Прочность железобетонных Палубы мост под сжатие действий мембраны
Сжатие действия мембраны часто в палубе железобетонной балки и перекрытия мостов, повышение палубе прочность выше, что определяется с помощью обычного изгиб и перфорация сдвига теории прочности. Приближенные методы для учета сжатия действия мембраны были разработаны на предыдущих исследователей. Эти методы требуют знания сдержанность жесткости, которая существует для плиты, и это не известно, с большой достоверностью. Таким образом, сжатие мембранное действие, как правило, не учитываются при определении силы из железобетонных плит. Эта статья представляет собой метод расчета для оценки сдержанность жесткости, которая существует для плиты типичной шириной и перекрытия моста палубы и повышение силы из-за сжатия действия мембраны. Это дает более точный прогноз на прочность плиты. Метод был разработан в рамках лабораторных испытаний конкретных образцов и использование нелинейных конечных элементов моделирования.
Ключевые слова: мостов, сжатие, железобетонные; плите жесткости.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время методы, которые обычно используются в оценки прочности железобетонных плит, где горизонтальные поступательного сдержанность присутствует недооценка плиты в разрушающая нагрузка, потому что положительный эффект от сжатия мембран (или всеобъемлющих) меры не будут приняты во внимание. Сжатие мембранное действие существует в плит типичных железобетонной балки и перекрытия палубы моста, что значительно увеличило плиты в жесткости и прочности в обоих изгиба и сдвига штамповки.
Наличие сжимающих действия мембраны в горизонтальном сдержанный армированные плиты бетон хорошо принят учеными и многие предыдущие исследования были проведены в этой области. Ockleston1 2, был один из первых исследователей изучить поведение плит под действием сжимающих мембраны. Оклстон нагрузки апробирован ряд плиты железобетонные здания в Южной Africa1 и обнаружили, что их численность была значительно выше, чем ожидалось. В более поздней работе, 2 Оклстон объяснить эту силу повышения существования сжимающих действия мембраны.
Wood3 и Park4-6 "были две из первых исследователей для разработки аналитических методов для оценки силы из железобетонных плит where сжимающих действия мембраны существует. Документ предусматривает Braestrup7 исторический обзор анализов, которые были разработаны многочисленные исследователей, изучающих это явление. Теоретические разработки, как правило, на основе теории пластичности. Учитывая сложность этого подхода, многие допущений и упрощений должны были в этих анализов. Например, многие из анализов взяли на себя жестко-пластического поведения конкретной и жесткой горизонтальной поступательного сдержанность. Это привело к формулировок, которые, являясь принципиально важным и теоретически, не предоставлять точные прогнозы о силе и загрузки поведения железобетонных плит при сжатии действия мембраны. Из-за этого упрощенные методы, такие, как на Киркпатрик, Рэнкин, и длинный, 8 Ранкин-и долгосрочные, 9 Эйр, 10 и Тейлор, Рэнкин и Cleland11 последнее время получили развитие.
Для использования этих методов в практических ситуациях, однако, знания объемного жесткости, которая существует для плиты в реальных структурах не требуется, и Эйр заявил в своем paper10, что необходимы дополнительные исследования по предоставлению достоверной информации в этой области. Тейлор, Рэнкин и Cleland12 также признали важность объемного жесткости, которая существует для плиты ..
Онтарио Автодорожный мост Дизайн Code13 (OHBDC) предоставляет метод эмпирического плиты дизайн, основанный на сжатие действия мембраны. Метод основан на studies14, 15, которые показали значительный уровень сжатия действия мембраны в типичных моста плит палубы. Палубы, которые отвечают определенным условиям, касающимся свойств палубе плиты и балки окружающих может быть выполнен с меньшим количеством арматуры, чем будет рассчитываться с помощью обычного изгиба методами. Результаты исследования были проверены путем полномасштабного области tests.16-18 Кроме того, исследования в Канаде, касающиеся железобетонных композитных мост decks19, 20 также признает преимущества сжатия действия мембраны.
Эта статья представляет собой метод расчета для оценки жесткости ограничений, существующих в типичной шириной и перекрытия палубы моста и укрепление силы за счет сжатия действия мембраны. Он был разработан в рамках экспериментальной программы, и использование нелинейных анализ методом конечных элементов. Горизонтальной поступательной жесткости сдержанность аппроксимируется из линейно-упругой модели пучка, а затем используется в методе полученные Ранкин и Long9 оценить прочность плит, где сжатие действия мембраны существует.
Исследования в данной работе является частью более крупного расследования прочность железобетонных мостов T-луч, который был проведен в университете Монаш, Австралия. Более подробная информация об этом исследовании можно увидеть в Таплин др. al.21 и Hon, Таплин, и "Аль-Mahaidi.22, 23
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Сила железобетонной балки и перекрытия моста палубе обычно недооценивается, поскольку сжатие действия мембраны часто в этих палубах, но, как правило, не учитывается при оценке их силы. Ее существование может привести к плите, имеющей более высокую прочность и жесткость, чем определяется с использованием либо нормальный изгиб теории или общий сдвиг перфорации theories.24-26 Эта статья подробно практического подхода к проектированию для учета повышения воздействия сжимающих действий. Реализация таких методов, как это может привести к более эффективному проектированию железобетонных плит. Кроме того, мост плиты палубы предварительно оценен как недостаточный по силе может быть показано, что адекватное несущей способности, снижает необходимость укрепления и / или замена этих плит.
