К расчету железобетонных элементов, включая Shear воздействию
Эта статья посвящена анализу железобетона (RC) плоскости рам монотонной и циклические нагрузки, в том числе осевые, изгибе и сдвиге эффектов. Силовых двумерных (2D) элемента, основанного на теории пучка Тимошенко представил. Элементом разработки носит общий характер и дает точное решение в рамках теории балки Тимошенко. Простой, нелинейные, поперечная сила-деформация сдвига Закон применяется на уровне разделов, наряду с классической раздела волокно для осевого и гибки эффектов. Сдвиговых деформаций, таким образом, отцепили от осевой и гибки эффекты в разделе жесткость, но среза и изгиба сил стало сочетание на уровне элемента, поскольку равновесие обеспечивается вдоль луча элемента. Элемента проверяется путем сравнения с экспериментальными данными по производительности сдвига моста колонны. Сейсмического анализа виадука, что рухнула во время землетрясения в Кобе 1995 представлен.
Ключевые слова: балки, железобетонные; сдвига.
(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы наблюдается значительный прогресс в анализе железобетона (RC) ограждающих конструкций при статических и динамических нагрузок. Эти достижения произошли от разработки новых, более быстрые и более точные нелинейные элементы рамы и с использованием изысканных моделей разделе.
Помимо классических перемещения основе элементов рамы, силовых элементов успешно исследовали. Основная мотивация для использования силовых элементов связано с тем, что равновесие между узловыми силами, а в разделе сил может быть исполнено точно в пучке или столбца, а смещение основе формулировки стал приближенным, если материал ответ носит нелинейный характер. Spacone др. al.1 предложить последовательный силовых разработке кадр элемент, который обеспечивает равновесие в сильном смысле и совместимость в интегральной форме вдоль луча элемента. Основная трудность силовых элементов, их реализации в универсального анализа кадра или конечного элемента программы, так как узловых сил не может быть вычислена из раздела сил. Итерационной процедуры предлагаются в Spacone др. al.1 решить эту проблему. Процедура дает жесткость элемента и узловые силы, соответствующие узловых деформаций. Neuenhofer и Filippou2 предложить упрощенный вариант оригинального итерационной процедуры.
Эта упрощенная процедура в основном состоит из резки итераций, два, опираясь на тот факт, что структурные сходимости в конечном счете выход элемент совместимости. Предлагаемые процедуры определения состояния очень прочной и работать даже для элементов, обладающих деформации размягчения, как и в случае колонн RC испытывают серьезные конкретные дробления ..
Силы основе элементов вычислительной более требовательны, чем перемещение основе элементов, но они предлагают основные преимущество точное в рамках теории пучков используются для разработки. Это приводит к использованию одного элемента в элемент конструкции (балки или столбец) в рамке анализа, что требует меньшего числа узловых степеней свободы.
Оригинальные силовых формулировке Spacone др. al.1 относится к типу Эйлера-Бернулли пучка 3, в котором рассматриваются только изгиба и осевых деформаций. Позже модель события продлил силовых элементов составов в связи с нескользящей. Salari Spacone4 и обсудить вопросы, связанные с скольжения в том числе железобетонных композитных структур, в то время Limkatanyu и Spacone5 настоящее время общие формулировки линейных элементов облигаций скольжения. Наконец, Sivaselvan и Reinhorn6 продлить нелинейности силовых элементов геометрической нелинейности, при разработке на основе подхода в пространстве состояний.
Еще одним важным режиме деформации, которые следует учитывать при анализе элементов RC является сдвига ответ. Последние землетрясения показали, что большинство RC структурные сбои в старых зданиях, связанных с сдвига недостатков структурных элементов. Учет срез балок и колонн, как представляется, следующим естественным шагом в анализе структуры RC с силовых элементов. Силы основе формулировки приводят к точным гибкость элемента матрицы линейного упругого элемента балки Тимошенко, то есть элемента, в котором деформации сдвига считается постоянной по поперечному section.3 кручения отцепляется от осевой, изгибе и деформации сдвига в Тимошенко пучка теории.
Есть две проблемы, связанные с сдвига моделирования в силовых элемента: элемент разработке и разделе модели. Что касается элемента разработки, Мартино и др. al.7 настоящее последовательной силовых разработке элементов Тимошенко пучка с нелинейного поведения материала. Что касается раздела, посвященного модели, могут быть различные подходы к моделированию сдвига ответ. Один из них распространяется первоначальной формулировке раздела волокно для учета касательных напряжений, деформаций и жесткости. Это требует пересмотра основных конкретных учредительных права, которые должны быть реализованы как двухосных и в конечном итоге циклических для динамического анализа. Petrangeli др. al.8 успешно внедрена такая модель волокна раздел, используя конкретные права, основанного на microplane теории. Раздел, однако, требует значительных дополнительных вычислительных затрат.
