Сталь, свободной композитный плитка, произведенная из реактивного порошковые материалы и фибробетона
Эта статья описывает предлагаемый дизайн для палубных плит плит-на-балки мостов и деталей соответствующих экспериментов. Дизайн сочетает в себе две сложившиеся подходы-канадской стальной свободный фибробетона (FRC) плиты и высокоэффективных реактивных порошковых композиционных материалов (RPCM)-для решения проблемы износа бетонных плит из-за коррозии встроенных подкрепления. Nonreinforced сборных панелей из RPCM и удерживается с помощью внешних ленты стали служить в качестве постоянных опалубки для монолитного на месте FRC. Две материалы производятся через композитный легкой подготовки поверхности, что придает текстуре аналогично печать листов воздух-клеточной упаковки, а также путем сдвига шпильки лямок и опорных балок. Slant сдвиговых испытаний композитных RPCM и FRC цилиндров заверил, что предложенная структура поверхности относительно грубой, где коэффициент трения равна 1,24. Half-промышленные испытания по предложенному композитных плит доказано, что RPCM сборных и монолитных место FRC себя compositely до разрушения.
Ключевые слова: связь; мостов; волокна; опалубки; сдвига.
ВВЕДЕНИЕ И ИСТОРИЯ
Быстрые темпы износа мост палубы, вызванной коррозией вложенных арматурной стали, вызывает растущую веру среди многих инженеров, хороший подход к решению этой проблемы заключается в значительном сокращении количества подкрепления изучения всеобъемлющей effect.1, 2 Один инновационной системы, разработанной первым муфтием и др. al.3 в Канаде, принял этот подход дальше, ликвидировав все укрепления в сдержанной бетонных плит. Это steelfree плита опирается на всеобъемлющих мер в бетон, который способствует стальными лентами, которые подключаются опорные фермы и поперечно удержать плиты. После обширных экспериментальных исследований, 4,5 этой системы видели практического применения моста через несколько палуб прототип построен в Canada.6 Хотя изначально этот проект привлек большое внимание во всем мире, главный недостаток вскоре был очевидным, а именно, продольных трещин на нижней поверхности Плита между girders.7 Это крекинга, казалось, неотъемлемой чертой стали свободной плиты из-за слабой прочности бетона и при отсутствии подкрепления, которые обычно распределяет напряжения приводит к многочисленным небольших трещин, а не несколько широкие, .
Дополнительные эксперименты в Canada8, 9 и Japan10 и постоянный контроль за существующих bridges11, 12 показали, что растрескивание не представляет никакой угрозы для безопасности стали свободной плит. Обеспокоенность по поводу работоспособности вопросов, однако, такие, как эстетический вид, повреждения асфальтового покрытия, а также ухудшение из-за замораживания и оттаивания-воды в трещины, вызвали скептицизм по этому design.13, 14 Стало очевидным, что прочность на разрыв в нижней части плиты должна быть увеличена до более широкое применение стальных плит свободной мог бы быть реализован. Оригинальных разработчиков этой системы решили укрепить стали свободной плиту из стекловолокна армированной пластмассы (GFRP) сетка встроенных в нижней палубе slab.15 плиты пристани в Canada16 уже построены с использованием этой GFRP- армированных стальной свободной системы ..
Авторы попытались до повышения потенциала растяжение нижней поверхности стальной плиты свободной заменив предварительно напряженных шестов для straps.17 напрягаемой было ограничено из-за ограничений на допустимый растягивающие напряжения, которые могут быть вызваны в бетон верхней поверхности предварительного напряжения. Таким образом, предварительное напряжение задержки распространения продольных трещин, но не может предотвратить его возникновение. После этого, авторы предположили системы, в которой материал с высокой прочностью на растяжение, такие как FRPS будут включены в стальной плите, как свободный специально постоянных formwork.18 Эта опалубка будет действовать compositely с конкретным применением комплексного шпильки FRP. Хотя авторы испытания стальных плит свободной укрепить листов FRP в качестве первоначального расследования этого понятия, 19 дизайн никогда не был реализован из-за технических трудностей, соединительных сдвига шипов на прочную опалубку FRP. Cheng, Karbhari и Seible20 недавно преодолели эту трудность, используя сложные технологии изготовления ребер использованием нескольких слоев различных типов полимерных волокон над специальной пеной, и адгезивной связи этих ребер композитной пластины.
Идея стальной плите свободного включения постоянного опалубки в качестве возможного средства предотвращения продольных трещин не было отсутствуют исследования оригинальными разработчиками стали свободной плиты системы. Они испытаны сборные пластины изготовлены из углеродного волокна армированного цемента, которые служат постоянным опалубка для стали, свободной slabs.21 панелей, однако, не хватало обработки поверхности и не было никакого сдвига разъемы для обеспечения композитных действий. Таким образом, панели debonded во время погрузки и их применение не привело к ожидаемым результатам. Бахт, муфтий, а затем предложил Tadros22 постоянной металлической опалубки, которые также заменить ремни, но без дальнейших испытаний.
Другой новый подход к сокращению встроенной арматуры за счет использования новых высокопроизводительных цементных материалов вместо бетона. Механических и прочностных свойств таких материалов превосходят конкретные и, следовательно, позволяют сократить необходимые reinforcement.23 Нааман и Chandrangsu24 недавно предложил палубе плиты из армированных волокном цементных композитов укрепить только один слой минимальной подкрепление, и испытаны узких участках этой палубе. Новые высокопроизводительные реактивных порошковых композиционных материалов (RPCMs), физические и прочностные характеристики которых превосходят все ранее известные цементных материалов, были разработаны в последние несколько years.25 четырех мостов, в Канаде, Японии 26, 27,28 и Корея, 29 было построено, чтобы продемонстрировать силу этого RPCM где только внешних несвязанных или предварительного напряжения сухожилия были использованы и нет встроенных усиление было необходимо.
