Сейсмостойкости площади железобетонные колонны оснащаться стекла армированного волокнами полимерных
Потенциала основных конструктивных элементов, в частности, колонны, поглощать и рассеивать энергию без серьезной деградации сил диктует выживания структур во время сильного землетрясения. Железобетонные колонны с недостаточным заключения не обладают необходимой пластичностью, чтобы рассеять достаточное сейсмической энергии. Это исследование оценивает эффективность стекла армированных волокном полимера (GFRP) обертывания в укреплении недостаточным и ремонт поврежденных квадратных бетонных столбов. Каждый из восьми образцов, испытанных, представляющих колонны зданий и мостов, построенных до 1971, состоит из 305 Образцы были протестированы под постоянным сжатие и циклических бокового перемещения экскурсии моделирования сейсмических нагрузок. Результаты испытаний показывают, что модернизация с GFRP обертывания существенно усовершенствованы пластичность, способность диссипация энергии и сдвига и момент возможности дефицита столбцов. Циклические поведение улучшалась, как количество слоев GFRP увеличилось, в результате чего оба деградации жесткость и прочность снижение ставки уменьшаться.
Улучшения наблюдаются следующие GFRP ремонт поврежденных колонн зависит главным образом от степени ущерба. GFRP-размерных столбцов превышает производительность аналогичных столбцов, содержащихся поперечной арматуры в соответствии с сейсмической положениями действующего североамериканских коды ..
Ключевые слова: колонка; бетона; лишения свободы; пластичность, ремонт, сейсмики.
ВВЕДЕНИЕ
Способность структур выдерживать землетрясения сильной вибрации и выполнять удовлетворительным образом в postelastic государства зависит прежде всего от образования пластических шарниров и их способности поглощать и рассеивать сейсмической энергии. Большинство здания codes1 обеспечить руководящие принципы для обеспечения сейсмической энергии рассеивается в балки и балки, а не столбцы. Несмотря на это сильные-слабые колонки пучка концепции, пластиковые движущиеся в колонках во время сильных землетрясений по-прежнему неизбежны. Шарнирное крепление колонн в основании структуры, по сути, зависит от разработки механизма для рассеивания энергии. Таким образом, столбец производительность в режиме неупругих имеет первостепенное значение для обеспечения безопасности структуру во время землетрясения. Хорошо известно, что соответствующие удержания потенциальных пластического шарнира регионов обеспечивает способность колонн для поддержания неупругих перемещения без существенных прочность и жесткость деградации во время сильных землетрясений.
Исследование повреждений зданий и шоссе структур в недавних землетрясений в Калифорнии и japan2, 3 продемонстрировал уязвимость железобетонные колонны, в частности, в структуры, построенные до 1971 года. Количество боковых усиление используется в таких колонн, как низко как 10 к 15% от указанного текущей сейсмической правила проектирования, поставив тем самым эти структуры риску быстрого отказа в сильное землетрясение. В результате, основные усилия были направлены на разработке и внедрении стратегии модернизации для обновления таких колонн. Модифицированной методики с использованием стекла и углеродного волокна, усиленного полимерных материалов (FRPS) такова, инновационной деятельности. Преимущества стеклянных FRP (GFRP) по сравнению с обычными внешними методами удержания (железобетонные оболочки и стальных пластин кожух) включают в себя выше прочности к весу, большая площадь контакта, повышенной устойчивостью к коррозии, легкость монтажа, снижение трудоемкости и затрат на строительство и поддержание первоначального жесткости член ..
В последние годы, несмотря на ограниченное количество экспериментальных данных о сейсмической поведение FRP-размерных железобетонные колонны, внешние системы FRP получили широкое распространение в заявках на поле столбца. Основная цель данного исследования заключается в изучении эффективности укрепления deficiently построил колонны, а также ремонт поврежденных квадратных колонн листами GFRP сейсмической устойчивости. Работа, представленная здесь является частью комплексных исследований программы ргодгат4-6, которая направлена на изучение использования FRP для улучшения поведения железобетонных конструкций при различных экстремальных нагрузок. Результаты последней серии испытаний на GFRP-ограниченных квадратных бетонных колонн, представлены в этой статье.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Очень ограниченное количество экспериментальных данных, существует на сейсмических поведение реально размера квадратных бетонных колонн, только с GFRP обертываний. Данное исследование изучает сейсмические характеристики ближнего полномасштабной GFRP-модернизированы колонны типичных существующих зданий и автомагистралей. Об исследовании рассматривается ремонт поврежденных колонн с GFRP-темы важное значение для строительной отрасли. Сейсмические отклики GFRP-размерных колонки по сравнению с аналогичной колонны усилены только с поперечной стали в соответствии с положениями ACI код. Результаты могут быть использованы для разработки модернизации схемы недостаточно столбцов, а также разрабатывать технические руководящие принципы для модернизации с GFRP.
