCs было провести различие между типичной растяжение производительности получены с традиционными FRCCs, характеризуется мягким реакция после первого крекинга, и растягивающие ответ упрочнения с несколькими крекинга экспозиции отдельных видов композиционных фиброцемента. На рисунке 1 показана качественное сравнение между типичными растяжение напряженно-деформированного кривые, соответствующие высокой производительности и регулярные FRCCs. Как можно видеть, HPFRCCs выставки значительно больше возможностей деформации и твердость по сравнению с традиционными FRCCs, что делает их идеальными для использования в члены подвергаются большой неупругих требования деформации.

Хотя использование регулярных FRCCs в сейсмостойких структур привели к обнадеживающим результатам, гораздо больше возможностей, открытых с материалами HPFRCC, должны низкой доли объема достаточно для обеспечения растяжение ответ упрочнения. Применения материалов HPFRCC на сейсмостойкость структур является одним из основных направлений исследований на факультете гражданской и экологической инженерии в Университете штата Мичиган в течение последних нескольких лет. Направления исследований в этой теме диапазоне от волокна и материального развития (Li 1993; Нааман 1999), крупномасштабные структурные приложений (Vasconez, Нааман, Уайт-1998; Парра-Монтесиноса и Уайт 2000a, б; Ся и Нааман 2002, Ким и Парра 2003-Монтесинос; Canbolat, Парра-Монтесинос, а Уайт 2005; Парра-Монтесинос, Peterfreund и Chao 2005). Параллельно с работой провел в Университете штата Мичиган, исследователей из других научных учреждений, также смотрели на сейсмических применения HPFRCCs, такие как сборные опоры моста (Юн и Биллингтон 2002) и сейсмической модернизации дефицита структур (Доган и Krstulovic Опара-2003; Кеснер и Биллингтон 2003).

В этой работе, результаты отдельных научно-исследовательских проектов по данной теме представлены с целью повышения осведомленности в структурных инженерным сообществом потенциала этих материалов для использования в сейсмостойких сооружений. Как будет показано далее, отличные сейсмические характеристики могут быть получены в сдвига критической членов построены с материалами HPFRCC, таких, как луч колонки суставов, приземистые стены, а также в связи балки, а также членов изгиб под действием высоких напряжений сдвига откат, даже , когда практически не поперечной арматуры используется ..

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эта статья рассматривает возможности HPFRCCs для использования в сейсмостойких сооружений. Особое внимание уделяется членам сдвига доминируют ответа или изгиб члены подвергаются высокому сдвига, для которых обширные поперечной арматуры детализация, необходимых для обеспечения адекватного сейсмических поведения. Показано, что существенные сокращения или даже ликвидации поперечной арматуры может быть достигнуто за счет использования HPFRCCs, что упрощает строительство критических областей сейсмостойких сооружений. Кроме того, результаты исследований показывают, что использование материалов HPFRCC приводит к увеличению потенциала смещения и нерешенных терпимости повреждения, которые делают эти композиты привлекательным для снижения необходимости в дорогостоящих ремонтных работ после землетрясения.

HPFRCC МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ

Некоторые материалы HPFRCC были оценены для использования в сейсмостойких структур за последние два десятилетия. До 1990-х, достижение высоких эксплуатационных свойств и упрочнения ответ на растяжение можно было только с помощью большого количества волокон (как правило, в объемных долях V ^ е ^ к югу фибробетона (SIFCON) или навозной жижи-мат проник бетона (SIMCON) (Krstulovic-Опара и Малак 1997). Применение материалов с большой фракции объема волокна, однако, очень ограничена из-за огромных трудностей в материальном смешивание и литье, и, следовательно, структурные инженерным сообществом было в основном ограничено использованием регулярных FRCCs с пределом ответ размягчения, аналогичный показанному на рис. 1. За последние несколько лет некоторые исследователи посвятили значительные усилия в разработке новых волоконно-цементных композитов, которые обладают растяжение ответ упрочнения после первого крекинга требуя низкой фракции объема волокна, как правило, ниже 2,0% (Li 1993; Нааман 1999).

Среди этих материалов, те, армированного стальной или сверхвысоким молекулярным весом полиэтилена (ПЭ) волокон были более детальная оценка сейсмической приложений. Типичные матрицы трехсторонних состоят из цемента, золы, кремень песок 30-70, воды и высокой дальности водоредуцирующим добавки для повышения композитных работоспособность. В упрочнения FRCCs с низким фракций объема, крупного заполнителя, как правило, исключены, поскольку она негативно влияет на растяжение исполнении сводного ..

Два вида стальных волокон были успешно использованы в сейсмостойких элементов: подключили волокон (рис. 2 (а)) и витой волокон (рис. 2 (б)) (Нааман 1999). Упрочнения ответ в противоречие с крючковатым волокон стали были получены при добавлении раствора матрицы в 2,0% по объему часть (Ким и Парра-Монтесинос 2003; Chompreda и Парра-Монтесинос 2005). В этих конкретных случаях, 30 мм длиной и 0,5 мм в диаметре волокна были использованы. В связи с витой волокон стали высокопроизводительные растяжение ответ может быть достигнуто с 1,5 до 2,0% объемной доли. Эти волокна бывают различных сечений (то есть, треугольные, квадратные) и имеют длину от 15 до 50 мм и диаметром от 0,2 до 0,7 мм. На рисунке 3 показана типичная растяжение ответ напряженно-деформированного получены из прямых испытаний на растяжение собаки кость образцы, содержащие зацепило, и искореженной стали волокон. Как можно видеть, хотя оба материалы обладают растяжение ответ упрочнения, композитный кабель с витыми стальными волокнами экспонатов превосходные производительность с большими силы, деформации и прочность потенциала по сравнению с тем, с крючковатым волокон стали ..