Как видно из предыдущего обзора, хотя Есть много инженеров, которые все еще не желают полностью одобряем укрепление свободных плиты дизайн, постоянное развитие, эта конструкция или аналогичные концепции почти наверняка будет видное место среди проектов для лучшего и более прочного палубы на плите-на-балки мостов.
Стали, свободной плиты полностью из RPCM будет первым очевидным выбором. Очень высокую стоимость, однако, не позволяет это высокопроизводительное материал полностью заменить для бетона. Сочетание сборных волоконно-добавил RPCM тонких панелей и монолитно-место фибробетона (FRC), с использованием концепции стали свободной плиты, как предполагается, обеспечить экономически обоснованные и прочные плиты в то время как отрицание недостатков конкретно-только сталь, свободной плиты.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Значение этого исследования в два раза. Во-первых, представив новые стали, свободной модульной системе, она вносит свой вклад в усилия по разработке новых моста палубе систем, которые долговечны и требуют гораздо меньше строительство и содержание фондов. Во-вторых, существует растущая тенденция к использованию высокоэффективных материалов в качестве постоянных опалубка для бетонных конструкций, это исследование дает ценную информацию о связи между этими материалами и бетона под косой сдвиг, изгиб, сдвиг и штамповка условиях нагрузки.
Предложенная конструкция ПО Real Application
Предложенная схема приведена на рис. 1. Модульная steelfree панелей из сборного RPCM предусмотрены в качестве постоянных опалубка для плит из стали-на-балки мостов. RPCM брошены на вершине стали скобами со сдвигом шпильки приварены к обоим концам. Панели имеют сдвига карманы для размещения сдвига шпильки опорных балок, которые могут быть изготовлены из стали, бетона, RPCM, или любым другим материалом. Поверхности этих панелей готова получить относительно грубой текстурой. Бросая RPCM в формах, имеющих аналогичные текстуру, что и дышать общим воздухом ячейки упаковки пластиковых листов (или нажатие этих форм на поверхности RPCM до затвердевания), в результате отпечаток будет круговой вогнутостей с распределением и глубины достаточно, чтобы создать прочную связь между панелями и монолитно-место FRC. Подготовки предлагаемого текстуры воздуха ячейки очень прост, недорог и занимает меньше времени и усилий, затрат, чем машина лечения.
Панели легкие, потому что они тонкие и не стали внутренние присутствует. Это значит, экономить на стоимости их транспортировки к месту. При расположен над балки, панели могут поддерживать строительство нагрузки, не должны быть исправлены до балки. В этих временных нагрузок, ремни "сдерживающее влияние будет побуждать всеобъемлющих мер, которые в свою очередь, будет сопротивление со стороны высокой прочности RPCM (просто при поддержке связан-арка-эффект). Сокращению необходимого поддерживали и полная ликвидация подкрепления укладки средства снизить затраты, понесенные подрядчиком. Экономия на начальных затрат на строительство будет компенсировать в настоящее время высокая стоимость RPCM, необходимые для производства панелей.
До литья FRC, углерода или стекла FRP бары могут потребоваться в тех областях, где подчеркивается в связи с отрицательными моментами, как ожидается, превысит предел прочности при растяжении FRC. Это будет зависеть от расстояния между балками и о том, балки являются непрерывными, или просто поддержку. Они могут быть легко расположен на вершине шпильки сдвига, как показано на рис. 1. После заливки FRC, текстуры поверхности RPCM, шпильки из лямок, и те из балок сделает RPCM композита с FRC. Композитный стальной плите свободный будет иметь очень большое сопротивление, как уже было доказано steelfree плит. Этот проект сможет предотвратить возникновение проблемных продольных трещин при сохранении композитных действий между RPCM и FRC, как будет показано из представленных испытания нагрузки.
Предварительные тесты КОСОСРЕЗАННАЯ НОЖНИЦЫ
Перед проведением испытания на предлагаемом композитных плит, прочность связи между RPCM и FRC должны быть исследованы. В частности, было необходимо для того, чтобы предложили воздуха на поверхности клетки текстуры привели в удовлетворительном связи. Выбрали метод исследования было наклонной испытание на сдвиг, поскольку он подвергает интерфейс стрессовых состояний (сжатия и сдвига), которые ожидаются в композитных плит, более, чем другие виды прочности тесты, такие как растяжение испытание на прочность.
Тесты проводились на баллоны из композитных материалов на 100 мм (3,9 дюйма) диаметр 200 мм (7,9 дюйма) высота с подложкой волоконно-добавил RPCM и наложение обычного бетона с различным содержанием клетчатки. RPCM было поставлено в качестве предварительного смешивания порошка 32% цементных материалов, 11% микрокремнезема, 10% дробленого кварца, 47% песка по массе. Готовые порошок (89,6% от общей массы смеси) смешивают с водой (7,15%), водно-восстанавливающего агента (1,2%), высокой дальности водоредуцирующим примеси (0,5%), органические волокна (1,55%). Волокна были гладкими и круглыми мононити поливинилового ацетата-волокна 15 мм (0,6 дюйма) в длину, 0,30 мм (0,012 дюйма) в диаметре, и имел 882 МПа (128 KSI) прочность на растяжение. Объемный процент волокна в RPCM составлял 3%.
Три вида поверхности текстуры были подготовлены и их детали показаны на рис. 2. Первый был в литом поверхности, полученные путем опрокидывания цилиндра формы 30 ° от горизонтали, литье RPCM заполнить половину цилиндров, оставляя верхнюю поверхность литой без лечения. Вторая была мельница-шероховатой поверхности, полученные путем мелких канавок в двух направлениях по шлифовщик по наклонной поверхности половину цилиндров подготовлен с использованием литой поверхности процедуры. Третий был воздух-клеточной поверхности, подготовленной путем литья RPCM в цилиндре формы с манекеном полуцилиндра вставки, которые листа воздуха ячейки пластика на наклонной поверхности в результате чего отпечаток круговой вогнутости на поверхности RPCM.
