Аналитическая модель для замкнутых керамзитобетонных

Модель для одноосного сжатия зависимости напряжения от деформации для газированных только легкий бетон был разработан. Бетонные цилиндры ограничена из стекла или оберните углеродного волокна затем испытана для определения поведения и проверки модели. Волокна по сравнению с конкретным соотношения объема для втулок из стекловолокна были 1,4 и 2% и рукава из углеродного волокна были 2 и 4%. Бетонные образцы (1440 и 1600 кг / м ^ 3 ^ SUP) были испытаны для решения конкретных влияние жесткости и удельному весу. Экспериментальные данные были использованы для проверки одноосных учредительных модели, основанной на трение дилатансии поведение конкретных трещин. Модель использует уникальную модель трения сдвига, разработанных для конкретных normalweight. Существующих напряженно-деформированного модели для ограниченных normalweight конкретные было пересмотрено с использованием штаммов из-за распада внутренних пустот. Дополнительных изменений было введение с переменным углом внутреннего скольжения, где угол минимизирует нормальное напряжение на поверхность. Изменение модели показали улучшение корреляции с экспериментальными данными ..

Ключевые слова: композиционные; лишения свободы; учредительных модели, легкий бетон, пустот.

(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Механическая модель только на основе конкретных трения дилатансии поведение конкретных трещин было предложено ранее представлять напряженно-деформированное отношение только конкретные при одноосном loading.1 Эта модель называется моделью трещины путь, разделить общее напряжение на три части: напряжение в конкретных без трещин, деформаций из-за трещины скольжения и разлуку, и напряжение из-за частичного распада системы внутренней пустоте, называется просто пустота деформации. В предыдущей модели, недействительными штамм пренебречь. Модель трещины путь использует уникальную концепцию скольжения сдвига и берет на себя путь трещины в деформации пространства.

Хорошо известно, что помещение бетона эффективны в увеличении ее прочностных и деформационных потенциала. Как правило, agreed1-5, прочности и жесткости только конкретные возрастает с увеличением жесткости удерживающего материала, а также прочность на сжатие неограниченном бетона. Предыдущие исследования, однако, не считает высокопористым совокупности или влияние вовлеченного воздуха. Обе структуры вносят существенные недействительным в бетон, который, в свою очередь, может привести к существенной деформации недействительными.

Эта статья распространяется модели трещины путь к включают недействительными деформации. Прогноз отношения напряженно-деформированного по сравнению с результатами 7-дневный сжимающих испытания на прочность на конкретные образцы с плотностью 1440 и 1600 кг / м ^ 3 ^ SUP, ограниченного из стекла или углеродное волокно обертываний. На основании этого сравнения, улучшения в модели путь трещины предлагается. Внутреннего угла скольжения, которая была зафиксирована в предыдущей модели, могут изменяться в целях сведения к минимуму осевой стресс для данного набора деформированного состояния.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Различные аналитические модели для ограниченных бетона, на основе либо энергетический баланс approach6 или на эмпирических данных, 7,8 Для прогнозирования напряженно-деформированного отношения normalweight только конкретные, но не только легкий бетон. В данной работе экспериментальные исследования поведения только легкий бетон с различными волокна упаковка объемные доли арматуры и выполняет параметрическое исследование влияния объемной доли матрицы в бетоне и воздуха в матрице. Наконец, аналитическая модель пути трещины и включения недействительной распада деформации и переменным углом внутреннего скольжения предлагается.

Экспериментальная программа

Цилиндры замкнутых и неограниченных конкретные образцы подвергались осевой нагрузки. Испытание переменным конкретные плотности и жесткости обертывание. Два смеси конструкции и пять жесткости упаковка были использованы, в том числе не упаковка, которая дает нулевой упаковка жесткости. Чтобы привести каждого образца, композитные трубы были изготовлены намотки, а затем заполняются бетоном. Два баллона были отлиты для каждой комбинации переменных в общей сложности 20 испытаний.

