Моделирование Shear Поведение железобетонных балок
Цель данной работы заключается в разработке надежных двумерных (2D) метод конечных элементов (СЭ) подход к моделированию для нелинейного поведения железобетона (RC) сдвига-критических элементов. Надлежащего кинематической области достигается за счет использования различных конечных элементов для бетона, стали и железобетонных интерфейс; отдельных учредительных модели разработаны для каждого типа материала. Модификации 2D конверт прочность бетона при плоском напряженном предлагается рассмотреть вопрос о последствиях трехосного напряженного состояния в пучках с небольшой сдвиг пролета к глубине отношение. Такой подход позволяет успешно сравнения с экспериментальными результатами по RC пучков для значительного спектр проектных параметров, условий нагрузки, и укрепление механизмов. Наконец, критический обзор нескольких подходов к моделированию в литературе проводится.
Ключевые слова: пучка; растрескиванию; железобетона; сдвига.
(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Механизмы сдвига провала в железобетона (RC) лучи по-прежнему подвергаются теоретических и экспериментальных исследований, после нескольких десятилетий исследований; краткую историческую справку можно найти в исследованиях Объединенной ACI-ASCE Комитет 445 (1998). Сложность возникает из различных, взаимодействующих явлений, а именно, трещин, передачи напряжения сжатия от точки приложения нагрузки на опоры, совокупный блокировки через открытые трещины, дюбель действий, и стали -конкретные связи. Механизм сдвига зависит от геометрии пучка, механических свойств материалов, условий загрузки, расположение поперечных и продольных балок, арматуры, а также предварительное напряжение действия. Оценка прочности на сдвиг и моделирование реакции до разрушения при сдвиге критические элементы были предметом очень интенсивной и широкомасштабной исследовательской работы, охватывающие различные модели материалов, составов и механических теорий. Они охватывают секционных моделей, фермы модели, рассматривающие конкретный вклад в прочность, стойки и галстук моделей механики разрушения подходов и нелинейных конечных элементов (NLFE) анализ (Объединенная ACI-ASCE Комитет 445 1998).
Всеобъемлющий обзор исследований в области конечных элементов (КЭ) моделей, предлагаемых для анализа поведения элементов RC можно найти в публикациях ASCE Комитет 447 (1982, 1994) и КССР (1991). Различные подходы различаются по: а) модели материалов, б) формулировки элементов, а также с) процедуры урегулирования. В целом можно сказать, что конкретный подход будет больше подходят для определенной структуры / погрузки ситуаций и меньше других, нет единого подхода, хорошо работает во всем диапазоне структурных деталей и условий нагрузки, возникающие в практике.
Первая цель этого документа заключается в развитии надежного моделирования FE подход, способна предсказывать поведение в нелинейных сдвига RC пучков в значительной спектр проектных параметров, условий нагрузки, и укрепление механизмов. Настоящая работа движется от существующего кода FE, первоначально разработанный специальный анализ нелинейного поведения конкретных столбцов (Берра и др.. 1994) и обновление для анализа пучка колонки суставов в момент сопротивления RC кадров на горизонтальное сейсмических сил ( Коронелли и Mulas, 2001). Выполнение кода в исследовании ухудшения структуры также была продемонстрирована Коронелли и Гамбарова (2004).
Предлагаемый подход базируется на двух ключевых моментах: основное внимание уделяется разработке элементов и материальных моделей. Во-первых, различные конечные элементы выбрали для бетона, стали и железобетонных интерфейс для определения надлежащего кинематической области внутри структурного элемента. Во-вторых, как следствие, отдельного описания механических свойств предполагается для бетона, стали и связи, эти характерны различные модели и учредительных критерии отказа. Элементы интерфейса, явно учета эффекта связи стресс-проскальзывать между стали и бетона, можем легко описать свойства связей в различных ситуациях заключения. Поскольку связь связанных механизм играет важную роль в сдвиге недостаточности (Gastlebed и май 2001 года), включение этих элементов в NLFE анализа значительно повышает точность получаемых результатов. Этот подход требует выбора из нескольких моделей для представления основных нелинейных явлений, происходящих в железобетона. В связи с этим два аспекта модели одинаково важны: 1) они должны быть выбраны в качестве наиболее подходящего для данной задачи, и 2) они должны рассмотреть вопрос о согласованности между различными решений и возможности их взаимодействия в нелинейной области.
Второй аспект, никогда не следует оставлять без внимания и четких указаний должна быть представлена практикующими о совместном использовании моделей, касающихся различных явлений (Vecchio 2001). Кроме того, соотношение между различными моделями и разработки FE будет обсуждаться в следующих разделах ..
Моделирование поведения сдвига зависит от выбора адекватных критериев отказа для бетона в плоскости напряжений и кинематики разработке FE. В отношении первого вопроса, в настоящей работе предлагается модификация двухмерные (2D) силы конверт модель для состояний напряжения напряжение сжатия, чтобы рассмотреть вопрос о последствиях трехосного напряженного состояния в пучках с небольшой сдвиг пролета к глубине отношение. Что касается второго вопроса, то более высокого порядка элементов для конкретного компонента, были введены в модели, чтобы избежать сдвига замок и захватить неоднородного распределения деформаций, заменив предыдущую формулировку, основанную на четыре узла изо-параметрических элементов. Возможности и эффективность предлагаемых код, названный EF2002, были протестированы в связи с экспериментальными результатами Кани (1966), Леонард и Вальтера (1962), Бреслер Scordelis (1963), и Kotsovos (1987), охватывающих различные структурные ситуации и укрепление механизмов. Наконец, сравнение результатов расчетов с численным анализов Vecchio (2000) ..