Важно отметить, что сдвиг реакции элементов RC является более важным с точки зрения прочности, чем с точки зрения жесткости. Включая сдвига жесткости член RC не влияет на результаты анализов, в качестве члена жесткости, как правило, регулируются на изгиб ответ. Влияние сдвига ответ становится очевидным, когда основные трещины сдвига развивается в рамках членом, ограничивая возможности всей члена. После этих рассуждений, Мартино и др. al.7 решили использовать упрощенный подход к моделированию сдвига ответ раздела RC с помощью феноменологической V- Они применили элемент простого анализа пустяковое зданий. Настоящая работа обобщает подход и распространяет его на циклические и динамического анализа.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эта статья содержит результаты исследований по моделированию аспекты сдвига поведения, в частности, разрушение при сдвиге железобетонных элементов конструкций. Теория Тимошенко пучка используется для моделирования сдвига. Конечная ответ железобетонных конструкций, в частности существующих сдвига недостаточным структур, призванных в соответствии с взрослыми правила проектирования, во многих случаях определяется разрушение при сдвиге. Важно, чтобы простые, но эффективные, модели, которые отвечают за прочность на сдвиг железобетонных членов, в частности, при оценке нелинейного отклика железобетонных рам или пустяковое дело сейсмических нагрузок.
ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ С деформации сдвига
Элемент разработки
Элемент формулировка следует силовых разработки, представленные в Spacone др. al.1 жирным шрифтом указывают на вектор и матрицы, в то время как нормальные письма указать скаляров. Одноосное изгиб считается в этой работе. Расширение двухосных случае очевидна. Элемент сформулированы без жестких режимах тела. Узловых сил, как показано на рис. 1, два конца моментов M ^ 1 ^ к югу и к югу M ^ 2 ^ и в конце осевой силы N. соответствующие деформации двух поворотов конце Элемент сил и деформаций, которые сгруппированы в следующие массивы
... (1)
Раздел силы осевой нагрузки N (х), изгибающий момент M (х), а поперечная сила V (х). Соответствующие деформации разделе осевых деформаций в исходной оси Раздел силы и деформации показано на рис. 2. В результате распределения деформаций также показаны. Раздел сил и деформаций, которые сгруппированы в следующие массивы
... (2)
Силы основе элементов обусловлены слабой (или целым) форме совместимости, выраженная через принцип виртуальных сил, которые, в случае пучка имеет вид
... (3)
Использование равновесия сил в разделе S (X) записываются в виде функций на конец сил P через силу интерполяции функции N ^ югу P ^ (х)
S (X) = N ^ югу P (х) P (4)
где
... (5)
Наконец, раздел учредительных закон писан
где / (х) в разделе гибкость матрицы и зависит от раздела, посвященного модели, используемые для элемента.
После подстановки уравнения. (4) и (6) в формуле. (3), а после ликвидации T ^
U = FP (7)
где F является элементом гибкости матрицы без жестких режимах тела
... (8)
Указанные уравнения формально совпадают с элемента пучка Эйлера-Бернулли, но элемент функции силу интерполяции, в разделе сил, а в разделе гибкость разные. Осуществления вышеуказанных элементов структурной схемы решения анализа следует линии определения элементов государственной говорится в Spacone др. al.1, а затем упростить Neuenhofer и Filippou.2 В данной работе элемента осуществляется в общей целью конечных элементов program.9
Нелинейный характер элемента целиком зависит от раздела нелинейной учредительного законодательства, которые подробно описаны в следующем разделе.
РАЗДЕЛ учредительных ЗАКОНЫ
Существуют различные пути для разработки раздела жесткости и гибкости, в зависимости от раздела, посвященного модели, которая используется. Petrangeli др. al.8 расширить модель волокна разделе изначально разработанная для части пучка Эйлера-Бернулли одноосного изгиба разделе модели балки Тимошенко. Новая модель волокна требует применения двумерных (2D) права на конкретные и итерационные схемы для каждого волокна в поперечном сечении. В результате полного 3 х 3 раздела матрицы жесткости, что пары осевой, изгибе и сдвиге реакции. Хотя такой подход, при Petrangeli др. al.8 является точной и рациональной, это вычислений. Простой подход, который следует за оригинальную идею обсуждали в Мартино и др. al.7 используется в настоящем документе.
На уровне разделов, изгиба и осевой ответы отделена от сдвига ответ. Слоистых раздел используется для получения изгиба и осевой ответы, которые остаются связанными. Сдвига ответ моделируется с помощью феноменологической V- Полученные выражения для раздела сил S (х) и в разделе касательной матрицы жесткости К (х)
... (9)
... (10)
где п (х) количество волокон в разделе ^-расстояние от центра тяжести волокна к оси справочный раздел. V = V (
Стоит отметить, что при изгибе и поперечные силы, не связанные на уровне разделов, реализация этого права в учредительных силового элемента пары изгиба и поперечных сил на уровне элемента через равновесия. Уравнение (4) и (5) соблюдение равновесия между внутренними и узловых сил. Поэтому, если разрушение при сдвиге на уровне разделов происходит перед разрушение от изгиба, элемент изгибающие моменты связаны сил элемента сдвига. Это является основным преимуществом использования силового элемента для нелинейной балки Тимошенко. Хотя среза и изгиба ответы не связаны на учредительном уровне закона, они должны быть в равновесии и, следовательно, отказ в любом изгиба или сдвига влияет на силу либо сдвиг или изгиб.
