Прочность Поведение высокого Работоспособность железобетонные колонны при циклическом нагружении

В общей сложности 20 образцов колонны изготовлены и испытаны в этом исследовании исследовать поведение высокой работоспособности бетона (HWC) колонны в условиях циклического нагружения. Десять из колонны были сделаны с HWC, а остальные были сделаны с нормальной работоспособности бетона. Испытания переменных, включенных прочности бетона, уровень осевой силы, силы поперечной арматуры и шаг поперечной арматуры. Испытания образцов под постоянной осевой силы и циклических поперечной нагрузки. Сравнения были сделаны между колоннами HWC и обычного бетона колонны. Результаты показывают, что HWC колонны лучше пластичность и способность поглощения энергии, чем обычные бетонные колонны. Кроме того, трещины шириной столбцов HWC меньше, чем у обычного бетона колонны. HWC могут быть использованы для облегчения задачи стали заторов и улучшения качества бетона и член поведение.

Ключевые слова: колонка; циклического нагружения; пластичности.

ВВЕДЕНИЕ

По мнению большинства правила проектирования, железобетонные колонны в сейсмических районах должны быть только с правильно разработанной технологии и подробные поперечной арматуры. Для достижения определенного уровня столбца пластичности, большое количество ограничиваясь усиление требуется, как правило (ACI Комитет 318 2002). Ограничивая укрепление состоит из близко расположенных по периметру связей, перекрывая связей и шпал. Это часто приводит к перегруженности стали и бедных качества бетона в члены. Тип высокой работоспособности бетона (HWC) был разработан прежде всего для улучшения бетонных. Летучая зола и шлак цемент были использованы в конкретных регулировать классификации нормальных портландцемент и повышения текучести свежий бетон. Деформируемости Было также достигнуто за счет использования высокой дальности-водоредуцирующему. Содержания крупного заполнителя в HWC находился после достижения определенного уровня (1000 кг на кубометр бетона) для получения прочности бетона. Бетонные членов сделал с этим типом конкретные выставлены выше жесткость, меньше ширины трещины, меньше усадки и ползучести, а более пластичный postpeak поведения (Лин и Ли 2001; Лин и Ли 2003; Лин, Лин, и Цзэн 2004).

Хотя текучести HWC меньше, чем самостоятельно укрепления бетона (SCC), HWC имеет преимущества высшего жесткости, лучше пластичность в диапазоне postpeak, проще отделка, и более низкие затраты в течение ГТК. HWC удовлетворяет следующим требованиям: 1) первоначальный спад конкретные около 230 ± 20 мм (9,2 ± 0,8 дюйма), 2) спад после 45 мин. больше 200 мм (8 дюймов) и 3) спад потока между 400 и 600 мм (16 и 24 дюймов) ..

Процедуры испытания потока спад почти такое же, как и падение испытания. Тест оценивает падение потока текучесть и работоспособность свежего бетона с распространением диаметров конкретных образцов после удаления спад конуса, в то время как падение испытания оценивается их разница высоты конкретных образцов до и после удаления спад конуса.

Исследования показали, что высшие силы поперечной арматуры повышает пластичность членов (Объединенная ACI-ASCE Комитет 441 1997; Azizinamini и др.. 1994; Кассон и Paultre 1994; Кассон и Paultre 1995; Кент Парк 1971; Мандер, Пристли, и парк 1988; Парк, Пристли, и Джилл 1982; Разви и Saatciolglu 1999; Saatcioglu и Разви 1992; Saatcioglu и Разви 1998; Шейх и Uzumeri 1982; Шейх, Шах и Хури 1994). В текущем ACI кодекса, требования по ограничиваясь стали были сделаны на основе исследований с использованием поперечных стали с пределом текучести не более 414 МПа (60 KSI) (совместная ACI-ASCE Комитет 352 1985). Использование усиление поперечных высокопрочных может уменьшить количество удерживающего требуется усиление на той же основе спроса пластичности, облегчая тем самым проблемы заторов стали в определенной степени и улучшение качества бетона, брошенное на членов. В данном исследовании поперечной арматуры с пределом текучести больше 414 МПа (60 KSI) был также принят, чтобы оправдать действии поперечных сил подкрепления колонке пластичности при циклическом нагружении.

