Сейсмические Модернизация Коррозия железобетонных колонн Использование углеродных композитов
Эта лаборатория исследования проблем использования углеродных композиционных материалов для восстановления сейсмических эффективности поврежденных коррозией железобетонные колонны моста с недостаточной длины переносной сращивания укрепление на их базе и подвергаются суровым условиям обитания. Большого диаметра армированные колонны коррозии бетона с помощью внешних токов, восстановлены с помощью различных схем углеродного композитного материала, а затем испытан на провал в боковой циклического нагружения. Бонд деградации из-за коррозии продиктовал потери в пластичности и грузоподъемности для ржавые колонны. Колонны оснащаться углеродных композитов и, сплоченная ремонт бетон максимальной нагрузки и пластичности возможности превышают в своих штурвал, который моделируется как оригинальные построенном состоянии.
Ключевые слова: мост, колонки; коррозии железобетона; сейсмики.
(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Коррозия арматуры в железобетонных конструкций представляет собой серьезную проблему долговечности для строительства мостов и парковки находится в хлорсодержащих environments.1-5 Обслуживание поврежденных коррозией структуры расходов государственного и частного секторов миллионы долларов каждый год. Кроме того, если структура находится в районе повышенной сейсмической опасности, адекватность ухудшилась структура выдерживать сейсмические нагрузки, для которых она была первоначально разработана весьма сомнительно, мобилизации дополнительных проблем безопасности.
Этот исследовательский проект был проведен в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, для решения проблем, связанных с долгосрочным структурным поведение колонн ухудшилось в результате коррозии и модификации углерода из армированных волокном полимерных композиционных материалов (углепластика). Проект предусматривал лабораторного исследования влияния замораживания среды и сейсмические воздействия на поврежденных коррозией углепластика модернизированных колонн. Лабораторное исследование дополняет исследование, проводимое области исполнения 12 колонн оснащаться углепластика. В лабораторных условиях ускоренной коррозии был вынужден с помощью внешних токов и эффективности использования углепластика для повышения сейсмической возможности отремонтировать колонны был рассмотрен. Эта статья исследует эффективность использования углепластика для повышения сейсмической потенциала поврежденных коррозией колонны моста. Работы, связанной с замораживания и оттаивания-долговечность отремонтированных столбцов сообщили в номер 1.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Коррозия представляет собой одну из наиболее серьезных угроз для гражданской инфраструктуры. Поведение железобетонных элементов, пострадавших от коррозии и подвергнуты сейсмическая нагрузка по-прежнему не очень хорошо понял. Кроме того, возможность модернизации коррозия железобетонных элементов с использованием углеродных композитов была ограничена мелкими экспериментами лаборатории. Эта статья представляет собой экспериментальное исследование поведения крупных коррозия железобетонных колонн и возможность использования углеродных композиционных материалов для восстановления их структурного потенциала.
ИСТОРИЯ
Расширенный композиционных материалов (СВСА) имеют значительный потенциал для ремонта железобетонных конструкций поврежденных corrosion1.6-11 Хотя СВСА получили широкое признание за сейсмической модифицированной железобетонных конструкций, их использование в ремонте ржавые структур было уделено меньше внимания. СВСА может быть реальной альтернативой стали куртки для ремонта поврежденных коррозией железобетонных конструкций. Ли и др. al.7 изучал ответ железобетонных осевой нагрузкой колонны с коррозией укрепления, которые были отремонтированы с использованием углеродных армированных волокном композитных (углепластика) обертываний. Коррозия столбцов без обертывания показал умеренное снижение конечной осевой нагрузки и заметному сокращению конечной осевых перемещений по сравнению с не-ржавые контрольных проб. Колонны проржавели и ремонт с углепластика показали значительное увеличение предельной нагрузки и пластичности, по сравнению с контрольными образцами. Pantazopoulou др. al.10 использовали мелких образцов для исследования эффективности СВСА в модернизацию ответ поврежденных коррозией аксиально нагруженный столбцов.
Колонны отремонтировать, не удаляя поврежденного бетона перед нанесением СВСА выступили лучше, чем колонки, поврежденного бетона первый заменить ремонт швы. Tastani и Pantazopoulou11 использовать половину масштаба образцов для изучения структурных поведение поврежденных коррозией колонны с армированием подробнее Представитель до 1980 года, коды. Колонны были усовершенствованы с использованием стекла и углепластика обертывания после того, как условный использования ускоренной электрохимической коррозии. После модернизации, образцы были протестированы на провал при осевом сжатии. Лучший спектакль видел для образцов с бетонное перекрытие заменено высокой силы раствора до упаковки. Колонны ремонт с углепластика показал хрупкой неудачи ..