Раздел сдвига права
Сдвига ответ моделируется с помощью нелинейного V ^ к югу от Различные кривые конверт, приведены на рис. 3. Сдвига закон первоначального параболических отрасли и пики при V ^ Rd к югу ^ Линейных отрасли следует, чья начальная и конечная точки V ^ ^ Rd к югу, к югу Последний пункт представляет собой остаточный потенциал сдвига. Для По альтернативы выбора остаточная емкость сдвига либо больше или меньше, чем мощность сдвига V ^ Rd к югу ^ хрупких или слегка вязкий неудачи сдвига может быть смоделирован (рис. 3, кривые (а) и (')). Таким образом, хрупкого разрушения неармированные или слегка железобетонных beams10, а также более пластичным провал фибробетона structures11 или пиджака, укрепить его члены могут быть смоделированы.
Определение V ^ Rd к югу ^ является важным шагом в описании сдвига ответ. В соответствии с парком и Paulay12 и несколько кодов, дизайн, раздел сдвига потенциала V ^ ^ Rd к югу является суммой стальные стремена вклад V ^ ^ патронов к югу на уступая, а конкретный вклад V ^ ^ к югу RDC
V ^ к югу Rd = югу V ^ ^ "СканЭкс" V ^ ^ к югу патронов (11)
где V ^ ^ к югу ИТЦ является
V ^ к югу RDC = югу V ^ * ^ "СканЭкс" V (N) (12)
где V ^ югу ИТЦ ^ * является вклад конкретного члена при нулевой осевой нагрузки, которая в основном зависит от прочности бетона и максимальный размер продольной арматуры, а также V (N) представляет собой конкретные наращивания потенциала членов индуцированных осевым N.12 сжатия В настоящее реализации
V (N) = CN сжатия
V (N) = 0 напряжение (13)
где с коэффициентом, который весит влияние осевого сжатия. Еврокод 213 предложения с = 0,15. В предлагаемой реализации, срез обновляется с учетом влияния разделе осевого сжатия и V ^ к югу от )).
Предложенная модель объясняет также ущерб прочности на сдвиг ожидают прогрессирования трещин pattern.12 По мере увеличения трещины, племенной механизма, а как совокупность взаимосвязанных сопротивление эффекты оказываются под угрозой, что приведет к значительной потере срез . Таким образом, силы сдвига разделе предполагается уменьшить линейно
V ^ SUP поврежденных ^ ^ к югу Rd = C ^ ^ к югу плотины V ^ ^ Rd к югу (14)
Это приводит к масштабирование сдвига права, как показано на кривой (с) на рис. 3.
Повреждения коэффициент C ^ ^ к югу плотины дается
... (15)
где Повреждение происходит сдвиг искажений превышает нижний предел Никаких других повреждений происходит, когда растяжения не превышает предельного значения
Гистерезисных правил, которые регулируют циклического ответ сдвига права на рис. 4. При разгрузке, кусочно-линейному пути следования. Жесткость первый сегмент, соединяющий две точки (V ^ тах к югу, к югу отвечая на вопрос о максимальной деформации в противоположном направлении (V ^ ^ мин к югу, к югу 4. После перезагрузки, аналогичная норма применяется лишь подставляя (V ^ ^ мин к югу, к югу
Еврокод 2 ^ 13 ^ SUP в значительной степени недооценивает мощность сдвига V ^ ^ Rd к югу. Еврокод 2 ^ 13 ^ SUP плохо приходится сдвига пропорций и, следовательно, в основном учитывает значительный вклад играет арочный механизм сопротивления поперечных сил. Недооценивать значение V ^ Rd к югу ^ приводит к сдвигу консервативных прогнозов провал. Другие, более точных критериев, чем ранее упоминалось, однако, может быть реализован для оценки сдвига потенциала V ^ ^ Rd к югу, в зависимости от цели анализа.
Первый набор анализов показали, что структурные ответ зависит главным образом от сдвига потенциала, а это в основном зависит от сдвига жесткости. Большие изменения в стоимости сдвига права начальный наклон, полученные путем введения различных значений
Это, наконец, важно отметить, что какой-либо секции учредительных права выставке размягчения не может не вызывать локализации и неединственности решения. Это относится и к разделу учредительных законов, представленных в настоящем документе. Обстоятельного обсуждения локализации проблем в силовых элементов и решение проблемы представлены в Колеман и Spacone.14
ПРИМЕНЕНИЕ
Циклические нагрузки анализ Университета Сан-Диего Колонка R3
Предлагаемых элементов балки Тимошенко была подтверждена моделирование крупномасштабных железобетонных приземистый столбец (R3) проверен Сяо и др. al.15 в Университете Калифорнии, Сан-Диего. Колонка представляет масштабных моста причал (рис. 5 (а)). В экспериментальной проверки, колонки верхней незавершенная основе и были укреплены, чтобы избежать преждевременного выхода из строя в совместном регионов. Колонна с предустановленной вертикальной постоянной осевой нагрузкой 114 KIPS (507,3 кН), а затем загружены до отказа с циклическим бокового смещения применяются на колонке сверху. Боковой системой загрузки перемещенных столбца в двойной изгиб. На ранних этапах доминировали трещин от изгиба, происходящих в регионах конца колонки. Изгиб трещины наклонных и расширен в Сети колонн. С увеличением циклов нагрузки, трещины скалывания проникли колонке половине высоты (рис. 5 (б)). Колонке пострадали хрупкие разрушение при сдвиге после деградации фермы механизм индуцированного податливость поперечной арматуры сдвига (с последующим потери связи).
