Поисковое исследование сейсмической реакции Бетонные колонны с сплавов с памятью формы Укрепление

Суперэластик сплавов с памятью формы (SMAS) уникальные материалы, которые имеют возможность пройти большой деформации, но могут восстановить полную информацию о деформации снятия нагрузки. Основная цель данного исследования было изучение, если эта характеристика SMAS могут быть использованы для снижения остаточного смещения конкретные столбцы, которые усиливаются с барами SMA в пластическом шарнире области. Другая цель заключалась в оценке сейсмической деятельности и ущерб в SMA-армированные столбца, отремонтированы использованием инженерных цементных композитов (ECC). Два квартала масштаба спираль железобетона (RC) колонны с SMA продольной арматуры в пластическом шарнире области были протестированы на shaketable. Данные показали, что SMA-армированные колонны удалось восстановить почти все после выхода деформации и что использование ECC сократили конкретного ущерба существенно, что требует минимального ремонта даже после сильного землетрясения. Новая модель гистерезиса SMA-армированные членов привели к тесной связи с перемещением измеряется истории для испытания образцов ..

Ключевые слова: колонка; деформации, пластического шарнира; сейсмики.

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

ВВЕДЕНИЕ

Мосты и зданий в районах с высокой сейсмичностью восприимчивы к серьезным повреждениям и возможного разрушения из-за большого бокового смещения. Основная философия в сейсмических дизайн некритических обычных железобетонных конструкций бетона, чтобы для уступая стали рассеивать энергию, встречая ущерб неограниченном бетона и остаточной деформации при пластической шарнирное крепление. Целевых показателей является сохранение структурной целостности и избежать краха. При выполнении цель достижения, серьезные повреждения конструктивных элементов может произойти, и структура не может быть исправными после землетрясения. Закрытие моста после сильного землетрясения, может иметь серьезные последствия чрезвычайных автомобиля маршрутов транспортных потоков, и экономики. Стоимость маршрута машин аварийных служб, мост, ремонт и задержки трафика может быть существенной. Причины землетрясений являются: 1) постоянное напряжение в стали даже после снятия стресса, и 2) повреждение неограниченном конкретных из-за его низкой конечной потенциала деформации.

Сплавов с памятью формы (SMAS) уникальные материалы, которые имеют возможность пройти большой деформации, но могут вернуться в свою первоначальную форму при нагревании или посредством снятия стресса (Саадат и др.. 1999; Desroches и др.. 2004). В результате поведение суперэластик, которая характеризуется путем выделения и диссипации энергии, но не постоянного напряжения. Материал проходит через кристаллическую фазовый переход при температуре или стресс изменений. Температуры, что вызывает фазовый переход может быть скорректирован в процессе производства. При этом температура достаточно ниже рабочей температуры материала, суперэластические поведение можно ожидать при отсутствии остаточной деформации. Если рабочая температура находится в диапазоне фазовых превращений, только частичное восстановление деформации понял. Суперэластик функцию подкрепления SMA является привлекательным для сейсмических дизайн, если он дает при сейсмических нагрузках, но восстанавливает деформации, что приводит к колонке с отсутствием или незначительным остаточным бокового смещения после землетрясения.

Остаточные смещения может быть особенно важно в железобетонных членов, даже при умеренных землетрясений приразломные (Phan и др.. 2005). Исследователи из Университета Невады, Рено (УНР) и др. были проведены аналитические и экспериментальные исследования с целью определения производительности SMA в структурных инженерных приложений (Ocel и др.. 2004; Аюб и другие. 2003, и др. Джонсон. 2004). Один из недостатков SMA является то, что дорого. С высокой начальной стоимостью SMA, однако, может быть оправдано тем сбережения в соответствии структуры службы после сильного землетрясения ..

Низкий потенциал деформации растяжения из обычного бетона является причиной ущерба в неограниченном бетона. Альтернативные технологии попытка повысить эффективность concreterelated материалов путем добавления стали или других видов волокон и повышения смесь дизайна. Одной из таких технологий предусматривает группа инженерных цементных композитов (САОР), в котором волокна используются для существенного улучшения потенциала деформации растяжения. Потенциалов ECC были оценены аналитических и экспериментальных исследований об исполнении конкретных ремонт с ECC (Li и др.. 2000).

Использование SMA и ECC железобетонных колонн моста была рассмотрена в исследовании, представленном в этой статье. Два экземпляра были спроектированы и построены для моделирования землетрясений исследований с использованием shaketable. Основной целью исследования было изучение сейсмической производительности железобетонных колонн с SMA продольной арматуры в пластическом шарнире зоны и определения эффективности баров SMA в снижении ущерба, колонки и постоянных перемещений. Исследование также включало разработку аналитической модели и оценки корреляции результатов тестовых данных. Детальное описание исследования и результаты представлены в Ван и Саиди (2005).