Экспериментальная программа
Восемь больших масштабах армированные колонны конкретных были построены с использованием обычных боковых стали подробно с pre1971 правила проектирования. Семь из этих колонн были укреплены или ремонта с GFRP обертываний. Один развернул столбец из этой программы и один из ранних study6 были использованы в качестве контрольных образцов для оценки преимуществ переоборудования FRP. Все образцы были протестированы в соответствии постоянной осевой нагрузки и циклической боковой экскурсии моделирования сейсмических условий погрузки. Основными переменными исследования были количество слоев GFRP в потенциале пластического шарнира региона, уровень прикладных осевой нагрузки, а также присутствие колонны ущерба.
Образцы
Каждый образец состоял из квадратной колонки размером 305 Столбец представляет собой часть столбца в мост или здание между разделе момент максимума и точки contraflexure. Незавершенная представлял разрыв похож на основе, либо beamcolumn сустава. Общая площадь основных составляла около 77% от общей площади колонны. Все столбцы, содержащиеся восемь 20M продольных балок, равномерно распределенных вокруг ядра. Периметр связи с боков поддерживает четыре угла баров и внутренних связей прилагается четыре средних баров. Углы колонн были округлены до содействия GFRP упаковки использованием вогнутые участки дерева, 16 мм, радиус, размещенный внутри формы. Подробная информация о пакете образцов приведены в таблице 1 и рис. 1. Чтобы различать эти образцы от других в этой обширной программы, их обозначения означает их уникальные свойства. Первые две буквы (AS) представляют собой конфигурации, изображенной на рис.
1. Буква G обозначает стекло волокно, используемое в тесте. Буква R представляет отремонтированы образцов. С. обозначает нормальный бетон используется, в то время как буква S указывает на наличие незавершенная ..
Бетон и раствор
Образцы были отлиты вместе с помощью бетона конструкцию, состоящую из Тип 10 (US Тип I) портландцемента, 10 мм, максимальный размер с указанным спад 100 мм, номинальная прочность на сжатие 30 МПа. Незавершенная был первым заполняются бетоном через колонн и уплотненного со стержнем вибраторов. Колонны были потом бросили и вибрации полностью. Открытые поверхности образцов были покрыты мокрой мешковиной и пластмассовых листов. Тридцать 152 Прочность бетона на момент тестирования в каждой колонке показано в Таблице 1.
Nonshrink структурных раствор совокупный был использован для ремонта двух образцов (образцы 7 и 8). Водоцементное отношение (в / с) 0,24 был использован для обеспечения адекватной работоспособности для размещения. Средняя прочность на сжатие до 41 МПа и 42 на 7 и 14 дней, соответственно, примерно равную первоначальной конкретные преимущества в два отремонтированных образцов.
Сталь
Три типа стали были использованы в конструкции образцов. Продольная арматура состояла из восьми 20M баров, прямолинейного и алмазов связи выступили с США № 3 бара, и заглушки стремена с 10М баров. Свойства стальной арматуры приведены в таблице 2.
Укрепление клетки и приборы
Укрепление клетки для всех образцов состояли из двух частей, то есть клетка для столбца и клетка для заглушки. Обе клетки были собраны по отдельности, а затем соединяются друг с другом. Колонна состояла из клетки восемь 20M диаметр продольных балок (2248 мм), равномерно распределенных по всему периметру основного. Продольных стали расширена за счет статьи 15 мм от конца. США № 3 бара были использованы для связи с 135-степени крючки, как горизонтальное армирование. Тестовой зоне была в пределах 610 мм незавершенная лицо. Связей, были помещены в промежутках между 300 мм в тестовой зоне. Галстук расстояние сократилось до 150 мм за пределами региона испытаний свести к минимуму вероятность поражения там. Незавершенная клетки состоит из 10М горизонтальной и вертикальной стремена размещены на 64 мм, расстояние. Дополнительные 10М бары с 135 градусов крючки были добавлены две стороны активизировать незавершенная жесткости.
Тридцать четыре электрических датчиков деформации, на 18 продольных балок, и 16 на связи были установлены в каждом образце. Восемь продольных балок, и два комплекта горизонтальных связей в каждом образце были деформации судить индивидуально перед монтажом создать столбец клетке. Рисунок 2 показывает расположение датчиков деформации.
Стекло из армированных волокном полимеров
Имеющиеся в продаже GFRP упаковка системы был использован для модифицированной назначенных образцов. Средняя толщина ламината GFRP был 1,25 мм. Средний прочностных характеристик FRP, полученные от восьми купонных испытаний, представлены в таблице 3.
Перед нанесением FRP, бетонные поверхности сглажены с помощью наждачной бумаги, и пустоты, если таковые имеются, были заполнены использованием гипса. Два компонента (А и В) из полимерных материалов были смешаны в форме эпоксидной смолой для волокна упаковка. Стекло ткани был сокращен до необходимой длины в зависимости от количества слоев FRP в образце, размещенные на пластиковых листов и насыщенным с эпоксидной валиком кистью. Колонке поверхности затем покрывается эпоксидной смолой и пропитанная ткань плотно обернутые вокруг колонны, обеспечивая, чтобы не было воздушных карманов захваченного или ткани искажений. Волокна были ориентированы в поперечном направлении. 610 листов mmwide ткани была использована для испытания регионе в то время как 915 мм (в том числе 50 мм, перекрытия) шириной листа была завернута за пределами зоны испытания. Дополнительный слой был опоясан длины колонки за пределами региона испытаний свести к минимуму возможность отказа там.