Образцов RPCM подложки были погружены в воду при температуре 20 ° C (68 ° F) в течение 2 дней, затем формы были сняты, а образцы паровых вылечить при температуре 90 ° C (194 ° F) в течение 2 дней. Прочность на сжатие подложки RPCM было 138 МПа (20 КСИ) полученные в ходе испытаний на 50 мм
Конкретные наложения была нормальной бетона с водоцементное отношение (в / с) 0,55 по массе. Равнина, бетона с волокнами добавил в 0,1% по объему, и бетона с волокнами добавил на 0,5% по объему не были готовы. Волокна сетчатой fibrillated волокон полипропилена 19 мм (0,75 дюйма) в длину, 1,5
После 28 дней лечения воздуха (20 ° C [68 ° F] и относительной влажности 60%), баллоны из композитных материалов были испытаны на сжатие. Результаты приведены на рис. 3 выразил в виде цилиндра сила рассчитывается путем деления разрушающей нагрузки на crosssectional территория вокруг цилиндра. Рис 3 представлены также результаты однородных цилиндров наложения бетона.
Композитных образцов наклонной все провалились в плоскости стыка, а также результаты композитных образцов с текстурой поверхности воздух-клеточной усредненные 76% прочности однородных цилиндров. Важно было рассчитать коэффициент трения новой текстуры поверхности, так как она не могла быть получена из прошлого литературы. Из равновесия сил на цилиндре и композитных предположении равномерного распределения напряжений, нормальных напряжений и с т сдвиговых напряжений может быть рассчитана по формуле. (1) (см. рис. 4)
S = F ^ югу C ^ соз ^ ^ SUP 2
где / ^ с ^ к югу является составной цилиндр силы, и Применяя теории пластичности для моделирования поведения наклонной образца, нормального напряжения и напряжения сдвига может быть связано с линейной зависимостью
где с явным сплоченности и Сплоченности с впервые вычислил, предполагая, значение (1) и (2). Коэффициенты трения остальные текстуры поверхности Затем были рассчитаны с помощью полученного согласия. Хотя существуют различия в результатах, относящихся к содержанию волокна наложения бетона, как видно на рис. 3, эти различия не были учтены для расчета коэффициента трения, и только средняя численность каждой текстуры поверхности (см. выше баров на рис. 3), используемых в расчетах.
Конверт Мора-Кулона провалом для текстуры поверхности воздух-клетка была построена, как показано на рис. 4 использованием прямой перехват с и наклона цепной пунктирной окружности и получить, подставляя силу однородной цилиндры в формуле. (1) и (2). Часть провал конверт соответствующих однородных образцов обращается также на рис. 4 для сравнения (тонкие прямые линии).
Расчетные коэффициенты трения приведены в Таблице 1 вместе с другими значениями, полученными из literature.31-33 коэффициентов трения измельчителя-шероховатой поверхности, изображающей средний шероховатой поверхностью, а также, что из однородных образцах, представляющих монолитных недостаточность, прекрасно коррелировали со значениями цитируется в других справочниках. Это доказывает, что выше соображения были правильными и коэффициент трения, полученные для текстуры воздуха на поверхности клетки ( Путем сравнения коэффициент трения воздуха текстуры ячейки со значениями шероховатых поверхностей в таблице 1, можно с уверенностью сказать, что это легкая подготовка дает сравнительно грубой поверхности. Предварительные расчеты горизонтального сдвига с помощью полученного коэффициента трения показали, что напряжения не превышает прочность, предусмотренных настоящим поверхности.
КОМПОЗИЦИОННЫХ SLAB ЭКСПЕРИМЕНТ
Три примерно половина масштабе сборных панелей RPCM были изготовлены первые, а потом бросили в недрах FRC был добавлен позже, как будет в случае реального применения. Службы углубленного отношение Группа 33 и окончательного пролета углубленного отношение плиты из панели и монолитно-место FRC было 12 лет. Один контроль плиты, сделанные целиком из FRC, было также сделано для сравнения.
Дизайн толщины и расстояния между ремни, глубина плиты (FRC RPCM и комбинированные), высота задних лапах, а длина сдвига шпильки была проведена в соответствии с положениями CHBDC34 FRC для стальных свободный плиты палубы.
Панели сборные RPCM был пролетом 1000 мм (39,37 дюйма), длина 2000 мм (78,74 дюйма), а толщина в середине пролета 30 мм (1,18 дюйма), которые увеличились на 95 мм (3,74 дюйма) на корточках над фермами. В предлагаемой конструкции для реального применения, толщина панелей RPCM будет постоянной, даже на корточки, чтобы свести к минимуму количество RPCM. Корточках будут заполнены, то литой Inplace FRC, как показано на рис. 1. В эксперименте, однако, постоянную толщину панелей RPCM не придерживался для простоты изготовления. Трехмерной иллюстрацией этих панелей сборного RPCM показано на рис. 5.
Поверхностная обработка RPCM было осуществляется нажатием фанеры плита с воздухом ячейки пластиковых листов вставили на его нижней поверхности, на верхней поверхности панели до затвердевания. Поперечной системы запретительных панелей сборного RPCM состояла шипованных ремней расположены на продольной шагом 472 мм (18,58 дюйма) от центра к центру. Стальной ленты имели толщину 9 мм (0,35 дюйма), ширина 32 мм (1,26 дюйма), а длина 1100 мм (43,31 дюйма). Двуглавый-шпильки диаметром 13 мм (0,51 дюйма) и длиной 120 мм (4,72 дюйма) были сварены в каждый конец ремня.