СЖИМАЮЩЕГО мембранное действие
Есть два требования на сжатие мембранное действие развиваться в железобетонная плита. Во-первых, той или иной форме горизонтальных поступательного сдержанность должна существовать для плиты. В случае пучка и перекрытия моста палубе, оно состоит из продольных балок, плит соседних, и окружающие плиты области. Второе условие связано с штамм совместимость по всей длине плиты, в том, что чистая растяжения вдоль продольной волокна должны быть отличен от нуля, если нет горизонтальной сдержанность. Наличие жесткой горизонтальной сдержанность (на глубине продольного волокна, которое имело бы ненулевой чистой растяжения) сил деформации к нулю, что вызывает мембранные усилия в плите. Если удерживающая менее жесткие, чистая продольной деформации, не будет равна нулю, и меньшее количество мембранного действия будут развиваться в плите. Эти требования приведены на рис. 1, который показывает сечения пучка и перекрытия моста палубе. Сжатие мембранное действие развивается поперечно в плите, поскольку трещины развиваться в середине пролета и на торцах панелей.
Это приводит к расширению в продольных волокон пластинки, которой ограничивается горизонтальной сдержанность. В этом случае, бетона в окружающие балок и прилегающих плит обеспечивает горизонтальное сдержанность. Таким образом, два условия, необходимые для сжимающего действия мембраны развиваться не будут удовлетворены. Описания прогиба от нагрузки поведение плит под действием сжимающих мембраны можно увидеть во многих работах (например, Park4) ..
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Экспериментальная программа была проведена для исследования поведения пучка и перекрытия палубы моста при различных граничных условиях. Типичный образец приведен на рис. 2. Он состоял из плиты с поперечными службы 600 мм и глубиной до 75 мм. Плиты в каждом образце была разработана для идентичной, поэтому эффект от граничных условий может быть должным образом оценены. Продольная балка края всех образцов была 3000 мм.
Граничных условий состоит из балок различной ширины, а также поперечные диафрагмы конца. Глубина всего края балок 305 мм, а в конце диафрагмы расширенной по ширине образца и были 405 мм глубиной и шириной 200 мм. Небольшой разрыв, образовавшийся между плитой и диафрагмы (рис. 2) для того, чтобы плиты натянутое в одном направлении деятельности. Некоторые экземпляры были прилегающих плит на другую сторону края света, который также можно видеть на рис. 2. Цель соседних плит является увеличение поступательной горизонтальной жесткости ограничений, которые существовали для загруженной плиты. Все соседние плиты имел ширину 300 мм и глубиной до 75 мм. Размеров и свойств образцов подробно на рис. 3.
Плита укрепления состояли из 6 мм в диаметре прутки на расстояние 75 мм как в продольном и поперечном направлениях. Два слоя сетки (на 15 мм в глубину и 60 мм в глубину) были размещены в плите. Средний предел текучести пластинки арматуры (взято из испытания на растяжение) было примерно 660 МПа. Краю балки и диафрагмы были в значительной степени усилены, чтобы обеспечить произошел сбой в плите, а не в окружает. Означает конкретные цилиндра сила колебалась от образцов, а также представлены на рис. 3.
Приборы, используемые в экспериментах состоял из следующих действий:
1. Датчики для измерения нагрузки и вертикальных реакций на опорах;
2. Линейные преобразователи переменного смещения (LVDTs) для измерения вертикального перемещения, а также горизонтальных смещений (и, следовательно, повороты) на краю балки; и
3. Тензометры на арматуру и на поверхности бетона для измерения напряжения в различных частях образца.
Два типа испытания были проведены: испытания, где плита не удалось в результате перфорации сдвига и испытаний, если плита не удалось в результате изгиба (из-за сокращения видел). Для образцов, S2, S3, S4, S5, и, пробивая сдвиговых испытаний отказа прозвучали впервые в середине пролета, то на четверть пролета в один конец образца. Два 300 мм широкий один конец плиты полосы были затем сформировали на другом конце образца путем увидел прорезает плиты (рис. 3). При нагрузке по их ширина этих полос выставлены разрушение при изгибе. Для образца S1, не пробивая испытания разрушение при сдвиге были выполнены. Вместо этого, семь 300 мм, широкие плиты полосы были вырезаны (рис. 3). Сдержанность жесткости, которые существовали для каждой плиты полосы варьируется в зависимости от продольного положения полосы. 3 приведены также расположение загруженных области в каждом из тестов. Позиции загруженных районах Образцы S3, S4, S5 и были такими же, как и для образца S2. Пробивая испытания разрушение при сдвиге были назначены S2, S2B, S3, S3b, S4, S4b, S5, и S5b. Изгиб неудачи были назначены S1Fa, S2Fb, S1Fc, S1Fd, S1Fe, S1Ff, S1Fg, S2Fa, S2Fb, S3Fa, S3Fb, S4Fa, S4Fb, S5Fa и S5Fb.