Как вторая цель работы, критический анализ подходов к моделированию в литературе сделал, в описание предложенной модели, и после представления численного анализа. Обсуждение различных подходов к моделированию осуществляется в свете результатов расчетов позволяет некоторые особенности целостной стратегии моделирования прослеживается.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эта статья показывает, разработке общего подхода FE для оценки сдвига провала RC балки, на основании отдельного моделирования для бетона, стали и связей между ними. Новая формулировка двухосных конверт отказа предлагается учитывать трехосных эффекты в модели самолета-стресс. Предлагаемый подход является основой для дискуссии относительно других аналогичных произведений в литературе.
КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛЬ
EF2002 FE код используется для выполнения нелинейного анализа RC структурных элементов в 2D. Дополнительных Ньютона решение типа стратегии, принятые для решения вычислительных проблем, связанных с нелинейной структур при квазистатическом нагружении. Анализы могут быть выполнены как в нагрузке и смещению контроля; специальному алгоритму (Powell и Симонса 1981) необходимо в последнем случае необходимости соблюдения любых неустойчивых структурных ответ. В данной работе, основные черты кода (Коронелли и Mulas 2001) приводятся, но упор делается на аспекты развитых представлять сдвига поведение более эффективно.
Одной из характерных черт код для рассмотрения конкретных и стальных элементов в отдельности, а связь между ними, через элемента интерфейса. Стальные прутья моделируются простые два узла фермы элементов, связанных с конкретными моно-мерных четыре узла контактных элементов (Keuser и Mehlorn 1987), как показано на рис. 1 (а). Упруго-пластических отношении предложенных Menegotto и Пинто (1973) используется для стали составляющей. Входные параметры для монотонной нагрузки текучести и деформации и упрочнения модуля; последняя определяется с учетом прогнозируемого уровня максимального напряжения, которые будут достигнуты. Армированного бетона связи по образцу отношений stressslip связи (рис. 1 (б)), предложенной в Eligehausen и др. (1983). Входные параметры прочности, остаточного после пика напряжение связи, а также соответствующие значения колеблются них, в зависимости от заключения уровне, приводят к выдвижной или расщепление неудач.
В данной работе изопараметрического четыре узла для бетонных элементов принятые ранее в коде была заменена изопараметрического восемь узлов элемента. Многие исследования в области FE анализ структуры RC сосредоточиться на разработке моделей материалов, по-видимому, не принимая во внимание важность выбора типа FE, или даже без указания типа элемента используется (см. Веккио 2000). Этот вопрос, однако, становится все более важным, как анализ FE более широкое применение дизайнерами. Четыре узла изо-параметрических элементов, как правило, рекомендуется в связи с простотой поля деформаций, это остатки сложности материала модели, необходимые для описания сильно нелинейных монотонных или циклическое поведение бетона (ASCE 1982). Широкое использование четыре узла элементов был достигнут в литературе, в дополнение к вышеупомянутым причинам, Аюб и Filippou (1998) объясняют свой выбор на основе "однородности деформации и поля напряжений" в бетонных панелях проанализированы. Недостаток в выборе низкого порядка элементов является их неудовлетворительная работа для линейных и нелинейных сдвига ответ явление принято называть "сдвига замок". Высших порядков элементов как представляется, выполняют лучше (хотя и не совсем) по отношению к замок (гнили и Blaauwendraad 1989), кроме того, они могут работать неоднородных полей деформаций более удовлетворительно ..
Учредительный модели для конкретных
Нелинейного поведения элементов RC, таких как балки, колонны, стены и в плоском напряженном состоянии, моделируется в код EF2002 с помощью дополнительных ортотропных учредительных отношений. Ортотропии индуцируется различных напряжений и деформаций государств, расположенных вдоль двух главных направлениях. Осей ортотропии являются направления главных напряжений, предполагается, что совпадает с основными направлениями штаммов (Stevens и др.. 1987). Главное напряжение При сжатии нелинейного поведения до пика напряжений (1990) используется для восходящей ветви. Благотворное влияние заключения, предлагаемые поперечной арматуры (рис. 2 (а)), были введены за счет увеличения прочности бетона и соответствующие деформации, а также предельной деформации ..
При растяжении, энергия разрушения. Наклон размягчения отрасли может быть изменен для учета напряженности жесткости эффектов. Смазывается подход трещины, используемые здесь; в связи с тем, что функции перемещения остается непрерывным, эта модель требует использования ограничителей для локализации трещины. Более простой подход Бажант и О (1983), принятые в настоящем документе, воспроизводит правильное значение fractureenergy рассеивается в открытии трещины на размытие ущерба, по соответствующей ширины трещин-диапазоне, избегая сетки-зависимость результатов. Наконец, модель вращающейся трещины (Gupta и Акбар 1984) принимается для имитации эффекта новых трещин открытия со стресс-строить, как трещины слайдов.
Максимальное сжатие изображенной на рис. 2 (с), в зависимости от двухосных основных
Отказ конверт бетона плоского напряженного состояния
Прочность бетона при плоском напряженном традиционно представлены с помощью двухосных конверт неудачи, представляющих экспериментальные результаты, полученные др. Купфер и др.. (1969). Связь поведения в два направления в tensioncompression состояний может быть воспроизведена одна из двух следующих подходов:
* При снижении прочности при сжатии в трещины бетона в направлении, параллельном трещин в зависимости от растяжения, как это предлагается в рамках модифицированной теории поля сжатия (MCFT) рамки для железобетонных (Веккьо и Коллинз 1986), или
* С помощью аналитической модели экспериментальных двухосных конверт неудачи, следовательно, определяет прочность материала по каждому основному направлению в зависимости от двухосных напряженного состояния (Балакришнан и Мюррей 1988).
Обсуждение двух подходов представлен Аюб и Filippou (1998) и комбинированный подход с использованием как формулировок предложенных Сервенка (2000). Второй подход будет применяться здесь неудача конверт с точки зрения главных напряжений принято схематически представлены на рис. 2 (с). В области двухосных сжатия, увеличение прочности считается (Vecchio 1992); одноосного силы F '^ ^ т к югу поддерживается в диапазоне от двухосного растяжения. В области ТС, либо трещин или дробления событие может быть обнаружен, если точка на конверте не будет исчерпан. Решения для ряда TC предлагаемые в настоящем документе, в рамках данной модели Балакришнан и Мюррей (1988), в значительной степени принимает развития Аюб и Filippou (1998), хотя и с различной аналитической разработки.