Как упоминалось ранее, сборных панелей должны сдвига карманы для размещения сдвига шпильки из балок. Другой способ был принят в ходе эксперимента, однако, для облегчения установки и тестирования позволяют использовать тот же опорные фермы более одной плиты. Длинные болты M12 ввинчивается в отверстия, просверленные во стального листа 12 мм (0,47 дюйма) толщиной, а затем были фиксированные с помощью сварки. При наложении RPCM на верхней стороне пластины, голени и головной части болтов выступал в качестве сдвига шпильки и пластинка стала неотъемлемой частью панели RPCM сборных. После высыхания, сборная панель была проведена над опорной балки и торчали болты пластины скользнула в отверстия, просверленные в верхней фланцами балки. FRC помещают в форму толщиной 55 мм (2,17 дюйма) выше панели RPCM. Болты соединения пластин затем закрепляются на орехи, что делает плиту композита с фермы. Нижняя и верхняя планы композитных плит приведены на рис. 6, а также сечения показано на рис.
7. Контроль плиты раздел, аналогичный показанному в верхней части рис. 7, но с однородной разделе FRC. Два композитных плит (CS-1 и CS-2) и управления панели (S-0) были связаны с жесткой балки фиксированной на их концах, чтобы смоделировать ситуацию в реальном мостов, где больших жестких продольных балок используются для передачи нагрузки от плит непосредственно на устоях. Один композитные панели (CS-3) было связано с меньшим балок, которые были просто поддержкой, с целью моделирования случае малых продольных балок перенести нагрузку на больших поперечных балок. CS-1 и CS-2 было никаких различий кроме того, что воздух-клеточной отпечаток CS-2, является несовершенным из-за отсутствия соответствующего давления во время обработки поверхности. В результате этого около 40% площади поверхности с очень мелкими круговыми вогнутости. Это непреднамеренное malmanufacturing дало хорошую возможность, чтобы увидеть, если такое несовершенство повлияет поведение композитных плит ..
Лечение и вещественного состава RPCM были такими же, как и в экспериментах косой срез. Получить прочность на сжатие выше, однако, и составил 167 МПа (24 KSI). Модуль упругости 51,5 ГПа (7500 KSI).
Процент 0,2% по объему fibrillated волокон полипропилена был смешан с монолитно-место бетон композитных плит. Средняя прочность на сжатие FRC на три композитных плит было 50 МПа (7,2 КСИ) и модуль упругости 33 ГПа (4800 KSI). Для контроля однородной плите, прочность на сжатие составляет 54 МПа (7,8 KSI).
Нагрузка была применена через прямоугольную 100
КОМПОЗИЦИОННЫХ SLAB РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
Многочисленные исследования показали, что предел прочности стали, свободной плиты во много раз превосходит необходимую прочность, и что эти плиты имеют звуковой поведения в static3-5 и dynamic8-10 условиях загрузки. Шесть decks6, 16 построен с этой системой были в эксплуатации на протяжении многих лет и находятся под постоянным контролем, чтобы подтвердить безопасность системы в режиме реального загрузки conditions.7, 11,12 Таким образом, этот документ будет сосредоточена главным образом на композитных действий между RPCM и FRC и развития трещины.
Трещины
Для контроля плиты, S-0, исходная трещина увеличилась в длину и ширину с увеличением приложенной нагрузки, поэтому после обычную схему nonreinforced простого бетона slabs.17 При нагрузке 66 кН (14,8 KIPS), соответствующие 25% предельной нагрузки недостаточность, трещины достигнуто Axis-II (рис. 6). При нагрузке 150 кН (33,7 KIPS) (58% от предельной нагрузки), продольной трещины достигли первых края и 170 кН (38,2 KIPS) (65% от предельной нагрузки), она достигла противоположного края. Нижней и верхней стороны плиты контроля после отказа можно увидеть в левом фото на рис. 8. Круговые трещины на верхней поверхности явился сбой, при котором конкретные конуса вырезал, как можно увидеть на фото внизу поверхности. Продольная трещина распространяется на верхней поверхности, разделяющей плиту на две половины.
Бахт и Lam35 и Бахт, муфтий, и Tadros36 утверждать, что продольные трещины, что полностью отделяет стали свободной плиты не представляет опасности видных системы. Вот это-то треск, однако, что сделали многие инженеры и исследователи сомневались полностью утверждении стальной плите свободной системы. Использование RPCM привели в предотвращении возникновения этой трещины, как объяснили в настоящем документе.
Волоконно-добавил RPCM ограниченного распространения первой трещины путем передачи напряжения через несколько мелких трещин. Нижней и верхней поверхности композитных плит можно увидеть в правой части рис. 8. Эти фотографии показывают, растрескивание государства после двух неудач: трещины после неудачи в результате нагрузки на центральную точку приведены в непрерывной черных линий, а также трещины после аварии из-за нагрузки на второй точке, как будет показано ниже в пункте остаточных сил , приведены в штриховой белые линии. Продольных трещин не было, даже в связи с тем, как хорошо видно на фотографиях. Только в момент второй неудачи сделали трещину продлен до края и продвинулись к верхней поверхности. Заметим, что это второе место погрузки находится на очень близком расстоянии (528 мм [20,8 дюйма]) из свободной безудержной края. Волоконно-добавил RPCM распространил подчеркивает, что привело к многочисленным меньше трещин, а также предотвратить продольные трещины, но и ограничивает ущерб в связи с тем, чтобы локализованные области под нагрузкой ..
Композитный действий
Чтобы убедиться, что RPCM и FRC compositely действовал до отказа, некоторые аспекты опыта результате были рассмотрены. Примеры распределения деформаций по двум разделам оси-I, показаны на рис. 9. Прямой деформации распределения по разрезу (стальной ремень не входит) указал композитных разделе. Ремни выступал в качестве внешних связей напряженности, и поэтому их деформации развитие не линейно пропорциональна деформации распределения разделе RPCM-FRC.