Полимерные волокна были также широко используется в HPFRCC сейсмостойких членов. В частности, сверхвысокого молекулярного веса полиэтилена (ПЭ) волокон (рис. 2 (с)) в объеме фракций в диапазоне от 1,5 до 2,0% как было показано, приводят к отличным растяжение ответ с несколькими крекинга моделей (Ким и Парра-Монтесинос 2003; Парра-Монтесинос, Peterfreund и Chao 2005; Chompreda и Парра-Монтесинос 2005). Эти волокна имеют прочность на растяжение 2590 МПа и модулем упругости 117 ГПа, которые обычно используются в длину в диапазоне от 15 до 38 мм с диаметром 0,038 мм. Типичный ответ растягивающие растяжения, полученные с раствором HPFRCC PE содержащий волокна в 1,5% объемной доли показано на рис. 3. По сравнению с волокнами стали HPFRCCs, PE HPFRCCs волокна обычно обладают большей деформации потенциала до локализации повреждения (пик после взлома силы). Однако, они также обладают мягким postcracking восходящей ветви с нисходящим хвост аналогично HPFRCCs с витыми волокон стали ..

Что касается реакции HPFRCCs на сжатие, но и проявлять поведение начальника с большой емкостью деформации по сравнению с обычными бетона. Рисунок 4 показывает, сжимающие кривых напряженно-деформированного получены из ПЭ волокна и зацепило, и искореженной стали волокна HPFRCC цилиндров. Кроме того, показано на рис. 4 идеализированы кривых деформирования очередной бетона с той же прочностью на сжатие (Ахмад 1981). Очевидно, что восходящая ветвь HPFRCCs мягче по сравнению с типичными бетонов в связи с отсутствием крупного заполнителя. После пика ответ, однако, напоминает хорошо только конкретные и, как показано на рис. 4, возможностей сжатия деформации больше, чем 1,0% в неограниченном государство возможны с этими материалами. Таким образом, HPFRCC материалы являются не только привлекательной для увеличения прочности на сдвиг и искажений потенциала в конструкции, но и для отдыха заключения усиление требований в критических регионах сейсмостойких структур при обеспечении достаточного уровня пластичности (Кампионе, Mindess и Цингоне 1999; Парра-Монтесинос, Peterfreund и Chao 2005; Chompreda и Парра-Монтесинос 2005) ..

TARGET ЗАЯВКИ НА HPFRCC МАТЕРИАЛЫ В сейсмостойких СТРУКТУРЫ

В связи с увеличением расходов на строительство, связанных с добавлением волокон в цементной матрице, HPFRCCs, как правило, предназначены для использования только в критических регионах, где неупругие деформации требования могут быть большими и существенное усиление детализация, необходимых для обеспечения удовлетворительного поведения во время землетрясения. В частности, отличные растяжение поведение, демонстрируемое материалов HPFRCC делает их привлекательными для сотрудников со сдвигом доминируют реагирования, таких, как луч-столбец соединения, приземистые стены, а также в связи балки, а также в регионах изгибных члены подвергаются большой неупругих деформаций комбинированных с высокой сдвига, такие, как колонны и структурные основы стены, а также отдельные пластиковые пучка петли регионов в каркасных структур (рис. 5).

В дальнейшем, результаты последних исследований по применению HPFRCCs в члены подвергаются большой откат перемещения обсуждаются для иллюстрации их потенциальные возможности для повышения производительности структурных допуская при этом к значительному снижению или даже ликвидация, требования поперечной арматуры.

Члены со сдвигом доминируют ответ

Из-за большой прочностью на растяжение и напряжение потенциала экспозиции материалов HPFRCC, их использование в члены с низким соотношением сторон предлагает альтернативу увеличение искажений мощность, прочность на сдвиг, а также ущерба терпимости. Некоторые приложения были исследованы в университете Мичиган, в частности, ширина столбцов соединения, малоэтажном стен, а также в связи пучков.

Beam-столбец соединения-Beam-столбец соединения железобетонных конструкций кадр часто подвергаются большой сдвиг требует напряжения во время землетрясений. Для обеспечения надлежащего исполнения под нагрузкой откат, Объединенный комитет ACIASCE 352 рекомендаций (Объединенная ACI-ASCE Комитет 352 2002) создание особых условий для сейсмических детализации пучка столбцов соединения. Эти положения включают существенные поперечной арматуры, чтобы обеспечить заключение в связи региона, верхние пределы для совместной напряжения сдвига, а также минимальные длины крепления продольного пучка и столбцов баров. Традиционно, железобетонных связей пучка колонки были разработаны следующие силы подхода. В последнее время с ростом внимания к структурной эффективности и оценки ущерба при землетрясениях, ряд исследователей были направлены на изучение не только силы, но и деформации потенциала железобетонных связей луч-столбец (Pantazopoulou и Боначи 1992; Боначи и Уайт, 1996; и Парра-Монтесиноса и Уайт, 2002).