Масуд и Soudki8 испытания железобетонных балок ухудшилось коррозии, ремонт с углепластика и подвергли монотонной и усталость нагрузки. Углепластика существенно улучшить механические ответ пучков ухудшилось в результате коррозии. Soudki и Sherwood9 исследовали влияние коррозии железобетонных балок уже укреплены углепластика. Они обнаружили, что предел прочности, предел текучести, и жесткость уменьшается с увеличением уровня коррозии во всех их образцов. Сокращение нагрузки и деформации потенциала, однако, было менее выраженным, в члены укрепить использованием углепластика. Чун и др. al.4 электрохимически коррозии арматуры в плитах, чтобы между 85 и 99% от первоначальной площади поперечного сечения, а затем проверили плит на провал под четыре точки изгиба. Начиная с 2% уровень коррозии, было все большее влияние на уровень коррозии прочность и развития длины.
Текущий экспериментальные исследования по поведению и сейсмических модернизации ржавых железобетонных элементов конкретных были ограничены мелких особей. Насколько известно авторам, широкомасштабных оперативных коррозионных испытаний, представленные в настоящем документе, являются первыми в своем роде.
Экспериментальная программа
Образцы подробнее
Шесть идентичных железобетонные колонны 500 мм (20 дюймов) в диаметре и 2400 мм (96 дюйма) в высоту была построена в лаборатории. подробнее Лаборатория образца приведены на рис. 1. Колонны были усилены продольном направлении, причем 12 № 8 стальных стержней, которые сращиваются для восемь № 8 стальных стержней выступающие в качестве дюбель решеткой с квадратным основанием. 750 мм (30 дюйма) расширение дюбель полосами сверху основу пучка дублирует 30-прутка диаметром расширение, которое является стандартным для расширения штата Иллинойс колонны моста, построенные в период 1950 и 1990 годах. Важно признать, что в районах с высокой сейсмической опасности, в настоящий момент нормы требуют 40-бар расширения диаметра. 30-бар Диаметр расширения был использован в данном исследовании, должны соответствовать как построенный состояния колонны прототип области. В предыдущем исследовании, 12 было показано, что реакция конструкции колонн с недостаточной длины круга-соединения могут быть успешно повышен с модернизации схемы, использованные в этом исследовании.
Прочность на сжатие, используемых в конкретных колонн 32 МПа (4600 фунтов на квадратный дюйм) на 28 дней. Все арматуры были Grade 60 стали. Бетонной смеси было содержание воздуха в размере 5% для обеспечения сопротивления тяжелой замерзания-оттаивания и условий. Система углепластика для модернизации колонны состояли из однонаправленных листы углеродного волокна и эпоксидной смолы. Сухие листы углеродного волокна имели толщину 0,63 мм (0,025 дюйма) и содержится доля волокна объемом около 26%. Углеродное волокно листов с теми же свойствами, были использованы для пиджак выбранной группе полевых колонн находится в высокой сейсмической зоны риска в южной части штата Иллинойс.
Пять колонн подвергались усиленной коррозии с помощью внешних токов и один находился в качестве построенном состоянии, как штурвал. Четыре из пяти ухудшилось образцов были отремонтированы использованием углепластика и одна колонна находилась в ухудшилось состояние для целей сравнения. Программа исследований включала также изучение влияния замораживания и оттаивания-, применяемые до боковой загрузкой, на углепластика отремонтированы столбцов. Структурных ответы отремонтировать колонны не были затронуты замораживания и оттаивания. Более подробная информация о замораживании и оттаивании-экспериментов представлены в номер 1. Результаты замерзания andthawing эксперименты не приводятся в настоящем документе.
Ускоренный процесс коррозии
Ток во внешней цепи method1 был использоваться, чтобы вызвать коррозию в колонны. Параллельным расположением схема была использована, как показано на рис. 2. Хотя механизм последовательной цепи является предпочтительным для достижения того же уровня коррозии во всех образцах в той или иной промежуток времени, параллельным расположением был использован для снижения напряжения, необходимого, чтобы побудить нынешнего спроса, необходимых для этих крупных экземпляров. Питания была подключена непосредственно к колонке решеткой только. Дюбель баров и столбцов баров, однако, в электрическом контакте на местах через металлические распорки помещается между решеткой. Макет бар и контактные моделируемой детали строительства нашли в этой области.
Работы Mangat и Elgarf 5 были использованы для оценки степени коррозии и коррозии. Степень коррозии определяется здесь, как сокращение прутка диаметром выражается в процентах от исходного диаметра бар. Степень коррозии составляет 4% был выбран для этих экспериментов, потому что, по результатам сообщили Mangat и Elgarf, 5 этого коррозии результатов уровне в значительной потере изгиб потенциала. Реализм, что 4% степени подтверждается результатами Чун и др. al.4 скорость коррозии был выбран 0,25 ма/см2 (1,61 mA/in.2), так что желаемой степени коррозии может быть достигнуто в разумные длины времени. Общее время экспозиции составляла от 60 до 72 дней, а температура колебалась от 20 до 22 ° C (68 до 71,6 ° F). Более подробная информация о коррозии и теория используется для оценки степени коррозии, можно найти в номер 1.