В средней части прямо под нагрузкой, показания интерфейс датчика (вставить в верхней части панели RPCM перед заливкой FRC) были прерваны в том, что нагрузка составила около 70% от разрушающей нагрузки. Это четко указано трещин в FRC. Тщательное изучение раздела возле грузового пространства после аварии, однако, оказалось нет разделения между RPCM FRC и произошло. Раздел по глубине части окружности поврежденного участка приведена на рис. 10. RPCM и FRC части были совершенно кабальный и нет разделения было видно. Казалось, что только в ограниченной области непосредственно под загрузку точки разрыва композитных действий было вызвано высокой нагрузки (свыше 70% от разрушающей нагрузки). Это могут быть отнесены в частности, с гладкой поверхностью RPCM непосредственно в месте погрузки, где нет подготовки поверхности была проведена, чтобы вставить датчики, как видно на рис. 5. Выше разрыва составных действий был ограничен к датчику непосредственно под нагрузкой и показаниями других датчиков показали композитных действия примерно до отказа (92% от разрушающей нагрузки), а можно увидеть в правой графе рис.
Другой аспект, который может быть рассмотрен перегруженность ответ верхней поверхности FRC, нижней поверхности RPCM, и ремень, измеренная на уровне средней части под загрузку точки на рис. 11. В композитных плит, в основном linearelastic поведение было получено примерно до предельной нагрузки отказ с указанием действий композитных плит. Напряженности упрочнения характеристики волоконно-добавил RPCM и его способности распространять подчеркивает включить плиту, чтобы поддерживать высокий уровень развития деформаций, которые достигли 10,000
Поведение Слэб CS-2, который несовершенства текстуры воздуха клеточной поверхности RPCM Как описано выше, не сильно отличается от плит CS-1. Таким образом, составной действий будет по-прежнему можно ожидать, если такие ограниченные malpreparation поверхности панелей RPCM произойти.
Отсутствие нагрузки и пластичности
Нагрузки отклонения кривых всех плит, за исключением CS-1, чья кривая была исключена из-за отклонения ошибка получения данных от midtransducer, показаны на рис. 12. Неспособность нагрузок для композитных плит было 294, 282 и 325 кН (66, 63 и 73 KIPS) для CS-1, КС-2, КС-3, соответственно. Эти значения были выше, чем разрушающая нагрузка управления плиты, S-0, который был 259 кН (58 KIPS) и значительно выше, чем учитываться дизайн колесных дисков нагрузок, которые были рассчитаны в соответствии с CHBDC34 для полномасштабного плит и отображается в виде цепочки -пунктирные прямые на рис. 12.
Кривые показывают высокую жесткость композитных плит по сравнению с контрольной плите, которая претерпела большие отклонения до отказа. Деформации контроль плиты, однако, в основном за счет увеличения ширины и глубины продольных трещин, описанных выше. Это привело к повороту две части пластинки по обе стороны от трещины под нагрузкой и, следовательно, большее вертикальное смещение. Композитных плит вел себя почти в linearelastic образом и не вдруг штамповки сдвига. Хотя это типичное поведение сдержанный стали свободной бетонными плитами, предполагалось, что лучше пластичного поведения может быть получен при использовании RPCM. Причина этого жесткого поведения объясняется высокая прочность соединения между плитами и балки, которая была предоставлена в соответствии с требованием, содержащимся в стали, свободной плит из бетона. В последнем плит, высокая жесткость имеет важное значение для обеспечения устойчивости плит после продольной трещины создал.
Потому что нет таких продольных трещин происходит в RPCM-FRC композитных плит, похоже, что связи между плитой и балки должны быть сокращены, если высшее пластичности были востребованы. Слэб CS-3, чья ферма была менее жесткой, чем у CS-1 и CS-2, были несколько увеличены пластичного поведения, как показано на рис. 12. Слэб CS-3 выставлены большие прогибы и не при повышенной нагрузке ..
В крайнем случае простого ролика поддерживает, где свободное вращение возможно, волоконно-добавил RPCM показывает выше пластичности более конкретным. Это проиллюстрировано на рис. 13, в котором представлены результаты четырех пунктов статических испытаний, проведенных авторами на стальные свободные члены сдерживается ремни. Случае ролика поддержки показывает, что ремень-сдержанный RPCM панели способны поддерживать высокий уровень пластической деформации безотказно, и что их поведение пластичных увеличивается, когда соединение балок менее жесткой.
В рамках предлагаемого приложения, после заливки FRC, композитные плиты должны быть увязаны с балок путем сдвига только карманы и связь не будет столь жесткой, как это было в эксперименте. Плит в эксперименте был связан с балки по всей длине в результате чего полностью поддерживать фиксированный состоянии. Связь между комплексной плита плиты и балки должны были быть предоставлены только в двух точках на каждой балке. Связи, то была бы похожа на метод сдвига карманы, что открывает простор для вращения без ущерба для всеобъемлющих мер. Таким образом, в реальном приложении, более пластичного поведения, чем один экспозиции плит эксперимента не ожидается. Предложил способ подключения через сдвига карманы хорошо испытаны и практикуется в случае сборных железобетонных плит. Безопасность такого метода была подтверждена многими исследователями, 37,38 и ранее применялся для сборного бетона обычного только сталь, свободной slabs.39
Предотвращения продольных трещин в композитных плит в результате облегчения растягивающие напряжения в ремни из этих плит. Сравнение штаммов в середине ремень Слэб CS-3 и S-0 на двух различных грузов, приведены на рис. 14. Деформации в ремень Слэб CS-3 было от 60 до 80% ниже, чем у S-0 чьи ремень вынуждено было противостоять вращения за счет продольных трещин. Таким образом, сокращение ремень раздел, который был рассчитан в соответствии с CHBDC34 рекомендации, можно было бы возможным без ущерба для ограничения необходимы для всеобъемлющих действий иметь место.