Если ущерб, которые подлежат контролю в железобетонных соединения, а затем совместное искажения сдвига следует удерживать на низком уровне, примерно 0,5% ниже, лишь незначительные повреждения в умеренной и ниже 1,0% для предотвращения серьезного ущерба. Альтернативные философии, которую следует соблюдать в связи конструкция состоит из использования высокообогащенного ущерб устойчивые материалы, такие как HPFRCCs, для увеличения совместной деформации но с небольшой ущерб, и тем самым разгружает другими конструктивными элементами из больших неупругих требования деформации во время землетрясения ..

Потенциал HPFRCC материалов для использования в гибридных железобетонной балки колонна стали (RCS) связей, и, что еще недавно, в связи железобетонных оформлена структур, был исследован Парра-Монтесиноса и Уайт (2000a, б), и Парра- Монтесинос, Peterfreund и Chao (2005), соответственно. Рисунок 6 показывает детали, используемые в стандартных связи RCS. В этих соединений RCS, стали луч проходит через постоянно железобетонная колонна. Подключение заключения обычно предоставляется через перекрытие П-образные стремена, проходящих через отверстия, просверленные в стенке стальной балки. Кроме того, близко расположенные стремена требуется чуть выше и ниже балок стали увеличение конкретные несущей способности, а также для передачи сдвига в регионы связи за пределами ширина балок.

Чтобы устранить необходимость в обручах за пучка глубины, а также влияние увеличения терпимости ущерб, материальный HPFRCC (именуемого инженерных цементная композитного [ECC] [Li 1993]) был предложен для использования в связи RCS по Парра-Монтесиносом Уайт (2000a, б). Этот материал, содержащийся ECC PE волокон в 1,5% по объему фракции. Один примерно 3/4-scale внешнего пучка столбцов узла был протестирован в соответствии большой откат перемещения оценить потенциальный материалов HPFRCC в качестве замены совместных поперечной арматуры. Рис 7 (а) и (б) показывают, совместное состояние в конце испытания и поперечной силы против сдвига ответ деформации связи ECC, соответственно. Как видно на рис. 7 (а), образец материала с ECC проявляли большое количество волос диагональные трещины небольшое повреждение в конце испытания (5,0% дрейфа). Что касается сдвига ответ искажения (рис. 7 (б)), то ясно, что связи ECC выставлены отличную производительность в ходе испытания, хотя и не поперечной арматуры был использован в связи региона.

Тот факт, что связи ECC устойчивого пик искажений сдвига примерно 2,0% лишь незначительный ущерб, позволяет судить о ее задолженности терпимости ущерба. Кроме того, в этой связи HPFRCC на 50% сильнее, чем спутник связи стандарта RCS построены с перекрытием П-образные стремена и регулярные конкретные ..

Рис 8 (а) и (б) показывают, внимательно посмотреть на картину растрескивания экспозиции очередной конкретные связи RCS, аналогичный показанному на рис. 6 и связи ECC, соответственно. Как видно, очередной конкретные связи устойчивый серьезный ущерб с диагональю трещины шириной более 5 мм. Связи ECC, с другой стороны, наблюдалось значительно большее число трещин значительно меньше ширины по сравнению с регулярным конкретные совместные. Хотя трещины в связи ECC было трудно заметить даже на несколько сантиметров от колонки на лице, трещины в очередной конкретные связи могут быть легко определены в нескольких метрах от поверхности образца. Стоит отметить, что только ограниченный ущерб из-за ношения стальной балки на окружающую конкретные наблюдался в связи ECC, в отличие от широкой вертикальной трещины, которые образуются в передней и задней колонки лица очередной конкретного соединения.

Аналогичные результаты были получены при испытаниях два железобетонных связей пучка столбец, в котором заключение укрепления были полностью устранены с помощью материала PE HPFRCC содержащие волокна в 1,5% по объему фракции (Парра-Монтесинос, Peterfreund и Chao 2005). Эти соединения могли поддерживать напряжение сдвига требует сопоставимых в максимально допустимого предела в главе 21 ACI 318-02 (ACI Комитет 318 2002), лишь незначительные повреждения.

HPFRCC материалы были признаны эффективными в снижении скольжения арматуры, проходящей через луч столбцов соединения. Во время испытаний в RCS и железобетонных связей пучка колонки, связь между арматуры и окружающих HPFRCC материала практически неизменным даже после бар приносит, предотвращая возникновение больших концентрированных поворотов на совместном лица с соответствующим сокращением в жесткости и диссипации энергии потенциала. В случае, железобетонных связей, пик среднее напряжение облигаций 10 МПа была оценена в бар деформации растяжения превышает 1,0%.

Малоэтажное стенах HPFRCCs были успешно использованы в слегка усилить малоэтажном стен (Ким и Парра-Монтесинос 2003) в повышении их потенциала перемещения при воздействии на большой откат перемещения. Железобетонные выставки приземистые стены ограниченными возможностями дрейф, как правило, ниже 1,0%. Кроме того, надлежащее арматурной стали подробно требуется, чтобы избежать преждевременного диагональных растяжения или сжатия неудач, раздвижные разрушение при сдвиге, и дробление регионов стены границы. Для оценки возможности увеличения дрейфа потенциала в приземистые стены с использованием передовых цементных материалов, два малоэтажных стены сдвига службы к глубине отношение 1,5 недавно были протестированы Ким и Парра-Монтесинос (2003). Одна стена была построена с HPFRCC PE содержащий волокна в 1,5% объемной доли, в то время HPFRCC в другом образце содержится 2,0% объемной доли волокон крючковатым стали. Кроме того, обе стены образцы были направлены на выставке диагональных провал напряжения с ограниченными изгиб уступая лучше оценить стены срез искажения и вклад волокна прочность на сдвиг.