Для размещения резьбой встроенный в образцы для тестирования установки приборов, отверстия в GFRP выступили отделения волокон стержня на всех местах, где каждый слой FRP была установлена. Учитывая слабость, вызванных присутствием этих отверстий, дополнительные полосы 100 GFRP обертывания оставалось за 7 дней, чтобы вылечить до начала испытания образцов.
Образцов аппаратуры
Деформации в продольной и поперечной сталь была измерена с помощью 34 датчиков деформации показано на рис. 2. В общей сложности 18 LVDTs, 10 на северной стороне и восемь на южной стороне, были установлены во внедренный стержней для измерения деформации бетонного ядра в тестовой зоне образцов (рис. 3). Калибровочной длины для LVDTs колебалась от 75 до 220 мм. Отклонение по длине образца было измерено с помощью шести LVDTs, а также показано на рис. 3. Восемь поверхности тензодатчиков, были использованы для контроля за боковой деформации в GFRP. Два манометра были размещены на продольной оси каждого столбца лицом в направлении волокон в 130 и 240 мм, соответственно, от заглушки лицо.
Тестирование
Испытания образцов горизонтально тестирования кадра, как показано на рис. 4. Осевой нагрузки применяются через гидравлический домкрат, обладающие статусом 4450 кН и измерялась с помощью датчика нагрузки такой же мощности. Специальные петли были использованы на концах образца, чтобы в плоскости вращения и держать путь нагружения постоянной на протяжении всего испытания. Чтобы применить обратный боковой нагрузкой, привод с грузоподъемностью 1000 кН, а ход потенциала ± 150 мм используется. Функция контроля перемещения привода был использован во всех тестах применять предопределенные перемещения истории, как показано на рис. 5. Петлями на обоих концах привода были скорректированы, чтобы в плоскости вращения в нижней части привода.
Образец был согласован в вертикальной плоскости использованием инженерных уровнях. В горизонтальной плоскости, отвес-бобов были использованы в соответствии с осью образца с линии действия осевой нагрузки. После внешних приборов было установлено, образец был загружен до 50% от заданной осевой нагрузки 200 кН шагом. Деформаций в четырех углах образца были записаны с помощью четырех LVDTs. Если разница между средней чтения и максимальное или минимальное смещение чтения более чем на 5%, образец был выгружен и необходимые изменения были сделаны. Этот процесс повторяется, пока образец был должным образом согласованы. Показаний тензометрических были также использованы для подтверждения согласования.
Испытания начались с применением заданной осевой нагрузки с последующим применением боковых последовательности перемещений (рис. 5). Образец был подвергнут 75% урожая или упругих перемещений ( 5. Смещение В последующих циклах боковых экскурсий постепенно увеличивается (два цикла каждая 2 в прекращении испытаний.
Каждая из двух образцов выбрали для прохождения ремонта был подвергнут осевой нагрузки и боковое смещение экскурсии, пока, как минимум, в верхней и нижней бетона spalled отключена и податливость продольных балок инициативе. Для образца ASGR-7NSS подвергаются осевой нагрузкой 1490 кН, скалывания верхней и нижней бетона произошло в шестой цикл. Максимальное смещение в критической области был примерно 2.55 Сумма ущерба вызывает скалывания бетона и уступая продольной стали было сочтено целесообразным для большинства колонн, которые являются кандидатами на ремонт. Образец был возвращен к нулю боковой позиции перемещения для ремонта. В целях безопасности во время процесса восстановления, осевая нагрузка была снижена до 66% от первоначального значения осевой нагрузки. Рыхлый бетон тщательно удалены из поврежденного колонке, как ремонт проходил под действием приложенной осевой нагрузки с целью имитации полевых условиях.
Nonshrink раствор был использован для восстановления поврежденных образцов. После 3 дней, когда раствор вылечил и сушеные, образец завернут в GFRP пока он остается в испытательной раме. После отверждения листов GFRP образец был испытан на провал с осевой нагрузкой 1490 кН ..
Верхней и нижней бетона spalled отключена и приносит из продольных балок, начатых в ходе третьего цикла образцов ASGR-8NSS при сохранении осевой нагрузкой 2500 кН. Средние максимальные сжимающие напряжения в продольных балок была 0,00251. При этом ущерб, ремонт образца был проведен под осевой нагрузкой около 60% от первоначальной стоимости. Та же процедура ремонта, упаковка, и повторное был принят в качестве образца для ASGR-7NSS.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Испытаний замечания
Во всех образцах, циклического нагружения была применена при нажатии образцов при незавершенная у колонны в направлении вниз первым. Первым признаком бедствия в контрольном образце AS-1NSS (0.56P ^ о ^ к югу) появились в виде трещин в крышке конкретные вверху и внизу столбца. Вертикальный изгиб трещин, образовавшихся на расстояниях от 300 до 350 мм с лица окурок в течение первых трех циклов. Верхнюю крышку spalled на расстоянии 270 мм вблизи заглушки на пике четвертого цикла вниз ( Нижняя крышка spalled в 380 мм региона в ходе четвертого цикла ( Устойчивость на продольных балок, в ходе четвертого цикла ( Изгиб сдвига эффекты доминируют образец поведения.