Остаточная прочность и безопасность
После провала контроль плиты под загрузку в центральной точке, никаких дополнительных Тестирование проводилось, поскольку продольная трещина распространяется на верхней поверхности, разделяющей плиту на две половинки и конкретные конус был полностью вырезал плиты (рис. 8) . В отличие от контроля плиты, эти повреждения не было в композитных плит, которые были нетронутыми от близости от места погрузки. Нет конус был отделен от композитных плит, а удар по всей глубине произошло только в частных окружности вокруг места погрузки. Таким образом, дальнейшее тестирование проводилось с целью изучения остаточной прочности этих плит и для подтверждения их безопасности. Прогиба от нагрузки отношения композитных плит под второй и третьей точкой нагрузки приведены на рис. 15. Слэб CS-1 был загружен в середине пролета Axis-II (рис. 6) за один цикл и не в том, что нагрузка составила 72% от разрушающей нагрузки в его центре. Слэб CS-2 был первым загружен в двух точках Axis-II, каждый из которых расположен на расстоянии 1 / 4 пролета от опоры.
Плита была выгружена на 441 кН (99 KIPS) из-за ограничения на возможности загрузки гнездо. Она была перезапущена на второй цикл в середине пролета Axis-II и не при нагрузке 57% от первой неудачи нагрузки. Слэб CS-3 был загружен асимметрично в одной точке Axis-II, расположенный на расстоянии 1 / 4 пролета из одной балки, до 78% своей первой нагрузки критическая точка. Именно тогда разгрузки и перезагружает до разрушающей нагрузки, что составило 99% от первой неудачи нагрузки в центре. Эти дополнительные испытания композитных заверил, что действия по-прежнему эффективным и продольной трещины не произошло. Во всех этих испытаний, датчики были расклеены вертикально вдоль линии соприкосновения RPCM и FRC на стороне плиты, чтобы отслеживать любые щели между двумя материалами. Эти приборы не зарегистрировали значительное развитие деформаций, а значит, нет трещин произошли в период между RPCM и FRC и композитных действий была сохранена. На данный момент отказа Плиты CS-1 и CS-2, трещины распространяются на верхней поверхности, как показано на рис.
8, а некоторые расстояние между RPCM FRC и была видна на краю. Даже после того, что вторая неудача сдвиг перфорации, однако, никаких частей плиты были отделены и области от близости от загрузки не была затронута (рис. 8) ..
Нагрузки при CS-3, как правило, считается критическом случае нагрузка на арки и, как таковая, она будет иметь решающее значение для onespan стальной плите, где свободный всеобъемлющих действий является доминирующим вблизи провала. Образование трещин вблизи неудача различных по этому делу нагрузки. Трещина на верхней поверхности вдоль противоположной стороне нагрузки (фото на рис. 16). Бедро часть вместе с композитным балки сопротивление вращения введенных нагрузки. Это привело к образованию пластического шарнира в RPCM ниже трещины, как показано на рис. 16. Волоконно-мостов и пластичных характеристика RPCM делает этот материал превосходит бетон в удовлетворении пластиковые петли. Это дает RPCM-FRC композитных плит преимущество по сравнению с FRC-только стали свободной плит. Кроме того, составной действия RPCM и FRC не был прерван во время этой нагрузки случае. Вращения опорной балки были сопоставлены с вращением пластинки, а результаты представлены на рис. 16. Согласованность этих двух поворотов доказали, что нет разделения между RPCM и FRC имели место до отказа ..
Необходимые дополнительные исследования
Дополнительные исследования планируется для того, чтобы прояснить некоторые аспекты, необходимые для проектирования, чтобы быть легко доступны для практического использования. Примеры из этих аспектов подробную информацию о связи между смежными панелями и детали панели для наружной пролетов.
Стальная свободной плиты являются проверенными в динамических условиях погрузки и их усталостной долговечности неудачи оказалась лучше, чем еще гуще slabs.8 RC-10, 15,40 Тем не менее, испытания при циклическом или подвижных нагрузок для проверки стали составной свободной плиты поведение в динамических условиях нагрузки очередной запланированный расследования.
Authors17 и others14 ранее выразил обеспокоенность по поводу возможности коррозии стальной ленты и шпильки стали свободной плит. В проект, предложенный в настоящей работе, RPCM брошен поверх стальной ленты снабжены шипами стали приварены к обоим концам. Следующим шагом в исследованиях планируется производство данного устройства в один ремень со сдвигом шпильки использованием FRP чтобы предотвратить его коррозии. Некоторые конструкции устройства ремень FRP исследованы преодолеть технические трудности подключения FRP сдвига шипами для ремешка FRP потому сварки не представляется возможным в данном случае. Одна из возможностей для этого соединения с помощью FRP стержней, которые проходят через отверстия в пластине FRP, как показано на рис. 17,41
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Предлагаемого композитных стальных плит для свободного плиты-на-балки мостов состоят из модульных панелей из сборного RPCM новых высокопроизводительных и монолитно-место FRC. Контактная поверхность подготовлена с использованием недорогой и простой способ, который был проверен с помощью наклонных испытаний сдвига. На основании результатов экспериментального исследования, следующие выводы:
1. В отличие от обычных постоянных опалубки, straprestrained сборных RPCM панелей, которые используют стальные плиты свободный дизайн способны поддерживать строительство нагрузки без необходимости поддерживали;
2. Предоставление поверхности панелей сборного RPCM с текстурой аналогично отпечаток воздуха ячейки листы пластика приводит к грубой текстурой поверхности с коэффициентом трения равна 1,24. Этот метод проще и занимает меньше времени и effortconsuming, чем машина для лечения;
3. Дизайн RPCM панелей с выступающими шипами из лямок и сдвига карманы для размещения сдвига шпильки из балок, а также структура поверхности воздух-клеток, обеспечивает полную композитных действий между RPCM и castinplace FRC. Эта сложная будет сохранено, даже если часть поверхности не предназначенных структуры;
4. RPCM-FRC композитных стальных плит свободной не развиваются продольные трещины вдоль нижней поверхности между балками. Продольных трещин, как правило, наиболее проблемных недостаток обычных стальных свободной плит;
5. Когда новые композитные плиты подключен к опорной балки на выделенных местах сдвига карманы только плиты покажет пластичного поведения, сохраняя при этом необходимую сдержанность для всеобъемлющих мер, которые необходимо эффективно;
6. Способность волоконно-добавил RPCM для передачи напряжения через трещины и формы пластическими шарнирами, дает этим композитных плит еще одно преимущество над FRC только steelfree плит, а также
7. Поскольку усиление укладки и поддерживали не нужны в этой конструкции, расходы на строительство положительно сказалось. Другие ключевые преимущества включают высокую прочность RPCM и долгосрочной экономии средств за счет сокращения содержания. Таким образом, RPCM-FRC композитный стальной плите, свободной, как полагают, относительно низкая стоимость жизнеобеспечения.