Чтобы скопировать вид коррозии наблюдается в области, только часть столбца необходимо проржавели. Кроме того, для сейсмического действия, реакция пирса причин максимальный момент в столбце базы, где моменты должны противодействовать дюбель подкрепления. Таким образом, столбец раздел выбран для коррозии простиралась от его основания (в верхней части основы света) на расстояние до 450 мм (18 дюймов) над верхней части круга соединения, в общей сложности ржавые длина 1200 мм (48 дюйма ).
Медные сетки размещены по периметру каждой колонки был использован в качестве внешнего катода. 3%-ный раствор хлорида натрия был использован в качестве электролита для проведения ионного тока от анода (арматуры) на катод (медь сетки), а трубы полиэтилена высокой плотности используются для хранения солевого раствора вокруг разъедают столбцов. Тока и напряжения в каждой колонке были измерены периодически. Для достижения такого же уровня коррозии во всех колонках, то ток в каждой колонке была настроена так, что районы, находящиеся под текущий момент участки для образцов были подобны. Из закона Фарадея, потеря массы прямо пропорциональна площади под текущий момент участок. Таким образом, равной текущего времени областях участка представляют равные потери массы.
По окончании процесса коррозии, продольные трещины расщепления были хорошо видны вдоль линии столбца баров и обширной коррозии продукции были видны на поверхности колонны. Тем не менее, не скалывания бетона, что произошло. Уровень коррозии, по ширине и степени расщепления трещин и продуктов коррозии, дублирует существующие условия для нескольких столбцов области. Судя колонн в конце ускоренного коррозионного процесса показаны на рис. 3.
Ремонт процесс
Процесс восстановления состоял устранения конкретных ухудшилось на глубину 25 мм (1 дюйм) за дюбель бары, уборка коррозия арматуры, литье ремонта материалов и упаковки колонок с использованием углепластика. Удаление до 25 мм (1 дюйм) за дюбель баров было необходимо обеспечить достаточное пространство для ремонта материала, чтобы полностью связей по периметру баров и монолитных бетонных ядра. Абразивоструйные, а затем продувка сжатым воздухом, был использован для очистки сыпучих материалов от поверхности в барах и основных бетона. Ремонт материал нормальной прочности бетона в 28-дневный прочности на сжатие 35 МПа (5000 фунтов на квадратный дюйм), а максимальный размер 19 мм (3 / 4 дюйма).
Углерод из армированных волокном композитных группы схем
Число углеродных композитных слоев использовали определяется в порядке, разработанные Shkurti, 13 и сообщила в аль Хокинс и др., 12 для модернизации колонн с недостаточной длины переносной сростков. Поскольку разные группы углепластика ширины и расстояния были использованы в различных образцах, толщина полосы была рассчитана в соответствии с процедурой, представленные в номер 13 для обеспечения той же уровне родов. Таким образом, структурные ответов всех модернизированных образцов должны были быть одинаковыми. Подробная информация для расчета композитного углепластика толщиной приведены в следующем. Более подробное обоснование механики за конструктивный подход, изложенные здесь, можно найти в номер 13. Полоса шириной использовали макеты представлены в таблице 1 и свойства углепластика системы приведены в таблице 2.
Во-первых, трещины рассчитывается для сдвига плоскости между дюбель баров и баров колонке. Эта трещина шириной рассчитывается как
... (1)
где D 'является диаметр измеряется с осевой дюбель баров и Этот предел деформации следует рассматривать как 1 / 3 от конечной деформации куртку, но не более 0.003.12 Для этой работы, предельная нагрузка равна 0,003 был использован, т.к. эта цифра была меньше, чем 1 / 3 от конечной деформации (0,0155) от углепластика. Далее, максимальный предел прочности на сдвиг V ^ ^ к югу МГК, которые могут быть разработаны в касательные плоскости между дюбель баров и баров столбца вычисляется из трещины, как
... (2)
где это максимальный размер (19 мм [3 / 4 дюйма] для этой работы) и / '^ с ^ к югу является конкретным прочность на сжатие. Для развития полного прочности дюбель баров, касательное напряжение, которое должно действовать на касательные плоскости рассчитывается как
... (3)
где ^ к югу Ь есть площадь дюбель-бар, F ^ S ^ к югу является пределом прочности на растяжение стали, г ^ ^ к югу b1 является диаметр дюбель-бар, г ^ ^ к югу b2 является диаметр колонке бар, с является явным покрытия на поверхность дюбель баров, п число дюбель баров и L ^ S ^ к югу является сращивание длины. Сжимающих напряжений е ^ ^ к югу ДИ, которые должны действовать по нормали к плоскости сдвига развивать VCI может быть рассчитана из 14
... (4)
Сжимающих напряжений е ^ ^ к югу CI не следует считать менее 0,24 МПа (35 фунтов на квадратный дюйм). Толщина т композитных углепластика, рассчитывается как
... (5)
где D является диаметр колонны, E ^ с ^ к югу является модуль упругости композитного углепластика, а L ^ с ^ к югу является общей протяженностью углепластика покрытие длина круга соединения. Если ширина углепластика группа обозначается через B и п ^ с ^ к югу это число полос на сращивание длины, общая длина углепластика может быть вычислена
L ^ югу C ^ = п ^ с ^ к югу х B (6)
Число слоев углепластика п ^ ^ к югу слоев может быть определена как
... (7)
, где т ^ ^ к югу лист является толщина одного листа сухой из углеродного волокна. Эта толщина т ^ ^ к югу листа составил 0,1638 мм (0,0066 дюйма) (0,63 мм [0,0252 дюйма] Количество полос, ширина полосы, а толщина для модернизированных образцов приведены в таблице 2.