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Потенциал двух материалов, которые являются новыми для гражданской инфраструктуры рассматривается в данном исследовании. Хотя критические обычных стальных железобетонных конструкций предназначены для упругих, в основном, во время сильных землетрясений, другие рассеивают энергию через уступая стали. Исследования показали, что текущей сейсмической принципы дизайна достижения этой цели, однако структура может понести серьезный ущерб в этом процессе и, возможно, придется быть выведены из эксплуатации после сильного землетрясения. Два инновационных материалов, включенных в исследование, суперэластические сплавов с памятью формы (SMAS) и конструктивные цементных бетонов (ECC), обладают потенциалом для значительного сокращения ущерба от землетрясений в то же время для обеспечения диссипации энергии путем уступая подкрепления SMA. В исследовании также включены разработка и оценка новых модели гистерезиса для моделирования динамических циклической реакции SMA-армированные колонны. Новая модель гистерезиса, можно предоставить инструмент для дальнейших исследований этих членов.

Опытных образцов и экспериментов

Два квартала масштаба железобетонных колонн с SMA продольной арматуры в пластическом шарнире области были протестированы на одной из shaketables на большом лабораторном масштабе структур в Университете Невады, Рено (УНР).

Материалы

Два типа инновационные материалы были использованы в данном исследовании: SMA и ECC.

С памятью формы сплава SMAS-это класс сплавов, которые должны показываться рядом уникальных характеристик, в том числе с памятью формы эффекты, псевдо-эластичностью и высокой затухания. Как SMA деформируется, он претерпевает фазовых превращений, а не межкристаллитной дислокаций, как правило, найти в металлах. Эти фазовые переходы относятся к спонтанной сдвиги между мартенситной и аустенитной кристаллических форм. Никель-титана (NiTi, 55,9% никеля, 44,1% титана) сплав является наиболее распространенным типом SMA. Это эквиатомного соединения NiTi, их преобразования температуры может варьироваться от -100 ° C (-148 ° F) и 110 ° C (230 ° F). Он имеет высокую деформации формы лимит памяти (8%), термически стабильные, и имеет высокую устойчивость к коррозии. Исследования в др. Desroches и др. (2004) обнаружили, что прутка диаметром не меняется напряжение восстановления характеристик NiTi. В настоящем исследовании, суперэластик свойства, происходящие в аустенитной фазе SMAS, в частности, NiTi стержни были использованы. Преобразования температуры для материалов, используемых в данном исследовании была примерно 0 ° C (32 ° F).

Диаграмма деформации для NiTi состоит из упругого сегмента и текучести следуют довольно крутой отрезок упрочнения. В результате предел прочности NiTi значительно больше, чем ее текучести. С помощью термообработки предел текучести может быть скорректирована до значений, которые сопоставимы с обычными стали или более высоких значений.

NiTi стержней каждого 356 мм (14 дюймов) были использованы в настоящей работе в качестве продольной арматуры в пластическом шарнире области. По оценкам пластического шарнира длина обсудили в дальнейшем. Каждый конец был с резьбой на длине 54 мм (2,125 дюйма). В середине 203 мм (8 дюймов), диаметр был уменьшен до 12,7 мм (0,5 дюйма), чтобы заставить приносит от резьбой. Обработка стержней требуется больше усилий по сравнению со стальными из-за относительно низкого модуля упругости NiTi. Два NiTi стержни были испытаны на растяжение использованием кадра МТС нагрузки на УНР при комнатной температуре. Потому что основная роль стержней было обеспечить прочность на разрыв, они были протестированы только на растяжение. Несколько циклов увеличения амплитуды были применены (рис. 1). Измеренных кривых показал флаг форму ответа, что характерно напряженно-деформированное поведение суперэластик материалов SMA. Измеряется текучести 379,2 МПа (55 KSI). Указанный модуль упругости 48200 МПа (7000 KSI). Предел прочности 903,5 МПа (130 КСИ) было указано на производстве.

Engineered цементных композитов-ECC является высокоэффективных армированных волокном композитных цементных разработан с микромеханических принципов. Материал состоит из мелкого песка и полимерных волокон с учетом конкретных химических и фрикционных свойств связи для преодоления трещин и для обеспечения ECC упрочнения поведения (Li и др.. 2000). Большинство имеющихся данных о поливинилового спирта (ПВС)-ECC (армированные волокнами, PVA) и полиэтилена (PE)-ECC (армированных высокомодульных волокон полиэтилена).