Авторы
Опыты частично финансируется за счет Сасакава Научно-исследовательский грант от Японского научного общества. Слэб производства был любезно Ланд ООО для конкретных продуктов в Окаяма, Япония, в сотрудничестве с С. Мацуока и Х. Танака из проектов Департамента развития. Плиты были испытаны в лаборатории структурных Института Wood Technology, Акита префектуры университета, с любезного разрешения Т. Сасаки. Студент А. Сайто помощь во время опытов.
Ссылки
1. Тейлор, SE; Рэнкин, GIB и Клленд, DJ, "Арчинг действий в высокопрочных бетонных плит," Труды Института гражданских инженеров: зданий и сооружений, В. 146, № 4, 2001, с. 353 - 362.
2. Коллингс Д., "Проектирование моста Палубы Используя Арчинг эффекты," Труды Института гражданских инженеров: зданий и сооружений, В. 152, № 3, 2002, с. 277-282.
3. Муфтий А.А., Jaeger, LG; Бахт, B.; и Вегнер Л.Д., "Экспериментальное исследование фибробетона палубе плиты без внутреннего арматуру," Canadian Journal гражданского строительства, V. 20, № 3, 1993, с. 398-406.
4. Бахт, B., и Agarwal, AC, "Deck плиты мостов Косые балки", Canadian Journal строительства, В. 22, № 3, 1995, с. 514-523.
5. Торберн, LJ, и муфтий, А. А. натурных испытаний внешне Железобетонная FRC мост палуб, на стальные балки, "Труды 23-й ежегодной конференции СБСЕ, Оттава, Канада, т. 2, 1995, с. 543-552.
6. Бахт, B., и муфтий, А. А., "Пять Стальная свободной палубой плиты в Канаде," Проектирование зданий и сооружений International, IABSE, V. 8, № 3, 1998, с. 196-200.
7. Муфтий А.А., Ньюхук, JP и Махони, MA, "Салмон-Ривер Бридж Филд Оценка палубе крекинг", Труды 27-й ежегодной конференции СБСЕ, Regina, Канада, 1999, т. 1, с. 51-56.
8. Муфтий А.А., Banthia, N.; и Бахт, B., "Усталость Испытания сборных панелей Арк", Труды 3-й Международной конференции по бетону в тяжелых условиях, Ванкувер, Канада, 2001, с. 1032-1041.
9. Limaye, V.; муфтий А.А., Бахт, B.; и Батт, SD, "Сталь-бесплатные плиты палубы при циклическом нагружении", Труды 6-й Международной конференции по кратко-и среднесрочной Span Мосты, Ванкувер, Канада, V. 2 , 2002, с. 1311-1319.
10. Мацуи, S.; Токай, D.; Хигасияма, H.; и Mizukoshi, М., "усталостной долговечности армированного волокном бетона палуб под проточной нагрузка на колесо," Труды 3-я Международная конференция по бетону в тяжелых условиях, Ванкувер, Канада , 2001, с. 982-991.
11. Таинг, KK; Cheng, JJR и Afhami, S., "Полевая оценка Кроучайлд моста в Калгари, Альберта," Труды 27-й ежегодной конференции СБСЕ, Regina, Канада, 1999, т. 1, с. 355-364 .
12. Муфтий, А. А. Структурные надзору в сфере здравоохранения инновационных канадских гражданских сооружений, "Структурные надзору в сфере здравоохранения, шалфей публикации, В. 1, № 1, 2002, с. 89-103.
13. Thambirajah, PA, дискуссии на тему "Поведение поперечного Ограничиваясь Системы Стальная плита свободной палубой," Журнал мостов, ASCE, т. 7, № 1, 2002, p. 68.
14. Дори, AB; Ньюхук, ДП, а также муфтий А. А., "Поведение Укрепляя Сталь-Фри-Бридж палубе под отрицательным моментом", Труды 25-й ежегодной конференции СБСЕ, Шербрук, Канада, V. 6 мая 1997 г., с . 71-80.
15. Мемон, AH; муфтий А.А., и Бахт, B., "Crack управления с GFRP бары в стали, свободной Бетонные плиты палубы", Труды 31-й ежегодной конференции СБСЕ, Монктон, Канада, 2003, бумага 296 CGA, 10 стр. .
16. Ньюхук, JP; Бахт Б., муфтий, А. А. и Тадрос Г. "Мониторинг зал" с Харбор-Уорф, "Известия-SPIE Международного общества по оптической технике, В. 4337, 2001, с. 234 - 244.
17. Хасан, A.; Каваками, M.; Niitani, К. и Yoshioka, T., "Экспериментальное исследование стали свободной плиты палубы," Canadian Journal гражданского строительства, V. 29, № 6, 2002, стр. . 831-841.
18. Хасан, A.; Каваками, M.; Yoshioka, T.; и Niitani, К., "Внешне Предварительно напряженные плиты без внутреннего Сталь", Труды 1-й Конгресс FIB 2002: железобетонных конструкций в 21 веке, Осака, Япония, сессия 2, 2002, с. 307-314.
19. Хасан, A.; Каваками, M.; Iketani, J.; и Мацуока, S., "Укрепление SteelFree плиты с высоким модулем упругости и высокой прочности углепластика бюллетени," Труды 4-я Международная конференция по современным композитных материалов в Мосты и Структуры, Калгари, Канада, 2004, стр. 8. (CD-ROM)
20. Cheng, L.; Karbhari В.М., и Seible, F., "FRP армированной стали бесплатные Модульная система палуб," Труды 48-й Международный симпозиум и выставка SAMPE, Лонг-Бич, Калифорния, 2003, т. 48, № 2 , с. 2493-2502.