Диапазон TC делится на три субрегиона, в зависимости от соотношения В этом диапазоне Первый критический коэффициент 3 (а), знаменует собой разницу между дробления и растрескивания провал. В области ниже этой линии, где В перпендикулярном направлении напряженности стресса может доходить до ^ югу 0.5f 'т ^, как и в модели Балакришнан и Мюррей. Снижение прочности при растяжении можно легко объяснить, потому что, на уровень стресса примерно 80% от дробления стоимость, широкий микрорастрескивания происходит в направлении, параллельном сжатия за счет увеличения коэффициента Пуассона в нелинейной области.
... (1)
В области, где
... (2)
С учетом соотношения Крекинга региона подразделяется на две части второй критический коэффициент
... (3)
С аналитической точки зрения, полная прочность на сжатие е '^ с ^ к югу сохраняется каждый раз, когда значение / ^ ^ к югу экв ниже 0,85 е' ^ ^ т к югу
Напряженности напряжения, соответствующего соотношения Сплошная линия на стороне конверта; абсцисс его точки обеспечить сокращение прочности на сжатие, в соответствии со следующими уравнениями
где
... (6)
Объяснение необходимо внести ясность внес изменения в формуле. (6). Балакришнан и Мюррей (1988) предполагается снижение прочности на сжатие состоится, когда бетон треснул, то есть, для каждого
В качестве заключительного замечания ^ югу значения 0.5f 'т ^ (минимальный предел прочности на разрыв) и 0.5f' ^ с ^ к югу (минимальная прочность на сжатие), определенная Балакришнан и Мюррей (1988) и сохранить как Аюб и Filippou (1998 ) и в настоящем документе, являются достаточно произвольно. Этот выбор, а также предельное значение Предложенная модель была удовлетворительно по сравнению с экспериментальными данными др. Купфер и др.. (1969) с точки зрения прочности материала и stressstrain истории вдоль главных направлений (результаты не приводятся в настоящей статье).
Модифицированный напряжения при сжатии конверт
Сдвига поведение RC пучков зависит от многих параметров и, в частности, на сдвиг пролета к глубине отношение ; Раддл и др.. 1999). Малых значениях ценностей. В этих условиях развитие стойка включает в состоянии стресса, где трехосных эффекты становятся существенными (1984 Kotsovos, 1986 и 1987). Конкретные близко к точке нагрузки, с учетом высшего напряжения сжатия, как правило, расширить за счет эффекта Пуассона в нелинейной области, а окружающие конкретные рамки этой части весьма подчеркнул материала, тем самым увеличивая его силу. Больших значений
Для более точное описание проблемы, определение различных B-и D-регионов (изгиб и диффузии) могут быть использованы (Объединенная ACI-ASCE Комитет 445 1998). Два сопротивление механизмы приводят к различным видам провал, а значение
Поскольку прочность бетона повышается в трехосном напряженном состоянии малого / сут отношения, арки действия не могут быть представлены до неспособности модели с пониженными значениями прочности на сжатие для трещины бетона плоского напряженного состояния, сокращение подходит только для модели пучка действий. В самом деле, провал поверхности Аюб и Filippou кажется неспособной представления сдвига поведение пучков без Сети укреплению проверен Кани, в которых отказ регулируется арки действий, потому что чрезмерно снижает прочность на сжатие бетона. Этот вывод может быть более оправданным, имея в виду, что и MCFT и SE-2D подхода были разработаны на основе среднего напряжения и деформации поведения части подкреплены или простого бетона подвергается плоскости стрессовых условиях. Экспериментальные результаты др. Купфер и др.. (1969) были получены при загрузке кисти валики, которые полностью исключали трения на границе раздела и наложить постоянное поле смещений на границах тщательно избегать трехосных эффекты в экспериментах (Cedolin и Mulas 1984) ..
С целью использования 2D-FE модели обычно приняты в структурного анализа и на основе вышеупомянутых были затронуты проблемы, неудачи конверт в зависимости от структурных параметров предлагается. В регионе сдвига службы, снижение прочности бетона при сжатии зависит от величины Как будут выделены в описании численных результатов, эта зависимость определяет разные типы неудачи, отражающие экспериментальные доказательства. Для Линейная зависимость снижения прочности на сжатие предполагается в пределах 1,5 Параметра
... (7)
Прочность (5), а параметр
... (9)
Некоторые кинематические вопросы могут быть пересмотрены в этой точке. Для низких / д соотношения соответствующих действий арки, напряжение в области пролета среза пучка характеризуется главным образом сдвиговые деформации, а затем наклонных трещин. Деформации области высшего / сут отношения ближе к классической изгиб (сдвига) поведение, с последующим образованием из нескольких трещин с переменной наклонном направлениях. Как следствие, с точки зрения конечного элемента моделирования, элементы высшего порядка являются лучшим выбором для низкого / д соотношения (D-области). Нижние элементы порядка может быть уместным для высшего / сут значения (B-области), хотя некоторые аналитики судить таких решений, склонны к чрезмерной обеспечить жесткость сдвига, как только деформации сдвига стала важным (Балакришнан и Мюррей 1988).
ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Четыре группы экспериментальных исследований на пучках, с учетом различных прочности бетона, продольной и поперечной арматуры соотношения геометрии поперечного сечения, а также размер пучка, были выбраны с целью проверки эффективности предлагаемой модели воспроизвести воздействие на структурные ответ из следующих параметры:
1. Различные службы сдвига к глубине отношений в лучах без поперечного армирования, подвергаются различным распределением нагрузки: четыре точки изгиба (Кани 1966; Kotsovos 1987) и распределенной нагрузкой (Леонхардт и Вальтера 1962);
2. Наличие / отсутствие продольной арматуры в балках, имеющих одинаковую геометрию испытания в четыре точки изгиба (Бреслер Scordelis 1963), а также
3. Удержание из разных регионов структурных элементов за счет различных механизмов поперечной арматуры (Kotsovos 1987).
