Сжатие полевой Моделирование фибробетона участников в соответствии с Shear Загрузка
Некоторые лабораторные эксперименты показали эффективность стальных волокон в замене минимальный необходимый код-поперечной арматуры в балках, в частности в сборных высокопроизводительных структуры бетона. Несмотря на большое количество экспериментальных данных доступна лишь несколько численных исследований были опубликованы о волоконно-железобетонных конструкций. Поведения различных видов полномасштабной стали фибробетона элементов здесь проанализированы с помощью конечного кода элемента на основе модифицированной теории сжатия поля (MCFT) и возмущенной модели поля напряжений (DSFM), и соответствующим образом адаптированы для стальной арматуры . Численные модели проверяются на экспериментальные результаты, полученные на полномасштабную фибробетона (FRC) структурных элементов и показано, адекватно моделировать прочность, жесткость, пластичность, трещины модель развития, и отказов всех образцов, испытанных, в том числе слегка усилить или волокон только.
Ключевые слова: растрескиванию; фибробетона; сдвига; напряженности.
ВВЕДЕНИЕ
Поведения и проектирования железобетонных балок при сдвиге по-прежнему вызывает озабоченность. Дизайн кодов постоянно меняются и в целом становятся все более жесткими. Там остается актуальной необходимость в создании дизайна и методов анализа, которые обеспечивают реалистичную оценку прочности, жесткости и пластичности элементов конструкций на сдвиг нагрузки.
Использование армированных волокном, высокопрочный бетон (FRHPC) получила значительное внимание в последние годы, особенно, когда управление трещины имеет первостепенное значение, таких, как в плите-на-земле applications1 или в пучках, где поперечной арматуры, частично или полностью absent.2-5 FRHPC использования в промышленности сборного может стать особенно привлекательным, если можно доказать, что достаточной прочности и пластичности может быть достигнуто в предварительно напряженные балки и при отсутствии сдвига reinforcement.6 С практической точки зрения, Тем не менее, текущие правила проектирования обычно не включают какие-либо заявления по фибробетона (FRC), которые могут позволить инженерам включить волокнистых укрепление их структурных конструкций. Это происходит, несмотря на интенсивные исследования на свойства материала, который сейчас сделал FRC хорошо известны.
Численное моделирование нелинейного поведения материалов FRHPC требует использования современных компьютерных кодов, которые осуществляют материала нелинейностями и позволяют правильного моделирования конкретных явлений, разрушения, основных, когда развитие и распространение трещины оказывают существенное влияние на структурные ответ.
Модифицированной теории сжатия поля (MCFT) является известная модель для представления нелинейного поведения железобетонных конструкций. По существу, это смазывается, вращающийся трещины модель трещины железобетонных elements.7 На основе ряда испытаний панели, определяющие отношения были разработаны, описывающих поведение трещины железобетона на сжатие и на растяжение. Эти модели были включены в новый дизайн procedures8 (например, те, которые формируют основу для общего метода сдвига дизайн в канадском кодекса, CSA A23.3-04), а также в разработке различных алгоритмов нелинейной конечных элементов. В результате процедуры анализа было показано, обеспечить точное моделирование реагирования на широкий спектр структур, включая пучков в изгиба, сдвига и кручения, глубокие балки, shearwalls, колонны, плиты и раковины.
В слегка железобетонных элементов, однако, где скольжения трещины сдвига имеет важное значение, вращение основного поля напряжений, как правило, отстают от большей ротации основного поля напряжения. Для таких элементов, сдвиговые жесткости и прочности, как правило, несколько завышена MCFT, которая предполагает, поворотов равны. Нарушенных модели поля напряжений (DSFM) 9-11 был разработан для решения этой и других систематических недостатков MCFT в прогнозировании ответа определенных структур и загрузки сценариев. DSFM концептуально похоже на MCFT но распространяется MCFT в нескольких отношениях. Самое главное, DSFM увеличивает совместимость отношения MCFT включить трещины деформации сдвига скольжения. Штаммов из-за этих деформаций отличаются от штаммов конкретные континуум из-за стресса. Таким образом, DSFM отделяет ориентации главных поля напряжений от основного поля деформаций, в результате чего задерживается смазывается вращающейся трещины модели. Более того, явно расчета деформаций трещины скольжения, DSFM исключает проверить трещины сдвига в соответствии с требованиями MCFT.
В настоящей работе, результаты анализа нелинейных проводились на трех различных наборов из предварительно напряженного FRHPC пучков (с различной геометрией, укрепление и волокна суммы) подвергается сдвигу, испытанные в университете Брешиа, Италия, представлены. Главной целью этой экспериментальной программы было исследование возможности полностью или частично заменить поперечной арматуры (хомуты) с волокнами, а также проанализировать неудачи механизмы с учетом и без волокон. При этом четыре предварительно напряженных I-формы балки, три предварительно напряженных открытый участок тонкой перепонкой элементы крыши, а три сдвига критической пучков были протестированы. Все образцы были изготовлены из высокопрочного бетона (HSC). Экспериментальные результаты оказались весьма полезными в доказательстве эффективности волокон, которая во всех трех типов структур привело к увеличению пластичности и прочности; расширенной пластичности, в свою очередь, привело к разрушение при изгибе, чем сдвига краха, как видно на примере двух одинаковых пучков, один бросок со ссылкой (обычная) бетон, а другая с высокой прочностью fibers.12.
Численного анализа пучков проводились принятия двумерной плоскости стресс конечных элементов (КЭ) модели, основанной на MCFT и DSFM. При моделировании различных структур, особое внимание было уделено нелинейного поведения материалов, особенно в связи с FRC. Кроме того, программа была модифицирована путем добавления новых напряженности смягчение отношения к волокнистых подкрепления используются, и, без стремян, внимательно изучает границы трещины.