Первоначального возникновения трещин и дробления бетона в завернутый образцов не было видно. Отделение волокон от конкретных, о чем свидетельствует изменение цвета FRP, однако, наблюдается во всех образцах в движущиеся зон дробления конкретных начала. В связи с увеличением боковой экскурсии, нарушение звуки из закаленного эпоксидной в зоне движущиеся увеличилось, что свидетельствует о серьезности деформации.
На низком уровне осевой нагрузки (к югу 0.33P ^ O ^), показали образцы почти упругого поведения в течение первых трех циклов во всех тестах. В последующие циклы, первый знак деформации образования гребней или шишки в GFRP на верхней и нижней поверхности образцов в тестовой зоне. Хребты в основном по инициативе примерно от 250 до 310 мм от границы столбца незавершенная. Длина и высота гребней увеличилось образцы подвергались увеличилось циклических экскурсии. Большинство повреждений (наблюдается через хлопки затвердевшей эпоксидной матрицы и формирование гребней) продлила первоначально от 355 мм до примерно 60 мм от границы незавершенная в. Колонке раздела, прилегающих к незавершенная был подвергнут высшей момент, но, из-за дополнительных родов при условии заглушки, ущерб начало от заглушки на сравнительно слабых разделе а затем расширена в сторону окурок. Уступая боковых стали состоялись в ходе нисходящего движения в 13-й цикл с образцами ASG2NSS и в 12-й цикл с образцами ASG-5NSS.
Большое количество расширение было отмечено в пластическом шарнире регионов всех образцов в течение последних нескольких циклов до отказа. В последнем цикле нагрузки, разрыв волокон в поперечном направлении, а потери устойчивости из продольных балок, указал начала неудачи. Больше всего пострадали районы 2NSS образцов, 5NSS и 7NSS было сосредоточено на 188, 202 и 179 мм, соответственно, от лица незавершенная ..
Во всех испытаниях высокой осевой нагрузки (к югу 0.56P ^ O ^), ухудшение движущиеся зоны довольно быстро. Почти во всех образцах, формирование гребней начала в рамках третьего цикла вниз. Гребни на начало 230 до 330 мм от columnstub интерфейс. Более всего пострадал район был сосредоточен в 189 на 330 мм от заглушки лицо. Первый уступая связей, которая наблюдалась в 7, 9, и 13 циклов нагружения образцов SG-4NSS, ASG-3NSS и ASG-6NSS, содержащий два, четыре и шесть слоев GFRP, соответственно. Соответствующие прогибов образцов 2.6 Образцы ASGR-8NSS, что был похож на ASG-6NSS но оснащаться шести слоев GFRP после повреждения отображаются уступая связей в 11-м цикле на отклонение 4.9 Хотя все опытные образцы разрушение при изгибе, сдвиг эффекты уступала окончательного циклов образцов ASGR-8NSS. На рисунке 6 показано несколько примеров типичных повреждений в образцах, в конце испытания.
Анализ результатов
Образцов, испытанных в данном исследовании представлена в колонке моста или многоэтажное здание между разделе момент максимума и точки перегиба. Свободное тело диаграммы образцов приведены на рис. 7. Поведение образца могут быть представлены в виде прикладного боковой нагрузки и незавершенная прогиб под нагрузкой (P ^ L ^ к югу- Ответ критического сечения вычисляется с момента кривизны (M-[прямой фи]), в наиболее пострадавшие зоны от пластического шарнира области
Момент раздел состоит из двух частей, то есть основной момент вызванных боковой нагрузки и второй момент вызванных осевой нагрузки. Отклонение Кривизна вычисляется из показаний деформации верхних и нижних LVDTs находится в наиболее пострадавшие регионы зоной шарнирное крепление.
Значения максимальной применяются боковые нагрузки (P ^ ^ к югу Lmax), сдвига (V ^ югу тах), момент (M ^ югу тах) при наиболее поврежденного участка, на момент колонка незавершенная интерфейс (M ^ югу Smax ^), а также расположение наиболее пострадавшего района (измеряется от границы столбца незавершенная) для каждого образца, приведены в таблице 4. Момент кривизны ответ имеет решающее значение, так как деформации сконцентрироваться на критических участках в регионах в течение пластиковых после упругого погрузки и определить столбец поведения. Момент кривизны ответы восемь образцов, испытанных в ходе этого исследования представлены на рис. 8 до 15 лет. Рисунок 16 отображает поведение образцов AS-1 нс от предыдущих study6 и используется в качестве контроля для оценки воздействия FRP на поведение колонны испытания при низких нагрузках.