Резюме всех анализов осуществляется приведены в таблице 1. В этом списке перечислены для каждого автора, номер образца, размеры б и ч прямоугольного сечения, эффективная глубина деревня, луч длиной L, соотношение / сут, процент продольных и поперечных сталь, бетон сила F '^ с ^ к югу, экспериментальные и численные значения среднего напряжения сдвига на провал? ^ к югу и ^ (равное V ^ к югу и ^ / BD), соотношение между этими двумя, экспериментальные и численные значения в середине пролета перемещении на провал с ^ и ^ к югу, а соотношение между ними. Соглашение численного ответа с экспериментальными данными будут рассмотрены с точки зрения параметров на глобальном и местном уровнях.
Влияние сдвига службы, балки без поперечной арматуры
Для изучения возможностей модели при моделировании различных поведения, связанного с пучком и арочных действия, испытания Кани (1966) по балкам, не поперечной арматуры и сдвига службы к глубине соотношения Для каждого соотношения Две серии балок с двумя различными процентах сталь (0,0188 и 0,028) были смоделированы. Данные об образцах приведены в таблице 1.
Уменьшение изгибных потенциала в лучах без поперечной арматуры описывается отношение между величинами предельного момента M ^ U ^ к югу и теоретическое значение прочности при изгибе M ^ ^ к югу FL. На рисунке 4 представлены результаты для пучков стали процент 0,0188, с точки зрения отношения к югу M ^ ^ U / M ^ ^ к югу FL против сдвига службы к глубине Экспериментальных данных, входящие в затененной области; численного воспроизводства так называемой диагональной долине провал более чем удовлетворительным. Результаты для лучей со стальной процент 0,028 в таблице 1, в равной степени удовлетворительными.
Полей напряжений при выходе из строя первой серии испытаний, в таблице 1, для двух различных значений 5, что дает четкое представление о различных структурных мер. Наличие четко определенных наклонной стойкой от нагрузки точки для поддержки является очевидной для малых значение аккорда в верхней части пучка, а также широкий наклонный области сжатия в Интернете.
Экспериментальные результаты Kotsovos (1987), в полном согласии с теми, Кани, используются для расследования отказов образцов Кани с помощью анализа распределения деформаций на провал. За небольшой коэффициент Численные результаты (рис. 6 (б)) обнаружить, что чем выше деформации локализуются ниже линии, соединяющей нагрузки и опорных пунктов, а в группе дробленого элементов в районе максимального момента и нулевого сдвига. Интерпретация структурных ответ, согласно концепции, представленные с описанием пучка и арочных действий, показано на рис. 6 (с) (с Kotsovos [1983]); регионе бетона в одноосном сжатии подавлена, как в экспериментальных испытаний и численных результатов. Для высшего сдвига службы к глубине отношение, экспериментальный режим отказа (рис. 7 (а)) связано с образованием трещин расщепления начиная параллельно с укреплением, распространяющихся по диагонали в Сети, и, наконец, расщепление верхней конкретных крышку.
Численные результаты (рис. 7 (б)) обнаружить сбой из-за трещины, с группой элементов в том же S-образный путь эксперимента. Это связано с растяжение разрушение бетона, а не дробления происходит в верхней аккорд, воспроизводя сдвига напряжения типа отказа. Kotsovos (1983) свидетельствует о наличии двух типов напряжения напряжения, один, связанных с соотношением эффекта Пуассона по наклонной трассе сжатия, а другой наклонной трещины в Интернете (T1 и T2 на рис. 7 (с)). Оба они могут быть признаны в численном выход, с высокой напряженности штаммов под прямым углом к сжатие пути, а по наклонной полосы, начиная изгиб и расширение трещин внутри сети. Эффективность модели при воспроизведении такого рода неудачи связаны также с использованием контактных элементов и соответствующей модели облигаций скольжения, имитируя диссипации энергии за счет распространения трещины расщепления близко к поддержке ..
Влияние различных распределения нагрузки исследуется с учетом исследования Леонхардт и Вальтера (1962) по балкам очень похожи на те, что используются Кани (1966) и подвергается равномерной нагрузки. Сдвига промежуток определяется как расстояние от поддержки результирующая нагрузка на половину пучка, т. е. = L / 4 (где L является пролета пучка). Экспериментальных видов отказов и трещины модели были одинаковы для пучков с точечные нагрузки и равномерно распределенной нагрузкой, соответствующей / д ценностей. Кани (1966) сравнил свои собственные результаты на месте погрузки, с равномерной нагрузкой на результаты Леонхардт и Вальтера (1962) и пришли к выводу, что поведение было одинаковым. Эти вопросы являются основой для выбора использовать провал конверт определяется формулой. (7) (9), независимо от распределения нагрузки. Численные результаты (табл. 1) правильно моделировать эффект различных / сут в зависимости от степени экспериментальные предельной нагрузки под распределенной нагрузкой.
Влияние наличия поперечной арматуры
Возможности модели, чтобы воспроизвести эффект поперечного армирования сдвига критической пучков исследуется моделирования испытаний Бреслер Scordelis (1963) на образцах серии О.А., A, B и погруженные в серединах. Эти элементы либо нет или минимального поперечного армирования, три различных длины пролета и сдвига службы на глубину отношений, две различные ширины сечения, а также несколько продольных отношения стали. Эффективность модели при воспроизведении предельной нагрузки и перемещения, а также влияние стремена, в частности, видно из результатов, перечисленных в таблице 1.