Одной из главных задач анализа, проведенного было изучение развития сдвига устойчивых механизмов в пучках с учетом и без поперечной арматуры в деталях. Точной оценки волокна вклад в сопротивление сдвигу Была также высказана просьба. Анализы могли бы также стать эталоном точности и надежности MCFT и DSFM прогнозирования фактическое поведение SFRC структурных элементов. Подробная информация и результаты этих исследований представлены в настоящем документе.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
В настоящем документе рассматривается применимость и точность MCFT-процедуры, основанные на анализе широкого круга структурных элементов основном литые со случайно распределенными волокнами, как дополнительный (или единственный) поперечной арматуры при условии. Это показывает, что задержки смазывается вращающейся трещины анализ дает точное представление о армированных волокном балок под действием сдвига, при условии, что особое внимание уделяется на смягчение напряженности поведение и трещины ограничения предполагается. Некоторые соображения в отношении этих двух последних параметров, которые имеют решающее значение для адекватного представительства реальное поведение, также будут представлены и рассмотрены.
ДЕТАЛИ образцов для испытаний
Набор численного анализа была проведена по следующим вопросам:
Четыре высокопроизводительных бетонных балок с геометрией показано на рис. 1 (а) (образцы I-Beam1, I-Beam2, I-Beam3, а я Beam4);
* Три тонкими перепонками открытый участок крыши элементов, имеющих геометрии изображен на рис. 1 (б). (Образцы R-ElemWM, R-Elem45, и R-Elem80), а также
* Три высокие бетон сдвига критической балок геометрии показано на рис. 1 (с). (Образцы SC-BeamPC, SC-Beam45 и SC-Beam80).
Что касается первой серии экспериментов 3 сдвига два испытания были проведены на каждый пучок, приняв план на рис. 2. Первый тест заинтересованных зоны TZ (передача зоны), а второй был посвящен зоны DZ (рассеянный напрягаемой зоны действия). Тесты в зоне TZ представительные пучка поведение вблизи опор, где поперечной арматуры необходимо улучшить связь и поведение преднапрягающей пряди и прочность на сдвиг пучка. Те, в зоне DZ представляет поведение во внутренней части балки, где минимальная сумма усиление, как правило, требуется и напрягаемой действий полностью размыт.
Два луча (I-Beam1 и я Beam2) было подано простого бетона, а 50 кг / м ^ 3 ^ SUP стальных волокон (объему V ^ югу е = 0,64%) были добавлены остальные балки. Два типа волокна были использованы: нормальный прочность волокна (45/30), имеющие длину 30 мм, а соотношение размеров (длина / диаметр), равным 45, а также высокая прочность волокна (80/30), имеющие длину 30 мм и пропорции 80. Волокна 45/30 были использованы в I-Beam3 в то время как волокна 80/30 были использованы в I-Beam4.
Все пучков были разработаны в соответствии с Европейским 2 (EC2) 13 положений иметь сдвига провала в одной из двух зон испытания. По этой причине, фланцы и Сети за пределами экспериментальных зон (распада место) были застыл; сечение пучка вдоль зон выбраны для сдвига краха, следовательно, имеют типичные геометрии сборного потока с веб-панели толщиной, равной 120 мм (см. рис. 1 (а) и 2).
Площадь панели тест 1,75 м (пять раз в Сети глубины), а общая длина луча 9 м (рис. 2). Пучков опертой с пролетом 5,65 м, а точка нагрузки был применен 2,2 м от поддержки (рис. 2) иметь постоянное усилие сдвига вдоль распада зоны (без учета собственного веса).
В зонах TZ и DZ, различное количество поперечной арматуры были приняты:
* I-Beam1 был построен без поперечной арматуры (ни в TZ, ни в DZ зоны);
* I-Beam2 был брошен с поперечной арматуры разработан в соответствии с EC2.13 в зоне TZ, стремена ([прямой фи] 6 на расстоянии 100 мм) были разработаны на основе фермы, хотя механизм в зоне DZ, поперечной арматуры является минимальным требует код (сетка [прямо фи] 5 на 200 х 200 мм);
* Зоны TZ я-Beam3 и я Beam4 были усилены с той же поперечной арматуры пучка 2. В этих пучков, зоны DZ было подано без традиционных арматурный прокат, так что стали волокон присутствует только подкрепление в Сети, а также
* В оставшейся части балки, [прямой фи] 10 на 100 мм, стремена были использованы.
Что касается второй серии экспериментов (крыш), основная цель экспериментальной программы было изучение поведения тонких перепончатые открытых элементов раздел без традиционных поперечной арматуры (которые сопротивляются сдвиг, кручение и изгиб поперечной), а также оценить возможность заменяя ее стальных волокон.
Образцы 12500 мм (рис. 1 (б)). Сечения, как показано на рис. 3, состоит из 50 мм для горизонтальной плите около двух нижних аккорды снижения до 45 мм толщиной примерно в центре, а два крыла переменной толщины углом 35 градусов к горизонтали. Сечение также слегка утолщенными в средней части элементов (рис. 1 (б) и 3), что приводит к большей рычага и, следовательно, в большей изгибной потенциала. Общая поперечного сечения 2500 мм в ширину, а средняя высота была примерно 450 мм. Открытый участок и 30 мм при условии склона (рис. 1 (б)) были призваны содействовать ливневой канализации. В таких ситуациях, тонких стенок сделать изгиба-кручения и поперечного изгиба необходимых проверок, даже если продольный изгиб остается критически важным параметром для конструктора. Два симметричных аккордов нижней характеризовались широким слоям повышение противопожарной защиты продольной арматуры находится внутри.