Загрузка рамы и приборы
На рисунке 4 показан кадр загрузки и часть приборов, используемых для боковой нагрузки. Каждая колонна была отлита с квадратным основанием, что для структурного тестирования, было залито в центральное отверстие основу пучка (рис. 1) болтами к полу лаборатории. После столбец был установлен в месте, фундамент пучка после натянуты в двух направлениях, чтобы свести к минимуму растрескивание во время тестирования.
Боковые прогибов в верхней части колонны, повороты на базе, деформаций в арматурной стали, а также окружной деформации обертывания постоянно регистрируются во время испытания. Боковые нагрузки применяется привод измерялась с помощью датчика нагрузки и привод был максимальный ход ± 250 мм (10 дюйма). Деформации в затирки материала, заполняющих пространство между колонкой и базы пучка привело к жесткой движений тела в колонне во время загрузки. Эти движения была измерена с помощью удлинителя датчики и преобразователи линейных дифференциальных переменных (LVDT).
Загрузка истории
Же дополнительные истории загрузки перемещения был использован для всех столбцов. Три полных циклов были применены на каждое смещение, используя треугольную форму волны. Начального смещения соответствует 1 / 8 от ожидаемого выхода смещение к югу к югу у ^ ^ 1.5 достигнута. Отказ был объявлен, если пиковая нагрузка в течение определенного набора из трех циклов сократилась до 85% от абсолютной максимальной нагрузке, достигнутые в ходе предыдущего набора из трех циклов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Визуальная оценка corrosiondamaged колонны
На рисунке 3 показана появление колонны в конце процесс коррозии. В любом случае, вертикальные трещины образуются на поверхности колонки по линии продольной арматуры. В некоторых случаях, горизонтальных трещин также изложили позиции боковой обручи стали. Количество темных продуктов коррозии, нанесенные на поверхность разнообразные колонке заметно от образца к образцу, несмотря на каждого образца, что они подвергались коррозии же уровне. Для ремонта, арматуры в колоннах было разоблачено и визуальных была произведена оценка однородности и степени поражения коррозией. Сумма арматурной стали ухудшение был похож на все столбцы. Колонка потери бар материала были сосредоточены на участках их поверхности ближе к внешней стороне колонки. Поскольку дюбелей барах, расположенных внутри колонки батончики, они показали гораздо меньше, чем ущерб от коррозии колонке баров. Этот результат следует также ожидать, так как дюбель баров были подключены к продольных балок, только в локализованных районах через бар пространства.
Циклические боковые нагрузки результаты
В таблице 3 приведены результаты циклических испытаний. Основные параметры изучены в данном исследовании были выход F нагрузки ^ к югу у ^, максимальная нагрузка F ^ югу тах, перемещение на выход , кольцевых напряжений в композитных обертывания, и поворотов на базе колонны. Выход нагрузки и перемещения были приняты в момент, когда нагрузка-смещение кривой отошли от линейного упругого поведения. Пластичности отношение максимальной
Колонка 6: контроль колонка ответ колонны характеризуется стабильным гистерезисные петли для обоих направлениях нагрузки. Рис 5 () показывает, нагрузки и деформации, ответ контроля колонке 6. Колонке достигли отношение перемещения пластичности примерно 4. Несколько небольших горизонтальных трещин изгиба наблюдались до выхода нагрузки. Тем не менее, основные трещин параллельно продольной арматуры формируется как максимальная нагрузка, и они подошли открыл значительно вскоре после этого максимума нагрузки достигнуто не было. Картина растрескивания было характерно, что для связи с колоннами неудачи из-за недостаточного соединения lengths.12
Колонка 4: ржавые колонка рис. 5 (б) показывает, нагрузка-смещение ответ на колонке 4. Гистерезисных поведение было стабильным до нагрузку 133 кН (30 койка), а максимальное смещение 21 мм (0,8 дюйма). Последующие циклы же водоизмещения привело к существенному снижению нагрузки в позитивном направлении, в то время как потенциал в отрицательном направлении, остается неизменной. При этом пик перемещения, коррозионных трещин параллельно колонке стали открыты значительно. Колонна была объявлена не удалось, несмотря на его остаточную емкость для одного направления нагрузки.