PVA-ECC была использована в данном исследовании. Три каждой из прямых образцов напряженности, изгиб балок и цилиндрическая сжимающих испытательные образцы были построены с использованием ECC получил из пакета, который был использован в колонке ремонта описаны в последующих разделах. Рис 2 () показывает изгиб настройки тестового пучка. Размеры пучка были 25,4 Пучков выставлена значительная пластичность до отказа. Многие хорошо распределенных мелких трещин были сформированы в пучки (рис. 2 (б)). С другой стороны, разрушение при изгибе обычного бетона или раствора пучков хрупких и связана с одной трещины. Среднее измеренных динамического модуля для разрыва ECC пучков 32,4 МПа (4,7 KSI).

Толщина образцов прямых напряжение 7,6 мм (0,3 дюйма) и шириной 25,4 мм (1 дюйм). Средний измеряется прочность на растяжение 5,58 МПа был (0,8 KSI). Типичным измеренной кривой напряжение-деформация "показана на рис. 3. Минимальной измеренной растяжения из трех образцов в связи с тем был 0,01, что более чем в 50 раз растяжения обычного простого бетона на провал.

Прочность на сжатие ECC была определена на 152 Средний измеряется прочность на сжатие через 28 дней было 69 МПа (10 KSI). В день испытаний первого столбца, измеренная прочности на сжатие обычного бетона 43,8 МПа (6,35 KSI).

Колонка образцов

Две четверти масштабные модели колонке были протестированы: SMAC-1 (для сплава с памятью формы железобетона) и СМАК-2. Образцы SMAC-2 представлены SMAC-1 после того, как пострадали от землетрясений, моделирование и ремонт использованием ECC в пластическом шарнире области. Для сравнения SMAC-1 и СМАК-2 производительность условно железобетонных колонн, масштабы и размеры были выбраны в соответствии образцами SC-CAL испытана в ходе предыдущего исследования Мортенсен и Саиди (2002). Осевой нагрузкой 623 кН (140 кип) была применена соответствующая осевая нагрузка индекс 0,25, с осевой нагрузкой индекс определяется как отношение осевой нагрузки и произведение валового разделе колонки и указанных конкретных прочность на сжатие.

Пропорции колонны 4,5, который был выбран для обеспечения прогиба преобладают поведения. Колонна диаметром 305 мм (12 дюйма) и его высота была 1,372 м (54 дюйма) (рис. 4). По оценкам пластического шарнира длина условно усилены колонны с теми же свойствами, как колонны SMAC составляет 215 мм (8,5 дюйма) (Paulay и Пристли 1992). NiTi баров условии продольной арматуры в нижнем 254 мм (10 дюйма) колонны. Колонке продольной арматуры состоит из 15 баров равномерно распределяются в круговую диаграмму. В области пластического шарнира, В других странах в столбце № 5 ( NiTi стержни были связаны с использованием стальной арматуры муфтами. Поперечных подкрепление спираль образуется из № 6 оцинкованной проволоки диаметром 4,9 мм (0,192 дюйма) и спираль шагом 40 мм (1,6 дюйма). Боковые стали встретился Калифорнии Департамента транспорта США (Колтранс) потребностей (Колтранс 1999) ..

После SMAC-1 был испытан на shaketable, ее пластического шарнира был отремонтирован использованием ECC. Таким образом, размеры в СМАК-2 были теми же, SMAC-1, за исключением диаметром от пластического шарнира области, которая была 13 мм (0,5 дюйма) выше, чем у SMAC-1 для облегчения размещения ECC. Ремонт был призван восстановить силы петли бетона и уменьшить ущерб по отношению к SMAC-1. Отремонтированы области высота была примерно 254 мм (10 дюймов) из верхней части фундамента.

Проверка настройки и тестирования

Рис 5 () показывает, shaketable установки для столбца образцов. Колонны были прикреплены жестко shaketable и связь установки массовой информации. Луч стали разбрасыватель был привинчен к верхней части колонны голову и гидравлических домкратов были прикреплены к применить осевое усилие. В линию аккумулятор был использован для ограничения колебаний осевой нагрузки. Большое количество датчиков деформации, перемещения преобразователей, датчиков и акселерометров, были прикреплены к колонке для измерения продольной и поперечной деформации бар, осевой нагрузки, боковые нагрузки, бокового смещения, кривизны и ускорений. Подробная информация о контрольно-измерительных приборов приведены в Ван и Саиди (2005).