Образцы были поддержаны в их углах. Поддерживает позволило как замена и горизонтальных перевода. Нагрузки был применен через гидравлический домкрат под контроля перемещения. Для штамповки испытания разрушение при сдвиге, пластина из 200 Для изгиб недостаточность, плиты полосы был загружен в пределах всего 300 мм, по длине 50 мм.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Перфорация сдвиговых испытаний провал
Все пробивая испытания разрушение при сдвиге вели себя подобным образом. В общем, следующая картина поведения можно судить по все испытания:
* Разработка изгиб трещины в плите, сначала в середине пролета (по отношению к поперечном направлении) на нижней плите, затем на перекрытия пучка интерфейс на верхней поверхности;
* Разработка урожая линии узора на нижней поверхности плиты;
* Разработка изгиб трещины на краю света;
* Во время испытания, измерения показали, LVDT края пучков кручения и изгиба были в горизонтальном направлении, а также
* Хрупкого разрушения произошли в пробивая плита, с внезапной уходят нагрузки.
Типичная кривая нагрузки перемещения по одной из пробивая сдвига провал испытаний (S2), показана на рис. 4. Видно, что наблюдается постепенное уменьшение жесткости в виде трещин, разработанные в образце, до плиты неудачу в хрупкой основе. Резюме конечной нагрузок, полученных от штамповки сдвига провал испытаний можно увидеть в таблице 1. Видно, что конечная нагрузок, полученных из экспериментов были в среднем на 50% больше, чем предсказывали Australian27 American28 и правила проектирования (уравнения, используемые в этих проектных кодов приведены в Приложениях *). Это свидетельствует о том, что граничные условия, что плиты были подвержены причиной значительного повышения численности плит. Как и все тесты пробивая неудачи, однако, существует значительный разброс в результатах поиска. Таблица 1 представлены также неспособность пробивая касательной нагрузки, которая была рассчитана с использованием предлагаемой конструкции методом P ^ ^ к югу дизайн. Подробности этого метода будут представлены позже в этом документе.
Перемещений в плите и на краю пучка приведены в таблице 2. Видно, что общая вертикального перемещения под нагрузкой момент на пике нагрузки всегда больше для испытаний в середине пролета, чем тест на quarterspan одного и того же образца. Это, очевидно, в связи с увеличением изгибной жесткости структуры, погруженные в quarterspan сравнению с тем же структуру, погруженную в середине пролета. Однако, если из-за перемещения продольного изгиба (которая может быть аппроксимирована вертикального перемещения по краю света) вычитается из общего вертикального перемещения, вертикальные перемещения плиты себя за счет поперечной гибки могут быть получены. Это показано в колонке 2 таблицы 2. Видно, что, в общем, вертикальные перемещения плиты была меньше, для испытания на quarterspan, чем тест на середине пролета одного и того же образца. Это, вероятно, в связи с увеличением поступательной горизонтальной жесткости ограничений, которые существовали на четверть по сравнению с пролета в середине пролета. Это увеличило количество сжимающих действия мембраны в плите, поэтому жесткость плиты была выше.
Таблица 2 также краткая информация об общей горизонтальные смещения пучка края на пике нагрузки каждого теста. Эта величина определяется как сумма средних горизонтальных перемещений в два LVDTs, которые были размещены в лицо каждого края пучка в соответствии с загруженной области (два LVDTs были размещены на каждом краю пучка так повороты могут быть рассчитаны). Видно, что общая горизонтальные смещения пучка края были ниже, для проведения испытаний на четверть пролета, чем соответствующие испытания на середине пролета. Это также может быть связано с увеличением поступательной горизонтальной ограничения, которые существовали на четверть службы ..
Наличие сжимающего действия мембраны в плите в ходе этих испытаний свидетельствует тот факт, что край пучка смещены горизонтально (как показано в таблице 2), которое было бы вызвано горизонтальных сжимающих сил мембраны. Тензометрические чтения в прилегающих регионах плиты также показали наличие осевых сил напряжения в поперечном направлении, которая развивалась, чтобы сбалансировать силы сжатия мембраны вблизи загруженного области. Это можно увидеть на рис. 5, который показывает напряжение в датчики, которые были размещены в поперечном направлении на четверть пролета на пучке перекрытия интерфейс. В ходе испытания на середине пролета, то можно увидеть, что первоначально было очень мало деформации в этих датчиков. На вертикальных перемещений около 5 мм, деформации растяжения начал развиваться в этих датчиков. На данном этапе загрузки, изгиб трещины были также начинает развиваться в плите. Развитие этих трещин позволило сжимающих действия мембраны разработки по загруженной области. В результате деформации растяжения, разработанные в поперечном направлении в соседних плит площадь, чтобы сбалансировать силы сжатия мембран (рис.