Различные поперечной арматуры был принят в трех элементов испытания:
* Первый элемент (R-ElemWM) была построена со стальной сварной сетки ткани ([прямой фи] 5 арматурного проката через каждые 250 мм в направлении оси х и 200 мм в у-направлении (см. рис. 3); 1 [ прямой фи] 5 на 250 х 200 мм);
* Второй элемент крыши (R-Elem45) была усилена 50 кг / м ^ 3 SUP ^ (V ^ югу е = 0,64%) из низкоуглеродистых 45/30 волокон, а также
* Третий элемент (R-Elem80) был брошен с 50 кг / м ^ 3 SUP ^ (V ^ югу е = 0,64%) из высокоуглеродистой 80/30 волокон.
Обратите внимание, что волокна только поперечной арматуры в образцах R-Elem45 и R-Elem80. Во всех случаях, однако, образцы традиционно укрепляются длиной 80 диаметров сухожилий, что соответствует примерно 1 м (см. большее количество стали на передачу для R-ElemWM на рис. 4), с тем чтобы диффузии напрягаемой напряжений по Передача длины, сопротивления сдвигу в поперечном направлении, и переборок действий.
Образцы были загружены путем реализации двух различных последовательностей тест (рис. 5). В первом, работоспособность живой груз был применен (соответствующий снеговой нагрузки необходимо с помощью кода) с помощью трех пучков стали продольно распределены по симметричной оси и верхней аккорды элемента. В ходе второго этапа, предельной нагрузки был применен с использованием стального каркаса перемещения управляемая система с восемью точками загрузки для того, чтобы точно воспроизвести равномерно распределенной нагрузкой. (Рис. 5).
Что касается последней группы элементов, три сдвига критической пучков были испытаны в целях изучения сдвига вклад за счет самих волокон, избегая несколько вариантов в других факторов (хомуты, геометрии поперечного эффектов, предварительного напряжения), которые сделали бы волокна характеристика сложнее.
Эти лучи 4350 мм в длину, 480 мм глубиной и шириной 200 мм (с прямоугольного сечения) и были построены с высокой прочности бетона. Они были просто усилена в нижней части лица с 2 [прямой фи] 24 деформированных баров, как показано на рис. 1 (с). Все три пучков были загружены с помощью стальной перемещения контролируемых рама с четырех пунктов изгиба схеме (4PBT), выбирая критическая длина сдвига так что / D = 2,5 (см. рис. 1 (с)). Без традиционной усиление сдвига была представлена во всех случаях. Образцы SCBeamPC был сделан из простого бетона в то время как SC-Beam45 и SC-Beam80 были построены добавить 50 кг / м ^ 3 SUP ^ (V ^ югу е = 0,64%) от 45/30 и 80/30 волокон, соответственно, матрицы. Опять же, волокна только поперечной арматуры, предоставленного в двух последних элементов, описанных. Кроме того, подходящие стальные пластины были направлены на обоих концах образцов для того, чтобы обеспечить достаточное закрепление на решетку.
В таблице 1 приведены поперечные детали арматуры для всех образцов считается.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ образцов для испытаний
Двумерной модели плоского напряженного был разработан для всех трех типов образцов. За три сдвига критической пучков (SC-Beam образцов), это было точное предположение. В случае I-Beam образцов двумерного представления был достаточен для адекватного моделирования распределения напряжений, трещин, и его развитие, даже при резком изменении раздела (B1 и B2 разделе рис. 1 ()), где трехмерной модели могли бы быть более представительным фактическое поведение.
С другой стороны, двумерная модель была не совсем правильное предположение три открытых элементов сечения (R-Элем образцов), а поперечный прогиб оказался играть важную роль, особенно в точке структурного коллапса. В связи с некоторыми трудностями в проведении надлежащего нелинейной трехмерной модели, однако, двумерная модель была использована. Тем не менее, результаты эксперимента показали несколько поперечных эффектов изгибе для R-Elem45 и R-Elem80 (за счет устранения эффекта предлагаемых волокон), а не ничтожно малый поперечный изгиб эффекты наблюдались для R-ElemWM (усиленная ткань сетки сварные), , хотя общая перемещения были довольно высокими. Кроме того, окончательным крахом всегда происходило как совокупность продольных и поперечных изгиб. По этим причинам, двумерная модель считалась достаточно надежной и достаточно точной, по крайней мере для широкого круга смещения структуры. Рисунок 6 изображена сетка построена для сдвига критической модели.
В таблице 2 приводятся основные характеристики сетки приняты три различных множества структурных элементов рассматривается. Обратите внимание, что четыре-кивнул элементов с равномерной толщины были использованы во всех конкретных представлений FE, а две фермы кивнул баров с равномерным площадь поперечного сечения были приняты для любого усиление не внедрены.
Что касается усиления, различных подходов к моделированию были приняты. Предварительное напряжение арматуры (которая присутствовала как в I-балки и крыша элементы R-Элем, 0,6 и 0,5 низкой релаксации нити, соответственно) был смоделирован с помощью элементов фермы, связывая узлов, имеющих одинаковые координаты и номера конкретных узлов . Perfect стали до конкретных связей этой связи предполагается. Претензии загрузки был смоделирован с применением prestrain к кабелю. Prestrain была выбрана равной экспериментальное значение (с учетом трения счета и неупругих потерь в размере 15% от общей первоначальной стоимости). При передаче зоны, линейного развития prestrain предполагалось, с целью имитации передачи явление претензиозность из пучка конца (не prestrain) на расстояние, равное 50 прядь диаметра (от 750 до 650 мм, соответственно), за что , претензии действий предполагалась быть однородным и полностью разработаны.
За I-Beam модели, деформированные бары (которые были помещены в целях контроля образования трещин и развития, а также позволит структуры для достижения большей пластичности), стремена и сварной сетки были смоделированы как встроенные арматуры в железобетонных элементов. Perfect стали к конкретной связи также предполагается, в этом случае. Наоборот, в SC-Beam модели, деформированные бары, которые были только усиление изгиба, были смоделированы с фермы элементов, считая, совершенный стальной toconcrete связи, а также.