Результаты для двух из проанализированных образцов в данной работе показано на рис. 8, один (ОП-1) без стремян и другие (A-1) с стремена. Поперечных процент стали в пучке-1 мала и оба луча, как считается, опыт разрушение при сдвиге, с / D = 4. Экспериментальные результаты свидетельствуют увеличение предельной нагрузки и перемещения в связи с использованием поперечной арматуры. В анализах FE, различное поведение при сжатии было определено для бетонных элементов, ограниченном стремена. Численных результатов, изображенной на рис. 8 с точки зрения соотношения сила-смещение в середине, показывают, что модель воспроизводит как ответ от услуг предельной нагрузки и увеличение предельной нагрузки и перемещения достаточно хорошо. Точки разрыва в ответ близко к 6 мм перемещения соответствует распространения диагональные трещины сдвига в направлении верхней части пучка и растрескивание бетона в середине пролета. Это приводит к уменьшению сдвига осуществляется по обложке затем перераспределения напряжений в конкретных ниже, где поперечная заключения стали обеспечивает повышенную прочность к материалу и увеличивает пропускную способность пучка ..
Пучков проанализированы здесь были также изучены численно Vecchio (2000), используя версию MCFT адаптированы для рассмотрения типа аварии с доминирующей наклонной трещины, а не распределенных растрескивание панели RC с распространением подкрепления. Его результаты представлены для сравнения на рис. 8. Значений Vecchio (2000), представленные здесь, найти наилучшее приближение из нескольких численных ответов для каждого луча. Результаты с точки зрения максимальной нагрузки очень хорошие, однако параметры модели были настроены, чтобы достичь наилучшего приближения разрушающей нагрузки. Видно, что в обоих случаях MCFT адаптированы для сдвига критической пучков дает смещения выше, чем экспериментально измеренные, недооценивая пучка жесткости. В связи с этим 5% приближении максимальное смещение определяется Vecchio (2000) кажется довольно быть 14%. В самом деле, максимальная нагрузка, достигнутых на 13,5 мм, сохраняется до 16,5 мм (рис. 8 (б)).
Влияние различных поперечных договоренности стали
Широкий спектр экспериментальных и теоретических исследований на пучках неудачу в сдвига "было проведено Kotsovos (1983 на 1987). В данной работе испытания на пучках B и C (Kotsovos 1987) были проанализированы с целью изучения влияния поперечного сдвига в обеспечении укрепления выходить из бетона и повышения его ответ при сжатии в критических регионах. Пучков изображен на рис. 9 различаются только расположением поперечных стали: стремена были расположены либо в сдвиговом службы (Beam B) или по всей службы (Beam C). В таблице 1 приведены поперечные процент стали с другими соответствующими данными.
Для пучков с / сут соотношение между 1,5 и 3, Kotsovos (1987) показали, что критической области можно найти в центральной службы из-за распространения горизонтальных трещин расщепления. Когда стремена находятся в этой части света, структурных ответ улучшается. Нагрузка-смещение соотношения, полученные в ходе испытаний на Kotsovos (1987) приведены на рис. 9. Максимальное смещение луча для C составляет 47% выше, чем для луча B; результаты, полученные код EF2002 показывают те же черты, с 57%-ное увеличение максимального смещения. Кроме того, в этом случае ключевым вопросом было определить различные сжимающие поведение конкретных элементов, ограниченном стремена.
ДИСКУССИЯ ПО ИТОГАМ и различных моделей
В сдвига модели прочности, эффект передачи растягивающих напряжений через открытые трещины и напряжения сдвига за счет совокупного блокировки приходится на так называемый конкретный вклад V ^ с ^ к югу (ASCE 1998). Для правильной оценки V ^ с ^ к югу наиболее важных элементов практически без поперечной арматуры, а в модели FE, этот вопрос можно трактовать по-разному. Использование размытый подход трещины, V ^ с ^ к югу рассчитывается по средней напряжения в элементе с трещинами. В треск вращающегося моделей, таких, как один, принятые в этой работе V ^ с ^ к югу является компонентом, поперечная к оси пучка, равнодействующей основные растягивающие напряжения через открытые трещины. В EF2002 код, остаточные напряжения напряжения определяются средние напряжения деформации (рис. 2 (б)) и силы параметра е ^ ^ к югу экв, в свою очередь, в зависимости от уровня напряжения сжатия за счет использования точной разработки SE-2D. Альтернативный подход заключается в ориентации устранить трещины на первом (Сервенка 1985), и рассмотреть вопрос о значении остаточного сдвига жесткость трещины бетона, через так называемый фактор сдвига хранения.
Таким образом, важной частью V ^ с ^ к югу осуществляется напряжений сдвига вдоль открытых трещин, моделирование физических явлений совокупного блокировки и дюбель действий. Указав соответствующие одноосного зависимость напряжения от деформации при растяжении, это также можно модель остаточных нормальных напряжений, действующих через трещины. Подход по фиксированному трещина появляется несколько ближе к физической реальности, однако, вращающихся трещины модель обеспечивает сопоставимой точности, и выбор был сделан, как это вычислительно простых ..
Кроме того, хотя оба MCFT и SE-2D опираться на средние значения напряжений в рамках размытый подход трещины, разница должна теперь быть указал. Vecchio и Коллинз (1986), с помощью вращающегося трещины модели с точки зрения среднего напряжения, представил трещины скольжения проверить с точки зрения местных напряжений. В противном случае, MCFT привело бы к предсказанию чрезмерного стресса передачи через трещины. Использование SE-2D (сформулировано на измерении среднего напряжения) не местные трещины скольжения проверка необходима, потому что неудача конверт само по себе ограничивает передачу растягивающие напряжения на трещину месте.
В последнее время Vecchio (2000) сформулировал некоторые изменения в первоначальный MCFT на модели конкретного компонента V ^ с ^ к югу от элементов практически без поперечной арматуры: новое отношение к снижению прочности бетона на сжатие, на которые приходится очень высокой деформации растяжения, и уровень остаточных напряжений при растяжении с учетом напряженности жесткости эффектов.