В конечных элементов (СЭ) анализы, колонна была смоделирована по одной силового элемента кадра, с пятью-Гаусса Lobatto точек интеграции (или контроль за их разделов), чьи геометрические и механические характеристики приведены в таблице 1. Экспериментальные и численные боковой силы от бокового отклонения кривых на рис. 6 (а) и (б). Кривая относится к случаю, без сдвига неудачи, которая была получена в предположении, очень большая прочность на сдвиг. Для кривой в основном эквивалентно использованию элемента типа Бернулли. Структура потенциала достигается после того, конечной изгибной потенциала превышен в крайних секций. Кривая была получена путем принятия сдвига модели потенциала предложенной Еврокод 213 (табл. 1). Вводя ограниченные возможности сдвига, анализ FE правильно предсказывает разрушение при сдвиге пристани (рис. 6 (б)). Срез немного недооценили (рис. 6 (б)). Это связано с ограничениями по формуле, приведенной в Еврокод 2,13 которое пренебрегает повышенной прочности на сдвиг в связи с аркой в силу в приземистые колонны ..
Shear строя, наблюдается в колонке верхней и нижней областей (рис. 7 (а), § 5), а также распространяется в направлении, но никогда не достигает колонке половине высоты (рис. 7 (б), раздел 4). Колонка средней высоте Раздел 3 ведет себя аналогично § 4. Частичного выхода из строя сдвига в регионе конце колонки в связи с предложенной моделью повреждений, для которых сдвига уменьшается качестве разделе максимальной осевой увеличивает напряжение (уравнение (14) и (15)). Учитывая граничные условия, момент максимального изгиба и, следовательно, максимальная осевая нагрузка приходится на поддержку, тем самым вызывая высокий сдвига ущерба в колонке заканчивается. Искажение FE сдвига распределения не согласен с результатами экспериментов, для которых сдвига увеличивается искажения в колонке midheight. Различные результаты, отчасти с предложенной моделью повреждений, а отчасти с тем, что количественный анализ не может принять во внимание сдвига укрепления потенциала за счет заключения применительно к колонке заканчивается загрузка структуры в ходе экспериментального исследования.
А в разделах 1 и 5 развиваться в направлении сдвига права размягчения отрасли и регулирующих возможностей колонке сдвига (рис. 7 (а)), 2 секции, 3, 4 и последующей разгрузки ветвей (рис. 7 (б)). Стоит отметить, что ущерб, который вызывает начало разрушение при сдвиге на участках конца колонки. Если ущерб не уделялось должного внимания, все секции будут вести себя одинаково и не смогут при сдвиге в то же время (за исключением ошибок округления при расчетах приведет к незначительные различия в ответах разделе сдвиг). Стоит отметить, что предложенная модель позволяет предыдущие анализы, чтобы быть запущен в течение нескольких минут, в то время как нелинейный анализ FE монотонной ответ той же колонке дискретизации с 2D сетки длилась более week.16.
Push-за и динамический анализ Hansui Вайадакт
После землетрясения Hyogoken Намбу ударил Кобе, Япония, в январе 1995 года, значительное число железобетонных конструкций либо разрушены или серьезно повреждены. Hansui виадука, один отсек, два уровня, надземная железная дорога, рухнула во время этого землетрясения. Hansui Виадук статических и динамических ответов на сейсмические воздействия анализируются в этом разделе.
Рис 8 () показывает, продольные и поперечные срезы структуры. Высота рамы составляет 12 м, а общая ширина палубы 11,5 М. Виадука состоит из нескольких одинаковых, независимых 30 м сегментах. Каждый сегмент поддерживается два ряда по четыре опоры, с 0,9 м квадратного сечения. Четыре пучков связать воедино наборы из четырех причалов в их midheight.
Наиболее часто наблюдаются сбои был либо сдвиг или изгиб сдвига провала опоры в поперечном direction.17, 18 причалов удалось чуть ниже или выше совместно с midheight пучков (рис. 9 (а) и (б)) . Рис 9 (с) показывает неспособность последовательность предложенных Нисимура, 19, основанный на обследованных ущерба. Shear трещины развивались в простенках близко к их совместной с midheight пучка. Трещин открыта до spalled конкретные упал и структура выше трещин скользнула в сторону.
Потому что виадука состоит из серии одинаковых портал кадров в продольном направлении, только единый портал кадр изучается с помощью элемента кадра, представленные в настоящем документе. Обе опоры и балки были смоделированы с помощью одного силового элемента кадра, как показано на рис. 8 (б). Стоит отметить, что только шесть элементов, причем пять интеграции Гаусса-Lobatto очков, которые необходимы для модели всю структуру и запустить нелинейного анализа.