Два типа волокна были использованы стекла и углерода. Основываясь на информации производителя, жесткостей углерода и стекловолокна были 220,6 и 69 ГПа соответственно. Композитных упаковка была объемной доли (отношение объема волокна объема бетона) колеблется от 1,4 до 4%. Волокна угол в эпоксидной матрице колебалась от 80,5 до 89,5 градусов по направлению к оси цилиндра, при этом большинство цилиндров, имеющих волокна углом примерно 89 градусов. Керамзит керамзитобетонных цилиндров испытания имели диаметр 51 мм и высотой 102 мм. Несмотря на небольшой образцов были использованы, мало, если любого размера эффект только бетон. После заливки образцов были покрыты мокрым полотенцем на 24 часа. Затем они были сняты со своих форм и лечение в насыщенном водой ванну и поддерживается на уровне 23 ± 1,5 ° С в течение 7 дней до начала испытания. Затем они были дать высохнуть при комнатной условия для дополнительных 7 дней. Все образцы были испытаны сухой при одноосном сжатии использованием жесткой стальной плиты на 220 кадр тест кип.

Образцы были загружены монотонно на провал. Нагрузки и смещения была измерена с помощью датчика нагрузки и линейной переменной дифференциальный трансформатор (LVDT) нагрузки кадра. Осевой деформации измерялась экстензометры на противоположных сторонах цилиндра. Среднее значение этих экстензометра чтениях было принято в качестве значения осевой деформации. Радиальное напряжение измерялось с помощью цепи оборачивается вокруг цилиндра подключен к экстензометра. Тестирование проводилось в смещении контроля со скоростью 0,05 мм / мин. Все измерения сохраняются в компьютере под управлением тест frame.3.

Два бетонных смесей были использованы, один из них весил 1440 кг / м ^ 3 ^ SUP и других 1600 кг / м ^ 3 ^ SUP. 1440 кг / м ^ 3 ^ SUP смесь, содержащая 14,9 до 23,6% воздуха в матрице по объему и 33,4 до 35,2% от общего числа конкретных смесь матрицы, опять же объема. Матрица определяется как смесь цемента, воды, воздуха и примесей. 1600 кг / м ^ 3 ^ SUP смесь содержала 9,5 до 11,7% воздуха в матрице, а 66,1 до 66,6% от бетона матрицы. Каждая группа имела различные объемной доли волокна, а также два вида волокна были использованы. Упаковка жесткости K ^ W ^ югу определяется как модуль упругости волокна времена половина объема волокон для бетона. Воздух содержание определяется объем и вес измерений бетона. Удельный вес составляющих материалов в конкретных были определены в соответствии с ASTM C 127-01 и ASTM C 128-01.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Экспериментальные результаты приведены в таблице 1. Кроме того, на рис. 1 изображает сравнения прочности на сжатие и жесткость при заключении конкретных единицу веса. Рисунок 2 и 3 осевое напряжение по сравнению с осевой деформации и напряжения по сравнению с осевой радиальной деформации отношений в течение пяти различных волокна объемная доля образцов с 1440 и 1600 кг / м ^ 3 ^ SUP конкретные единицу веса. Результаты тестирования только бетон с 1440 и 1600 кг / м ^ 3 ^ SUP единицу веса показывают, что увеличение жесткости композитных увеличивает прочность бетона, уменьшает наклон вниз postpeak часть, и увеличивает пластичность в postpeak регионе, хотя конкретные содержит пустот и слабых совокупности. По Рамакришнан, 3 изменение наклона зависит от жесткости композитный, что представляет собой горное давление и функция фракции объем и тип волокна в плотном бетона. В случае ограничивается керамзитобетонных, наклон регулируется не только по жесткости композитный, но и количество пустот в бетоне ..

Предложенная аналитическая модель

Краткое описание модели трещины путь

Модель трещины путь только конкретные прогнозирует напряженно-деформированное отношение только normalweight concrete.1 Предполагается, что конкретные деформации В предыдущей версии игнорировали недействительными распада штамма normalweight бетона при монотонной нагрузки. Модель трещины путь, который получил свое название от пути раскрытия трещины, является одноосной модели материалов, основанных на принципе механизм сдвига от скольжения. Пути трещины взаимосвязь между разделения и скольжения вдоль плоскости скольжения потенциальных называют поверхности трещины. Когда предел прочности бетона достигается, скольжения из-за сдвига происходит вдоль плоскостей скольжения. Из-за шероховатости поверхности потенциальной плоскости скольжения, разделение происходит в сочетании со скольжением.