Пластичность параметры
При оценке производительности колонке, пластичности и прочности были определены с помощью параметров, как показано на рис. 17 и 18,7 факторов кривизны пластичности ( ( Работы ущерб показатель (W) и энергией, индикатор повреждения (E) описывают рассеяние энергии мощности и прочность всей члена и специфические петли разделе, соответственно. В таблице 5 представлены значения этих параметров для 10% (индекс 90) и 20% (индекс 80) в момент сокращения или поперечных сил после пика и до конца испытаний (индекс т). В дополнение к образцов, испытанных в ходе этого расследования, результаты некоторых предыдущих тестов, также включены в таблице 5 для сравнения.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Влияние модернизации GFRP устранению выявленных недостатков колонны
Чтобы подчеркнуть преимущества модернизации образцов листов GFRP, ответы Образцы ASG-5NSS, ASG-2NSS и AS-1 нс можно сравнить. Образцы ASG-5NSS и ASG-2NSS лечили один слой и два слоя GFRP, соответственно. Геометрии, строительство, оборудование и тестирования этих образцов были одинаковыми. Все три образца содержит аналогичные недостаточное количество поперечных стали по сравнению с нормативными требованиями (ACI 318-021) и были испытаны на том же уровне осевой нагрузки (к югу 0.33P ^ O ^). Разница была лишь в их обработке GFRP обертываний. Таблица 5 показывает, секционные и член параметров пластичности этих образцов. Преимущества GFRP модифицированной можно наблюдать, сравнивая ответы этих образцов, как показано на рис. 9, 12 и 16. Можно сделать вывод, что увеличение числа слоев GFRP улучшает циклическое поведение образцов.
Кривизна пластичности факторов GFRP пленку образцов показывают улучшение в диапазоне от 1,9 до 2,2 раз значения для контрольного образца AS-1 нс. Накопительное соотношения пластичности кривизны также увеличились от 1,97 до 3,3. Наиболее заметные признаки улучшения производительности значения энергии ущерб показателя. E ^ ^ 80 к югу значения увеличилось на 17 до 29 раз значения для контрольного образца в результате использования FRP обертываний. Момент-против-кривизны отношения показывают, что как прочность и жесткость деградации ниже для образцов ASG-5NSS и ASG-NSS по сравнению с теми образцами для AS-1 нс. Член параметров вязкости для образцов завернутый также показывают аналогичную тенденцию повышения производительности, по сравнению с теми образцами для AS-1 нс. Образцы ASG-2NSS и ASG-5NSS устойчивого 14 и 12 циклов боковой экскурсии с максимальной смещения к югу 7 1 ^).
Для оценки выгоды от укрепления колонн с GFRP обертывания при высокой осевой нагрузки (к югу 0.56P ^ O ^), ответы Образцы AS-1NSS, ASG-4NSS, ASG-3NSS и ASG-6NSS (рис. 8, 11, 10 и 13) сравниваются. Образцы AS-1NSS был опробован без укрепления в то время как образцы, ASG-4NSS, ASG-3NSS и ASG-6NSS были встроены в тестовой зоне двух, четырех и шести слоев GFRP, соответственно. Секционные параметров вязкости и параметров член пластичность, показано в таблице 5, четко свидетельствуют о замечательных преимущества схемы модернизации GFRP. Средних значений кривизны фактором для пластичности завернутый образцов от 2,8 до 5,7 раза выше, чем образцов AS-1NSS. Кроме того, совокупный соотношения пластичности кривизны от 4,5 до 25 раз выше, чем у развернул образца. Наиболее значительное увеличение производительности показывает энергии ущерб индикатор ценностей, которые выросли на 12 - 120 раз в результате упаковка GFRP. Член параметров вязкости для образцов показал завернутые Аналогичная тенденция повышения производительности вязкий.
GFRP куртки также оказал значительное влияние на максимальных касательных (V ^ югу тах) и момент (M ^ югу тах) для всех образцов укрепить. Изучение сдвига (табл. 4) показывает, что укрепление образцов достигается V ^ югу тах ценностей, которые были от 11 до 25% выше, чем к югу V ^ тах за штурвал. Кроме того, модернизированы колонны показал рост M югу ^ тах уровне от 24 до 58% по сравнению с контролем столбцов. Очевидно, что GFRP обертывания смягчить последствия большой боковой интервал стали в движущиеся зон и расширению их сдвига и момент возможностей в дополнение к улучшению пластичности. Увеличилась момент потенциал укрепления колонн может быть нежелательным в некоторых случаях из-за высшего сейсмических сил может быть передан другим структурных элементов и привести к отказу от модернизированных зоны. Независимо от количества слоев, модифицированной процедуры, возможно, придется включить переоценки таких стран, как луч колонки соединений, которые являются потенциальными местами разрушения при сейсмических событий.
Обзор двух наборов столбцов обсуждали выше, показывает, что чем выше пластичность, большей емкостью, диссипации энергии, и более сдвига и момент возможности были получены путем укрепления GFRP дефицита столбцов. Независимо от того, пластичность и вязкость параметров считается, имеется положительная связь между повышением производительности и увеличения колонке GFRP модифицированных слоев.