Предварительный анализ пустяковое дело было проведено с применением монотонно возрастающая боковым смещением на палубу только. Это несложная задача анализа следует расследования FE, ранее выполнявшиеся Спенсера и Шинг, 20, которые использовали 2D сетки FE с четырех пунктов элементов плоского напряженного состояния. Некоторые анализы рассмотрел смазывается только трещины, тогда как другие включают как вымазаны и дискретных трещин в бетоне. Анализа были довольно медленно из-за сложности материала законов и изысканный сетки принимается. Механических свойств материала, используемых в анализе данном документе, являются те, что используются Спенсера и Shing20 (табл. 2).
Два постоянных нагрузках, представляющие собой selfweight Виадук были применены к верхней узлов два верхних опор. Для каждого структурного элемента, все секции волокна были настроены на воспроизведение точное положение арматуры в бетоне сечения. Сдвига потенциала V ^ югу Rd ^ * каждого точка интеграции оценивали по Еврокод 2 ^ 13 ^ SUP формула, обсужденных ранее. Изменения в промежутках между стальные стремена вдоль оси элемента, были приняты во внимание изменения сдвига потенциала соответствующих точки интеграции.
Ответ пустяковое нагрузка-смещение Hansui Виадук показано на рис. 10. Модель предполагает бесконечное прочности на сдвиг, в то время как модель B считает, прочность на сдвиг элементов. Модель показывает, ответ пластичного структурных ответ, а в ответ Модель B, ограниченные силы сдвига опоры причин разрушения конструкции до конечной изгибной потенциал не будет исчерпан. Пластического шарнира, история формирования показано как для анализа на рис. 11. В ответ Модель на рис. 10, Пойнт-1a соответствует образованию двух пластических деформаций на промежуточных концах бруса (пункты 1 и 2 на рис. 11, модель). На более высоком применяется перемещения, две пластиковые петли, разработанных на пристани поддерживает (пункты 3 и 4 на рис. 11, модель). Соответствующая точка на рис. 10, пункте 2a. Позже, на изгиб потенциала верхней левой верхней части пирса будет достигнуто (пункт 5 на рис. 11, модель). Это происходит по нереально высокой боковых смещений, что речь идет не показано на рис. 10.
В ответ получил пустяковое дело с модели B, срез впервые произойдет в левом верхнем углу пирса (точка 1 на рис. 11, модель B, пункт 1b на рис. 10). Заметим, что разрушение при сдвиге достигается одновременно на верхней и нижней части левого верхнего пирса, при условии, что стали подробно идентична двух местах. Одновременное разрушение при сдвиге нижней левой секции конец пирса следующим образом (точка 2 на рис. 11, модель B, Пойнт-2b на рис. 10). Левой опоры показать раннего разрушение при сдвиге. Осевом растяжении сохраняет способность левого сдвига пирса ниже, чем в правой опоры, которые выигрывают от повышения сдвига потенциала за счет осевого сжатия (уравнение (12)). При дальнейшем увеличении бокового смещения, еще две петли пластические, первые один (пункт 3 на рис. 11, модель B, Пойнт-3b на рис. 10) в правой части промежуточных пучка, а вторая один (пластиковый Петля 4 на рис. 11, модель B, точки 4, b на рис. 10) в нижней части нижней пирса справа. Когда последний пластического шарнира формы, рамка становится механизмом.
Структурные неудачи в основном достигается, когда разрушение при сдвиге происходит в колонке 1 (п. 2, b). После Пойнт 2b, а боковые перемещения увеличивается в колонках 1 и 2 смягчить и столбцы 4 и 5 поглощения поперечной силы потеряли в левой колонны. Смягчение Колонка 2 вызывает временное падение ответ между точками 1b и 2b на рис. 10. Таким образом, с точки 2b вперед, кривая имеет простое численное значение ..
Спенсер и Шинг, 20 с использованием модели дискретного и смазывается трещины, предсказал разрушение при сдвиге в Hansui виадука на базе силу сдвига примерно 1,3 кН, что соответствует бокового смещения палубе 0,066 М. Результаты, полученные с пучком элемента в данной работе сравнить также с точки зрения предельной нагрузки, с результатами, полученными Спенсера и Shing20 (рис. 10). Модели плоского напряженного Спенсер и Shing20 является более точным в предсказании разумные модель трещины, которые не могут быть получены с помощью пучка элементом предлагаемого в настоящем документе. С другой стороны, модель пучка элемента, требующего шесть элементов только, менее требовательных с точки зрения вычислительной работы, чем 2D-модели, Спенсер и Shing.20 вычислительных усилий предотвратить их от дальнейшего расследования виадука реагирования при землетрясении в динамических нагрузок , за которую они разработали упрощенную система с одной степенью свободы.
Использование сетки на рис. 8 (б), Hansui Виадук был изучен при сейсмических нагрузок. Движение грунта зарегистрированы в районе Кобе 17 января 1995, был применен к структуре. Движения грунта имеет максимальным ускорением 6,7 м/с2 (0,68 г) в момент времени T = 1,66 сек. Палубе массовой была получена из виадука оригинальных рисунков. Нет живой груз предполагалось внести свой вклад в массы. Рэлея затухание использоваться с затуханием
В первой серии анализов, вклад осевого сжатия срез не уделялось должного внимания. Мост динамических структурных ответ на рис. 12 по палубе перемещения во времени. Три разные ответы, соответствующие различным моделям сдвига, приведены. Кривая получена с помощью линейной упругой закон сдвига с неограниченными возможности сдвига (модель). Кривая получена с помощью упругого идеально пластического сдвига права (модель B), кривая с использоваться упругих деформаций сдвига размягчения ответ (модель C). Три модели остаются в основном упругой до Т = 1,5 сек. В настоящее время пластический шарнир форм на верхней балки левом конце. Затем, в момент времени т = 2,2 сек, изгиб потенциала также достигнута в конце правой чашке, а другой пластический шарнир развивается. До т = 2,6 сек, ответ кривые совпадают, будучи нелинейного поведения полностью регулируется изгиб (сдвига ответ по-прежнему упругих). В момент времени т = 2,6 сек и время т = 2,7 сек, сдвиг неудачи нижней колонны состоится в модели B и C (рис.