Синтетических запись движения почву из-прикладным технологиям Совета 32 документов (по прикладным технологиям Совета 1996) для средних почв (АТС-32-D) был выбран в качестве входных shaketable движения. Эта запись была использована в предыдущих исследованиях аналогичных колонны из-за большого числа высокой амплитуды импульсов ускорения и тот факт, что отчет содержит большой амплитудой в обоих направлениях. Максимальное ускорение грунта (PGA) в УВД-32-D является 0.44g и запись длится 30 секунд (рис. 5 (б)). Каждый образец был подвергнут ряд масштабных движений, амплитуда которых постепенно увеличивался. Каждое землетрясение было названо "Выполнить", и бежит были пронумерованы. Ось времени из записей была сжата для учета эффекта масштаба, а разница между фактическим и целевым инерционной масс. SMAC-1 был подвергнут 11 возбуждений, с амплитудами, нормированная на 15% (Run 1) до 300% (Run 11) от АТС-32-D запись амплитуды. Для СМАК-2, четыре дополнительные рейсы были применены в максимальной степени возбуждения 400% (Run 15) амплитуды АТС-32-D запись ..

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Образцы SMAC-1

Первые незначительные трещины изгиб после Выполнить 3 в нижнем 200 мм (8 дюймов) колонны. После запуска 6 (1,5 х АТС-32-D с PGA из 0.66g) конкретные spalled по обе стороны от колонки около 150 мм (6 дюймов) из верхней части основе (рис. 6 (а)). Как показано на рис. 7 (а), спиралей, стали заметны и более откола произошло во время выполнения 8 (PGA 0.99g). Рис 8 () показывает, что многие трещины распространяются и были соединены вместе во время выполнения 11 (PGA 1.32g), и охватывают конкретные spalled над нижней 200 мм (8 дюймов) колонны. Тест остановился после этого работать, потому что боковой нагрузкой начали падать. Кроме того, столбец не тестировалось на провал, с тем чтобы держать его в восстанавливаемого государства. Тем не менее, колонна была опробована в дрейф отношение 4,8%. Остаточного смещения после последнего запуска был меньше 0,1%.

Рис 9 () показывает накопленный сила-смещение гистерезисных кривых для различных работает. Видно, что кривые обычно выставлены флаг форму ответа, отметив, что поведение находится под контролем усиление SMA. Сравнительно небольшие остаточные перемещения колонны проявляется также в кривых.

На рисунке 10 показано измеренное напряжение в одной из крайних баров SMA на 112 мм (4,5 дюйма) в верхней части фундамента в плане боковой силу для всех работает. На схеме показан общий флаг формы поведения баров SMA при использовании в сочетании с бетоном. Бар в основном в напряжении, потому что, когда нагрузка была обратной, значительная часть сжатия сопротивление бетона, что снижает спрос на NiTi. График также показывает, что штамм SMA не упадет до нуля, когда боковая сила равна нулю. Это потому, что трещины на противоположной стороне колонны не закрывал при нулевой поперечной силы.

Образцы SMAC-2

Первые незначительные изгиб трещину после Выполнить 3 на южной стороне образца. После 6-Ран, небольшие трещины были замечены на дне и некоторые вертикальные трещины, как показано на рис. 6 (б). Большинство трещин в основном в верхней границе ECC и оригинальные бетона. Во время бега 8 (рис. 7 (б)), более трещин наблюдается в нижней части. Малой скалывания ECC состоялась, но волокон провел части на месте. Во время бега 11, тонким слоем ECC delaminated на верхней границе со старым бетоном (рис. 8 (б)). Лишь незначительные дополнительные повреждения произошли в последующие работает, потому что образец был смягчен до того, что АТС-32-D запись не может наложить дополнительные смещения. Боковые потенциала силы снизилась на 21% в течение 12-Ран, в основном из-за частичного разделения ECC от первоначального бетона, но силы оставались стабильными в последующих движений. Тестирование было прекращено в связи со снижением возможностей, хотя никаких повреждений укрепления был обнаружен и видимых повреждений был ограничен (рис. 8 (с)).

Максимальное боковое смещение верхней была 78 мм (3,1 дюйма), что соответствует максимальной боковой дрейф 5,7%. Максимальная остаточная боковой дрейф в соотношении СМАК-2 была меньше, чем 0,2%. Ремонт материала, ECC, был эффективен в существенном сокращении скалывания конкретные ..

Рис 9 (б) показывает совокупное гистерезиса forcedisplacement кривых для различных работает. Как и в ответ SMAC-1, флаг формы общей гистерезисных ответ не наблюдалось. Боковые грузоподъемностью СМАК-2 был больше, чем SMAC-1 из-за большей прочности при сжатии ECC, чем обычного бетона и потому, что отремонтировать диаметр сечения был больше, чем оригинальный раздел на 13 мм (0,5 дюйма).