Влияние модернизации GFRP на поврежденных колонн
Для оценки эффективности поврежденных колонн ремонт с GFRP, ответы Образцы ASG-2NSS и ASGR-7NSS сравнение (рис. 9 и 14). Образцы ASG2NSS был завернут в два яруса GFRP и испытываться в соответствии осевой нагрузки 0.33P ^ о ^ к югу, в то время образцов ASGR-7NSS был поврежден до того оснащаться двумя слоями GFRP, а затем испытан на провал при том же уровне осевой нагрузки. Кривизны фактором пластичность и вязкость совокупный кривизны отношений (табл. 5) для образцов ASG-2NSS в 20 и 45% выше, чем для образцов ASGR-7NSS. Энергии и работы ущерб значений индикатора для образцов ASG-2NSS являются 76 и 21% выше, чем ранее поврежденных образцов ASGR-7NSS. Значительное сокращение общего параметров пластичности отражает предыдущие ущерб, понесенный образцов AS-7NS до модернизации. Тем не менее, учитывая общую эффективность, поведение отремонтированы образцов ASGR-7NSS была значительно лучше, чем у аналогичных образцов unretrofitted AS-1 нс (рис.
Сравнение ответов Образцы ASG-6NSS и ASGR-8NSS (рис. 13 и 15), с целью оценки выполнения поврежденных колонке оснащаться GFRP при более высоких уровнях осевой нагрузки (0.56Po). Образцы ASG-6NSS была усилена шестью слоями GFRP в то время как до начала испытания образца ASGR-8NSS был поврежден, то оснащаться шести слоев GFRP и, наконец, испытания на провал. Образцы ASG-6NSS устойчивого 14 циклов боковой экскурсии по сравнению с 11 циклов для образцов ASGR-8NNS. Кривизны коэффициент пластичности отремонтированных образцов ASGR-8NSS на 30% меньше, чем у образца укрепить ASG-6NSS. Прочность образцов свидетельствует ASGR-8NSS, как указано на энергию и работать ущерб показателям, составлял от 17 до 30% от этого образца ASG-6NSS. Разница в производительности между ремонт и укрепить колонны более выражен при высокой осевой нагрузки (к югу 0.56P ^ O ^), чем при низкой осевой нагрузки (к югу 0.33P ^ O ^). Степень повреждения до ремонта играет важную роль в определении столбца производительности.
Серьезный ущерб prerepair привело к снижению производительности ремонтируемых колонке. Производительность отремонтированных Колонка ASGR-8NSS, несмотря на значительный ущерб prerepair, почти аналогична ASG3NSS образца, который был укреплен четырьмя слоями GFRP ..
GFRP оболочки повышает сейсмическую поведение ранее поврежденных квадратных колонн, хотя сумма ущерба, понесенного ранее значительно влияет на их ремонт и потенциальных salvageability. Данные также показывают, что более серьезно повреждена колонка требует большего количества GFRP выступать в аналогично тому, как из неповрежденных колонке. Отремонтированных образцов сейсмически превосходит их контролем развернул коллегами. Методы GFRP модернизации будет особенно полезно для восстановления колонн, которые страдают от легкой до средней повреждения во время землетрясения.
Осевой нагрузки эффект
Влияние осевой нагрузки на сейсмических поведение колонн оценивается путем сравнения ответов Образцы ASG2NSS и ASG-4NSS. Оба экземпляра идентичны с точки зрения количества боковых стали продольной арматуры, а также GFRP заключения. Образцы ASG-2NSS, однако, был испытан на низком осевой нагрузки (к югу 0.33P ^ о ^), тогда как ASG-4NSS был испытан в высокой осевой нагрузки (к югу 0.56P ^ O ^). Пластичности параметры представлены в таблице 5 и столбец ответов на рис. 9 и 11 показывают, что за счет увеличения осевой нагрузки от 0.33P ^ о ^ к югу 0.56P ^ о ^ к югу, существует значительное снижение в разделе, член пластичности. Кривизны коэффициент пластичности ( 0.56P ^ о ^ к югу. Кроме того, совокупный коэффициент пластичности кривизны (N ^ к югу [прямой фи] т ^) была снижена с 79 до 24 лет. Способность диссипации энергии также сократился очень значительно. Диссипации энергии ASG-2NSS составляет примерно 4,7 раза больше, чем энергия, рассеиваемая образцов ASG-4NSS.
Кроме того, параметры член пластичности также страдают от повышения уровня осевой нагрузки. Включение образцов ASG-3NSS в сравнение показывает, что последствия высокой осевой нагрузки можно бороться с помощью увеличения бокового удержания FRP. Образцы ASG-3NSS был усилен четырьмя слоями GFRP и протестированы на высокой осевой нагрузки 0.56P ^ о ^ к югу. Момент кривизны ответы ASG2NSS и ASG-3NSS (рис. 9 и 10) очень похожи, с ASG-2NSS показаны чуть более пластичного поведения. Ultimate неудачи с образцами ASG-3NSS было внезапным, а образцами ASG-2NSS удалось постепенно. Во всех случаях, а увеличение осевой нагрузки отрицательно сказывается на сейсмическую реакцию колонн и увеличили спрос на оболочки FRP. Таким образом, разработка процедур, используемых для определения суммы подкрепления GFRP, необходимых для определенного пластичного работы должны отражать влияние осевой силы ..