Влияние сжимающих мембранное действие на поведение плиты можно видеть в таблице 2, в котором представлены в середине пролета напряжений в нижней арматуры в поперечном направлении для всех пробивая испытаний. В последнем столбце таблицы указывает уровень напряжения, которые развивались в бар для каждого кН перевозимого груза на плите. Видно, что, в общем, образцы с соседними плитами было меньше напряжения в стальной прут для каждого кН нагрузки. Это свидетельствует о том, что эти образцы осуществляется меньшую долю нагрузки на изгиб и сжатие, что более мембранное действие, разработанных в этих образцах. Это произошло потому, прилегающих плиты увеличить горизонтальное поступательное жесткости сдержанность, следовательно, более сжатия мембранного действия удалось разработать в этих образцах и в меньшей степени нагрузки пришлось нести на изгиб.
Испытания на изгиб провал
Все изгиб неудачи на плите полос вели себя подобным образом. Общие модели поведения, описывается следующим образом:
* Прочность трещины развивались в слое полосы. Эти трещины побежали по всей ширине плиты и развитых первый внизу в середине пролета, а затем на верхней поверхности пучка перекрытия интерфейс;
* Прочность трещин (из-за изгиба горизонтальных), разработанные в краю пучка,
* Плиты затем не в пластичных образом, в результате дробления бетона (первая под загрузку пластину, затем на нижней поверхности перекрытия пучка интерфейс).
Типичная кривая нагрузки от перемещения изгиб отказа можно увидеть на рис. 4 (S2Fa). Существовал постепенное снижение жесткости, как трещины, разработанные в образце, а затем пластическое разрушение (по сравнению с типичной кривой loaddisplacement от штамповки провал испытаний также представлены на этом рисунке).
Пик нагрузок, полученных от изгиб неудачи на плите полос приведены в таблице 3. Пиковых нагрузок в соответствии с конечно-элементного анализа, метод расчета (которые будут описаны ниже), и, согласно теории изгибных также приведены в таблице. Видно, что в среднем, экспериментальные нагрузки неудача 1,42 раза разрушающей нагрузки в соответствии с теорией изгиба предполагая закрепленными концами. Следует отметить, что концы плиты полосы были не в полной мере сдержанно против вращения в эксперименте. Таким образом, предположение о закрепленными концами переоценивает возможности изгиба плиты полосы. Несмотря на это, видно, что прогноз на прочность плиты полосы, на основе теории изгиба и игнорируя последствия повышения сжатия мембранное действие, приводит к недооценке разрушающая нагрузка по крайней мере на 40%. Более значительные улучшения произошли на прочность плиты полосы с более высокой прочности бетона, потому что механизм сжатия мембраны зависит от прочность бетона.
Сравнение пиковых нагрузок полос с образцами S1 также показывает, что повышение было больше, полос вблизи концов образца, и уменьшается по мере полос переехал ближе к середине пролета. Это было из-за увеличения горизонтальной поступательной жесткости ограничений, которые существовали у образца заканчивается, по сравнению с образцом в середине пролета ..
Общая горизонтальных перемещений краю пучка при пиковой нагрузке на изгиб провал приведены в таблице 4. Это можно увидеть на полосы с образцами S1, что горизонтальное перемещение на пике нагрузки в середине полосы (S1Fd) была примерно в два раза, что в конце полосы. Это свидетельствует о повышенной жесткости поступательное горизонтальное, что существует ближе к концу, чем в середине пролета. Она также может быть видно из таблицы 4, что в образцах S2, S3, S4 и S5, 'а' полосы (ближе к диафрагме) было меньше, чем горизонтальные перемещения "б" полосы.
Доля нагрузки, при изгибе по сравнению с перевозятся в сжимающие мембранное действие не может быть точно рассчитана из экспериментальных результатов. Деформаций в нижнем стали, однако, дает указание перевозимого груза при изгибе. Когда эти деформации значения сравниваются между образцов при соответствующих нагрузках, то можно увидеть, сколько груз перевозится на изгиб в каждой полосе, в сравнении с другими полосами. Это дает указание перевозимого груза на сжатие действия мембраны в каждой плиты полосы. Таблица 4 также сравнивает напряжение в нижней стали в середине пролета для каждой плиты полосы при нагрузке 50 кН. Калибровочных Газа S1Fe уже повреждены до 50 кН, не было достигнуто, поэтому напряжение стоимость не может быть получена из этого испытания. Нагрузка 50 кН, был выбран потому, что изгиб трещины были разработаны как на середине пролета и перекрытия пучка интерфейс во всех плиты полосы на данном уровне нагрузки. Таким образом, сжатие действия мембраны были разработаны в полосках.
Из таблицы 4, видно, что:
* Сравнение Полосы S1Fa, S1Fd и S1Fg, напряжение в нижней стали в средней полосе (S1Fd) была близка к 50% выше, чем в конце полосы. Это свидетельствует о том, что в середине полосы гораздо большую долю нагрузки проводились при изгибе, чем у других полос, а также
* Испытания образцов полосы в S4 и S5, показали, что при соответствующих нагрузках, напряжение в нижней стали была аналогичной, независимо от положения полосы. Это было не столько в случае образцов S2 и S3, которые не имеют прилегающих плит. Это означает, что прилегающие плиты при условии вблизи жесткой пресечения загруженной полосы, независимо от позиции полоски вдоль образца. Таким образом, положение полосы не было, как большое влияние на развитие сжимающих мембранное действие, когда не было прилегающих плиты.