Вертикальные и горизонтальные отношения укрепление 0,21 и 0,13% были предоставлены в каждой стены, которые ниже минимальной величины, указанной в Строительный кодекс ACI (ACI Комитет 318 2002). Кроме того, ни заключения подкрепление использоваться в зонах стены границы для оценки деформации сжатия потенциала неограниченном HPFRCC материалов и их способность обеспечивать боковую поддержку для основных продольных балок ..

Рис 9 (а) и (б) показывают, боковые нагрузки и дрейф реагирования и растрескивания картины на 2,0% сноса стены с ПЭ волокна, которые были похожи на тех, в черной стене волокна HPFRCC. Как можно видеть, что эта стена выставлены дрейфа мощностью 2,5% при умеренных ущерб на 2,0% дрейфа. В конечном счете, вытащил волокон, что приводит к диагональному провал напряжения. Даже несмотря на 2,5% дрейфа можно считать намного выше разумного спроса дрейфа для малоэтажного стены, большие возможности дрейфа можно было бы получить, если образцы были направлены на поддержание более значительным изгиб неупругих деформаций. Кроме того, расширение возможностей перемещения стенки, волокон в бетонной матрице внесли значительный вклад в стене прочности на сдвиг (по оценкам, около 80%). Что касается поведения зон стены границ, ни значительные бедствия было отмечено в ходе всех испытаний, хотя и не заключение укрепление была представлена и сжатия штаммов, как большой, как 1,0% были достигнуты в крайних волокнах стенки.

Муфта пучков Балки связи структурных стены уже давно представляет собой вызов для инженеров-строителей, из-за высоких требований сдвига введенное во время землетрясений. В 1970-х, обширная исследовательская работа была проведена, в первую очередь в университете Кентербери в Paulay и сотрудники (1971 Paulay; Paulay и Бинни 1974), разработать укрепление детали, которые обеспечили бы удовлетворительное поведение в целом требует искажения. Из этих исследований, новая деталь арматуры для связи пучков, состоит из диагональных арматурных каркасов похожий ферма была разработана (рис. 10 (а)). Тем не менее, строгие требования поперечной арматуры для этих диагональные клетки часто приводят к тяжелым заторов подкрепление с соответствующими трудностями строительства. Кроме того, диагональ арматурных каркасов должны лежать в разных плоскостях, что требует увеличения в связи ширина пучка.

В качестве альтернативы традиционной диагонали железобетонных связи балки, использование HPFRCCs изучали Canbolat, Парра-Монтесинос, и Уайт (2005), устранить необходимость в поперечной арматуры вокруг главной диагонали баров. Два HPFRCC материалы были изучены: один с ПЭ волокна в 2,0% объемной доли, а другой с витыми волокна стали в 1,5% по объему фракции. Хотя усиление требований упрощается использование монолитно-место связи HPFRCC лучи будут налагать дополнительные проблемы с точки зрения строительства. Таким образом, использование сборного HPFRCC балки, в сочетании с регулярными железобетонные несущие стены, был предложен для облегчения строительства и обеспечения надлежащего контроля качества материалов. Рис 10 (б) показывает усиление детали, используемые в пучке HPFRCC связи с витыми волокон стали. Как можно видеть только один слой диагональных арматура поперечное армирование отсутствует вокруг него был использован в связи пучка. Следует отметить, что сокращение по диагонали укрепление связи HPFRCC пучков могут быть достигнуты без ущерба для прочности на сдвиг за счет дополнительного вклада волокон к диагональному силу напряженности ..

Рисунок 11 (а) и (б) показывают, растрескивание картины на 2,0% дрейфа и среднего напряжения сдвига по сравнению с дрейфом ответ для связи с витыми пучка волокон стали, соответственно (Canbolat, Парра-Монтесинос, и Уайт-2005). Как и ожидалось, обширные число диагональных трещин малой ширины образуются в образце на ранних циклов нагружения, а не к образованию нескольких широкий диагональные трещины, что характерно для железобетонных связи пучков. Этот образец HPFRCC выдержали пиковой нагрузки напряжение сдвига около 8,6 МПа (1,1 [радикальных] е '^ с ^ к югу МПа) до 3,0% и 4,0% дрейфа положительные и отрицательные стороны нагрузки, соответственно. При больших сугробов, процесс распада силы начали, как стальной фибры вытащил. Эта сила распада было постепенным, однако, поскольку потеря диагональных потенциал напряженности волокна цементный материал было частично компенсировано увеличением вклада от диагонали баров, которые в силу тех дрейфа уровней вели себя в области упрочнения. Стального волокна HPFRCC связи пучка циклическое до 6,0% дрейф, а затем загружены монотонно до 8,0% дрейф смещения, при которых разрушение из диагональных баров произошло.

Что касается сдвига искажений потенциала, это взаимодействие пучка устойчивого искажения 3,0% в течение обратного циклов нагружения, а чуть больше, чем 6,0% в течение последнего пустяковое дело. Следует отметить, что материал HPFRCC была эффективной в предотвращении потери устойчивости диагональных баров, даже после повреждения локализации произошло ..