Потому что нагрузка в отрицательном направлении еще можно увеличить, остаточного потенциала колонке, что погрузка направление было исследовано. Дополнительные шагом перемещения были применены в соответствии со стандартом истории нагрузки, но и в отрицательном направлении, только, как показано на рис. 5 (б). Ясно плато выход произошло за негативное половины участка нагрузки и деформации при нагрузке 142 кН (32 койка) и перемещение 25 мм (1 дюйм). Максимальная нагрузка 150 кН (34 койка) на перемещение 58 мм (2,3 дюйма). Отказ в велосипедного движения в отрицательном направлении произошло из-за разрыва ухудшилась боковая обручи и последующего изгиба колонны баров.
Колонка 2: оснащаться 75 мм (3,0 дюйма) углепластика полос-нагрузка-перемещение участка для этой колонке показано на рис. 5 (с). Поведение Колонка 2 характеризуется четко дает и стабильной гистерезисных петель в обоих направлениях нагрузки. Максимальная нагрузка 169 кН (38 койка) и соответствующее перемещение и смещение соотношения пластичности были 78 мм (3,1 дюйма) и 3,5, соответственно. Гистерезисных ответ в колонке 2 показано щипать в виде сильной выпуклости нагрузки и деформации кривой вблизи горизонтальной оси после выхода нагрузка была достигнута. Щипать объясняется частичное неисполнение облигаций скольжения дюбель баров, поскольку жесткие движения тела между колонной и фундаментом пучка, определяемого по кабелю преобразователей являются незначительными.
Нагрузки по сравнению с окружной деформации участков для полос углепластика в колонке 2 приведены на рис. 6 (а) и (б). Это можно заметить из этих участков, что с увеличением нагрузки, нагрузки и деформации циклов сдвиг вправо, сигнализации ущерба в конкретных охваченных композитного диапазонах. Увеличение окружной деформации является четким свидетельством объемного расширения бетона, вызванное постепенного накопления повреждений. Для сжатия стороны, расширение было обусловлено высоким продольного сжимающего напряжения, приводящие к выраженными боковыми разложения, а при напряженности стороны, окружной штаммов увеличилась также и вследствие конкретных расщепления, вызванные механическими замок штрих наконечники с окружающими бетона.
Колонка 3: оснащаться 150 мм (6,0 дюйма) в ширину полос углепластика-гистерезисного поведения в колонке 3, как показано на рис. 5 (г), было стабильным в оба направления нагрузки. Существовал отдельный выход плато последующим постепенным упрочнения до максимальной нагрузки, а затем постепенное смягчение после максимальной нагрузки. Испытания были остановлены до разрушения колонны из-за большой ущерб основу пучка. Максимальная нагрузка для этой статьи была 174 кН (40 койка) и максимальное перемещение и смещение соотношения пластичности были 188 мм (7,5 дюйма) и 9,4, соответственно. Мало или нет гистерезисных ущемление произошло в этом столбце.
Цифры 6 (с) и (г) показывают нагрузки окружной деформации участков два нижних полос углепластика в колонке 3. Штаммов в нижней зоне были значительно выше, чем в верхней зоне. Максимального напряжения, измеренное в нижней зоне была 0,21%, а для верхней зоны лишь 0,07%. Такое поведение было ожидать, поскольку накопления повреждений из-за объемного расширения уменьшается с высотой в столбцах.
Колонка 5: оснащаться 300 мм (12 дюйма) углепластика полос-нагрузка-смещение участка к колонке 5 показана на рис. 5 (е). Успешное завершение этого испытания было предотвратить преждевременный отказ затирки материалы, используемые для проведения столбец место в отверстие в основу пучка. Эта неудача привела к чрезмерному жесткие повороты тела и горизонтальных перемещений. Тем не менее, полезная информация по-прежнему, извлеченные из результатов испытаний (см. "Эффективность модифицированной системы" в разделе "Обсуждение). Тяжелая щипать произошло на ранних этапах истории нагрузки. Щипать было вызвано жесткой вращения тела столбца в открытии пучка основания. Это движения твердого тела делает невозможным определить доходность перемещения с участка прогиба от нагрузки. Датчики на дюбель баров, однако, показали, уступая незадолго до максимальной нагрузки, была достигнута. Кроме того, максимальная нагрузка 152 кН (34 койка), значение очень близко к выходу нагрузки измеряется в графах 2 и 3.
Рис 6 (е) показывает нагрузки окружной деформации участка для нижней группы углепластика в колонке 5. Штаммы были очень малы по сравнению с развитыми штаммов при максимальной нагрузке на графах 2 и 3. Эти низкие штаммов показывает, что небольшое повреждение произошло в конкретном перед испытанием была остановлена. Хотя максимальная грузоподъемность этой статье не было достигнуто, было очевидно, что ее урожайность нагрузки были сопоставимы с возможностями Столбцы 2 и 3.