Сводные результаты экспериментов
Результаты показывают, что прочность плиты в обоих изгиба и сдвига пробивая было усилено присутствие краю балки, прилегающие плиты, и окружающие бетонную плиту области. Эти компоненты позволяют развития сжимающих действия мембраны в плите, повышения его прочности и жесткости. Наличие сжимающих мембранное действие было указано на горизонтальные смещения на краю света и тензометрических измерений в окружающих конкретной области.
Аналитическое исследование
Метод расчета
Чтобы определить емкость мембраны, сжатие плит, полученные методом Ранкина и Long9 был использован. Чтобы использовать этот метод, однако, оценки горизонтальной поступательной жесткости сдержанность, которая существует для горбыль, которые будут определены. Это было сделано путем создания пучка модель плиты / пучка системы, а затем проведение упругой анализа модели. Такой подход для определения сжимающих емкость мембраны называется метод проектирования.
На рисунке 6 показан компонентов плиты / стержневой системы, которые вносят вклад в горизонтальное поступательное жесткости сдержанность. Различных факторов, описываются следующим образом:
* Осевой жесткости окружающих плиты области. Это зависит от площади поперечного сечения и поперечных службы на палубе, а также модуля упругости материала плиты и степень растрескивания;
* Горизонтальная жесткость на изгиб края света. Горизонтальная жесткость на изгиб края пучка зависит от ее размеров. Для горизонтального изгиба, ширина края пучка является более важным, чем глубина. Службы краю света, наличие прилегающих плита, модуль упругости, а также степень растрескивания материала пучка краю также будет влиять на его жесткость на изгиб и
* Расположение загруженных области (там, где силы сжатия мембраны действуют) также влияет на горизонтальной поступательной жесткости сдержанность. Низкая жесткость сдержанность бы произойти, если загруженный район был в середине пролета. Это увеличивает как загруженной области движется к концам образца.
Поведение, описанное в рис. 6 может быть упрощен до модели, показанной на рис. 7. Осевой жесткости окружающих плиты моделируется как количество пружин с жесткостью каждую весну, в зависимости от ширины сляба палубе, что каждую весну, является моделирование. Для моделей, описанных в данном документе, каждую весну считалась модель плиты шириной 100 мм.
Члены краю пучка по заданным размерам реальный пучок края и прилегающих плиту (если она существует). Концы краю пучка, как предполагалось, полностью фиксированной от перемещения и вращения. Это разумное предположение, учитывая наличие поперечной диафрагмы в колоде. Удельная нагрузка (в горизонтальном направлении) был применен на край света и перемещения получена с помощью анализа linearelastic пучка модели. Исходя из этого, горизонтальные поступательной жесткости ограничений может быть определено.
Этот метод определения горизонтальной поступательной жесткости сдержанность предполагает окружает оставались в упругой области. Кроме того, стальной арматуры не было принято во внимание. После разработки трещины в образце, однако, горизонтальное поступательное жесткости ограничений уменьшается и стальной арматуры начинает вносить больший вклад в поведение особи. В какой степени снижает растрескивание горизонтальной поступательной жесткости сдержанность очень трудно определить и Есть много факторов, которые должны быть приняты во внимание. Из-за этого, а также тот факт, что разумные прогнозы были сделаны при полной упругой жесткости был использован, было сочтено целесообразным, чтобы игнорировать любые нелинейные эффекты при расчете поступательной жесткости сдержанность. В конструкции, без трещин валового свойства разделе часто используются при анализе и линейной упругой поведения предполагается. Этот метод проектирования соответствуют тем, которые упрощенный подход.
После поступательного жесткости сдержанность была определена с помощью этого метода, прочность плиты из-за сжатия действия мембраны можно рассчитать по методу Ранкина и Long.9 В этом методе, геометрия загружается вертикально плиты с жесткими ограничениями является используется для определения напряжений в районе в середине пролета и на торцах панелей. Зная об этом, а также рычага между равнодействующие стресс распределения, момент, связанный с всеобъемлющей могут быть рассчитаны. Исходя из этого, нагрузки за счет всеобъемлющей может быть определена. Для учета поступательной жесткости сдержанность, Рэнкин и Лонг использовал "три петли арки аналогии" и показал, что нагрузка-деформация реакция упруго закрепленного арка была такой же, как жестко сдержанный арки, при условии, длина арки ногах немного изменены. Взаимодействие между изгиб и сжатие мембранное действие было принято во внимание уменьшение количества бетона, который был доступен для проведения сжимающих сил мембраны.
Более подробная информация об этом методе приводятся в Ранкин-и долгосрочные, 9, а уравнения, используемые в данный метод можно увидеть в пример расчетов в Приложениях .* Для штамповки сдвига неудачи, процедура несколько иная, и был описан в Киркпатрик, Рэнкин, и Long.8 В этой процедуре, всеобъемлющей момент превращается в эффективный коэффициент усиление Уравнения для этого метода также могут быть показаны в образце расчетов в Приложениях, * с более подробно приведены в Киркпатрик, Ранкин, и Long.8.