Прочность участников в соответствии с большой откат сдвига

В конце регионов балок и колонн сейсмостойких ограждающих конструкций, большое количество близко расположенных обручи должны представить конкретные заключения, сопротивления сдвигу и боковой поддержки продольных балок. Из-за ухудшения состояния сдвига сопротивляется механизмы изгиб членов при перемещении откат (Уайт и Sozen 1975; Aschheim и Мол-1992, Мартин-Перес и Pantazopoulou 1998), ACI Строительный кодекс (ACI Комитет 318 2002), требует использования достаточно поперечной арматуру, чтобы прочности на сдвиг через механизм фермы больше, чем сдвиг спроса, когда пластические шарниры форму на боку. Что касается железобетонных колонн, хотя некоторые конкретный вклад в прочность на сдвиг можно предположить, строгие требования поперечного армирования также указывается в разработке кодексов. Таким образом, программа исследований был проведен недавно в Университете штата Мичиган (Chompreda и Парра-Монтесинос 2005) для изучения возможности использования HPFRCCs расслабиться требования поперечной арматуры в пластическом шарнире регионов изгибных членов ..

С обратной циклических испытаний нагрузки пять HPFRCC изгиб, не имеющих осевую нагрузку проведенного Chompreda и Парра-Монтесинос (2005), а также по результатам испытаний, полученную от других исследователей (Mishra и Li 1995; Фишер и Li 2002), стало Ясно, что HPFRCCs представляют реальную альтернативу уменьшить или даже ликвидировать поперечной арматуры в пластическом шарнире регионов. На рисунке 12 показана установка испытания и участок среднего напряжения сдвига по сравнению с пластического шарнира вращения ответ на изгиб члена, не поперечной арматуры проверен Chompreda и Парра-Монтесинос (2005). Этот элемент был построен с материалом, HPFRCC армированные 2,0% объемной доли волокна PE и содержал лишь продольных балок, представляющих 1,1% процента армирования. Как видно, это HPFRCC изгиб члена демонстрировал отличную ответ с пиком напряжения сдвига от 2,7 МПа (0,40 [радикальных] е '^ с ^ к югу, МПа) на пластического шарнира поворота до 6,0%. Что касается ущерба терпимости, рис. 13 показано состояние пластического шарнира области в странах-членах HPFRCC и железобетонных членов разработан в соответствии с главой 21 ACI 318-02 (ACI Комитет 318 2002) на 4,0% дрейфа.

Как можно видеть, хотя сдвиг спроса напряжение 2,7 МПа был введен на образец HPFRCC, только волос диагональные трещины сложились в пластическом шарнире регионе. С другой стороны, усиленная образца бетон был причинен значительный ущерб широкий изгиб и диагональные трещины. Стоит отметить, что материал HPFRCC была эффективной в обеспечении боковой поддержки продольного пучка баров до пластического шарнира вращения 4,0%. При больших оборотов, бар выпучивания инициативе, которая в итоге привела к усилению разрушения из-за усталости низким цикла. Таким образом, в зависимости от ожидаемых требований вращения, использование поперечной арматуры может быть либо отказаться или предоставляемые в условиях ограниченной суммы по сравнению с необходимыми в данный момент строительные нормы и правила ..

Сейсмические реабилитации

Некоторые исследования были проведены, чтобы оценить возможности сейсмически модернизации структуры с помощью FRCCs (Brunnhoeffer и др.. 2000; Krstulovic-Опара и др.. 2000; Griezic, Кука, и Митчелл 2001; Доган и Krstulovic Опара-2003). Тем не менее, лишь немногие исследования были направлены на применение материалов с низким HPFRCC фракции объема волокна. Ся и Нааман (2002) оценка использования сборного HPFRCC заполнения демпфера элементы для модернизации сейсмических стальных конструкций. В том, что расследование, средней части демпфера элементов был разработан с приведенного сечения, где большинство из неупругих деформаций должны были произойти. На рисунке 14 показано изображение образца, испытания в этого расследования. Исследования также проводились в Стэнфордском университете (Кеснер и Биллингтон 2004) об использовании HPFRCCs для сейсмических модернизации дефицита оформлена структур. В частности, использование небольшим процентом армирования сборных панелей HPFRCC заполнения для повышения прочности, жесткости и диссипации энергии потенциал существующих структур стальным каркасом экспериментально и аналитически оценить.

Рис 15 () показывает эскиз модифицированной методике, предложенной Кеснер и Биллингтон, который состоит из того света панелей заполнения болтами к пучков стальных каркасов. Гистерезисного поведения получить испытание изолированных панелей заполнения HPFRCC показано на рис. 15 (б). Как видно, стабильные ответ может быть получен в сборных панелях с небольшим укрепление подробным до дрейфа примерно 1,5%, что, учитывая дополнительную прочность и жесткость, добавил к структуре, должна быть достаточной для обеспечения адекватного поведения сейсмических модернизированная рамной конструкции ..

Текущие потребности

Хотя большая работа была проведена по использованию передовых волокна цементных материалов в сейсмостойких структур, Есть еще значительные потребности в области исследований по материальной и структурной точки зрения. С точки зрения научных материалов, существует необходимость повышения работоспособности HPFRCCs с различных типов волокон такова, что они могут быть смешаны и бросил в крупномасштабных операций с использованием имеющихся в настоящее время методов строительства. Материал исследования необходимы также на развитие недорогих волокон и оптимизации геометрии в области реагирования на высокопроизводительные, а также материалы учредительных модели для широкого круга HPFRCCs при различных условиях нагружения. Следует отметить, что некоторые из этих работ в настоящее время (например, Хан, Феенстра и Биллингтон 2003), и поэтому не нереалистично ожидать, что эти передовые материалы, которые будут широко доступны в ближайшем будущем.