Колонка 1: модернизированная с непрерывным куртку углепластика-нагрузки и деформации, участок 1 колонке показано на рис. 5 (е). Гистерезисных ответ на этот столбец был одинаков для обоих направлениях, и колонна показал жесткость деградации в начале своей истории нагружения. Ответ показала никаких явных предела текучести. Последовательные пиков нагрузки увеличились после нелинейных тенденция до максимальной нагрузкой 120 кН (27 койка) и соответствующие перемещения 43 мм (1,7 дюйма) были достигнуты. Для большей перемещений, ответ показал увеличение размягчения и испытания были остановлены, когда нагрузка снизилась до 70 кН (15,7 кип). Помечено щипать охарактеризовал нагрузки и деформации, ответ на ранней стадии загрузки. Кабель преобразователя при колонке указано незначительным жесткой перевод тела или поворот в ходе испытания. Таким образом, можно сделать вывод, что ущемление было обусловлено главным образом неспособность облигаций скольжения. Тензодатчиков, установленных на стальной прокат указал, что укрепление не достигнет своего предела текучести, подтверждающие связь скольжения проблемы ..
Нагрузки окружной деформации участков под куртку углепластика, показаны на рис. 6 (е). Штаммы начал быстро расти при относительно низкой нагрузке 50 кН (11 койка). Максимальное напряжение на 0,2% был зарегистрирован низкий калибровочных и 0,13% по верхней калибровочных, несмотря на относительно низкие нагрузки, приложенной к колонне. Опять же, этот результат означает, что связь скольжения типа произошел сбой.
ОБСУЖДЕНИЕ
Бонд деградации зависит от степени коррозии является основным фактором, определяющим структурным ответ образцов. Рисунок 7 иллюстрирует концептуально степени ущерба в конкретных окружающих колонну и дюбель баров в результате коррозионного процесса. Только баров колонки были непосредственно связаны с внешнего источника питания, с тем чтобы дюбель баров опытных незначительный ущерб от прямого коррозии. Боковые грузоподъемностью Колонка 4 (коррозия, а не в ремонте), однако, 80% от потенциала штурвал, а максимальное смещение лишь 25% от неофициального ржавые штурвал. Эти факты, наряду с замечаниями внутри образца после циклических испытаний, документ, что ущерб в конкретных распространяется на наружной поверхности дюбель баров, и что деградация конкретные между шпонкой и столбцов баров.
Деградации Колонка 4 можно объяснить следующим образом. Во время погрузки, растягивающие напряжения передаются от дюбель баров в колонке баров через касательные напряжения в бетоне между стойками. Ограниченные возможности есть в ржавые колонны для выполнения этих напряжений сдвига из-за трещин и накопление продуктов коррозии в бетоне между шпонкой и столбцов баров. Осевые напряжения в колонну и дюбель баров причиной радиальных напряжений в окружающем бетонов обусловлено переплетение бар наконечники и бетона. Эти радиальных напряжений в свою очередь, расширение существующих трещин производится по созданию продуктов коррозии, что приводит к дальнейшей потере связи и приведет к потере колонке изгиб потенциала.
Как правило, в литературе, что ускорение коррозионных испытаний на малых образцах приводит к нереальным даже распределения продуктов коррозии. Это было не так в этом расследовании. Колонка 4 выставлены отмеченные несимметричный ответ гистерезисных нагрузки и деформации, что явно свидетельствует о коррозией распределены неравномерно. Потому что неравномерное распределение продуктов коррозии ожидается в реальных жизненных ситуациях, результаты этих опытов представляют потенциальную поведение ржавых железобетонных колонн в этой области.
Прошлое работы в модернизации коррозия железобетонных элементов с СВСА сосредоточила свое внимание на ржавые колонны подвергаются осевой нагрузки или балок, поперечной нагрузки только. В чистом осевую нагрузку ржавые колонны, упаковка колонны с СВСА увеличение осевой потенциала поврежденного бетона за счет высоких удерживающего напряжения, как это наблюдалось Ли и др. al.7 и др. Pantazopolou al.10 результаты, изложенные в этой статье, однако, показать, что если поврежденных коррозией колонн были отремонтированы использованием СВСА а затем подвергаются боковые нагрузки, механизмы реагирования будут четко отличаются от тех, сообщил в литературе.
Рисунок 8 показывает трещины ущерб шаблон для коррозии образцов наблюдается в этом исследовании. Такая же ситуация наблюдается с этим сообщил Ли и др. al.7 Прямая установка СВСА на поверхности ржавых столбца с трещиной картины на рис 8 бы немного помочь в улучшении структурных поведение колонны подвергаются боковые нагрузки. Объемное расширение бетона требуется до заключения предоставляемый СВСА активизируется, что приводит к дальнейшей либерализации существующих трещин и, как следствие, снижение блокировки и переноса потенциала по поверхности трещины. Таким образом, поврежденного бетона должны быть удалены и заменены до колонки, завернутый в СВСА.