Ста-эффект
Максимальный момент в ходе испытаний произошла на границе столбца незавершенная. Было отмечено, однако, что наиболее поврежденный участок был недалеко от заглушки. Колонке раздела, прилегающих к границе был подвергнут дополнительной родов при условии заглушки, что привело к задержке распространения трещин в бетоне, а также снизить тенденцию бокового расширения на границе столбца незавершенная. В результате этого момента возможности критического сечения увеличивается, а неудачи переместился на соседний, более слабые разделе. Для метода на проектную мощность, это явление привело бы к увеличению сейсмической силы сдвига в столбце. Дизайн сдвига должны быть рассчитаны на основе фактических момент возможностей пластических шарниров и их местоположение. Аналогичные результаты были получены при investigations6-9 углерода FRP-размерных и стали только бетонные колонны с заглушками.
Сравнение с предыдущими колоннами
Улучшения в поведении столбцов в результате модернизации GFRP имеют особенно важное значение, когда они по сравнению с аналогичными армированного столбцов. Образцы AS-3 и AS-19, проверенная Шейх и Хури, 9 были разработаны с достаточным количеством боковых стали, как это предписано сейсмических положения ACI Строительство Code.1 Они обладали аналогичного материала и геометрических свойств по сравнению с колонками Настоящее исследование. Хотя поведение образцов АС-3 и AS-19 показан на рис. 19 и 20, соответственно, пластичность параметры приведены в таблице 5. Среди образцов, испытанных при аналогичных низких осевых нагрузок, образцами ASG-2NSS оснащаться двумя слоями GFRP отображается несколько ниже, секционные параметров пластичности и более членов параметров пластичности, чем у образца AS-19 (табл. 5), но их общее выступление были сопоставимы (рис. . 9 и 20). Сравнение столбцов испытания при высоких уровнях нагрузки раз наглядно демонстрирует преимущества модернизации GFRP. Рис 10 и 19 показывают, что образцы ASG-3NSS с четырьмя слоями GFRP длилась эквивалентное число циклов, как образца АС-3, но в целом достигли подчиненных разделе работы.
Общая производительность членов в обоих образцов была аналогичной. Образцов ASC-6NSS шестью слоями GFRP (рис. 13) превысила производительность кода утвержденных образцов АС-3, в отношении всех пластичность и прочность параметров, приведенных в таблице 5. Из сравнения показано здесь, и сообщалось ранее, совершенно очевидно, что соответствующие модернизации дефицита колонны с FRP может произвести ответных мер, которые являются выше, чем у армированного колонны предназначены для сейсмостойкости в соответствии с действующим правила проектирования. Уровень улучшения наблюдаются в усиленном образцов показывает, что большое количество дефицитных колонны, которые существуют в сейсмических зонах, могут воспользоваться этой простой процедуры восстановления ..
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Большое количество железобетонных колонн в существующие структуры недостаточной усиление локализации и может не без достаточного предупреждения в течение землетрясения. Инновационный метод модернизации извне связи куртки GFRP вокруг потенциальных пластиковых регионов колонны представляет собой эффективное и экономичное решение для модернизации сейсмических выполнения таких недостаточным столбцов. Исследования, представленные в настоящем оценивает эффективность укрепления недостаточным и ремонт поврежденных квадратных колонн с GFRP обертываний. Следующие выводы можно сделать из этого исследования:
1. Площадь бетонных колонн, внешне модернизированы путем GFRP обертывания и испытываться в соответствии сжатие и циклического нагружения, моделирования сейсмических нагрузок, показали выраженное улучшение общего секционных и член поведение во unretrofitted столбцов. Сейсмической поведение колонки по пластичности и способности поглощения энергии улучшалась через снижение жесткости и прочности деградации количество слоев GFRP увеличилось. Неблагоприятные последствия недостаточной боковой стали ликвидировать, как GFRP куртки обеспечить дополнительные помещения в критических секций;
2. Высшее пластичность и совершенствования сейсмической производительность может быть достигнута путем модернизации поврежденных квадратные железобетонные колонны с куртками GFRP. Общая производительность вязкий, однако, зависит от степени ущерба, нанесенного образцов до их упаковке. Таким образом, более GFRP слоев, необходимых для очень поврежденных колонн для достижения производительности аналогично неповрежденных модернизированных колонн;
3. Уровне осевой нагрузки оказывает существенное влияние на общую производительность колонн. Значительное снижение вязкости наблюдалась образцов, испытанных при высокой осевой нагрузкой. Большее количество GFRP поэтому требуется для столбцов, подвергаются более высокой осевой нагрузки уровнях для реализации аналогичных повышение производительности, как показано на модернизированных колонн при более низких осевых нагрузок;
4. Незавершенная прилагается к каждой колонке обеспечивает дополнительную заключения укрепляя тем самым колонка незавершенная интерфейса (точка максимального момента) и переход отказа от идущего к разделу подвергается нижняя сил. Это явление требует тщательной оценки силы сдвига столбца, который может быть существенно выше, чем рассчитанная в предположении, пластический шарнир, прилегающих к заглушки и
5. Сейсмического поведения дефицита колонны надлежащим оснащаться GFRP можно сделать, чтобы быть лучше, чем реакция столбцов, имеющих достаточный боковой содержание стали в соответствии с положениями сейсмических конструкции кодов.