Значительного снижения прочности бетона для элементов с трещинами с высокой деформации растяжения (широкие трещины) основана на экспериментальных данных и теоретических рассуждений. Численно в элементы, соответствующие широкие трещины сдвига открытия и скольжения, угловых искажений может быть настолько высока, что, с точки зрения местных напряжений на поверхности трещины, сжатия через трещины. Их руководство, однако, не совпадающих с расчетных среднем сжимающих напряжений и деформаций, обеспечивая численно несущих механизмов, которые не могут иметь место в действительности, когда широко открыты трещины существует. Следовательно, ограничение ширины трещины определяется, за которым без сжатия, могут быть переданы (е '^ к югу с = 0), для устранения чрезмерного смещения конечной предсказывали MCFT. Вопросов, предложенных Vecchio (2000) очень похожи на описание стресс замок определяется гнили и Blauwendraad (1989). Как перемещения поля непрерывна в смазывается модели треск, щелканье один элемент связан с другими элементами рядом с первым; учредительных модель дает ложные стресс передачи соответствующей средней деформации элементов с трещинами (стресс замок), особенно для трещины в наклонном по отношению к элементу сетки.
Гнили и Blauwendraad предложил элемент "смерти вариант" в точках, где происходит блокировка, снижение напряжения до нуля, что напоминает е '^ к югу с ^ = 0 представлена Vecchio (2000). Аналогичное, но более изысканный концепция была недавно предложен Йирасек и Циммерман (1998), путем введения переменной ущерб, который постепенно снижает жесткость и напряжения элементов с трещинами. В этой статье, проблема блокировки может быть решена не путем изменения учредительных модели, но, приняв более высокого порядка, FE, так как это обеспечивает лучшую реакцию по отношению к замок, чем четыре жестких узлов элементов. Этот выбор был довольно учитывается в современной литературе: Аюб и Filippou (1998) использовали четыре узла элементов, в зависимости от равномерности напряжений и деформаций в области панелей RC в исследовании, без какой-либо озабоченности по-видимому для блокировки; Vecchio ( 2000) не указывают тип элементов, используемых в анализе. Сервенка (2000) также использовали четыре узла четырехугольник включены элементы, но ущерб переменной для бетона и трещины сдвига переменный фактор удержания при использовании определенной модели трещины, следовательно, работающих на учредительном модели ..
Vecchio (2000) также предложил ввести остаточных напряжений напряжения для элементов с трещинами, чтобы при растяжении жесткости: элементы в веб-балки должны учитывать напряженности жесткости дал главный продольной арматуры, в соответствии с указанием, что внутри зоны 7-1/2 диаметром бар влияние. В его модели, остаточные напряжения, ответственные за конкретные компоненты V ^ с ^ к югу, остаются неизменными для повышения деформации растяжения любого уровня. Первый комментарий на этом подходе является то, что кажется физически неудовлетворительно, широко элементов с трещинами должны передавать растягивающие напряжения. Если бы это было так, остаточное напряжение должно быть переменным с укреплением и он не должен быть постоянным для увеличения напряжения. Следует отметить, что те же самые элементы страдают от снижения прочности на сжатие до е '^ к югу с = 0 для самых элементов с трещинами.
Изменения в MCFT должны быть рассмотрены в свете структурных ответ воспроизводится в анализ. В связи с этим Vecchio (2000) показывает, что первые модификации MCFT частично снижает чрезмерное конечной перемещений предсказал оригинальной модели для неармированных элементов, а вторая изменения, приводит к улучшению результатов численного на прочность балок с поперечное армирование отсутствует. Пытаясь различных значениях параметра остаточного напряжения, анализ достичь очень хороших значений прочности для shearcritical пучков, это считается очень похож на эффект, полученный путем выбора надлежащего фактор сдвига сохранение в фиксированной трещины модели. После сравнения результатов Vecchio (2000) и тех EF2002 код (рис. 9), однако, можно сделать вывод, что эта версия еще MCFT прогнозирует сокращение жесткости балок и чрезмерного конечной перемещений. Этот вывод согласуется со средним значением отношения к экспериментальной предсказал конечной смещение, равное 0,9, приведены в Vecchio (2000) ..
Иное решение, а не остаточного напряжения растяжения передачи, может быть предложена модель структурной поведение более точно: иной форме локализации ограничитель должен быть использован для объективных результатов и локализовать трещины в трещину группы. Специальные модели трещины были предложены, например, Сервенка (1998): высокое штаммы могут быть сосредоточены в одной группе элементов, полоса шириной убывающей размер конечных элементов, используемых тех пор, пока равных энергопотребления обеспечивается по концепции механики разрушения. Трещины локализации в EF2002 код получается традиционная модель трещины-диапазона (Бажант и Ой 1983) и с помощью контактных элементов для связи. Поскольку ни одна облигация скольжения модели и (видимо) не является образцом трещины и локализации ограничитель используется Vecchio (2000), менее локализованные трещин предположительно вычислить. Что вполне распределенных трещины модели, снижение прочности при сжатии сформулированы MCFT может нести ответственность за низкой жесткости (и силы, если не остаточных напряжений используется) в ответ ..
Последний аспект этого обсуждения проблем FE и учредительных модели, предложенной Kotsovos (1984, 1986). Трехосных формулировка принятого в этих работах, а EF2002 является моделью плоского напряженного где трехосных эффекты учитываются косвенно указать свойства только конкретных: тот же положительный эффект удержания захватывается обоих подходов. Эти, а также приводится в очередной раз продлевая MCFT по Vecchio (1992), которая не прокомментировал здесь, согласитесь, важно изучить поведение трехосных бетона балок, панелей, сдвига стен с низким пролета среза к глубине отношение, и в критических регионах с высоким активным или пассивным заключения. EF2002 результаты показывают, что это может быть сделано путем изменения удобный подход плоского напряженного состояния.