Колонке образцы были протестированы в соответствии постоянной осевой нагрузки и циклической боковой нагрузки. Испытания были включены переменные прочности бетона е '^ с ^ к югу, величины осевой силы (P / P ^ югу 0 ^), объемный коэффициент поперечной арматуры? Ы, предел текучести поперечной арматуры F ^ ^ YH к югу, и расположение поперечной арматуры ..

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования по столбцам HWC ограничено (Лин, Лин, и Цзэн 2004). В данной работе представлены результаты исследования о поведении колонны HWC в условиях циклического нагружения. Прочность, пластичность, способность к рассеянию энергии, а также трещины шириной столбцов были сопоставлены между HWC колонны и обычного бетона колонны. Это показывает, что производительность колонн HWC лучше, чем обычные бетонные колонны, а также, что процесс строительства на сейсмостойкость могут быть улучшены.

Экспериментальная программа

Хотя большинство исследований по циклическое поведение колонн проводились с использованием nonprismatic образцов, состоящих из столбцов и пучка корешок, было установлено, что основное различие между nonprismatic и призматических образцов колонке (как показано на рис. 1) является место нахождения критической раздела. Только незначительная разница в данный момент кривизны поведение двух образцов наблюдалось (Шейх, Шах и Хури 1994). Двадцать призм колонки были построены и испытаны в этом исследовании. Десять образцов были сделаны с нормальной работоспособности бетона (спад составлял примерно 170 мм [6,8 дюйма]), а остальные были сделаны с HWC. Сечения колонн 300 2. Три сильных разработать конкретные были использованы: 31, 41 и 51 МПа (4,5, 5,9 и 7,4 KSI). Бетоны были смешаны и помещены в лабораторных условиях. Двенадцать цилиндров были сделаны во время каждого образца была отлита для контроля силы развития бетона. Доходность сильные поперечной арматуры были 365, 452 и 554 МПа (52,9, 65,6 и 80,3 KSI).

Расстояния 10 мм (0,38 дюйма) поперечной арматуры были 70, 100 и 130 мм (2,8, 3,9 и 5,1 дюйма). Три осевой нагрузки уровнях были использованы, которые были 20, 40 и 60% от номинальной колонке осевой нагрузки P ^ ^ 0 к югу. Два типа связующих механизмов (типы А и В) были приняты. Тип поперечной арматуры состоит из одного 10 мм (0,38 дюйма) периферической обручах. Тип B поперечного укрепление состояло из 10 мм (0,38 дюйма) периферической обручи и шпал. Расстояние между типа B усиление поперечных было больше, чем типа держать примерно такой же объемный коэффициент Каждый образец, содержащиеся восемь 22 мм (0,88 дюйма) продольной арматуре с пределом текучести е ^ к югу у = 438 МПа (63,5 KSI). Образца детали приведены в таблице 1. Е '^ с ^ к югу и / ^ ^ к югу YH значений, указанных в таблице 1, являются фактические преимущества материала. Серия NC представляет собой обычный бетон колонны и HC представляет HWC столбцов. Смеси пропорции для конкретного приведены в таблице 2 (а) и (б). Обратите внимание, что HWC использовали в этом исследовании содержится более 1000 кг грубого агрегатов / м ^ 3 ^ SUP бетона.

Свойства свежего бетона приведены в таблице 3. Деформационных кривых, созданный путем выполнения по крайней мере три купона испытаний для каждого арматуры, приведены на рис. 3. Удлинение высокопрочных поперечной арматуры (554 МПа [80,3 KSI]) было примерно 13% в связи с тем ..