Штамм представляет собой сумму линейных упругих напряжений в бетоне от скольжения поверхности, нелинейные (трещины) напряжение за счет скольжения и разлуку, и штамм недействительными краха. Crack штамм считается осуществленной в узких трещинах поверхности которых образуют угол Crack скольжения приводит к разделению трещины из-за трещины шероховатость поверхности. Трещины штаммов, Crack деформации растяжения поэтому причин радиальных штамм, который вызывает сжимающие напряжения заключения в бетон с пленкой. Сжимающие напряжения заключения, в свою очередь сдерживает трещины радиальной деформации.

Наклона пути уменьшается с увеличением как нормальное напряжение и увеличения скольжения в керамзитобетонные concrete.2 Типичные пути раскрытия трещины приведены на рис. 4 и 5. Параметров модели пути трещины пути трещины модели, связь между стрессом напряженности нормали к поверхности трещины и трещины отрыва и трещин коэффициент трения. Коэффициент трения отличается от обычного тем, что оно определяется по отношению к склону путь раскрытия трещины. При таком подходе эффекты трения и дилатансии разделены, и коэффициент трения становится примерно постоянной и равной стоимости между 0,6 и 0,77 для обоих normalweight бетонных и керамзитобетонных. Результаты испытаний Shear показывают, что этот коэффициент трения слабо зависит от прочности бетона и стресс нормали к трещине surface.2 путь раскрытия трещины определяется

Критическом состоянии скольжения может быть выражена

... (2)

Для данного значения

... (3)

Дополнительные осевые и радиальные деформации из-за трещины скольжения и разделения шагом,

Неспособность волокна упаковка

Из предположения о равновесии, радиальные напряжения во внешней бетона зависит от жесткости пленку и общей радиальной деформации. Упаковка жесткости K ^ W ^ югу определяется как жесткость волокна времена половина объема волокна к конкретным

... (5)

Волоконно сбой при радиальной деформации достигает предельной деформации волокна. Полное определение напряженно-деформированного кривой ограничивается конкретными может быть установлена путем проведения итерационных расчетов. Для данного осевые напряжения, трещины скольжения нагрузка постепенно увеличивается, пока достаточно большой стресс конфайнмента добиться того, чтобы соответствующее напряжение сдвига может уравновешивать осевых напряжений. В то же время, путь раскрытия трещины уплощается в связи с увеличением нормальное напряжение.

Void распада деформации

Void распада деформации пасты или агрегата. С другой стороны, в случае легкого бетона, недействительными распада штамм имеет большое значение для всех сильных бетона родов, потому что сделать его светлее, бетон должен содержать пористых заполнителей и / или высокой долей недействительным. В высокопрочного легкого бетона, когда бетон достигнет предела прочности пористого совокупности разбивается первых, не цементного теста. Низкий к intermediatestrength легкого бетона обычно не удается, либо когда пористого цементного теста или совокупности достигает своего предела прочности. Рисунок 6 и 7 иллюстрируют различия экспериментальных и аналитических результатов для ограниченных обычного бетона с использованием модели трещины путь, который не включает в себя деформации недействительными краха.

Void распада деформации, трещины деформации скольжения и трещины нормального напряжения являются взаимозависимыми. Таким образом, пустота распада деформации зависит от количества пустот представлены F ^ V ^ к югу, трещины скольжения деформации и напряжения по нормали к поверхности трещины.

Содержание воздуха может быть представлена недействительными гибкости коэффициент F ^ V ^ к югу, что часть воздуха в матрице и, следовательно, 0

Кривые были рассчитаны для трех различных возможных функций недействительными деформации краха. Из них следующие функции он прекрасно подходит.

Параметрическое исследование

Использование итерационной процедуре, параметр исследование было сделано для ограниченных керамзитобетонных. Влияние параметров, а, в, е ^ V ^ к югу, и Значения параметров базовой модели представлены в таблице 2.