Сравнение SMA и стали RC столбец ответов

Как отмечалось ранее, SC-CAL была такой же, но обычных железобетонных столбца, который был протестирован с использованием тех же протокол моделирования землетрясения, которое используется для столбцов SMAC. Пиковое ускорение в полном масштабе ATC-32D запись 0.44g (рис. 5 (б)). Пик целевой ускорение ввода первого запуска было 15% от полномасштабного рекорд для захвата упругих ответ колонн. Амплитуда была увеличена до 25% от полномасштабного PGA в течение 2-Ран, и в целом увеличивается на 25% от полномасштабного записи амплитуды в последующем работает. На рисунке 6 показан пластический шарнир регионов после запуска 6 (PGA = 0.66g) на две колонны SMAC и SC-CAL. Значительные конкретные откола можно увидеть в SC-CAL, некоторые конкретные откола произошло в SMAC-1, и никто не наблюдалось в СМАК-2. Во время бега 8 (PGA = 0.99g), SC-CAL полностью не удалось пока только на конкретные spalled в SMAC-1, и не откола был замечен в СМАК-2 (рис. 7).

Еще три движения были применены к SMAC-1 и семь больше СМАК-2 после Ран-8, каждый из которых пик ускорения прироста 25% от полномасштабного PGA. Рисунок 8 показывает SMAC-1 и СМАК-2 после проведения испытаний. Значительные покрытия конкретных откола наблюдалось в SMAC-1 в то время как откола был несовершеннолетнего в СМАК-2 даже в 15-Ран. Трещины были распространены по всей пластического шарнира в СМАК-2, характеристика ECC, что также наблюдалось в испытаниях изгиба балки (рис. 2).

Некоторые факторы необходимо учитывать при сравнении производительности СМА и армированного столбцов. Наиболее очевидным фактором является суперэластик характеристики баров SMA, что делает их устойчивыми к постоянной деформации, а в стали после деформации уступая восстановления малых и больших остаточных деформаций всегда наблюдается. Эта разница отражается в нагрузку смещение гистерезисных кривых, в которой постоянные смещения в SMA-армированные колонны значительно ниже.

Еще одним заметным отличием между SMA и стали в модуль упругости. Для NiTi модуль упругости может варьироваться от 1 / 6 до 1 / 2 стали модуля. Отношение модуля упругости SMA панелей, используемых в этом исследовании стали составляет примерно 1 / 5. Армирование нижнего модуля привело к снижению трещины жесткость колонны SMA. Потому что динамические характеристики структур, пострадавших от жесткости, тем меньше жесткость колонны SMA привело к снижению трещины разделе основной частоты. Другие факторы также повлияли на динамические свойства столбцов SMA. Указанный предел текучести для усиления во всех колонн 414 МПа (60 KSI). Фактический предел текучести стали и NiTi, однако, 469 и 379 МПа (68 и 55 KSI), соответственно. Существовали также различия в конкретных прочность на сжатие. В SC-CAL, бетон прочность на сжатие на испытательной день 34,6 МПа (5 KSI), тогда как прочность на сжатие бетона в SMAC-1 был 43,8 МПа (6,35 KSI). В СМАК-2, ECC, которые составляют примерно 70 мм, внешний (2,8 дюйма) колонны диаметром, имела прочность на сжатие 80,3 МПа (10,8 KSI).

Кроме различий в материальных характеристик и свойств, наличие муфты, а также необходимость поддержания минимального бетона привело к сокращению в момент рука SMA-армированные колонны. Бетонное перекрытие во всех колонн 13 мм (0,5 дюйма). Расстояние от центра продольной стали от ближайшего края в SC-CAL была 24 мм (0,9 дюйма). В колонках SMAreinforced, расстояние от центра баров SMA от ближайшей кромки 30 мм (1,2 дюйма) из-за толщины муфты, тем самым уменьшая момент рука по данному разделу на 5% по сравнению с SC- CAL. Еще одно различие между двумя колоннами, что число продольных балок, было сокращено с 16 в СК-CAL до 15 SMAC-1 и СМАК-2 для обеспечения надлежащей очистки между соседними муфты ..

Указанные различия предотвращения прямого детальное сравнение столбец ответов, помимо качественного развития поражения обсуждался ранее. Потенциально важный эффект различия в жесткости свойств столбца в ответ на сейсмические нагрузки. В целом ниже, жесткость колонны SMAC привело к меньшему смещение спроса по сравнению с SC-CAL для такого же уровня землетрясения. По сути дела, пластических шарниров в колонках SMAC с меньшей жесткости служил как форма для изоляции базы колонн.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Момент кривизны отношения

Относительно низкий модуль упругости стержней NiTi влияет на момент кривизны (MC) отношений. Использование равновесия и совместимости и использования измеряется конкретными и SMA свойства, MC отношения были определены. На рисунке 11 показано результат для SMAC-1. Видно, что после первоначального почти линейный участок, отношения сильно нелинейной. Излом в точке представляет скалывания бетона. Первый податливость стержней NiTi происходит на Y, после сравнительно большого кривизны разработки. В типичной железобетонных колонки, первая продольной стали уступая происходит при относительно небольшой кривизны, а также связь остается практически линейной до нескольких слоев бар дали. Разница между SMA-армированных и армированного разделе отношения MC объясняется низкий модуль упругости NiTi. Он занимает довольно большое штаммов для NiTi уступить, и, следовательно, форма кривой до податливость NiTi контролируется напряженно-деформированное отношение бетона, который изогнута ..