ВЫВОДЫ
Первая цель данной работы была разработка надежного подхода к моделированию FE предсказать нелинейного поведения сдвига RC пучков учитывая значительный комплекс проектных параметров, различные распределения нагрузки, а также усиление механизмов. Чтобы добиться этого, моделирование стратегии шло двумя путями: а) выбор адекватного плоскости напряжений конечных элементов для бетона и контактные элементы для рассмотрения облигаций скольжения подкрепления, и б) улучшение конкретных учредительных модель плоского напряженного , с особым упором на растяжение-сжатие стрессовых состояний посредством точно сформулировал двухосных конверт провал. Что касается второго вопроса, внести изменения в существующие модели для отказа конверт бетона в плоском напряженном было предложено рассмотреть вопрос о структурной ситуации, когда трехосных эффекты становятся существенными, в частности, для пучков с малым / д ценностей.
Эта стратегия доказала свою эффективность в самых различных ситуациях. Shear неудачи пучков без поперечной арматуры для различных / сут значения были эффективно образцу, независимо от типа аварии (балки и арки действия). Эффект лишения свободы определяется стремена была точно рассчитана. Хорошие результаты были получены и для сдвига провала в пучки с различными поперечными механизмы подкрепления. Можно сделать вывод, что предложенная модель, проверены по сравнению с широким экспериментальные результаты и других численных исследований на тех же образцах, показывает хорошую точность прогнозирования реакции сдвига критической RC пучков с точкой и равномерной нагрузки. Для других структурных элементов, которые выходят за рамки этого документа, сдвиг пролета к глубине соотношение должно быть определено. Можно сослаться на совместное ACI-ASCE Комитет 426 (1973) для непрерывного балки, а также для специальных элементов, таких как балки с отверстиями, кронштейны, скобы и shearwalls. Усовершенствованная версия кода FE, представленные здесь уже была использована модель успешно экспериментальных поведение слегка усилены сдвига стены (Коронелли и др..
Как вторая цель работы, критический обзор нескольких подходов к моделированию FE в литературе осуществляется после представления численного анализа, с тем чтобы некоторые особенности целостной стратегии моделирования особого внимания. Это должно включать: а) точное учредительных моделей, и б) уточнил формулировки FE. Сделан вывод о том, что взаимодействие между разработкой FE и выбор материала модели нельзя пренебречь; должное внимание проблеме стресса замок должны быть сделаны изменения учредительных модели и / или элемент разработки. Моделирование связей сдвига отказа требует как модель связи и принятия контактных элементов. Правильная модель остаточных напряжений передачи через трещины и трещины локализации замечательных значение для оценки конкретного компонента прочность на сдвиг.
Вопрос о локализации трещина представляет один из основных будущих изменениях в этой работе, о влиянии различных методов решения для обработки критических точек в численного решения, соответствующие наиболее важных событий в нелинейных структурных ответ.
Авторы
Финансовый вклад итальянских MIUR с благодарностью признана. Авторы выражают благодарность Л. Мартинелли для обсуждения соответствующих тем этой исследовательской работы. Замечания отзывы помогли уточнить содержание бумаги. Вклад М. Парини и Г. Spini, которые выполняют часть численного анализа в рамках выполнения требований степень бакалавра в области гражданского строительства на Политехнического ди Милано, с благодарностью признана.
Ссылки
ASCE Комитет 447, 1982, "Современное состояние Доклад о конечных элементов из железобетона," 553 с.
ASCE Комитет 447, 1994, "Современное состояние Доклад о конечных элементов из железобетона."
Аюб А., Filippou, FC, 1998, "Нелинейная конечно-элементного анализа RC Панели Shear и стены," Журнал зданий и сооружений, В. 124, № 3, с. 298-307.
Балакришнан, S., и Мюррей, DW, 1988, "Бетон Учредительный модель NLFE Анализ структуры" Журнал зданий и сооружений, В. 114, № 7, с. 1449-1465.
Бажант ZP, а Ах, BH, 1983, "Crack Band теория разрушения бетона", Mat
Берра, M.; Кастеллани A.; Ciccotelli С. и Коронелли Д., 1994, "Бонд-Слип воздействию на железобетонных элементов при землетрясении загрузка," Европейский сейсмостойкого строительства, В. 3, с. 3-10.
Бреслер, Б. и Scordelis, AC, 1963, "Прочность на сдвиг железобетонных балок", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 60, № 1, с. 51-74.
КСР, 1991, "Поведение и анализа железобетонных конструкций по альтернативной побуждающие неупругого Ответ, том 1, общих моделей, Доклад № 210, 312 с.
КСР-МФП Типовой кодекс 1990 (MC90), 1992, Бюллетень d'информации № 213-214, 460 с.
Cedolin Л., и Mulas, М., 1984, "двухосных зависимость напряжения от деформации для бетона", журнал "Инженерная механика", В. 110, № 2, с. 187-206.
Сервенка В., 1985, "Учредительный модель Треснувший железобетона", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 82, № 6, май-июнь, с. 877-892.
Сервенка В., 1998, "Моделирование Shear Режимы Неспособность RC структуры", Труды международной конференции по вычислительного моделирования железобетонных конструкций, Бадгаштейн, Австрия, с. 833-838.
Сервенка В., 2000, "Моделирование реакции" Бетон Engineering International, Т. 4, июнь, с. 45-49.
Коронелли, Д. и Гамбарова, П., 2004, "Структурные Оценка разъедает RC балки: Моделирование Руководство" Журнал зданий и сооружений, В. 130, № 8, с. 1214-1224.
Коронелли, D.; Мартинелли, L.; и Mulas, М., 2005, "Моделирование и анализ вопросов при оценке эффективности РК Стены сдвига", Труды 10-й Международной конференции по гражданскому, структурной и инженерной экологии вычисления, BHV Топпинг под ред. гражданско-Comp Пресс, Стирлинг, Великобритания, бумаги 50. (CD-ROM)
Коронелли, Д. и Mulas, М., 2001, "Локальные и Глобального подхода к сейсмическому анализу РК рам, включая воздействию облигаций Купон", инженерных сооружений, V. 23, № 8, с. 911-925.