Авторы
Исследование, о котором здесь была поддержана грантами от естествознания и техники Научно-исследовательского совета Канады (СЕНТИ) и ISIS Канады, СЕНТИ сети центров передового опыта. Дополнительная финансовая помощь со Файф и К °, RJ Уотсон Инк, и премьер-министр коррозии является весьма признателен. Экспериментальная работа проводилась в структурах Лаборатории Университета Торонто. Авторы хотели бы выразить свою признательность О. Байрак за его помощь в ходе экспериментальной работы.
Нотация
^ К югу ч = площадь поперечного сечения структурных членов отмерил к отказу от боковой стали
^ К югу г = валовой площадь поперечного сечения колонны
^ К югу ш = общая площадь поперечного сечения боковых стали
^ ^ Ш к югу (ACI) = общая площадь поперечного сечения боковых стали требуется ACI кодекса
E = энергии ущерб индикатор
E ^ югу ы = модуль упругости стали
е '^ к югу с = прочность на сжатие неограниченном конкретных
F ^ югу прошлого месяца = предел прочности стали
F ^ югу у = текучести продольной стали
F ^ югу YH = текучести стали боковых
Н = колонке глубины
L ^ югу е = длина всего пострадал район колонны, мм
M ^ югу макс = максимальный момент в наиболее пострадавших месте, кН · м
M ^ югу Smax = максимальный момент на интерфейс колонка пенек, кН · м
N = совокупный коэффициент пластичности перемещения
N ^ к югу [прямой фи] = совокупный коэффициент пластичности кривизны
P = применяется осевая нагрузка, кН
P ^ югу L = боковые нагрузки, приложенной к колонны, кН
P ^ югу Lmax = максимальной боковой нагрузки, понесенные колонке, кН
P ^ югу макс = максимальная осевая нагрузка поддерживается колонка, кН
P ^ к югу о = неограниченном теоретических осевая грузоподъемность колонны, кН
S = расстояние между боковой стали вдоль оси членов, мм
V = поперечная сила поддерживается колонка, кН
V ^ к югу макс = максимальное усилие сдвига, понесенные колонке, кН
W = индикатор работы ущерб
[Прямая фи] = кривизны
[Прямая фи] ^ 1 к югу = кривизны получено от M-[прямой фи] кривая, соответствующая момент максимума на прямой линии, соединяющей происхождения, и точкой, в 65% от максимального момента
[Прямая фи] ^ 2 югу = кривизны в разделе, посвященном нисходящей части M-[прямой фи] кривая, соответствующая некоторое снижение момент
Ссылки
1. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2002, 443 с.
2. Зал, JF, "Нортридж землетрясения 17 января 1994, Предварительный доклад разведки", EERI публикации № 94-01, сейсмостойкого строительства Научно-исследовательского института, Окленд, Калифорния, март 1994, 104 стр.
3. Comartin, CD; Грин, М. и Tubbesing, СК "Хиого Намбу землетрясений: Great катастрофического землетрясения Хансин, 17 января 1995, Предварительный доклад разведки", EERI публикации № 95-04, сейсмостойкого строительства научно-исследовательского института Окленд, Калифорния, февраль 1995, 116 с.
4. Мемон, MS, и шейх, SA, "Сейсмическая Поведение площади железобетонные колонны оснащаться стекла армированного полимеров (в GFRP)," Research Report MS0201, Департамент строительства, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада, сентябрь 2002.
5. Шейх, SA, и Яу Г. Сейсмические Поведение бетонных колонн, замкнутых со сталью и армированных волокном полимеров ", ACI Структурные Journal, В. 99, № 1, январь-февраль 2002, с. 72-80.
6. Iacobucci, RD; Шейх, SA, а также Байрак, O, "Модернизация площади Бетонные колонны с углеродного волокна армированной Полимер для сопротивления Сейсмические," Структурные ACI Journal, В. 100, № 6, ноябрь-декабрь 2003, с. 785-794
7. Шейх, SA, и Хури, S., "Эффективность подхода, основанного для проектирования Ограничиваясь стали в Tied Столбцы", ACI Структурные Journal, В. 94, № 4, июль-август 1997, с. 421-431.
8. Байрак О., и шейх, SA ", высокопрочного бетона Колонны под имитации землетрясения Загрузка", ACI Структурные Journal, В. 94, № 6, ноябрь-декабрь 1997, с. 708-722.
9. Шейх, SA, и Хури, S., "замкнутые бетонных столбов с заглушками", ACI Структурные Journal, В. 90, № 4, июль-август 1993, с. 414-431.
Мухаммад С. Мемон является главный инженер проекта со странами Восточной Строительство ООО, Торонто, Онтарио, Канада. Он получил MASC в 2002 году в Университете Торонто, Торонто, Канада. Он является профессиональным инженером зарегистрированных в Онтарио.
Шамим А. Шейх, ВВСКИ, профессор гражданского строительства в Университете Торонто. Он является членом и бывший председатель совместных ACI-ASCE Комитет 441, железобетонные колонны, а также членом Комитета МСА 374, основанным на показателях деятельности проектирование сейсмостойких зданий и сооружений Бетон. Он получил ACI структурных исследований премии в 1999 году. Его исследовательские интересы включают сопротивление землетрясения и сейсмические обновления бетонных сооружений, заключения бетона, использование армированных волокном полимера в бетонные конструкции, и экспансивный цемент и ее приложениям.