Сильно изогнутая форма отношений MC представляет собой сложную задачу. Обычно для упрощения сила-деформация анализ, MC кривые заменяются билинейных отношения с точкой излома определение "эффективной процентной ставки" координат. Билинейных идеализации кривой MC для SMA-армированные секции, однако, не будет представлять собой кривую адекватно. В данном исследовании трилинейной идеализации был использован (рис. 11). Момента первой точкой излома был взят 1 / 2 от момента первого выхода и второй точкой излома предполагалась на отслаивание покрытия бетоном. Конечная точка на кривой идеализированной совпала с расчетной конечной точки. Изложенный выше подход привел к сравнительно близко представление расчетной кривой MC.

Нагрузки перемещения отношения

Использование трилинейной идеализации для связи кривизны момент, пластический шарнир отношения момента вращения были рассчитаны. Ограничивается свойствами бетона на основе модифицированного метода в Мандер (Paulay и Пристли 1992). Дополнительные вращения из-за связей скольжения в основании колонны были включены методом в Вебе (Вехбе и др.. 1999). Столбец модели были проанализированы в соответствии монотонной боковой загрузкой, используя версию 8,0 от SAP 2000 (Компьютеры и сооружений, Inc 2002). Результаты расчетов были сопоставлены с конвертами измеренных гистерезис кривых, полученных с shaketable испытаний. Из-за небольшой отсутствие симметрии в конверты для негативных и позитивных сил регионов, измеряемая конверты для обеих сторон были усреднены и плавных поворотов были сопоставлены с результатами расчетов.

Рис 12 и 13 показана связь между измеренной и рассчитанной сила-смещение отношения. Как и следовало ожидать, форма расчетных кривых под контролем трилинейной формы отношений крутящий момент. Корреляции между измеренной и рассчитанной результаты были достаточно близки. Переоценка провал перемещения в СМАК-2 объясняется частичное отслоение ECC при больших перемещениях том, что не была включена в анализ MC раздела. Тесная взаимосвязь между измеренными и расчетными данными показывает, что методы, используемые для определения свойств и реакции условно железобетонных колонн также может быть использован для SMA-железобетонных колонн. Единственное дополнительное внимание то, что кривые MC необходимо будет идеализированной трилинейной вместо билинейной отношений.

Новая модель гистерезиса SMA-армированные колонны

Из-за уникальных характеристик циклической реакции суперэластик материалы, новые модели гистерезиса необходимо было разработать. Несколько существующих моделей гистерезиса условно железобетонных колонн были сначала рассмотрены. Модели включены Такеда, Сина, Отани, Q-Hyst и билинейных моделей (Саиди и Sozen 1979). Эти модели, разработанные для железобетонных членов и не отражают низкую остаточную ответ перемещения SMA-армированные колонны видели в этих испытаниях. Новая модель, S-Hyst, является мульти-сегмента гистерезиса модели, состоящей из линейных сегментов, которые воспроизводят основные особенности экспериментальных результатов. S-Hyst модель состоит из 13 правил, работающих на Квадри-линейных первичной кривой (рис. 14). Количество правил может быть сокращен для симметричных секций, таких как колонки. Тем не менее, различные правила были отнесены к негативным и позитивным регионах сил для содействия дальнейшего использования этой модели в пучке пластическими шарнирами, которые обычно усиливаются с различными верхней и нижней панели областях ..

Первичной кривой может быть получена из нелинейной статической боковой анализа нагрузки. Для перемещения выше, чем предполагаемые точки отказа, первичной кривой был продлен на горизонтальной линии для упрощения нелинейных динамических моделей. Потому что SMA RC колонны выставлены флаг-образных кривых гистерезиса, особое внимание было уделено моделированию разгрузки сегментов. При разгрузке после первой точки разрыва, наклон нижней ветви (Правило 8) следует жесткости части (статья 9). На основании экспериментальных результатов, координаты точки пересечения этих двух отраслей, R, была выбрана следующим образом:

FR = 0,5

DR = Dy1 для FU

... (3)

где

FR = сила в точке пересечения R;

DR = смещение в точке пересечения R;

FU = силу разгрузки U;

DU = перемещение в место разгрузки U;

Fy1 = силу в первый момент перерыв на основной кривой;

Dy1 = водоизмещение в первом пункте, перерыв на основной кривой;

Fy2 = сила на второй точкой излома на первичном кривой, и

Оу2 = перемещении на второй точке перерыв на основной кривой.