Тензометры были прикреплены к каждому лонжероном стали на midheight колонны и ноги четыре центральных множества горизонтальных связей, как показано на рис. 2. Боковые нагрузки H были применены 6000 кН (1320 койка) материал для испытаний (МТС). Осевых нагрузок были применены 5000 кН (1100 койка) гидравлического домкрата. Боковые нагрузки было распространено в два-точечные нагрузки. Кривизна датчиков составил с линейными трансформаторами дифференциальных переменной (LVDTs) были установлены в области тестирования образца. LVDTs также были помещены в середине пролета для контроля бокового смещения. Боковые нагрузки был применен управления нагрузкой на первой, затем перешел на ход управления примерно в 70% от максимальной нагрузки. Применяется для перемещения истории боковые нагрузки показана на рис. 4. Осевая нагрузка поддерживалась постоянной в течение каждого испытания. Схема испытания приведена на рис. 5.

Каждый образец был подвергнут числа циклов нагружения при сохранении постоянной осевой нагрузкой. Осевая нагрузка была применена первая на определенном уровне, во время испытания. Первый циклов нагружения, были использованы для создания урожая 6. В этом цикле, боковая нагрузка была увеличена до такого уровня, что колонна момент в тестовой зоне достигла 75% от номинального момента потенциала M п ^ ^ к югу рассчитывается на основе ACI-процессуального кодекса. Первое перемещение выход был определен как среднее значение Тестирование было остановлено, когда образец не выдержал осевой нагрузки при увеличении бокового смещения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Общее поведение

Поведение колонн может быть представлен боковой нагрузки H по сравнению с кривой бокового смещения и Типичные бокового смещения loadmidspan и момент кривизны кривых на рис. 7 и 8. Первый цикл был использован для определения доходности смещение для последующего контроля перемещения. Мелких трещин произошло во время первого цикла. Как правило, кривая третьего цикла совпало с второго цикла. Трещины стала более очевидной в третий цикл. Потому что HWC использовать пуццолановый материалов и высокого диапазона waterreducing примесей, лучше конкретные связи с укреплением и HC образцы выставлены в целом меньше, чем ширина трещины образцов NC. В пятом цикле, нагрузка достигла номинальной мощности рассчитывается на основе ACI-процессуального кодекса. В данном исследовании образцов НС2 НС3, НС2 и HC3 неудачу в области сжатия-контроль, в то время как другие потерпели неудачу в регионе напряженности контроля. Прочность уступая место в продольной арматуры в шестой цикл (пункты 1 и 2 на рис.

7 и 8). Откола нижней бетона (п. 4) после сжатия, дающий (пункт 3) в нижней продольной арматуры. Охватывать конкретные spalled на более мелкие куски на образцах, HC и нагрузка упала более постепенно, чем NC образцов. В восьмом цикла сжатия уступая место в верхней продольной арматуры (п. 5) и верхней бетона начала откола в точке 6. В девятом цикла, выпучивания сжатия усиление было отмечено, нагрузка резко сократились после этого, и испытания были остановлены. Обратите внимание, что не все образцы демонстрировали такое же поведение, а зависит от образца детали. Рис 9 (а) (я) иллюстрируют прогиба от нагрузки кривые для некоторых других образцов. P-

Таблица 4 показывает напряжение в продольной и поперечной арматуры в ходе испытания. Она изображает, что напряжение в продольной арматуры, были выше, в колонках HWC, чем в NC столбцов. Это прежде всего связано с лучшей связи между HWC и укрепления. Напротив, напряженность в поперечной арматуры в колоннах HWC были меньше, чем в NC столбцов. Это связано с тем, что бетонное перекрытие на колоннах HWC spalled на более мелкие куски и постепенно (как показано на рис. 10), и трещина шириной столбцов HWC были меньше. Поперечной арматуры оказывает свое влияние на ограничиваясь основных конкретных обычно после конкретные покрова spalled. Это также может быть проверено путем рассмотрения рис. 11 и 12, которые демонстрируют развитие деформаций в поперечной арматуры. Вертикальные линии (сплошные и пунктирные линии) представляют собой то время, когда бетонное перекрытие spalled. Это показывает, что поперечной арматуры в колоннах HWC обычно разрабатываются свою силу позже, чем в колонках NC на обоих рисунках ..