Для того чтобы избежать нереалистичных провал штамповки и численные проблемы нестабильности в связи с нагрузкой концентрации, точечные нагрузки и поддерживает были смоделированы в качестве узловых нагрузок, действующих на стальной пластине (в соответствии с экспериментальной процедуры), имеющих продольный размер два конечных элементов и толщиной 30 мм ( Рис. 6), прекрасно связан с конкретными элементами.
В то время как единственное условие нагрузки, необходимые для анализа Shear-критических балки, две нагрузки случае анализа была определена как для I-Beam и R-Элем модели, как описано в следующем.
Нагрузка случае я
Prestrain нагрузка была применена к сухожилий и мертвым грузом на бетонных элементов. Для учета потерь преднапряжения, prestrain от 6,1 (предварительного напряжения 1400 МПа), применяемых при угоне. При передаче, prestrain переменной от 0 до 6,1 Исследуя обоих типов структур на этот шаг, было установлено, что кривизна вычисляется по программе FE был похож на экспериментальных один и напряжения вдоль кабеля находится в хорошем согласии с большинством аналитических прогнозов. Кроме того, несколько небольших трещин в самом начале передачи появился в одной из двух моделей.
Нагрузка случае II
Нагрузка случае II является применение живой груз. Точечную нагрузку (I-Beam модели) или сочетание распределенных и сосредоточенных нагрузок (R-Элем модели) были увеличены до разрушения.
МОДЕЛИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Все образцы были построены с высокопрочный бетон (HPC). Все элементы изготовлены из FRHPC были отлиты с использованием 50 кг / м ^ 3 ^ SUP попался на крючок волокон стали, будь то 45/30 или 80/30 волокон.
Бетон
Три комплекта образцов были отлиты в разное время, но с одинаковым дизайном смеси, что привело к механических свойств бетона, были весьма похожи друг на друга.
Механических свойств бетона принята в численного анализа, показано в таблице 1, основаны на результатах ряда испытаний, проведенных в тот же смесей, применяемых в литейном полномасштабных элементов.
Волокна 30 мм в длину. Два разных пропорций волокна были приняты (соотношение сторон л / [прямой фи] = 45 и L / [прямой фи] = 80); 45/30 волокон с нормальной силы (1250 МПа), в то время как 80/30 волокон из-за роста закалки, было выше значение предела прочности (около 2300 МПа).
Хотя все технические характеристики материалов сообщается в других местах, 3,12 стоит обсуждать предположение о растяжении поведения. Бетон в напряжение предполагается линейной до прочность на растяжение. После пика поведения, что особенно важно, когда волокна присутствуют в матрице, рассчитан в соответствии с итальянским стандарт, 14 в соответствии с которым механики разрушения трещины во рту открытия перемещения (CMOD), управляемый из четырех пунктов изгиб (4PBT) осуществляется на небольших образцов пучка (150 х 150 х 600 мм), чтобы определить прочность индексов и обычных остаточных сил.
Рисунок 7 иллюстрирует экспериментальные кривые нагрузки CMOD и геометрия 4PBTs осуществляются; четырех пучков было подано 45/30 волокон, три были с 80/30 волокон. Чтобы найти растягивающие напряжения разрушения открытия учредительного отношения после пика напряжения, численный анализ проводили с использованием конечного элемента программы, 15 которая основана на дискретном подходе трещины. Эта программа рассматривает структуру многих линейных упругих поддоменов, связанных между собой элементов интерфейса, которые моделируют трещины, положение которых должно быть известно априори. Интерфейс подключения элементов первоначально поддоменов (как жесткие ссылки) и начала активизации (то есть трещины открываются), когда нормальные растягивающие напряжения на границе достигает предела прочности материала. Трещины в дальнейшем распространении и сплоченной напряжений, передаваемых между трещины по стресс-трещины ( Рисунок 7 показывает также лучшие облегающие численного ответа 4PBT, полученные путем калибровки соответствующих законов
Сплоченной законов рассчитываются с конечным элементом программы пришлось сократить в единую отношения напряженно-деформированного (FE routine16 принятых реализует размытым крекинга модели) путем деления разрушения открытие характерное значение длины. Поскольку общепризнанным процедур не существует для расчета характерных длин в присутствии волокнистого арматуры (которая на самом деле предметом для обсуждения), метод был использован на основе доказательств, многих 4PBTs проводится в университете Brescia.17 В самом деле, после пиковых нагрузок, волокна, как правило, не показывают прочность выше, чем тот, который предоставляется простой бетон. Волокна, как обычные подкрепление, необходимо определенное количество трещин, чтобы начать сопротивляться провал. Первый филиал сплоченной права postpeak из волокнистого материала, таким образом, в целом аналогична справочного материала (без волокон). Таким образом, она была выбрана для калибровки характерная длина две материалы FRC, как показано на рис. 8, введя первый филиал postpeak из кривых FRC, как показано на рис.
8 (линия AB). Условие применяется привело к значению характерная длина равна 125 мм, 45/30 волокон и 1000 мм, 80/30 волокон. Обратите внимание, что чем выше энергия разрушения G ^ е ^ к югу, тем больше значения признака длины, по мнению многих исследователей; 80/30 волокон показал G ^ ^ е югу четыре раза больше, чем 45/30 волокон ..
Эти отношения были затем включены в коде обычных FE используются, 16 и были использованы при выполнении анализа всех членов содержащие стальных волокон.
Для расчета ширины трещин, отметим, что характерные длины были ограничены эффективной изгибной глубине членов, который представляет собой признали приблизительной оценки трещины шаг балок практически без поперечной арматуры. Особенно это сказалось на результатах государств-членов с высоким углеродные волокна (волокна 80/30), а также определяется различными значениями длины характерные для трех различных структурных элементов, представленных в настоящем документе.