Эффективность модифицированной системы
Столбцы 1, 2, 3 и 5 были отремонтированы с углепластика. Грузоподъемностью графами 2 и 3 соответствуют или превышают возможности контроля столбец (6). Пластичности Колонка 2 была близка к колонки 1, тогда как пластичность Колонка 3 значительно превысило пластичность колонке 1. Колонка 5 не могла быть проверена на полную мощность из-за преждевременного выхода из строя затирки материала в квадратных базы. Колонка 1 разработал облигаций скольжения провал до податливость арматуры.
Хотя Столбцы 2 и 3 оба выхода и максимальной грузоподъемностью превышающих в колонке 6 (образец контроля), их потенциал существенно отличается пластичностью. Колонка 2 показало отмеченный щипать, что означает связь скольжения деградации, вскоре после достижения доходности нагрузки, а в колонке 3 выставлены немного щипать протяжении всего испытания. Это был неожиданный результат, потому что модернизация схемы были использованы предполагается получить аналогичные структурные ответов. То есть, теоретически углепластика условии, что такой же степени лишения свободы для всех столбцов. Причина такого поведения объясняется различиями в консолидации ремонта бетонных размещен в колонках 2 и 3. Crosssectional сокращение осуществляется на столбцы после испытания показали, что для ремонта бетонных Колонка 3 гораздо лучше, чем консолидированный к колонке 2.
Колонка 1, модернизированы с непрерывным куртке, не в нагрузке и смещению, значительно ниже, чем у штурвала. Щемящие, как и в других случаях, было связано с отказом облигаций скольжения на штырь арматуры. Отсутствие жестких движений тела показали этой колонке подтверждает облигаций провал гипотезы. В отличие от поведения показали Столбцы 2 и 3, сжать в колонке 1 место до податливость подкрепления, как это было подтверждено из штамма измерения в ходе испытания.
Чтобы исследовать поведение наблюдается по колонке 1, crosssectional сокращения были сделаны после циклического тестирования был завершен. Как и в случае колонке 2, вновь было отмечено, что укрепление ремонта бетонных вокруг колонны и дюбель баров в колонке 1 был беден по сравнению с показателя за тот же бетон в колонке 3. Было также очевидно, что уплотнения в колонке 1 был самым худшим из трех колонок, объясняя провал наблюдается скольжения связи. Таким образом, причиной преждевременного выхода из строя Колонка 1 можно отнести к бедным консолидации ремонта материалов.
Хотя колонке 5 не могла быть проверена на провал, было установлено, что модернизация этой колонке, были удовлетворительными по крайней мере применительно к его грузоподъемности. Максимальная нагрузка, измеряемые в ходе испытания 152 кН (34 койка), 8% выше, чем доходность нагрузки, зафиксированные на штурвал и почти том же уровне, доходность нагрузки записанные для столбцов 2 и 3. Кроме того, тензодатчики установлен в композитных полос зарегистрирован низкий уровень деформации в углепластика, указав, что только ограниченный ущерб, причиненный в бетон. Кроме того, в ходе испытаний, проведенных на 1 Столбцы, 2 и 3 показали, что потеря груза и перемещения потенциала было связано с окружной деформации выше 0,1%. Максимальной окружной деформации записанные в колонке 5 был ниже 0,025%, указывая на маленький накопления повреждений в бетоне.
При модернизации технологий, используемых в это расследование, структурного потенциала поврежденных коррозией опор моста может быть восстановлен и возможных сейсмических недостатки устранены. Крайне важно, чтобы неразрушающего методов тестирования быть использованы для оценки внутреннего состояния бетона после модернизации выполняется как свидетельствует неадекватное поведение нагрузки и деформации, Колонный 1 и 2 из-за плохой консолидации ремонта бетона.
ВЫВОДЫ
Это исследование показало, что: 1) передовых композитных материалов (СВСА) являются реальной альтернативой для ремонта и модернизации сейсмических ржавые колонны. Колонны модернизированы правильно с углеродного композита (углепластика) обертывания было нагрузки и пластичности потенциала соответствие или превышение ожидаемым для неповрежденных сейсмически предназначены колонки. Нагрузки и пластичности потенциала превысили из неповрежденных образец управления с недостаточной длиной соединения коленях возле колонны к фундаменту связи пучка, и 2) использование внешних токов является допустимым для вызывая коррозию в крупных лабораторных тестов.
Авторы
Авторы выражают благодарность Иллинойс Министерство транспорта и Федерального управления шоссейных дорог за поддержку этого проекта и мастеров строителей, Inc о поставке углеродных композиционных система, используемая в этом исследовании.