Остаточное смещение считалось 10% от максимального смещения. Таким образом разгрузки жесткости могут быть получены.

... (4)

... (5)

Перегрузка часть следует по тому же пути, что и разгрузки части до достижения основной кривой. Сегмент нагрузки обращения (регламентируется Правилом 10) имеет наклон определяется пунктом разгрузки, а остаточное смещение. Это правило было создано при условии, что абсолютная величина максимального смещения в любом направлении нагрузки определяет наклон разворота.

... (6)

Полное описание правил для всех отраслей представлены в Ван и Саиди (2005).

Динамический анализ и сравнение с результатами испытаний

Реализация S-Hyst модель, компьютерная программа была разработана для анализа SMA-железобетонные колонны подвергаются базы ускорений. Образец был смоделирован как консольные и рассматривается как с одной степенью свободы (SDOF) системы. Динамические уравнения равновесия решается с помощью бета-Ньюмарк время поэтапного анализа методом (Chopra 1995). Системы предполагается, что линейные вязкого трения с затухания 2%. Временной интервал 0,01 втором был использован, который был таким же, как шаг по времени измеренных shaketable рекорд ускорения. Компьютерная программа включена система массовой установки, а также P-Delta эффектов. Уравнения движения для shaketable и массовых установки системы были разработаны Лапласа (Лапласа и др.. 1999).

По измеренным ускорения записи таблицы в качестве входных данных, силой и перемещением истории были получены из компьютерной программы. Рассчитанных и измеренных кривых накопленных силу вытеснения гистерезиса сравнивать. Рисунок 15 показывает сравнение первых 10 движений SMAC-1. Видно, что компьютерная модель, адекватно захватили в общих чертах измеренным реакциям.

Рис 16 и 17 приведены расчетные и измеренные перемещения историй двух образцов подвергали их соответствующим Последнее shaketable движений моделирования. Качество корреляции между вычисленными и измеренными ответы в эти цифры типичны, что для остальных работает (Wang и Саиди 2005). Видно, как для образцов, которые аналитическая модель смогла близко воспроизводят данные измерений. Расчетное смещение волны и амплитуды, были весьма близки к тому, что была измерена. В целом, новая модель гистерезиса, S-Hyst, а компьютерная программа привела к очень близки оценки ответа на столбцы.

ВЫВОДЫ

Разведочные исследования, представленные в настоящем документе приводится взгляд на потенциал для развития нового типа железобетонных конструкций благодаря сочетанию суперэластик сплавов с памятью формы (SMAS), бетона и специальных инженерных цементная композитного (ECC). Следующие замечания и выводы были сделаны на основе экспериментальных и аналитических результатов:

1. Флаг формы гистерезисных формы напряженно-деформированного СМА баров привело к флаг-образных кривых "сила-смещение гистерезиса колонны под сейсмических нагрузок. В результате остаточных перемещений в SMA-армированные колонны были очень малы. Эта функция могла бы SMA-армированные колонны привлекательным в районах с высокой сейсмичностью, поскольку такие столбцы будут оставаться работоспособными после сильных землетрясений;

2. Выполнение ECC в колонке отремонтированы удовлетворительное. ECC выставлены лишь незначительные повреждения даже при высокой амплитуды движений. Максимальной и остаточной перемещения были близки к оригинальным колонке;

3. Момент кривизны (MC) отношения членов NiTireinforced отличается, что условно усилить членов из-за низкого модуля упругости NiTi, что приводит к задержке уступая подкрепления. Сильно изогнутая форма отношений MC заявляет, что ее идеализации по трилинейной, чем билинейная, кривая;

4. Можно было близко воспроизводят измеряется боковой отношения перемещения нагрузки SMA-армированные колонок с использованием коммерчески доступных компьютерных программ, SAP 2000, используя опцию сосредоточенными пластичности и

5. Новая модель гистерезиса, S-Hyst, была создана для SMA-армированные колонны и была включена в программу нелинейной истории ответа. Модель приводит к тесной корреляции расчетных и измеренных ответ истории обеих колонн SMAC для различных уровней движений ввода землетрясения.

Авторы

Исследования в данной работе был профинансирован за счет субсидии из прикладных исследований инициативы, штат Невада. Авторы хотели бы выразить признательность за помощь Е. Литл поверхностных системы регистрации Невада для ремонтных работ. А. Огава и Р. Мак-Кейб из Kuraray Америка Корп оказали неоценимую помощь в разработке ECC смеси и расстановки кадров. Авторы также хотели бы поблагодарить П. Лукас, Т. Стил, П. Ву, Р. Нельсон за их помощь в разработке и тестировании две модели колонке. Особая благодарность П. Лапласа за помощь на каждом этапе проекта. D. Ходжсон Нитинол технологии Инк выражается признательность за его представление о производительности сплавов с памятью формы.