Укрепление
Те же типы стали было использовано во всех наборов структур. На основании экспериментальных результатов для сухожилий, изменение Рамберг-Осгуд polilinear кривой, пригодных для низких стали релаксации, был определен для предварительного напряжения стали. Stirrups, сварные сетки, и деформированных барах, во всех случаях, которые определяются как упруго-пластических материалов с упрочнением с помощью полилинейных стресс-пластической деформации кривой фактического ответа из нескольких баров испытания. Таблица 1 показывает также выход и предельное напряжение каждого типа поперечной арматуры используются. Более подробная информация представлена в номер 12.
Сравнение численных и экспериментальных результатов
I-Beam образцов
Как и лабораторных испытаний, численный анализ проводили с перемещением контролируемой процедуры, путем введения увеличения перемещений в узлах, расположенных в середине пластины передачи стали.
Рис 9 (а) и (б) иллюстрируют нагрузка-смещение кривых четыре I-Beam образцов в TZ и DZ зоны, соответственно. Перемещение была измерена на места приложения нагрузки. Обратите внимание, что три идентичных экспериментов были проведены на зоны DZ я-Beam3.
Во всех случаях, линейных поведение тесно захвачен численные модели. Во-первых трещин, соответствующей началу нелинейности, адекватно аналогичные экспериментальные значения. При формировании первой трещины растяжения, возможно, объясняется размытый подход MCFT, поведение в некоторых случаях по-прежнему стабильной и численная модель имеет чуть больше нагрузки, по сравнению с экспериментальными ответ, прежде чем показывать различные диагональные трещины.
Насколько после взлома, то, FE программа выставки очень хорошую сходимость в любом случае, несмотря на сильный нестабильности после первой точки крекинга, которая наблюдалась в экспериментах. Расчетная ответов зон TZ, как правило, более точные, чем у DZ зон, вероятно, связано с наличием в I-Beam2, 3, 4, стремена, которая подготовила более стабильной после пика ответ. Кроме того, трещины картина состоит из хорошо распространены трещины соответствующей известно фермы модель, по крайней мере до максимальной экспериментальное значение нагрузки, как показано на рис. 9 (а) и (б). В такой ситуации, численный анализ как правило, обеспечивают точное моделирование. В легкомысленно или неармированные сдвига пучков, однако, такие как I-Beam1 (как и DZ TZ модель) и I-Beam2, I-Beam3, а я Beam4 (DZ модели), поведение регулируется вскоре после растрескивания при образование доминанты трещины сдвига, проходящей через точки приложения нагрузки на опоры. Вот некоторые соображения местных поведения, с точки зрения максимальной ширины трещин и местных условий, стресс, прилегающих к трещины, были рассмотрены в целях выполнения надлежащего анализа.
MCFT было показано, обеспечить жизнеспособные и точный метод для анализа сдвига критической пучков, содержащих мало или нет сдвига reinforcement19 тех пор, пока две незначительные ограничения, наложенные на оригинал определяющие соотношения, один, связанных с растягивающие напряжения в бетоне и других для ширины трещин (что приводит к разработке DSFM). Что касается бывшего пределе, сдвига критической неармированных элементов было установлено, что использование остатков бетона растягивающие напряжения от 0,1 до 0.15f ^ ^ к югу карат для бетона на растяжение приводит к значительно улучшилось аналитических results.19 Что касается трещины, сдвига скольжения по поверхности широкого трещин может привести к расхождение между направлениями главных напряжений и очевидной направления главных деформаций. Завышение переориентации стресс траектории и, следовательно, в пластичности пучка, может привести. Чтобы защититься от этого, главное напряжение сжатия, быстро уменьшилось элементов, содержащих трещины превышает предел 5,0 мм в ширину.
Последняя величина больше, чем предлагаемые на 2,0 mm19 из-за больших глубинах и благотворное влияние волокон, которые действуют в сокращении нестабильности трещин (измеряется ширина трещины основных достигал значений до 20 мм в I-волокнистых пучков) . Это предположение привело к лучшей корреляции с экспериментальными результатами. В случае I-Beam2, 3 и 4 (TZ модель), в котором было подано дизайн стремена, ограничение ширины трещин не было или почти не влияет, как уже known19 в присутствии поперечного армирования. В этих лучей, введя экспериментально измеренной средней трещины шагом 150 мм, предпочитают выражение код программы по умолчанию КСР-FIB18, согласие с экспериментальными данными несколько возросла. Среднее расстояние треск был выбран во всех других случаях, как значение, близкое к экспериментальному ..
Кроме того, важно отметить, что сильные корреляции, достигнутый в аналитического моделирования было в значительной степени из-за трещины вращающейся подход, который является основой MCFT и DSFM. В самом деле, экспериментальные пучков первоначально показали картины рассеянного трещины в панели (за исключением I-Beam1, сделанный из простого бетона), который позже разработанные на основе прогрессивных вращения трещины и трещины сливаются воедино, что привело к одной макротрещины ориентированных по диагонали. Это вращение приводит к конечной сопротивление механизм регулируется арки действий и конкретных остаточной прочности на сжатие. Численные модели смог захватить с этим явлением, даже в присутствии волокон.
Волокна увеличил остаточную прочность на сжатие, потому что они эффективно уменьшить ущерб при растяжении (то есть, контролируя поперечной деформации растяжения). Изучение экспериментальных и расчетных кривых при больших значениях вертикального перемещения, волокон не может предложить любые дальнейшие остаточной прочности на разрыв, потому что основной трещины сдвига был очень широк. Несущую способность, однако, оказалось значительно больше в волокнистых пучков, чем в не-волокнистые. Это свидетельство тому, что сопротивление стойки области, в конечном арки сопротивления механизма (особенно наблюдается в тестах DZ, с основными поля напряжений, проходящей через точку нагрузки по диагонали панели к ближайшему support3, 12), должны были больше с волокнами. Последний аспект имеет важное значение, особенно с точки зрения прочности на сжатие, предлагаемых волокон и с точки зрения материальных характеристик.