Предел прочности при изгибе

Максимальная прочность на изгиб M ^ югу тах для каждого образца был взят как среднее значение максимальных положительных моментов и максимального отрицательным моментом в данном исследовании. В таблице 5 приведены максимальные преимущества изгиб для всех образцов. Кроме перечисленных в таблице, номинальный сильные M ^ югу п, ACI ^ рассчитывается по ACI-процессуального кодекса. Каждый M ^ югу тах значение было выше, чем соответствующие M п ^ к югу, ACI ^ значение. M ^ югу тах / M ^ югу п ^ ACI коэффициент колебался от 1,23 до 1,42 в среднем по 1,29 для нормальной железобетонные колонны, и колебалась от 1,33 до 1,46 в среднем по 1,38 колонок HWC. HWC колонны, несколько выше, чем обычно сильные железобетонные колонны. Цикл номера при выходе из строя колонны HWC были выше, чем у обычного бетона колонны, как показано в таблице 5.

Пластичность

Прогиба от нагрузки и момента кривизны кривых были построены в этом исследовании. Два типа пластичности факторы были заняты: смещение пластичности фактором Определения пластичности факторов, показаны на рис. 13 (Ehsani и Уайт, 1990; Шейх, Шах и Хури 1994). Значения Значения Разница довольно значительная. Это объясняется меньшей ширины трещин колонн HWC и бетона колонн HWC spalled медленнее, чем обычный бетон колонн (как показано на рис. 10).

Влияние каждой переменной на столбец пластичности можно увидеть в таблице 6 и 7. Снижение прочности бетона, осевой нагрузки, и расстояние между поперечной арматуры и увеличение прочности при изгибе укрепление бы улучшить пластичность. Кроме того, эффект связующих договоренности также является значительным. Образцы NC9 и HC9 была примерно такой же Образцы с Тип галстук договоренности (NC9 и HC9) был выше, Хотя образцы NC10 и HC10 был шпал, их связь расстояние (S = 130 мм [5,1 дюйма]) был выше, чем у NC9 Образцы и HC9 (S = 100 мм [3,9 дюйма]), а также продольной арматуры пряжками ранее. Обратите внимание, что пластичность образцов NC10 HC10 и еще лучше, чем у образцов nc6 и HC6 (S = 130 мм [5,1 дюйма] с типом галстук договоренности). Шпал оказали определенное влияние на пластичность колонке ..

Влияние поперечной силы усиление может быть рассмотрено по сравнению пластичности NC8 образцов, НС1, NC9, HC8, НС1 и HC9. Так как / ^ ^ YH югу увеличивается, пластичность возрастает. Образцы NC9 и HC9 с / ^ ^ YH к югу от 554 МПа (80,3 КСИ) имели высокий Это оправдывает того, что поперечной арматуры с пределом текучести больше 414 МПа (60 KSI) могут быть использованы для повышения пластичности членов.

Влияние 14. Как Хотя образцов NC7 был маленький интервал (S = 70 мм [2,8 дюйма]), ее пластичность была близка к образцами НС1 (S = 100 мм [3,9 дюйма]). Напротив, образцами HC7 (S = 70 мм [2,8 дюйма]) были значительно выше значений вязкости по сравнению с другими образцами. Это объясняется тем лучше работоспособности HWC. Образцы nc6, NC10, HC6 и HC10 с галстуком шагом 130 мм (5,1 дюйма) выставлены бедных пластичность, чем другие образцы, поскольку ранее выпучивания продольной арматуры. Это может свидетельствовать, насколько выпучивания продольной арматуры обеспокоен тем, что 100 мм (4 дюйма) может использоваться как максимальное расстояние позволило связать для столбцов с продольной арматуры меньше 22 мм (0,88 дюйма) в диаметре.