Первоначальный наклон трещины путь

На рисунке 10 показано влияние, начального наклона пути раскрытия трещины, на осевое напряжение по сравнению с радиальной деформации кривых. Рисунок 5 показывает, что чем круче склон начального, тем труднее нажать блокировать пути трещины, и поэтому чем больше сумма осевых напряжений. Начальное значение наклона 1,52 дает максимальное осевое значение напряжения аналогична неограниченном керамзитобетонных и выбрали в качестве значения параметра базы.

Crack деформируемость поверхности параметра с

На рисунке 11 показано влияние деформируемость поверхности трещины параметра с от осевой напряжений по сравнению с радиальной деформации кривых. Повышение жесткости поверхности трещины влияет на неограниченном прочности бетона, хотя и не так значительно, как начального наклона пути раскрытия трещины. Стоимость влияет на наклон кривой растяжения на пост-пик отрасли в замкнутом бетона. Деформируемость значение 0,12 дает максимальный осевой значения напряжений аналогично неограниченном керамзитобетонных и выбрали в качестве значения параметра базы.

Void гибкости коэффициент F ^ югу V ^

Рис 12 и 13 показано влияние недействительными гибкости коэффициент параметра осевого напряжения по сравнению с осевых и радиальных кривых деформации. Значение / ^ к югу V ^ является недействительным распада деформации коэффициент на пути раскрытия трещины. Увеличение стоимости F ^ V ^ югу снижает осевое напряжение. Рисунок 14 показывает, что коэффициент F ^ V ^ югу делает осевых и радиальных напряжений уменьшить напряжение и придавить пропорционально. Недействительным гибкости коэффициент примерно 0,20 приводятся конкретные данные стресс приносит аналогичные экспериментальные данные для бетона с 20,7% воздуха в матрице.

Переменным углом

Рисунок 15 иллюстрирует влияние трещины углом аналитических осевых напряжений по сравнению с осевой деформации. Хармон и др. al.1 отметить, что отношения между самой трещиной и глобальных напряжений и деформаций определяется Правильный угол трещины значение, которое дает минимальное напряжение при заданной величине напряжения. В случае ограничивается бетона, трещины правильный угол меняется в зависимости от осевой нагрузки. Таким образом, модели с переменным тета вводится. Модели с переменным тета рассчитывает напряжение с несколькими thetas и выбирает тета, который обеспечивает минимальное осевое напряжение в любой конкретный осевых деформаций. На рисунке 16 показана stressstrain кривых с различными значениями тета. Заштрихованную на конверте определяет минимальный конверт растяжения.

Сравнение экспериментальных и аналитических результатов

Неограниченном конкретных

На основании итераций с использованием модели трещины путь с недействительными распада напряжения и переменной тета, как осевых напряжений по сравнению с осевой деформации и напряжения по сравнению с осевой радиальной отношения штамм неограниченном керамзитобетонных были рассчитаны. Параметров, с, е ^ ^ к югу V были выбраны в качестве 1,52, 0,12 и 0,20 на 1440 кг / м ^ 3 ^ SUP бетона. Трещины углом использоваться было разным.

Рис 17 и 18 результаты расчета осевых напряжений по сравнению с кривой радиального напряжения для неограниченных бетона. Прогнозирование радиальной деформации является одним из преимуществ модели путь треск: он позволяет выявить неисправности в неограниченном и ограничивается конкретными. Результаты расчетов по модели трещины путь с недействительными распада напряжения и переменной тета по 1440 кг / м ^ 3 ^ SUP конкретного матча с экспериментальными результатами.

Сравнение между предлагаемыми тета переменной и существующих основных тета трещины путь модели для ограниченных конкретных

Рисунок 19 до 26 приведены экспериментальные и аналитические осевых напряжений по сравнению с осевой деформации и напряжения по сравнению с осевой радиальной деформации кривых на 1440 кг / м ^ 3 ^ SUP конкретные только из стеклоткани или карбона. Для того чтобы продемонстрировать эффективность предлагаемых переменной тета трещины путь модели с недействительными деформации коллапс, осевое напряжение по сравнению с осевой деформации и напряжения по сравнению с осевой радиальной деформации отношений предсказал фиксированной модели тета были рассчитаны и сопоставлены с экспериментальными данными. Все остальные параметры были одинаковыми в обеих моделей. При сопоставлении предложенной модели тета переменной и существующие модели с экспериментальными данными, переменная модели добивается более высокой корреляции с экспериментальными данными для общего ограничивается конкретным напряжение в postpeak отрасли, чем существующие модели. Предложенная модель переменная может представлять широкий спектр условий, в том числе весьма ограничены конкретными и неограниченных бетона.