21. Banthia, N.; Ян, C.; муфтий А.А., и Бахт, B., "Карбон волоконно-армированного цемента Постоянный Опалубка для черной металлургии, свободной настилов мостов", высокопроизводительных фибробетона Тонкие Листовая продукция, SP- 190, А. Пелед, С. Шах, Н. Banthia, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2000, с. 21-39.
22. Бахт Б., муфтий, А. А. и Тадрос Г., Поперечная конфайнмента палубных плит металлическими форм Stay-In-Place ", Труды 4-й Конференции специальных структурных СБСЕ, Монреаль, Квебек, Канада, 2002, стр. . 1-7.
23. Росси, П., "Ultra-High-производительность волоконно-железобетонных," Бетон International, V. 23, No 12, декабрь 2001, с. 46-52.
24. Нееман, AE, и Chandrangsu, К. "," Инновационный мост Deck System использованием высокопроизводительных волоконно-армированного цемента композиты ", ACI Структурные Journal, В. 101, № 1, январь-февраль 2004, с. 57-64.
25. Katagiri, M.; Maehori, S.; Оно, T.; Shimoyama, Ю. и Танака Ю., "Физические свойства и долговечность реактивного порошковых композиционных материалов (Ductal ®)," Труды 1-й Конгресс FIB 2002: железобетонных конструкций в 21 веке, Осака, Япония, 2002, сессии 7, с. 133-138.
26. Блейс, PY и Couture, М., "сборного предварительно напряженного первого реактивного порошковой пешеходов мост мира-бетонная конструкция," PCI Journal, V. 44, № 5, сентябрь 1999, с. 60-71.
27. Танака, Ю.; Муся, H.; Ootake, A.; Shimoyama, Ю. и Канеко О., "Проектирование и строительство Саката-Mirai Футбридж использованием реактивной порошковой Бетон," Труды 1-й Конгресс FIB 2002: Бетон Структуры в 21 веке, Осака, Япония, 2002, сессия 1, с. 417-424.
28. Hosotani, M.; Муся, H.; Абэ, Ю. и Shinobu, S., "Построение Akakura Onsen Yukemuri Мост-PC пешеходов мост использования Ultra High прочности армированного волокном бетона", журнал из предварительно напряженного бетона, Япония предварительно напряженного железобетона Ассоциации инженерных наук, т. 46, № 3, 2004, с. 16-23. (На японском)
29. Behloul М., Ли, KC ", Ductal_Seonyu Футбридж," Структурные Бетон, Томас Телфорд, V. 4, № 4, 2003, с. 195-201.
30. Франк Л., "Установление размеров Клей-стыковых соединений в бетоне строительные компоненты", Труды Международного симпозиума по адгезии между полимеров и бетона, RILEM, Париж, Франция, 1986, с. 461-473.
31. Климако, JCTS, а Риган, PE, "Оценка силы связи между Старым и Новым Бетон в структурных Ремонт" Журнал конкретных исследований, В. 53, № 6, 2001, с. 377-390.
32. Остин, A.; Робинс, P.; и пан Ю., "Shear Тестирование Бонд бетона Ремонт", цемента и бетона исследований, V. 29, № 7, 1999, с. 1067-1076.
33. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318M-99) и комментарии (318RM-99)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1999, 391 с.
34. Канадская ассоциация стандартов, "Канадский Автодорожный мост Дизайн кодекса (CHBDC)," Канадская ассоциация стандартов, Рексдейл, Онтарио, Канада, 2000, с. 712-716.
35. Бахт, B., и Лам, C., закрытие на "Поведение поперечного Ограничиваясь Системы Стальная плита свободной палубой," Журнал мостов, ASCE, т. 7, № 1, 2002, с. 68-70.
36. Бахт Б., муфтий, А. А. и Тадрос Г. дискуссии на тему "Экспериментальное исследование Стальная свободной палубой плиты," Canadian Journal строительства, В. 30, № 4, 2003, с. 787-789 .
37. Исса, MA; Юсеф, А. А. и Исса, М., "Экспериментальное поведение всей глубине сборного железобетона Панели для реабилитации мост", ACI Структурные Journal, В. 97, № 3, май-июнь 2000, с. 397-407 .
38. Чанг, SP; Шим, CS, и Ryu, HK, "Применение сборного палуб к непрерывному Композитный Мосты", Труды 6-й Международной конференции по кратко-и среднесрочной Span Мосты, Ванкувер, Канада, том 1, 2002, стр. 457. -464.
39. Муфтий А.А., Бахт, B и Ньюхук, ДП ", сборного железобетона для палуб Слэб-на-балки системы: новый подход", ACI Структурные Journal, В. 101, № 3, май-июнь 2004, с. 395 -402.
40. Хигасияма, H.; Мацуи, S.; Токай, D.; и Бахт, B., "Экспериментальные исследования по усталостной долговечности PPFRC плиты палубы", Труды 53-й ежегодной конференции Японского общества инженеров-строителей, Токио, Япония, общей сессия, 1998, с. 34-35. (На японском)
41. Хасан, A., "Внешне сдержанный стали свободной бетонных плит," докторской диссертации, Акита университета, Япония, 2005, 152 с.
Аммар Хасан получил степень бакалавра в 1992 году в Университете Дамаска, Сирия, и его DrEng. в 2005 году Высшая школа инженерии и ресурсов науки, университет Акита, Япония. Его научные интересы включают в себя разработку reinforcementfree плит палубе с применением новых материалов.
Входящие в состав МСА Каваками Макото является профессором в Департаменте гражданской и экологической инженерии и декан факультета техники и ресурсов науки в Акита университета. Он является членом комитета ACI 548, полимеров в бетоне. Его исследовательские интересы включают новых и переработанных материалов приложений и мостов.