Рассеяние энергии

Реакция железобетонных член подвергается циклической нагрузки могут быть оценены с точки зрения его потенциала диссипации энергии. Энергия, рассеиваемая колонки можно рассматривать как площадь, ограниченная кривой прогиба от нагрузки. Диссипации энергии индекс W был принят с учетом потенциала диссипации энергии в каждой колонке, и его определение похож на предложенный Ehsani и Уайт (1990), как показано на рис. 13 (а). W значения для образцов приведены в таблице 8. Значения W для каждого столбца HWC было больше, чем у его спутника обычного бетона колонны. Отношение к югу W ^ HWC ^ / W ^ ^ к югу NC варьировались от 1,08 до 1,86, со средним показателем 1,24. Как показано в таблице 8, тест переменных оказывается примерно такой же тенденцией на способность к рассеянию энергии, как они это сделали на колонке пластичности.

Crack ширина

Чтобы сравнить способность трещины контроля образцов, трещины шириной были рассмотрены. Колонны не обнаружено трещин очевидным до 50% от максимальной нагрузки в ходе испытаний. Таблица 9 списки максимальная ширина трещины на 75% от максимальной нагрузки для каждого столбца. Каждый столбец HWC было меньше максимальной ширины трещины, чем его собеседник обычного бетона колонны. Отношение к югу Он указывает, что HWC колонны лучше трещины контроля способность, чем обычные бетонные колонны. Увеличение прочности бетона, осевые нагрузки, и предел прочности при изгибе арматуры и уменьшение расстояния между поперечными укрепление приведет к сокращению трещины.

ВЫВОДЫ

На основании экспериментальных результатов, представленных в настоящем документе, можно сделать следующие выводы сделал:

1. Оба HWC колонны и обычного бетона колонны имеют более высокий изгиб сильные, чем те, рассчитывается с помощью метода МСА кодекса примерно на 30% в условиях циклического нагружения. Изгибных сильных колонн HWC несколько выше, чем у обычного бетона колонн;

2. Пластичности колонны HWC значительно лучше, чем у обычного бетона колонны. Снижение прочности бетона, осевые нагрузки, и расстояние между поперечной арматуры и увеличение прочности при изгибе укрепление бы улучшить пластичность. Высокопрочные поперечной арматуры может быть использован для уменьшения количества необходимых ограничивая укрепление на основе тех же спрос пластичности, облегчая тем самым проблемы заторов стали в определенной степени;

3. HWC колонны лучше способность к рассеянию энергии, чем обычные бетонные колонны. Индекс диссипации энергии колонке HWC составляет около 24% больше, чем у обычного бетона столбца, а

4. HWC колонны лучше трещины контроля способность, чем обычные бетонные колонны. Трещины шириной столбцов HWC примерно 88% из тех, нормальных бетонных колонн, на 0,75 ^ югу п, ACI ^. Уменьшение расстояния между галстук снизит трещины эффективно.

Авторы

Исследования, описанные в данном документе была организована при поддержке Национального научного совета Тайваня, ROC, через грант № 90-НБК 2211-E005-038. Авторы благодарят за поддержку.

Нотация

^ К югу г = Общая площадь секции колонны

^ К югу й = общая площадь продольной арматуры

е '^ к югу с = прочности бетона получить из стандартного цилиндра тест

F ^ югу у = текучести продольной арматуры

F ^ югу YH = текучести поперечной арматуры

H = поперечной нагрузки

H ^ югу макс = максимальная нагрузка поперечной

M ^ югу тах = средний максимальный положительный и отрицательный изгиб сильных

M ^ югу п, ACI = номинальная сила изгиба

P = осевое усилие

P ^ югу 0 = 0,85 е '^ к югу с ^ (^ к югу г ^ - ^ к югу й ^) е ^ ^ к югу у · A ^ ^ м к югу

ы = шаг поперечной арматуры

W = диссипации энергии индекс

Коэффициенты пересчета

1 мм = 0,0394 дюйма

1 МПа = 0,145 KSI

1 кН = 0,225 KIPS

Ссылки

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

Azizinamini, A.; Kuska, SSB; Brungardt, P.; и Хатфилд Е., 1994, "Сейсмическая Поведение площади бетона высокопрочных Столбцы", ACI Структурные Journal, В. 91, № 3, май-июнь, с. 336-345.