Для изготовления плит полосы, составляющая провала нагрузки из-за изгиба. Из-за жесткости краю балки, определенное количество вращательного существовали ограничения на концах пластины. Это было принято во внимание при определении прочности при изгибе пластины. Значения рассчитаны для поступательного и вращательного сдержанность жесткостей экспериментальных плит использованием метод проектирования. Эти значения приведены в таблице 5.
Моделирование методом конечных элементов
Для сравнения с результатами, полученными от метод проектирования, ряд нелинейных моделей конечных элементов были созданы, чтобы воспроизвести поведение плиты полосы. Пробивая неудачи не были смоделированы с помощью такого подхода. Конечного элемента code29 был использован для анализа. Для учета ограничений жесткости (вращательное и поступательное горизонтальное), линейные источники были помещены на концах пластины. Пружина, был помещен в нижней поверхности, так как это согласуется с расположением сжимающей силы мембраны на плиты конце (рис. 1), а поворотная пружина была помещена в середине глубины.
Сетка используется рис. 8. Жесткостей пружин такие же, как те, которые используются при разработке метода. Плоское напряженное элементов были использованы при проведении анализа. Поскольку элементы плоского напряженного состояния не имеют вращательных степеней свободы, однако, очень жесткая балка элемент должен быть помещен в конце пластинки, с помощью которых крутильных сдержанность была применена. Критерий Дракер-Прагер выход был принят для бетона при сжатии. Крекинг было моделировать с помощью размытым подход трещину, с линейного напряжения размягчения модели, принятой за трещины бетона.
Сравнительный экспериментальных и аналитических результатов
Перфорация сдвига неудач
Результаты разработки метода по сравнению с экспериментальными результатами в таблице 1 и сравниваются на рис. 9. Видно, что дизайн метод дает значительно более точную оценку пробивая силы, чем код прогнозов. 27, 28 Среднее значение P югу ^ ехр ^ / P ^ ^ к югу дизайн 0,98 по сравнению с 1,51 по югу P ^ ехр ^ / P ^ ^ к югу AS3600 и 1,53 для P югу ^ ехр ^ / P ^ югу ACI 318 ^ . Разброс результатов, измеряется с помощью стандартного отклонения, дал аналогичные значения для всех методов. Это, вероятно, из-за присущей непредсказуемости штамповки сдвига неудач. Эти результаты показывают, что теория, которая включает в себя воздействие сжимающих мембранное действие, может дать более точный прогноз прочности на сдвиг перфорации экспериментальных плит, чем методы, которые игнорируют его последствий.
Таблица 6 сравнивает провал пробивая касательной нагрузки рассчитываются с использованием метода разработки (с учетом поступательного жесткость сидений) с провалом пробивая касательной нагрузки рассчитываются с использованием метода дизайн предположении горизонтальной поступательного ограничения были жесткими. По расчетам, это может быть видно, что ограничения были достаточно жесткими, чтобы по крайней мере 87% от жесткой нагрузки пробивая сдержанность которые должны быть достигнуты во всех образцах. Это означает, что значительное количество сжимающих действия мембран, разработанных в этих плит.
Прочность неудач
Результаты этих трех методов (экспериментальный, метод проектирования и моделирования конечных элементов) приведены в таблице 3, а также сильные рассчитывается на изгиб теории. Полученные результаты сравниваются на рис. 10. Очевидно, что хорошая корреляция между провал нагрузок, полученных от конечных элементов и анализа от дизайна методом. Кроме того, тенденции рассматривать в экспериментальных нагрузки ошибка может также рассматриваться в конечных элементов анализа и разработки метода. Например, более низких нагрузках неудачи, когда плиты полосе ближе к середине пролета можно увидеть в результатах поиска. В целом, можно заметить, что провал нагрузок, полученных из трех методов сравнения достаточно хорошо, в то время как теории изгибных недооценивает силу плит. Отношение экспериментальной силы изгиба потенциал был найден в пределах от 1,13 до 2,07.
Таблица 6 сравнивает теоретические перевозимого груза из-за сжатия мембранное действие каждой из полос плиты с теоретическими перевозимого груза, если поступательное горизонтальное сдержанность были жесткими. Видно, что во всех плиты полосы по меньшей мере 76% от максимально возможного сжатия емкость мембраны, была достигнута. Она также может быть видно из таблицы 6 видно, что максимальная нагрузка осуществляется за счет сжатия мембранное действие во многом зависит от прочности бетона (сравнить жесткие ограничения сжатия мембранного действия нагрузки для образцов S3 [Ф ^ к югу см = 22,2 МПа] и S4 [ F ^ югу см = 38,0 МПа]). Эта разница значительно больше, чем разница в изгибе потенциала полоски из двух образцов.