Чтобы быть в гармонии с на основе оценки выполнения сейсмических процедуры проектирования, дизайна и поведенческие модели не только для прогнозирования силы, но и для деформирования и разрушения оценки, необходимые для различных структурных применения HPFRCCs. Для достижения этой цели, ущерб прогрессу модели, связаны с различными государствами исполнения, должны быть разработаны для изгибных и сдвиговых важных членов. Кроме того, разработать руководящие принципы необходимы такие, что соответствующие послабления в обычных поперечных усиление требований могут быть применены на основе ожидаемых требований без ущерба для структурных безопасности. Параллельно с этими событиями, обширные экспериментальные исследования по поведению членов HPFRCC при перемещении откат имеет важное значение для выполнения калибровки моделей на основе дизайна.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

Краткий обзор последних и возможности применения HPFRCCs в сейсмостойких конструкций в данной работе. Из-за растяжения ответ упрочнения HPFRCC материалы идеально подходят для использования в члены со сдвигом доминируют в поведении или изгиб членов при высоких напряжениях сдвига, для которых существенное усиление детализация, необходимых для обеспечения адекватного сейсмических поведения. Кроме того, большие деформации сжатия потенциала HPFRCCs делает эти материалы привлекательными для сокращения объема заключения подкрепление, необходимых для более конкретных пластичности. По результатам нескольких экспериментальных исследованиях, было показано, что HPFRCC материалы представляют собой реальную альтернативу для повышения структурной производительности в члены подвергаются большой откат перемещения. В частности, HPFRCC материалов приводит к повышению прочности на сдвиг, смещение потенциала, а также ущерба терпимости изгиба и сдвига критической членов, даже если мало или нет поперечной арматуры был использован.

HPFRCC членов со сдвигом доминируют ответ обладают отличными искажения и сдвига потенциала ущерб терпимости, о чем свидетельствуют результаты тестирования пучка столбцов соединения, малоэтажном стен, а также в связи пучков. HPFRCC материалов также показали огромный потенциал для использования в пластическом шарнире регионов изгибных членов. Луч пластического шарнира районах, где нет поперечной арматуры в обратном циклических напряжений сдвига достигает 0,4 [радикальных] е '^ с ^ к югу (МПа) проявили вращения мощностью до 6,0% без значительного распада прочности на сдвиг. Кроме того, сжатие потенциала деформации свыше 1,0% были обнаружены в неограниченном HPFRCC членов. Все это свидетельствует о том, что существенного сокращения или даже ликвидации поперечного армирования требования возможным благодаря использованию материалов HPFRCC.

Таким образом, было показано, что HPFRCC материалы представляют реальной альтернативой для использования в сейсмостойких структур, когда ограниченные возможности перемещения и повреждения терпимости, и / или значительное усиление заторов являются результатом нынешней практики. Разработка дизайна руководящих принципов, однако, необходимые для обеспечения безопасной оптимального использования этих материалов в крупных структурных приложений.

Авторы

Автор хотел бы выразить признательность за поддержку Национального научного фонда США и Университета штата Мичиган, которые обеспечили финансирование ряда научно-исследовательских программ, упомянутые в настоящем документе. Текущая работа в Университете штата Мичиган финансируется Национальным научным фондом по гранту № 0324519 CMS, CMS 0001617, 0421180 CMS и CMS 0408623. Мнения, выраженные в данном документе, являются мнениями авторов и не обязательно отражают точку зрения авторов. Предложения Антуан Е. Нааман и Джеймс К. Уайт, получают высокую оценку. Автор хотел бы также поблагодарить Kulsiri Chandrangsu, Б. Афшин Canbolat, Kwang Ен Ким, Sean Peterfreund, Ши-Хо Чао, и Praveen Chompreda за предоставление некоторых материалов данные, представленные в настоящем документе, и способствует как исследователи в несколько проектов рассматриваются в настоящем документе.

Ссылки

ACI Комитет 318, 2002, "Строительный кодекс Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 443 с.

Adebar, P.; Mindess, S.; Санкт-Пьер, D.; и Олунд, B., 1997, "Shear Испытания волоконно бетонных балок без стремян," Структурные ACI Journal, В. 94, № 1, январь .- февраль, с. 68-76.

Ахмад, SH, 1981, "О свойствах замкнутых бетона при статических и динамических нагрузок", кандидатская диссертация, Университет штата Иллинойс в Чикаго Серкл Департамента материаловедение, Чикаго.

Aschheim М., Мол, ДП, 1992, "Shear прочности и деформируемости RC Столбцы мост, подвергнутого неупругого циклических перемещений", доклад № UCB/EERC-92/04, землетрясения Engineering Research центра Калифорнийского университета в Беркли, Беркли, Калифорния

Balaguru, PN и Шаха, SP, 1992, армированного цемента композиты, McGraw-Hill, Inc, 530 с.

Bayasi, З. и Gebman, М., 2002, "Приведение Боковое укрепление в сейсмических подключения Луч-Column по применению стальных волокон", ACI Структурные Journal, В. 99, № 6, ноябрь-декабрь, стр. . 772-780.