Кассон Д., и Paultre П., 1994 ", высокопрочных бетонных колонн, замкнутых прямоугольных связей," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 120, № 3, с. 783-804.

Кассон Д., и Paultre П., 1995 ", напряженно-деформированного модель замкнутых высокопрочного бетона," Журнал строительной техники, ASCE, В. 121, № 3, с. 468-477.

Ehsani, MR, и Уайт, Д. К., 1990, "конфайнмента стали требования к связи в ковкого Рамы," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 116, № 3, с. 751-767.

Совместное ACI-ASCE Комитет 352, 1985, "Рекомендации по Дизайн Луч-Column Стыки монолитных железобетонных конструкций", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 82, № 3, май-июнь, с. 266-283.

Совместное ACI-ASCE Комитет 441, 1997, "Столбы высокопрочного бетона: современное состояние", ACI Структурные Journal, В. 94, № 3, май-июнь, с. 323-335.

Кент, округ Колумбия, и парк, Р., 1971, "изгиб-членов, имеющих замкнутых Бетон" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 97, № 7, с. 1969-1990.

Лин, CH, и Ли, ПС, 2001, "Пластичность высокопроизводительных бетонных балок с высокопрочных Боковые усиление", ACI Структурные Journal, В. 98, № 4, июль-август, с. 600-608.

Лин, CH, и Ли, туалет, 2003, "Shear Поведение высокого Работоспособность Бетонные балки," Структурные ACI Journal, В. 100, № 5, сентябрь-октябрь, с. 599-608.

Лин, CH; Лин, SP; и Цзэн, TH, 2004, "Высокие Работоспособность бетонных столбов под Концентрические сжатия", ACI Структурные Journal, В. 101, № 1, январь-февраль, с. 85-93.

Мандер, JB; Пристли, MJN и Парк Р., 1988, "Теоретические модели напряженно-деформированного для замкнутых Бетон" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 114, № 8, с. 1804-1826.

Парк, R.; Пристли, MJN и Джилл, WD, 1982, "пластичность Squared-замкнутых железобетонные колонны," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 108, № 4, с. 929-950.

Разви, SR и Saatcioglu, М., 1999, "модель конфайнмента высокопрочных бетонных," Журнал строительной техники, ASCE, В. 125, № 3, с. 281-289.

Saatcioglu М., Разви, SR, 1992 ", прочность и пластичность замкнутых Бетон," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 118, № 6, с. 1590-1607.

Saatcioglu М., Разви, SR, 1998 ", высокопрочного бетона колонны с площади Sections под Концентрические сжатия," Журнал строительной техники, ASCE, В. 124, № 12, с. 1438-1447.

Шейх, SA; Шах, Д. и Хури С.С., 1994, "Удержание из высокопрочного бетона колонны", ACI Структурные Journal, В. 91, № 1, январь-февраль, с. 100-111.

Шейх, SA, и Uzumeri С. М., 1982, "Аналитическая модель для бетона конфайнмента в Tied Столбцы" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 108, № 12, с. 2703-2722.

Входящие в состав МСА Цзянь-Хун Линь профессор кафедры гражданского строительства, Государственном университете Чжунсин, Тайвань. Он является членом Совместного ACI-ASCE Комитет 441, железобетонных колонн. Его исследовательские интересы включают усиленный и предварительно напряженного бетона.

Ши-Ping Линь докторант в Департаменте строительства, Государственном университете Чжунсин. Он получил степень магистра по гражданской инженерии Государственном университете Чжунсин.