ВЫВОДЫ
На основании результатов этого исследования можно сделать следующие выводы выводы:
1. Несущей способности плит, как в изгиба и сдвига штамповки, в значительной мере благодаря присутствию сжимающих действия мембраны. В плитах, которые были проверены в данной экспериментальной программы, изгиб нагрузки отказа в некоторых случаях более чем вдвое, что полученные с помощью теории изгиба. Для штамповки испытания разрушение при сдвиге, экспериментальные нагрузки неудачи были найдены, в среднем, быть старше 50% выше, чем те, которые получены от Australian27 American28 и правила проектирования;
2. Если надежных оценок вращательного и поступательного горизонтальной жесткости ограничений могут быть получены, по методу Ранкина и Long9 или конечного элемента моделирования, могут быть использованы для обеспечения разумной оценкой разрушающая нагрузка плит;
3. Оценки вращательной жесткости сдержанность и горизонтальной поступательной жесткости ограничений можно получить с помощью линейно-упругой анализ подходящих моделей пучка, что и было установлено, дают хорошие прогнозы разрушающая нагрузка;
4. Плит в экспериментальной программе были найдены развивать значительное количество сжимающих действия мембраны. Для проведения испытаний на плите полос, по крайней мере 76% от теоретического максимума сжимающих емкость мембраны, был достигнут во всех плит. Теоретических возможностей сдвига штамповки, по крайней мере 87% от теоретического потенциала жесткой штамповки сдержанность и
5. Результаты показывают, что значительное количество сжимающих мембранное действие можно ожидать, что в разработке поперек плиты реальный пучок и перекрытия палубы моста. Жесткость и прочность плиты могут быть как ожидается, будет значительно выше, чем предсказано с использованием методов, которые не имеют последствий повышения сжатия действия мембраны.
Авторы
Авторы хотели бы выразить признательность за поддержку Австралийский исследовательский совет для обеспечения финансирования этих исследований. Дороги викторианской администрации (VicRoads) также признал за их поддержку этого проекта.
Нотация
е '^ к югу с = характерные цилиндрическая прочность бетона на сжатие
F ^ югу см = средняя цилиндрическая прочность бетона на сжатие
К югу ^ г = вращательных жесткости сдержанность
К югу ^ т = поступательной жесткости сдержанность
P ^ югу ACI318 = пробивая сдвига разрушающей нагрузки в соответствии с американскими нормы проектирования, ACI 318M-9928
P ^ югу AS3600 = пробивая сдвига разрушающей нагрузки в соответствии с австралийской нормы проектирования, AS360027
P ^ югу CMA = теоретических перевозимого груза на сжатие действия мембраны в плите полосы
P ^ югу CMA (жесткий) = теоретических перевозимого груза на сжатие действия мембраны в плите полосы (при условии жестких ограничений)
P ^ югу дизайн = разрушающей нагрузки в соответствии с дизайном метод
P ^ суб-дизайн (жесткие ограничения) = разрушающей нагрузки в соответствии с дизайном метод, считая, жесткие ограничения поступательных
P ^ югу ехр = экспериментальные нагрузки провал
P ^ югу FE = разрушающая нагрузка от нелинейного анализа методом конечных элементов
P ^ югу гибкого = изгибной нагрузки провал теории
P ^ югу гибкого (Н) = изгибной нагрузки провал теории (при условии, закрепленными концами)
* Приложения на веб-сайте МСА, <a target="_blank" href="http://www.concrete.org" rel="nofollow"> www.concrete.org </ A>.
* Приложения на веб-сайте МСА, <a target="_blank" href="http://www.concrete.org" rel="nofollow"> www.concrete.org </ A>.
Ссылки
1. Оклстон, AJ ", испытательной нагрузки на трехэтажное железобетонное здание в Йоханнесбурге," Инженер, В. 33, 1955, с. 304-322.
2. Оклстон, AJ ", Арчинг действий в железобетонных плит", Инженер, В. 36, № 6, 1958, с. 197-201.
3. Вуд, RH, Пластмасса и упругих Дизайн плиты и пластины, Лондон, Темза и Гудзон, 1961.
4. Парк Р., "Предел прочности прямоугольных бетонных плит по краткосрочным равномерной загрузке с ребрами Сдержанная от бокового движения," Труды Института гражданских инженеров, V. 28, 1964, с. 125-150.
5. Парк Р., предел прочности и долгосрочное поведение равномерно Loaded, Двусторонняя бетонных плит с частичной Боковые Ограничение на все ребра, "Журнал конкретных исследований, V. 16, № 48, 1964, стр. 139. -152.
6. Парк Р., поперечную жесткость и прочность, необходимые для обеспечения действий на мембраны нагрузки Ultimate из железобетонных плит-andBeam этаж, "Журнал конкретных исследований, V. 17, No 50, с. 29-38.
7. Braestrup, СВ, "Купол эффект в RC Плиты жестко-пластического анализа" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 106, № ST6, 1980, с. 1237-1253.
8. Киркпатрик, J.; Рэнкин, GIB и Лонг, AE, "Сила Оценка M-Beam мост плиты палубы", Инженер, В. 62B, № 3, 1984, с. 60-68.
9. Рэнкин, GIB, и долго, AE, "Арчинг Повышение прочности действий в сбоку выдержанный плит полосы," Труды Института гражданских инженеров, сооружений и зданий, В. 122, 1997, с. 461-467.