13). Смещение пика -0,08 м достигается на 2,7 секунды (что соответствует дрейф примерно 0,7% высоты виадука). В момент времени т = 2,7 сек, модель развивает третье пластического шарнира в midheight пучка левого края (рис. 13) ..
После Т = 4 сек, сдвиг потенциала в обратном направлении, достигнутым в правом нижнем столбцов, как в модели B и C. Модель C смягчает, соответственно, штреки с кривой от двух других кривых, которые по-прежнему очень похожи, как землетрясение действие продолжается. Обратите внимание, что ответ с точки зрения перемещения верхнего не показывает существенное различие между кривыми а и б (рис. 12). После пика смещения -0,2 м зарегистрировано в момент / = 5,3 сек, остаточное смещение -10 мм наблюдается для кривой С. Обратите внимание, что сдвиг отказов предсказывает модель C, на которые приходится размягчения поведение при сдвиге, соглашается с механизма разрушения наблюдаются на реальную структуру (рис. 9 ()), а с распадом прогресса описывается Nishimura.19
Ответ Hansui Виадук через палубу перемещения по сравнению с боковой силы на базе показано на рис. 14 (а), (б) и (с) для модели A, B, и C, соответственно. Анализ одного раздела внутренней силы от деформации кривых свидетельствует о формировании пластического шарнира в верхнем концах бруса (рис. 13) в момент / = 1,5 сек. Максимальное сечение деформации спроса происходит в момент / = 5,3 секунды, когда все модели достичь пика смещения.
Рис 15 (а), (б) и (с) показывают, ответной реакцией в виде поперечной силы против сдвига искажения для одного раздела в левой нижней колонны ближе к midheight пучка. В модели C, срез быстро падает до его остаточной стоимости по достижении сдвига потенциала из-за большого спроса на деформации сдвига в следующих циклов нагрузки. Структура разрушается при этом и на остальной части ответа мало физического смысла. Неспособность разделе сдвига происходит по палубе перемещению приблизительно -0,08 м (рис. 14 (с)) в момент / = 2,7 секунд (рис. 12). Обратите внимание, что ущерб, а также смягчение поведения некоторых участках вдоль элементов ведет к постепенному сокращению первоначального права среза, что приводит к неправильной формы кривой на рис. 14 (с).
Вторая группа анализирует учетные записи для повышения срез индуцированный элементом осевого сжатия. Модель поведения остается неизменной, как увеличение сдвига потенциала влияет только сдвиговые жесткости. Структурных ответ с точки зрения времени по сравнению с палубы перемещения по-прежнему в основном одинаковы для обеих моделей А и В (рис. 16, кривые (а) и (б)), тогда следует отметить сокращение максимальной перемещения палубе записывается в модели C ( Рис. 16, кривая (с)). Пластиковые петли в верхней пучков до сих пор являются в момент / = 1,5 сек во всех моделях, но расширенной срез задержки в левом нижнем провал колонке сдвига в модели B и C до времени T = 5,29 сек, что соответствует перемещению палубе -86,2 мм. В модели C, пик перемещения сводится к -0,1 м в момент / = 6,7 секунды, а палуба остаточных капель дрейфа -0,03 м, по сравнению со случаями без увеличения сдвига потенциала.
Структурных ответных мер в области сдвига базы по сравнению с палубы перемещения показано на рис. 17 для моделей B и C. В осевой вклад сжатия, сдвига укрепления потенциала примерно равна 20%.
На рисунке 18 показана отказов для трех моделей. Осевое сжатие не изменяет пластического шарнира Модель распределения, ни краха механизм Модель C. С другой стороны, модель B развивается разрушение при сдвиге в левом нижнем и правом верхнем колонны, предотвращая формирование механизма и, таким образом избегая структурных краха. Отказов предсказал для модели C согласен с отказом режиме реальной структуры (рис. 9 (а)).
Рис 19 (а) и (б) показывают, единый ответ в разделе модели B и C получены альтернативы рассматривают или пренебрегая членом V (N) в формуле. (11) и (12). Потенциала разделе сдвига повышение примерно равна 20%. Когда приходится V (N) срок, максимальная деформация сдвига разделе Модель C существенно сокращается, и палуба дрейфа соответственно уменьшается.