Ссылки

Прикладных технологий Совета, 1996 год ", АТС-32, улучшенная критерии сейсмостойкости в Калифорнию, мостов, временные рекомендации", Редвуд Сити, Калифорния

Аюб, C.; Саиди, M.; и Итани А., 2003, "Исследование с памятью формы Сплавов-Железобетонная Балки и Кубы", доклад № CCEER-03-7, Центр гражданских исследований сейсмостойких сооружений, Департамент строительства, Университет Невады, Рено, штат Невада, октябрь

Калифорнийский департамент транспорта, 1999 ", Колтранс критерии сейсмостойкости, версия 1,1", Сакраменто, Калифорния

Чопра, К., 1995, Динамика структуры: теория и приложения для сейсмостойкого строительства, 2nd Edition, Prentice Hall, NJ, 844 с.

Компьютеры и сооружений, Inc, 2002, "SAP 2000 линейных и нелинейных статических и динамических Анализ и проектирование трехмерных структур, версия 8,0", Беркли, Калифорния

Дерош, R.; Маккормик, J.; и Делемон, М., 2004, "Циклические свойства суперэластик сплава с памятью формы Провода и бары," Журнал зданий и сооружений, В. 130, № 1, январь, стр. 38. -46.

Джонсон, R.; Maragakis, E.; Саиди, M.; и Дерош, Р., 2004, "Экспериментальная оценка сейсмической Выполнение SMA Restrainers мост", доклад № CCEER-04-2, Центр гражданских исследований сейсмостойкого строительства , Департамент строительства, Университет Невады, Рено, штат Невада, февраль

Лапласа, P.; Сандерс, D.; Саиди, M.; и Дуглас, B., 1999, "Shake Таблица испытаний при изгибе доминируют железобетонные колонны моста, Доклад № CCEER-99-13, Центр гражданского сейсмостойкого строительства исследований, Отдел архитектурно-строительный Университет Невады, Рено, штат Невада, август

Li, V.; Horii, H.; Kabele, P.; Канда, P.; и Лим, Ю. М., 2000, "Ремонт и модернизация с Engineered Цементные композиты," Инженерная Механика деформируемого твердого тела, В. 65, с. 317-334 .

Мортенсен, J., и Саиди, М., 2002 ", основанной на результатах работы Дизайн Метод конфайнмента в циркуляре Столбцы", доклад № CCEER 02-7 Гражданского департамента инженерии, Университет Невады, Рено, штат Невада, ноябрь

Ocel, J.; Desroches, R.; Леон, R.; Хесс, G.; Крамм, R.; Hayes, J., и Суини, S., 2004, "Сталь Луч-Column соединения с использованием сплавов с памятью формы", Журнал зданий и сооружений, май, с. 732-740.

Paulay, T., и Пристли, MJN, 1992, сейсмическая Дизайн железобетонных и каменных зданий, John Wiley

Phan В.Т.; Саиди, M.; и Андерсон, J., 2005, "Near неисправностей (Near Field) движениям Воздействие на железобетонные колонны моста, Доклад № CCEER-05-7, Центр Гражданских Исследований сейсмостойкого строительства, Департамент архитектурно-строительный Университет Невады, Рено, штат Невада

Саадат, S.; Salichs, J.; Дюваль, L.; Нури, M.; Хоу, З.; барона И., Давуди, H., 1999, "Использование сплавов с памятью формы для структурного контроля вибрации", США / Япония семинар по Smart материалы и новые технологии для повышения сейсмической эффективности городских структур по предотвращению стихийных бедствий научно-исследовательский институт, Университет Киото, Киото, Япония, февраль

Саиди М., Sozen, М., 1979, "Простые и сложные модели нелинейного сейсмического Ответ железобетонных конструкций" Доклад Национального научного фонда, грант PFR-78-16318, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн , г. Урбана, штат Иллинойс, август

Wang, H., и Саиди, М., 2005, "Исследование RC Колонны с эффектом памяти формы сплава и Engineered Цементные композиты", доклад № CCEER-05-1, Центр гражданского строительства по исследованию землетрясений, Департамент строительства, Университет Невады, Рено, штат Невада, январь

Вехбе, N.; Саиди, M.; и Сандерс, D., "Сейсмическая Выполнение прямоугольных колонн с умеренным конфайнмента", ACI Структурные Journal, V. 96, № 2, март-апрель 1999, с. 248-258.

М. Saiid Саиди, ВВСКИ, является директором Университета Управления Дипломные работы, профессор гражданского

Hongyu Ван инженерно-техническому персоналу на Якова Consulting, Inc, Лас-Вегас, штат Невада он получил в МСЦ-строительной техники в Университете Невады, Рено, в 2004 году.