Способность модели, чтобы повернуть основные растягивающие картина деформации, вероятно, одной из основных причин хорошую сходимость достигается в численных анализов, даже в момент нагрузки перемещений пять-шесть раз больше той, которая соответствует первой точке крекинга (рис. 9 (а) и (б)).
Рисунок 10 докладов сравнение экспериментальных и расчетных трещины картины. Первая фотография относится к I-Beam3, тест TZ, вскоре после раскрытия трещин, где довольно распределенных трещины картина заметно. Второй участок освещается трещины картина при выходе из строя I-Beam4, тест TZ. Можно заметить, сдвига доминирующей большая трещина, лежащих ниже панели диагональю. Кроме того, несколько параллельных трещин, которые образуются на ранних стадиях, в зависимости от модели фермы, все еще можно наглядно. В обоих случаях прогнозы программы FE являются удовлетворительными, и в состоянии описать картину развития трещины и соответствующие изменения в сопротивлении механизмов. Заметные совпадение экспериментальных и численных растрескивания могут быть представлены во всех других I-балки.
R-Элем модели
В отличие от экспериментов, 20 численный анализ проводили с силой, контролируемой процедуры, так как образцы были подчеркнуты как с равномерно распределенной нагрузки и восьми пунктов, сосредоточенной нагрузки, последний с помощью статически определимой загрузки системы. Эта нагрузка процедура оказалась слишком сложной для численного моделирования. Кроме того, никаких существенных нестабильности или смягчение ситуации в мире, которые не могут быть реализованы с loadingcontrolled процедуры не наблюдалось.
Рисунок 11 изображает внешних кривых нагрузка-смещение в середине пролета для трех образцов. Прежде всего отметим, что эта схема не принимает во внимание первоначальный развал и мертвым грузом структуры. Кроме того, экспериментальные смещения соответствуют, что в верхней аккорд образцов (крылья), которые были затронуты поперечном изгибе после определенного момента. Как уже отмечалось ранее, это явление не было принято во внимание, поскольку численной модели двумерного. Соглашение между экспериментов и аналитических прогнозов, однако, удивительно близок и подтверждает, доказательств того, что R-Elem80 не наблюдалось существенных поперечного изгиба. Немного поперечной явления, а не наблюдали в R-Elem45. Преждевременного распада R-ElemWM и общий ответ размягчения, происходящие в середине пролета перемещение около 200 мм, подчеркивает существенное влияние на поперечный изгиб после этого момента. В связи с этим, разброс между экспериментом и численная модель становится весьма важным: в пренебрежении трехмерных побочных эффектов привели к численные результаты, которые не были надежными после смещения в середине пролета 200 мм, к сведению, однако, что это смещение в четыре раза превышает смещение на первую трещин и из любой возможный дизайн предельный прогиб ..
Как и в I-Beam анализов, DSFM был применен только к образцам без стремян, в то время как простые MCFT оказалась достаточно надежной для R-ElemWM. Экспериментальная картина трещины оказалось очень рассеянный по всей длине члена во всех образцах, в значительной степени регулируется продольный изгиб, и в конечном итоге в сочетании с поперечный изгиб. Таким образом, ограничение ширины трещины введенных DSFM оказались менее важным в этой ситуации. С другой стороны, I-Beam модели выставлены огромные и концентрированные трещин в панели области и картины на провал был очень повлияли на его развитие. Большое внимание было уделено в связи модель I-Beam для определения ширины трещины, характерной длины, и параметры, влияющие на поведение местных трещины.
SC-Beam модели
Как и в экспериментальных испытаний, численный анализ проводили с перемещением контролируемой процедуры.
Показано на рисунке 12 нагрузка-смещение экспериментальных и расчетных кривых три балки, с перемещением измеряется в середине пролета.
После взлома поведение несколько переоценили посредством моделирования, особенно в начале нелинейности. Вероятно, это связано с влиянием жесткости напряженности и смягчение напряженности, которые играют важную роль при возникновении трещин, до полного перехода к стадии трещины.
DSFM применяется в отношении всех образцов из-за отсутствия в стременах во всем мире. Различные ограничения трещины были установлены для образцов, в соответствии с результатами экспериментов, которые показали разные явления коллапса. Внезапное и очень хрупкое разрушение при сдвиге наблюдалось в SC-BeamPC, с главным трещина сдвига 0,12 мм.
SC-Beam45 показал разрушение при сдвиге, как хорошо, но с гораздо более широкой магистральной трещины сдвига и повысить общую перемещения, первые из которых 2,2 мм, а последняя 26 мм. Таким образом, падение было более контролируемыми из-за устранения эффекта предоставляемый волокна, что позволило передавать растяжения вдоль сдвига критической трещины.
SC-Beam80 выставлены изгиба приносит неудачи с продольной деформированной решеткой. Незначительные сдвига критической трещины образуются, но высококачественных волокон углерода (80/30 назначения) были в состоянии обеспечить достаточный потенциал сдвига и, следовательно, изменить распада от сдвига на изгиб, при этом многие структурные преимущества, следовательно, полученные в условиях значительной пластичностью Терка и выше несущей способности (рис. 12).
Рисунок 13 иллюстрирует рисунок трещин при завершении испытаний и соответствующих структур трещины определяется из анализа. Заметные соглашение между видел экспериментов и моделирования: SC-Beam45 выставлены поведения между двумя испытаниями показано на рис. 13, она была, по сути, можно отметить довольно большие трещины, даже при изгибе, а SC-BeamPC не наблюдалось существенных трещин. Образцы SC-Beam80 показывает очень широкий трещин, особенно на изгиб, а эксперимент сделал (хотя больший ущерб при сдвиге численно найдена). Более подробная информация о сдвига критической fiberreinforced бетонных балок приведены в номер 12.