Указанные результаты показывают, что составляет увеличение сдвига потенциала за счет осевого сжатия приводит к качественно приемлемых результатов с точки зрения механизма неудачи и перемещения. Только некоторые элементы проходят сжатия выгоду от сдвига увеличения пропускной способности. Пластиковые петли и сдвига неудачи развиваться слабые места в структуре. Кроме того, принятие размягчения отрасли после пика сдвига точки приводит к большим остаточным перемещений. И наоборот, предполагая, идеально пластического поведения при сдвиге по-прежнему позволяет запуск разрушение при сдвиге структуры, но производит нереально малые сугробы по всей палубе анализов.
ВЫВОДЫ
Силовых элементов на основе теории пучка Тимошенко представила в настоящем документе. Элементом разработки можно рассматривать как общее и точное в рамках теории балки Тимошенко. Феноменологического сдвига силы деформации сдвига Закон применяется на уровне разделов, а также модели волокна раздел для осевого и гибки эффектов. Shear и гибки отделить в разделе учредительные права, но равновесие между ними обеспечивается, таким образом, изгиба и сдвига связаны на уровне элемента. Предлагаемого сдвига учредительных счетов закон увеличение сдвига потенциала за счет осевого сжатия, а также за ущерб, вызванный чрезмерным раскрытия трещины. Элемент выполнен в общей целевой программы FE, и проверяется с помощью анализа FE колонн RC и рамы подвергаются циклическому пустяковое дело и сейсмических нагрузок.
Результаты первой серии исследования корреляции с результатами экспериментов на шоу мост мол, что модель имеет возможность захвата сдвига провала приземистые колонны и обеспечивает качественно неплохие результаты как с точки зрения максимальной боковой силы базы и столбцов верхней перемещения. Сдвига потенциала пристани была несколько недооценена, в связи с консервативной оценкой потенциала сдвига пирса на основе Еврокод 2,13 которые плохо приходится арки вклад механизм, который становится все более важным в более короткие членов.
Вторая группа анализа основное внимание уделяется моделированию реакции Hansui Виадук в рамках как пустяковое дело и сейсмических нагрузок. Полученные результаты указывают на важность учета ограниченные возможности сдвига опоры в прогнозировании механизм разрушения структуры. Результаты анализа пустяковое находятся в хорошем согласии с предыдущими нелинейного анализа FE от виадука. Смягчение или идеально пластической отраслей права сдвига может также быть выбраны для описания поведения обычных или высокой производительности структуры бетона. После размягчения выбран, способность к рассеянию энергии структуры существенно меняется, и результаты показывают, большие остаточные смещения в конце сейсмического события. Кроме того, механизм сдвига предсказал провал согласен с отказом режиме реального структуры. С другой стороны, полагая, идеально пластическое поведение при сдвиге производит нереально малые сугробы по всей палубе анализов.
Будущие исследования будут сосредоточены на выбор более точной формулы для прогнозирования срез балок и колонн. В частности, такие законы должны учитывать эффекты сдвига отношение пролета на срез. Другой расширение элемент формулировка должна изучить вопрос о разработке волокна права, которые также приходится деформации сдвига. Это, однако, следует подчеркнуть, что предлагаемый элемент позволяет учитывать разрушение при сдвиге членов RC в простой и вычислительно эффективным способом. Учитывая деформации сдвига на волокна уровне будет включать другие явления, такие как блокировка совокупного действия и, возможно, дюбель, но было бы внести элемент вычислительной очень дорого, и поэтому медленно.
Авторы
Это исследование было частично поддержана грантом CMS-9804613 от Национального научного фонда. Эта поддержка выражается искренняя признательность. Все мнения, высказанные в настоящем документе, являются мнениями авторов и не отражает точку зрения авторов учреждений. Особая благодарность F. Seible за предоставление авторам все данные о циклических испытаний железобетонных колонн осуществляется в Университете Калифорнии, Сан-Диего, Сан-Диего, Калифорния
Нотация
^ ^ Волокна к югу, к югу E ^ ^ волокна, у ^ к югу волокна = волокна области, модуля и расстояние от оси отсчета, соответственно,
C ^ югу плотины = коэффициент повреждения
D = узловых элементов деформации массива
F, F = элемента и матрицы разделе гибкость
А = разделе жесткости матрицы, соответственно,
M ^ подпункта 1 ^ M ^ 2 ^ к югу, N = сил узловых элементов
М (х), N (х), V (х) = сил разделе
N ^ к югу P ^ (х) = сила интерполяции функций
P = узловых элементов массива силу
ы (х),
V (N) = срез предоставляемый элемент осевого сжатия
V ^ ^ Rd к югу, к югу
V ^ SUP поврежденных ^ ^ к югу Rd = поврежденных возможности сдвига
V ^ к югу ИТЦ ^ V ^ югу ИТЦ ^ * = сдвига потенциала при условии конкретными либо рассматривают или пренебрегая осевой нагрузки вклад, соответственно,
V ^ к югу РД = срез предоставляемый стальные стремена
V ^ и ^ к югу, к югу
Ссылки
1. Spacone, E.; Filippou, FC и Taucer, FF, "Белка Луч-Column модели для нелинейного анализа R / C Рамы, Часть I: Разработка," Инженерная землетрясения и структурной динамики, V. 25, 1996, с. 711 -725.
2. Neuenhofer А., Filippou, FC, "Оценка нелинейных Frame конечных элементов модели," Журнал строительной техники, ASCE, В. 123, № 7, 1997, с. 958-966.