Ссылки
1. Акино, W., "Долгосрочные Выполнение сейсмически Реабилитирован поврежденных коррозией Столбцы", кандидатская диссертация, гражданской и экологической инженерии, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, Урбана, штат Иллинойс, 2002.
2. Кастель, A.; Франсуа, R.; и Arliguie Г., механическое поведение Коррозия железобетонных балок-Часть 2: Бонд и Нотч воздействию ", материалов и конструкций, В. 33, № 233, 2000, с. 545-551.
3. Кастель, A.; Франсуа, R.; и Arliguie Г., механическое поведение Коррозия железобетонных балок-Часть 1: Экспериментальное исследование Corroded Балки ", материалов и конструкций, В. 33, № 233, 2000, стр. . 539-544.
4. Чунг, L.; Чо, SH, Ким, JHJ и Yi, ST, "Исправление фактор Предложение для ACI развития положений Длина основании изгиб Испытания RC Плиты с различными уровнями Коррозия арматуры", инженерных сооружений, V. 26, № 8, 2004, с. 1013-1026.
5. Mangat, PS, и Elgarf, MS, "Прочность на изгиб бетонных пучков с разъедает усиление", ACI Структурные Journal, V. 96, № 1, январь-февраль 1999, с. 149-158.
6. Debaiky, AS; Грин, М. Ф., и надежды, BB, "углеродного волокна армированной полимерной Обертывания для коррозии контроль и реабилитация железобетонных колонн," ACI журнал Материалы, В. 99, № 2, март-апрель 2002, с. 129-137.
7. Ли, C.; Боначи, JF, Томас, MDA; Maalej, M.; Khajehpour, S.; Херн, N.; Pantazopoulou, S.; и Шейхе, S., "ускоренной коррозии и ремонт железобетонных колонн Использование карбоновых армированных полимерных листов, "Canadian Journal гражданского строительства, V. 27, № 5, 2000, с. 941-948.
8. Масуд, S.; Soudki, К. и ботвы, T., "углепластика-Укрепление и Corroded RC Балки под монотонных нагрузок и усталости," Журнал композиты для строительства, V. 5, № 4, 2001, стр. 228. -236.
9. Soudki, К., и Шервуд, ТГ, "Поведение железобетонных балок с Укрепление углеродного волокна Железобетонная Полимерные слоистый пластик, подвергнутого ущерб коррозии", Canadian Journal гражданского строительства, V. 27, № 5, 2000, с. 1005-1010.
10. Pantazopoulou, SJ; Боначи, JF; Шейх, S.; Томас, MDA, и Херн, N., "Ремонт поврежденных коррозией Колонны с FRP Обертывания" Журнал композиты для строительства, V. 5, № 1, 2001 , с. 3-11.
11. Tastani, SP, и Pantazopoulou, SJ, "Экспериментальная оценка Куртки FRP в Обновление RC Corroded Колонны с Нестандартные детали", инженерных сооружений, V. 26, № 6, 2004, с. 817-829.
12. Хокинс Н.М., Gamble, WL; Shkurti, FJ, и Лин Ю., "Сейсмическая Укрепление Неадекватная Lap Длина сращивания", 12 Всемирная конференция по сейсмостойкого строительства, Окленд, Новая Зеландия, 2000.
13. Shkurti, FJ, "Дизайн подход сейсмической Модернизация круговой мост Колонны с Lap сращивания", кандидатская диссертация, гражданской и экологической инженерии, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, Урбана, штат Иллинойс, 1998.
14. Vecchio, FJ, и Коллинз, М., "Модифицированный сжатия теории поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI Труды ЖУРНАЛ, В. 83, № 2, март-апрель 1986, с. 219-231.
Уилкинс Акино является профессором в Школе гражданской и экологической инженерии Университета Корнелла, Итака, штат Нью-Йорк он получил степень магистра и докторскую степень по гражданскому строительству из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, Урбана, штат Иллинойс Его исследовательские интересы включают нелинейной механики твердых тел и конструкций, тепло-и массопереноса в пористых материалов, учредительных моделирования и вычислительной механики.
Нил М. Хокинс, ВВСКИ, является почетный профессор гражданского строительства, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн. Он является членом комитетов МСА 215, Усталость бетона, 318, структурные конструкции здания кодекса 408, Бонд и развития арматуры; 446, Механика деформируемого твердого тела, а также совместное ACI-445 ASCE комитетов, сдвига и кручения, и 550 по производству бетона Структуры.
Бонд Характеристики Усиление высокопрочной стали
На Стресс в несвязанных сухожилий и Ultimate: критическая оценка и предлагаемые изменения
Оценка Укрепление железобетонных балок: Циклические Test Load и акустические методы выбросов
Упрощенный расчет краткосрочного отклонения в предварительно напряженных Двусторонняя плоских плит
Выполнение мелкой железобетонных балок с внешней Таможенный армированного полимерных
Shear Поведение железобетонных балок с переменной толщиной Сиде Бетонные крышки