ВЫВОДЫ

Экспериментальное исследование поведения замкнутых и неограниченных керамзитобетонных представлен. Переменные включены конкретные плотности и жесткости обертывание. Аналитическое исследование было проведено с целью модель одноосного поведение только легкий бетон. Эта модель представляет собой изменение существующей модели путь трещины включать последствий недействительной распада напряжения и переменной Следующие выводы можно сделать:

1. Увеличение жесткости упаковка повышает прочность и пластичность только легкий бетон, но не настолько, как это делает для normalweight бетона;

2. Отсутствие замкнутых керамзитобетонных объясняется волокна перелома во всех изученных случаях;

3. Модель трещины путь может быть изменен, чтобы включить недействительными распада деформации и критический угол скольжения, что изменяется в зависимости от осевых напряжений;

4. Критический угол скольжения угол, который предсказывает мере осевое напряжение для данного осевых деформаций;

5. Void распада деформации могут быть смоделированы как пустота гибкости коэффициент раз функция нормального напряжения к критической плоскости скольжения и касательное скольжения по этой плоскости;

6. Изменение модели трещины путь был оценен, фиксируя все параметры модели для данного конкретного дизайна смеси и определения, насколько хорошо параметры соответствуют экспериментальным результатам для шести различных жесткости упаковка и

7. Модели с переменным углом трещину дала лучшие результаты, чем фиксированный угол модель трещины.

Нотация

= начальный наклон, когда нет нормального напряжения

с = параметр, который определяет изменение наклона вследствие нормального напряжения

D = диаметр упаковка

E ^ югу F = жесткости волокна

F ^ югу т = внутреннее напряжение растяжения

F ^ югу V = недействительными гибкости коэффициент

К ^ к югу ш = упаковка жесткости

т = толщина волокна

Ссылки

1. Хармон, TG; Ramakrishnan, S.; и Wang, EH, "замкнутые бетона при одноосном Монотонные Загрузка" Журнал "Инженерная механика", ASCE, В. 124, № 12, 1998, с. 1303-1309.

2. Ким, Y.-J., "Поведение пористый бетон на легких заполнителях в том числе Влияние конфайнмента", кандидатская диссертация, Вашингтонский университет в Сент-Луисе, Миссури, 2004.

3. Ramakrishnan, S., "Поведение бетона, ограниченном Композитный Wrap", кандидатская диссертация, Вашингтонский университет в Сент-Луисе, Миссури, 1997.

4. Ричарт, ИП; Brandtzaeg, A.; и Браун, RL, "Изучение разрушение бетона при сложном напряженном состоянии при сжатии," Вестник 185, Университет штата Иллинойс, Шампейн, штат Иллинойс, 1928.

5. Wang, EH, "Композит замкнутых Бетон", кандидатская диссертация, Вашингтонский университет в Сент-Луисе, Миссури, 1997.

6. Мандер, Дж. Пристли, M.; и парк, Р., "Теоретические модели Штамм стрессом для замкнутых Бетон" Журнал зданий и сооружений, В. 1114, № 8, август 1988, с. 1804-1826.

7. Шах, PS; Fafitis, A.; и Арнольд, Р., "Циклические Загрузка Спирально железобетона," Журнал зданий и сооружений, В. 109, № 7, июль 1983, с. 1695-1710.

8. Манрике, MA; Бертеро В.В., Попов, EP, "механического поведения легкого бетона, ограниченном Различные типы Боковое укрепление", UCB сейсмостойкого строительства Research Report центр № UCB/EERC-79/05 мая 1979 года.

Ю Чже Ким инженером при высоких железобетонных конструкций, Inc, Денвер, Па Его исследовательские интересы включают предварительно напряженных железобетонных конструкций, армированных волокнами полимерных усиления бетонных конструкций и легкого бетона.

Томас Г. Хармон Клиффорда В. Murphy профессор Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Миссури Его исследовательские интересы включают армированных волокном полимер железобетонных конструкций, легких бетонов, а только конкретные.