3. Тимошенко С. П., Гудьер, JN, 1970, теории упругости, 3rd Edition, McGraw-Hill, Inc, Нью-Йорк.
4. Salari, MR, и Spacone Е., 2001, "Анализ железобетонных композитных рам с Бонд-Слип" Журнал строительной техники, ASCE, В. 127, № 11, с. 1243-1250.
5. Limkatanyu, S., и Spacone Е., 2002, "R / C Frame элемент с Бонд интерфейсы, часть 1: Смещение основе, силовых и смешанных Формулировки; Часть 2: Определение государства и численные Проверки," Журнал структурной инженерия, ASCE, В. 128, № 3, с. 346-364.
6. Sivaselvan М.В., Reinhorn, М., 2002, "Свернуть анализа: анализ больших неупругих деформаций плоскости рамы," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 128, № 12, с. 1575-1583.
7. Мартино, R.; Spacone, E.; и Кингсли, Г., 2000, "Нелинейная Анализ Pushover из R / C структуры," Структуры Конгресса, Advanced Technology В строительной техники, М. Elgaaly, под ред. ASCE, 8 с. (CD-ROM)
8. Petrangeli, M.; Пинто, PE, и Чампи, В., 1999, "Белка Элемент циклическом изгибе и сдвига R / C структур, часть I: теория," Журнал "Инженерная механика", ASCE, В. 125, № 9, с. 994-1001.
9. Тейлор Р. Л., 2000, "ФЕАП: анализа методом конечных элементов программы", руководство пользователя, версия 7,3. Департамента гражданской и экологической инженерии, Университет Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния, <A HREF = "http:// www.ce.berkeley.edu/ ~ г \ / ФЕАП / "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://www.ce.berkeley.edu/ ~ г \ / ФЕАП / </ A>.
10. Giuriani, E.; Адами, P.; Минелли, Ф. и Pozzani, Г., 2003, "Resistenza Таглио Нелл travi в Центральной Азии," Внутренняя Доклад, Universit дельи Studi ди Брешиа, Dipartimento ди Ingegneria гражданского истца. (На итальянском)
11. Меда, A.; Минелли, F.; Polizzari, Г. А. и Failla, C., 2002, "Экспериментальное исследование поведения Shear из предварительно напряженного SFR / C Балки", 6-й Международный симпозиум по использованию высокопрочных и / Высокий конкретных действий Lipsia , Германия, июнь.
12. Парк Р., Paulay, T., 1975, железобетонных конструкций, John Wiley
13. Еврокод № 2, 1991, "Проектирование железобетонных конструкций-Часть 1-1: Общие правила и правила для зданий", ENV 1992-1-1, Брюссель.
14. Коулман Дж., Spacone Е., 2001, "Локализация Вопросы в нелинейных силовых элементов Frame" Журнал строительной техники, ASCE, В. 127, № 11, с. 1257-1265.
15. Сяо, Ю.; Пристли, Н., и Seible, F., 1993, "Сталь Куртка Модернизация для повышения прочности Shear коротких прямоугольных железобетонных колонн, Доклад № SSRP-92/07, структурных систем научных исследований и проектов, Университет Калифорния в Сан-Диего, Сан-Диего, Калифорния
16. Кан, HD; Уиллам, K.; Шинг, B.; и Spacone Е., 2000, "Ошибка Анализ R / C колонок с использованием Трехосный конкретной модели," Компьютеры и сооружений, V. 77, № 5, стр. . 423-440.
17. Де Марко, R.; Decanini, L.; Сано, T.; и Орсини, Г., 1995, "Il Terremoto ди-дель Кобе 17 Дженнайо 1995-Rapporto", Институтом Poligrafico электронной Зекка делло Stato, Рим. (На итальянском)
18. Китагава, Ю. и Хираиши, H., 2004, "Обзор 1995 Хиого Землетрясение Намбу и предложения о мерах по смягчению последствий землетрясения," Журнал Японская ассоциация по проектированию сейсмостойких сооружений, V. 4, № 3, стр. 1. -29.
19. Нисимура А., 2004, "Анализ повреждений и сейсмических проектирования железнодорожного Структуры Hyogoken-Намбу (Кобе) землетрясения," Журнал Японская ассоциация по проектированию сейсмостойких сооружений, V. 4, № 3, с. 184-194.
20. Спенсер, Б. и Шинг, PB, 2001, "Землетрясение ущерб Hansui Виадук: тематическое исследование", личное общение, Университет Колорадо в Боулдере, Боулдер, Колорадо
Алессандра Марини является профессором в гражданской техники кафедра Университета Брешиа, Брешиа, Италия. Она получила степень магистра и докторскую степень в Университете Брешии. Ее исследовательские интересы включают сейсмического анализа, проектирования и модернизации конкретных зданий и исторического наследия.
Энрико Spacone является профессором в PRICOS департамента университета Г. Д'Аннунцио Кьети-Пескара, Италия. Он получил степень бакалавра в университете La Sapienza в Риме, Италия, и степень магистра и докторскую степень в Университете Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния Его исследовательские интересы включают сейсмического анализа и проектирования и модернизации конкретных зданий и мостов.