Боначи, JF, и Уайт, Д. К., 1996, "Смещение основе оценки железобетонных конструкций при землетрясениях", Мете А. Sozen Симпозиума: A Tribute из его учеников, SP-162, Ю. К. Уайт и ME Крегер, ред. Американские Бетонные институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 117-138.

Brunnhoeffer, GC; Фаррелл, MB; Хокинс Н.М., Gamble, WL и Shkurti, FP, 2000, "Ремонт железобетонных колонн Использование Матем стали армированного бетона жижи", высокопроизводительных фибробетона в инфраструктурные Ремонт и модернизация , SP-185, Н. Krstulovic-Опара и З. Bayasi, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 187-205.

Кампионе, G.; Mindess, S.; и Цингоне, Г., 1999, "сжатие напряженно-деформированного Поведение нормальной и высокопрочного углеродного волокна железобетонных со стальной спирали", ACI материалы Journal, V. 96, No 1, январь-февраль, с. 27-34.

Canbolat, Б.; Парра-Монтесинос, ГДж и Wight, JK, 2005, "Экспериментальное исследование сейсмических Поведение высокопроизводительных армированных волокном композитных Цемент Муфта Балки", ACI Структурные Journal, В. 102, № 1, январь .- февраль, с. 159-166.

Chompreda П., и Парра-Монтесинос, ГДж, 2005, "Потенциал деформации сдвига и прочность армированных волокном композитных цемента при изгибе членов подвергавшимся перемещения Восстановление", доклад № UMCEE 05-03, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет Мичиган, Анн-Арбор, штат Мичиган

Доган, Э., Krstulovic-Опара, N., 2003, "Сейсмическая Модернизация с непрерывным навозной жижи проникли Матем Куртки Бетон", ACI Структурные Journal, В. 100, № 6, ноябрь-декабрь, с. 713 - 722.

Filiatrault, A.; Пино, S.; и Уд, J., 1995, "Сейсмическая Поведение стали фибробетона внутренних дел шарниры Луч-Column", ACI Структурные Journal, В. 92, № 5, сентябрь-октябрь ., с. 543-552.

Фишер Г., Li, VC, 2002, "Влияние матрицы на пластичность деформационного поведения армированного ECC изгиб членов в рамках обратном циклического нагружения условия", ACI Структурные Journal, В. 99, № 6, ноябрь-декабрь ., с. 781-790.

Griezic, A.; Кука, WD и Митчелл Д., 2001, "Сейсмическая поведение и Модернизация Аутриггер Луч-Column Рамы," Журнал мостов, ASCE, V. 6, № 5, с. 340-348 .

Хан, T.-S.; Феенстра, PH и Биллингтон, SL, 2003, "Моделирование высоко ковкого армированных волокном на цементной основе композитных компонентов при циклическом нагружении", ACI Структурные Journal, В. 100, № 6, ноябрь .- декабрь, с. 749-757.

Henager, CH, 1977, "Сталь Волокнистые, ковкий конкретных совместных сейсмической устойчивостью структуры," Железобетонные конструкции в сейсмических зонах, SP-53, Н. М. Хокинс и Д. Митчелл, ред. Американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган , с. 371-379.

Jiuru, T.; Chaobin, H.; Kaijian, Ю. и Yongcheng Ю., 1992, "Сейсмическая поведение и сдвиговой прочности подставил совместного использования стали армированный бетон," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 118 , № 2, с. 341-358.

Совместное ACI-ASCE Комитет 352, 2002, "Рекомендации по Дизайн Луч-Column соединений в монолитных железобетонных конструкций (ACI 352R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 37 с.

Кеснер, К., и Биллингтон, SL, 2004 ", растяжение, сжатие, и циклические испытания Engineered цементной композиционных материалов", технический отчет MCEER-04-0002, Multi-дисциплинарный центр для сейсмостойкого строительства исследований, Университет штата Нью-Йорк в Буффало , 122 с.

Ким К. и Парра-Монтесинос, Г., 2003, "Поведение HPFRCC Стены Малоэтажное подвергавшимся перемещения Восстановление", с высоким содержанием клетчатки эффективности армированного цемента композиты (HPFRCC 4), Труды Четвертой Международной семинар RILEM, А. Е. Нааман и HW Reinhardt, ред., RILEM Публикации SARL, Cachan Cedex, Франция, с. 505-515.

Krstulovic-Опара, N., 1999, "Использование SIMCON в сейсмических Модернизация и новое строительство", с высоким содержанием клетчатки эффективности армированного цемента композиты (HPFRCC 3), Труды третьего международного семинара RILEM, HW Reinhardt, А. Е. Нееман, ред., RILEM Публикации SARL, Cachan Cedex, Франция, май, с. 629-649.

Krstulovic-Опара, N.; Лафаве, JM; Доган, E.; и Uang, К.-М., 2000, "Сейсмическая Модернизация с разрывными жижи проникли Матем бетона (SIMCON) Жакеты", высокопроизводительных фибробетона в Инфраструктурные Ремонт и модернизация, SP-185, Н. Krstulovic-Опара и З. Bayasi, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 141-185.

Krstulovic-Опара, N., и Малак, S., 1997, "Предел Поведение навозной жижи проникли Матем бетона (SIMCON)," ACI журнал Материалы, В. 94, № 1, январь-февраль, стр. 39. -46.