РЕЗЮМЕ
Численного моделирования подход принято, исходя из MCFT и DSFM, поэтому может представлять линейных и нелинейных поведения различных пучков испытан под нагрузкой сдвигом. Это также позволяет моделировать с достаточной точностью волокна вклад в смягчение напряженности. Моделирование фибробетона введя соответствующие напряженности размягчения поведение является достаточно точным и, с конструкционной точки зрения дизайна, простая и эффективная процедура. MCFT и DSFM формулировки дают превосходные результаты при наличии поперечной арматуры; сбоев, postcracking жесткости, прочности и пластичности точно смоделированы. Для пучков, содержащих мало или вообще не поперечной арматуры или волокна, в точности предоставляемых DSFM еще довольно хорошая, хотя и с разбросом естественно связать с механизмами, сильно зависит от конкретных прочность на растяжение.
Дальнейших исследований
Подтверждение исследования, проведенные показали, что MCFT DSFM и могут быть легко адаптированы к волоконно-железобетона, при условии, что уход посвящена некоторых параметров модели, такие как правильное натяжение смягчение законодательства, основанного на правильном характерная длина и ширина подходящий предел трещины . Оба параметра было показано, что тесно связано с энергией разрушения, и даже размер образца структуры. Дальнейшие исследования должны проводиться на различных армированных волокном бетона (с принципиально различными свойствами прочности при растяжении), чтобы установить связь между характерная длина и энергия разрушения.
Кроме того, I-Beam образцов и SC-Beam образцы наглядно продемонстрировали эффективность волокон в повышении остаточной прочности при сжатии FRC. Сжатого стойка действий пользуется этим, но Есть не признали отношений или исследований, касающихся ее.
Момент сдвига области, 12,21, который определяет shearcritical пучки как было показано SC-модель, удивительно изменения, связанные с волокнами. Сдвига момента домен FRC на основе подходящими свойствами прочности было бы весьма полезным в плане дизайна целей.
Наконец, в неармированных элементов, некоторые уточнения о влиянии напряженности жесткости эффекты из близлежащих укрепления должны быть расследованы.
ВЫВОДЫ
В этой статье проверки MCFT и DSFM, путем сравнения расчетных анализов и сдвига эксперименты на три группы полномасштабной бетона и бетонных балок fiberreinforced был представлен.
Численный анализ проводили с использованием программы FE, разработанная в Университете Торонто и на основе MCFT и DSFM, надлежащим образом адаптированы к фибробетона с точки зрения различных пост-крекинга поведения и местных условий, в трещины. Подтверждение модели была проведена по широкому кругу полномасштабной структуры, с результатами теста наглядно демонстрируют эффективность волокон в частично заменить стремена.
Принятой модели точно предсказал после взлома ответ членов с точки зрения прочности, жесткости, пластичности, треск шаблонов и отказов. Кроме того, могут симулировать поведение postpeak до отказа, и для точного прогнозирования различных видов распада, что произошло.
Численные результаты были точны в каждом конкретном случае, и особенно превосходны в присутствии поперечного арматурной стали или при общении с образцами, которые не при изгибе.
Вращающейся трещины модель доказала свою эффективность в моделировании окончательный механизм распада I-Beam образцы, которые связаны с аркой действий с участием переориентации трещины и слияние.
Сдвига вклад от волокон и регулярного подкрепления также моделируются с хорошей точностью.
Численного анализа, а также результаты экспериментов, показала, что усиление сдвига может быть частично или полностью, эффективно заменить стальными волокнами, в результате сокращения затрат на рабочую силу из-за ликвидации обработки и размещения reinforcement.3, 12 В сдвига критической пучков, при определенных условиях (например, прочность и размер) волокна могут отложить сдвига крах и в конечном итоге заставить разрушение при изгибе, при значительном увеличении пластичности и несущей способности.
Эти результаты могут быть использованы для дальнейшего изучения поведения FRC пучков, чтобы лучше понять механизмы, регулирующие разрушение при сдвиге в волоконно-железобетонных балок и разработать практические процедуры дизайн, учитывающий эффекты волокна на поведение пучка. При этом необходимо учитывать две следующие ключевые моменты:
* Роль волокна сопротивление должно быть включено в конкретный вклад, в 12 то время как многие исследователи считают, отдельные волокна сдвига contribution.22 Этот вывод основан на экспериментах и количественные данные, которые демонстрируют способность моделировать FRC структур только приняв Соответствующее напряжение размягчения модели, а также
* Волокна также увеличить предел прочности сжатия стойки, что особенно важно в некоторых структурах. Соответствующая формула проверки, предусмотренные многие кодексы, должны быть адаптированы к FRC структур.
Авторы
Поддержку Е. Giuriani и Г. А. Plizzari, Университет Брешиа, П. Riva, Университет Бергамо, с благодарностью признана. Авторы также хотели бы поблагодарить векторного анализа группы в Университете Торонто за его помощь.
Нотация
E ^ к югу с модулем = Юнга для бетона, измеренная от цилиндрических образцов (210 мм глубиной и диаметром 75 мм)
е '^ к югу с = сжатие цилиндрических конкретные силы (28 дней), предполагается равным 0.83f к югу ^ с, куба ^
F ^ к югу с, куба = прочность на сжатие конкретные измеряется от кубических образцов (150 мм край)
е ^ ^ к югу карат = предел прочности бетона измеряется от цилиндрических образцов (210 мм глубиной и диаметром 75 мм)
F ^ югу т = предел прочности на растяжение поперечной арматуры
F ^ югу у = текучести растяжение поперечной арматуры
Ссылки
1. Меда А., Plizzari Г.А., "Новый подход к проектированию для стальной Волоконно-железобетонных плит-на-Граунд основании Механика деформируемого твердого тела", ACI Структурные Journal, В. 101, № 3, май-июнь 2004, с. 298-303.
2. Казанова, P.; Росси, П. и Шаллер, I., "Может стальных волокон Заменить поперечной арматуры железобетонных балок"? ACI Материал Journal, В. 94, № 5, сентябрь-октябрь 1997, с. 341-354.