10. Эйр, JR, "Прямые оценки безопасного Сильные RC плиты под мембраны действий," Журнал зданий и сооружений, В. 123, № 10, 1997, с. 1331-1338.
11. Тейлор, SE; Рэнкин, GIB и Клленд, DJ, "Арчинг действий в средней прочности бетона плит," Труды Института гражданских инженеров, сооружений и зданий, В. 146, № 4, 2001, с. 353-362 .
12. Тейлор, SE; Рэнкин, GIB и Клленд, DJ, "High Performance Бетонные плиты моста палуба," Труды Института гражданских инженеров, мостов, В. 156, № BE2, 2003, с. 81-90.
13. Министерство транспорта Онтарио, "Онтарио Автодорожный мост Дизайн кодекса" Даунсвью, Онтарио, Канада, 1991, с. 234-235.
14. Хьюитт, BE, и Батчелор B. Dev. ", Штамповка Прочность на сдвиг сдержанного Плиты," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 101, № ST9, 1975, с. 1837-1853.
15. Батчелор B. Dev., Бетон мостового: эффективность и авансы, Elsevier Science Publishers прикладной ООО, Barking, Эссекс, Англия, 1987, с. 189-213.
16. Дортон РА; Holowka, M.; и короля, СКП, "The Bridge Конестого Река-дизайна и тестирования," Canadian Journal строительства, Т. 4, № 1, 1977, с. 18-39.
17. Holowka, М., проверка сложных предварительно напряженного железобетона балочный мост AASHTO, RR222, Министерство транспорта, Даунсвью, Онтарио, Канада, 1980, с. 1-14.
18. Holowka, М., испытания Трапециевидные балки моста Box, RR221, Министерство транспорта, Даунсвью, Онтарио, Канада, 1981, с. 1-20.
19. Батчелор B. Dev.; Хьюитт, BE; Csagoly, P.; и Holowka, М., Исследование Предел прочности палубы Плиты составных Железобетонные мосты, TRR664, 1978, с. 162-170.
20. Муфтий А. А., Ньюхук, ДП, 1998 "Перфорация Прочность на сдвиг сдержанного железобетонный мост плиты палубы", ACI Структурные Journal, В. 95, № 4, июль-август 1998, с. 375-383.
21. Таплин, G.; Аль-Mahaidi, R.; Гранди, P.; и Sanjayan, J., "Мост оценки прочности исследований в университете Монаш," Австралийская Структурные конференции Инженерная (ASEC 2001), Surfers Paradise, Австралия, апрель - Май 2001, с. 239-245.
22. Hon, A.; Таплин, G.; и "Аль-Mahaidi Р.," Исследование поведения палуб T-Beam моста в изгиб ", австралийский Структурные конференции Инженерная (ASEC 2001), Surfers Paradise, Австралия, апрель-май 2001, с. 263-269.
23. Hon, A.; Таплин, G.; и "Аль-Mahaidi Р., сжатие действий мембраны в железобетон-Way плиты," Восьмая Восток Азиатско-тихоокеанская конференция по зданий и сооружений
24. Совместное ACI-ASCE Комитет 326 ", сдвиг и диагонали натяжения Часть 1: Общие положения", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 59, № 1, январь 1962, с. 1-30.
25. Совместное ACI-ASCE Комитет 326 ", сдвиг и диагонали натяжения Часть 2: Балки и рамы," ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 59, № 2, февраль 1962, с. 277-334.
26. Совместное ACI-ASCE Комитет 326 ", сдвиг и диагонали натяжения Часть 3: Плиты и опор," ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 59, № 3, март 1962, с. 352-396.
27. Стандарты Австралии ", железобетонных конструкций (AS3600)," Сидней, Австралия, 2001, с. 97-99.
28. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318M-99) и комментарии (318RM-99)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1999, 391 с.
29. Строительство ТНО
(ProQuest информации и обучения: ... означает формулы опускается.)
Алан Hon является инженер проекта с BHPB-Монаш обслуживания технологический институт в Мельбурне, Австралия. Он получил степень бакалавра / BE из университета Монаш, Мельбурн, Австралия. Его исследовательские интересы включают передовые методы для оценки силы железобетонных мостов.
Джефф Таплин является одним из главных инженера-мосты с Маунселл Australia Pty ООО, Мельбурн, Австралия. Его исследовательские интересы включают здания и мостовых сооружений, а также оценки прочности мостов.
Входящие в состав МСА Riadh С. Аль-Mahaidi является главой структуры группы, Департамент строительства, Университет Монаш. Он получил степень бакалавра в области гражданского строительства из Багдадского университета, а также степень магистра и докторскую степень в университете Корнелла, Итака, штат Нью-Йорк он является членом Комитета МСА 440, армированных полимерных Укрепление и совместной ACI-ASCE Комитет 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают анализ и проектирование армированных и предварительно напряженных железобетонных элементов и конструкций, моделирования конечных элементов железобетонных конструкций, оценки прочности конкретных мостов, а также восстановления структур с использованием волоконно-армированные полимеры.