Li, VC, 1993, "От Микромеханика для зданий и сооружений-Дизайн Цементные композиты применению в подземном строительстве", JSCE Журнал структурной механике и сейсмостойкого строительства, V. 10, № 2, с. 37-48.

Мартин-Перес, Б. и Pantazopoulou, SJ, 1998, "Механика бетона Участие в циклических сдвигового сопротивления RC," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 124, № 6, с. 633-641.

Mishra, D., и Ли, VC, 1995, "Выполнение ковкого пластического шарнира Разработанный с Engineered Цементные композитный," UMCEE Отчет № 95-06, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет Мичигана, Анн-Арбор, Mich .

Нееман, AE, 1987 ", высокопроизводительных волоконно-армированные композиты Цемент", железобетонных конструкций для будущего ", IABSE симпозиум, Цюрих, с. 371-376.

Нееман, А. Е., 1999, "Волокна с Слип закалки Бонда," High Performance армированного цемента композиты (HPFRCC 3), Труды третьего международного семинара RILEM, HW Reinhardt, А. Е. Нееман, ред., RILEM Публикации SARL, Cachan Cedex, Франция , май, с. 371-385.

Нееман, АЕ Paramasivam, P.; Балаш, G.; Bayasi, ZM; Eibl, J.; Эрдели, L.; Хассун Н.М., Krstulovic-Опара, N.; Li, VC, и Лорман, Г., 1996 , "Усиленная и предварительно напряженного бетона HPFRCC использованием матриц," High Performance армированного цемента композиты 2 (HPFRCC 2), Труды Второй Международный Семинар RILEM, А. Е. Нааман и HW Reinhardt, ред., E

Нееман, AE, и Reinhardt, HW, 1996, "Характеризация с высоким содержанием клетчатки усиливали цементных композитов-HPFRCC", с высоким содержанием клетчатки усиливали цементных композитов 2 (HPFRCC 2), Труды Второй Международный семинар RILEM, А. Е. Нааман и HW Reinhardt, E

Pantazopoulou, S., и Боначи, J., 1992, "Рассмотрение вопросов о Луч-Column суставы", ACI Структурные Journal, В. 89, № 1, январь-февраль, с. 27-36.

Парра-Монтесинос, Г., 2003, "HPFRCC в сейсмостойких конструкций с нынешних знаний и будущие тенденции", с высоким содержанием клетчатки усиливали цементных композитов 4 (HPFRCC 4), Труды Четвертой Международной семинар RILEM, А. Е. Нааман и HW Reinhardt, EDS ., RILEM Публикации SARL, Cachan Cedex, Франция, с. 453-472.

Парра-Монтесинос, ГДж; Peterfreund, SW, и Чао, S.-H., 2005, "Высоко ущерб устойчивые Луч-Column суставы благодаря использованию высокопроизводительных волоконно-армированные композиты Цемент", ACI Структурные Journal, 102 В. , № 3, май-июнь, с. 487-495.

Парра-Монтесинос Г., Wight, JK, 2000a, "Сейсмическая Поведение, прочность и Модернизация RC Луч Колонка к стали соединения", доклад № UMCEE 00-09, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет штата Мичиган , Анн-Арбор, штат Мичиган, 296 с.

Парра-Монтесинос Г., Wight, JK, 2000b, "Сейсмическая Ответ Внешний RC Луч Колонка к стали соединения" Журнал строительной техники, ASCE, В. 126, № 10, с. 1113-1121.

Парра-Монтесинос Г., Уайт, Д. К., 2002, "Прогнозирование прочности и Shear искажения в R / C Луч-Column суставов," SM Uzumeri симпозиума: Поведение и проектирование железобетонных конструкций на сейсмические характеристики, SP-197, SA Шейх и О. Байрак, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 191-214.

Paulay, T., 1971, "Муфта Балки железобетонных стен Shear" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 97, № ST3, с. 843-862.

Paulay, T., и Бинни, JR, 1974, "по диагонали Железобетонная Муфта Лучи Shear Стены", Shear из железобетона, СП-42, т. 1, Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 579-598 .

Vasconez, RM Нееман, А. Е. и Wight, JK, 1998, "Поведение HPFRC соединения для сборного железобетона рам обратном циклического нагружения," PCI Journal, т. 43, № 6, с. 58-71.

Wight, JK, а Sozen, М., 1975, "Сила Распад RC колонны под Shear Убыток" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 101, № ST5, с. 1053-1065.

Ся, З., Нааман, AE, 2002, "Поведение и моделирование загущения фибробетона элемент демпфера для железобетонных Shear стены", ACI Структурные Journal, В. 99, № 6, ноябрь-декабрь, с. 727-739.

Юн, JK, и Биллингтон, SL, 2002, "Экспериментальное и численное исследование сборного несвязанных после напряженной мост Колонны с Engineered Цементные композиты", 02-03 Research Report, Корнельский университет, Итака, штат Нью-Йорк

Входящие в состав МСА Густаво J. Парра-Монтесинос является доцент кафедры гражданского строительства в Мичиганский университет, Анн Арбор, штат Мичиган он секретарь комитета ACI 335, композитный и гибридных структур, а также является членом комитетов МСА 318-F, Новые материалы, товары и идеи, 544, армированного волокном бетона, а также совместное ACI-ASCE Комитет 352, узлов и соединений в монолитных бетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают сейсмических поведения и проектирования железобетонных гибридных железобетонных и волоконно-железобетонных конструкций.