3. Меда, A.; Минелли, F.; Plizzari, ГП и Riva П., "Поведение Shear стали Fibre железобетонных балок", материалов и конструкций, V. 38, апрель 2005, с. 343-351.
4. Noghabai, К., "Балки из фибробетона в среза и изгиба: эксперимент и модели" Журнал зданий и сооружений, В. 126, № 2, 2000, с. 243-251.
5. Уильямсон, GR, "Стальные волокна в виде веб-арматуры в железобетонных," Труды армии США службе Конференции, Вест-Пойнт, штат Нью-Йорк, В. 3, 1978, с. 363-377.
6. Ди Приско М., Феррара, L., "HPFRC предварительно напряженных тонких веб-элементов: некоторые результаты сопротивления сдвигу," IV Механика разрушения железобетонных конструкций, в мае-июне 2001, т. 2, Р. де Борст, J. Mazars, Г. Pijaudier-Кабот, а Миер JGM ван, ред., А. А. Balkema Publishers, Лиссе, Нидерланды, с. 895-902.
7. Vecchio, FJ, и Коллинз, М., "Модифицированная теория сжатия поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 2, март-апрель 1986, с. 219-231.
8. Коллинз, М.; Митчелл, D.; Adebar, P.; и Vecchio, FJ, "Общее Метод Дизайн сдвига", ACI Структурные Journal, V. 93, № 1, январь-февраль 1996, с. 36-45.
9. Vecchio, FJ, "Disturbed Модель поля напряжений для железобетона: Формулировка" Журнал зданий и сооружений, В. 126, № 9, 2000, с. 1070-1077.
10. Vecchio, FJ, "Disturbed Модель поля напряжений для железобетона: Реализация" Журнал зданий и сооружений, В. 127, № 1, 2001, с. 12-20.
11. Vecchio, FJ; Лай, D.; Шим, W.; и Нг, J., "Disturbed модели напряженного железобетона: Проверка" Журнал зданий и сооружений, В. 127, № 4, 2001, с. 350 -358.
12. Минелли, F., "Plain и волокна железобетонных балок под нагрузкой сдвигом: Структурные Поведение и дизайн аспекты", кандидатская диссертация, Университет Брешиа, Брешиа, Италия, февраль 2005, 422 с.
13. EUROCODE 2 1993, "Проектирование железобетонных конструкций", UNIENV 1992-1-2.
14. UNI 11039, "Сталь армированного волокном бетона-Часть I: Определения, классификации и спецификации требований в части II: Метод испытания для измерения прочности первых трещин и пластичность индексы России", итальянский совет по стандартизации, 2003.
15. Рейха, R.; Сервенка, J.; и Саума, В. Е. MERLIN, трехмерных конечных элементов программы на основе смешанной стратегии Итерационные методы решения проблем в теории упругости, пластичности и линейной и нелинейной механики разрушения ", EPRI, Пало-Альто, Теленок., 1994.
16. Wong, PS, и Vecchio, FJ ", VecTor2 и руководство пользователя опалубки", технический отчет, Департамент инженерной, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада, август 2002, 217 с. (Доступно по адресу <A HREF = "HTTP : / / www.civ.utoronto.ca/vector/ "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://www.civ.utoronto.ca/vector/ </ A>).
17. Cangiano, S.; Cucitore, R.; и Plizzari Г.А., "новое предложение по оценке разрушения свойства стали армированного волокном бетона", 6-й Международный симпозиум по использованию высокопрочных и / Высокий конкретных действий, Г. Кениг, F. Дена, Т. Фауст, ред., Lipsia, Германия, 16-20 июня 2002, т. 2, с. 873-886.
18. КСР-FIP, "Модель Код для железобетонных конструкций: КСР-МФП международным рекомендациям," 3rd Edition, комитет Евро-International-дю-Beton, Париж, 1978, с. 348.
19. Vecchio, FJ, "Анализ критических Shear-железобетонных балок," Структурные ACI Journal, В. 97, № 1, январь-февраль 2000, с. 102-110.
20. Минелли, F.; Cominoli, L.; Меда, A.; Plizzari, Г. А. и Riva П., "всесторонних исследований по HPSFRC предварительно напряженных элементов кровли, подвергнутого Продольный изгиб", Международный семинар по высоким содержанием клетчатки, усиливали Цементные композиты в Структурные приложения, Гонолулу, Гавайи, 23-26 мая 2005 (см. <a target="_blank" href="http://www.hpfrcc-workshop.org/" rel="nofollow"> http://www . hpfrcc-workshop.org / </ A>).
21. Имам, M.; Vandewalle, L.; Mortelmans, F.; и Ван Gemert Д., "Shear Область Fibre железобетонных высокопрочных пучков", Elsevier инженерных сооружений, V. 19, № 9, 1997, с. 738-747.
22. RILEM Окончательные рекомендации TC-162-TDF, "Испытание и методам разработки стали Fibre железобетона; себе Метод проектирования", материалов и конструкций, В. 36, октябрь 2003, с. 560-567.
Входящие в состав МСА Фаусто Минелли участие в стажировки молодых специалистов в Департаменте строительства, Университета Брешиа, Брешиа, Италия. Он получил степень бакалавра и докторскую степень строительной техники в Университете Брешии в 2001 и 2005, соответственно. Его исследовательские интересы включают сдвига поведение слегка усилены поперечными балками, высокопрочный бетон, армированного волокнами бетона, а также анализа нелинейных железобетонных конструкций.
Фрэнк Дж. Vecchio, ВВСКИ, профессор гражданского строительства в Университете Торонто, Торонто, Онтарио, Канада. Он является членом Совместного ACI-441 ASCE комитетов, железобетонные колонны, и 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают моделирование учредительных из железобетона, развития нелинейного анализа, а также ремонт и восстановление железобетонных конструкций.