Дарвин, Д. и Pecknold Д.А., 1977, "Анализ циклических загрузка самолета RC структуры" Компьютеры и сооружений, т. 7, с. 137-147.
Eligehausen, R.; Попов, Е. П. и Бертеро В.В., 1983, "Локальные Бонд Стресс-Слип Отношения деформированных бары под Обобщенные возбуждения", доклад № UCB / EERC 83-23, сейсмостойкого строительства исследовательского центра Калифорнийского университета, Беркли, Беркли, Калифорния, 169 с.
Gastebled, OJ, и в мае, IM, 2001, "Механика деформируемого твердого тела модель применительно к сдвигу Отказ железобетонных балок без стремян, ACI Структурные Journal, В. 98, № 2, март-апрель, с. 184-190.
Гупта К., Акбар, H., 1984, "Крекинг из железобетона," Журнал "Инженерная механика", В. 110, № 8, с. 1735-1746.
Йирасек М., Циммерман, Т., 1998, "Вращающийся Crack Модель с переходом в ущерб Скалярные" Журнал "Инженерная механика", В. 124, № 3, с. 277-284.
Совместное ACI-ASCE Комитет 426, 1973, "Прочность на сдвиг железобетонных Участники", журнал структурным подразделением, В. 99, № 6, с. 1091-1187.
Совместное ACI-ASCE Комитет 445, 1998, "Современные подходы к сдвигу Дизайн Железобетона" Журнал зданий и сооружений, В. 124, № 12, с. 1375-1417.
Кани, GNJ, 1966, "Основные факты, касающиеся Shear провал", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 63, № 6, с. 675-690.
Кент, округ Колумбия, и парк, Р., 1971, "изгиб-членов, имеющих замкнутых Бетон" Журнал структурное подразделение, В. 97, № ST7, с. 1969-1990.
Keuser М., Мелхорн, Г., 1987, "конечного элемента для Бонда проблемы" Журнал зданий и сооружений, В. 113, № 10, с. 2160-2173.
Kotsovos, MD, 1983, "Механизмы 'сдвиг' Неудача," Журнал конкретных исследований, V. 35, № 123, с. 99-106.
Kotsovos, MD, 1984, "Поведение железобетонных балок с Shear Span глубине Соотношение между 1,0 и 2,5", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 81, № 3, май-июнь, с. 279-286.
Kotsovos, MD, 1986, "Поведение пучков с Shear Span до глубины Коэффициенты Больше 2,5", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 6, ноябрь-декабрь, с. 1026-1034.
Kotsovos, MD, 1987, "Shear Отказ железобетонных балок", инженерных сооружений, т. 9, № 1, с. 32-38.
Купфер, H.; Hilsdorf, HK и Руш, H., 1969, "Поведение бетона при двухосном подчеркивает, что" ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 66, № 8, с. 656-666.
Леонхардт Ф., Вальтер Р., 1962, "Beitrage цур Behandlung дер Schubprobleme в Stahlbetonbau," Бетон унд Stahlbetonbau, т. 2, 1962, с. 32-64.
Menegotto М., Пинто, П., 1973, "Методы анализа для циклически нагружаемых R / C рамки", Труды симпозиума по IABSE сопротивления и Ultimate деформируемости структуры действовали по четко определены Повторные нагрузки, Лиссабон, стр. 15. -22.
Пауэлл GH, и Симонса J., 1981, "Совершенствование стратегии итерации для нелинейных структур," Международный журнал Численные методы в области инженерии, V. 17, с. 1455-1467.
Гнили, JG, и Blaauwendraad, J., 1989, "Crack Модели для бетона: Discrete или размытым? Фиксированной, Multi-Directional или повороте?" Херон, В. 34, № 1, с. 45-49.
Раддл, ME; Рэнкин, GIB, и Длинный, AEL, 1999, "Мора подход к прогнозированию пучка напряжения сдвига," Труды Института гражданских инженеров, сооружений и зданий, В. 134, ноябрь, с. 363-372 .
Стивенс, N.; Uzumeri, S.; и Коллинз, М., "Аналитическое моделирование RC подвергавшимся Монотонные и обратить вспять Идет загрузка", СП № 87, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада, 1987, 201 с.
Vecchio, FJ, 1992, "Моделирование методом конечных элементов бетонных Расширение и конфайнмента" Журнал зданий и сооружений, В. 118, № 9, с. 2390-2406.
Vecchio, FJ, 2000, "Анализ критических Shear-железобетонных балок," Структурные ACI Journal, В. 97, № 1, январь-февраль, с. 102-110.
Vecchio, FJ, 2001, "Non-линейных конечных элементов железобетонных: на распутье"? Структурные Бетон, выдумка, т. 2, № 4, с. 201-212.
Vecchio, FJ, и Коллинз, М., 1986, "Модифицированная теория сжатия поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 2, март-апрель, с. 219-231.
Дарио Коронелли является доцентом в Департаменте строительной техники, Политехнического ди Милано, Милан, Италия, где он получил докторскую степень в строительной техники в 1998 году. Его исследовательские интересы включают анализ методом конечных элементов железобетонных элементов, оценка существующих структур, воздействия коррозии на структурные ответ, и сейсмического отклика железобетонных конструкций.
Мария Габриэлла Mulas является адъюнкт-профессором сопротивления материалов в Департаменте по вопросам строительной техники, Политехнического ди Милано. Она получила степень MS в строительстве из миланского Политехнического университета и Университета Калифорнии, Беркли, Беркли, штат Калифорния, в 1981 и 1985 годах, соответственно. Ее исследовательские интересы включают моделирование и анализ проблемы оформлена железобетонных и стальных конструкций при сейсмических нагрузок, методов оценки ущерба на основе модальных параметров и сейсмических модернизации путем пассивного управления.