Напряженно-деформированного Модель для армированных волокном полимерные оболочки железобетонные колонны

Напряженно-деформированное поведение армированных волокном полимера (FRP) только бетонные колонны экспериментально и аналитически исследованы, с особым упором на прямоугольного сечения колонны. Новый дизайн-ориентированной модели напряженно-деформированного реакция FRP только колонны была разработана и экспериментальное исследование было проведено для получения модели характерных параметров. Испытания переменных были включены объемные отношения куртки FRP, пропорции секции колонны, а площадь продольной и поперечной арматуры. Было обнаружено, что оболочки прямоугольного сечения столбец с листов FRP увеличивает их осевой прочности и пластичности. В железобетонных колонн, FRP куртки предотвращения преждевременного выхода из строя бетона и потери устойчивости стальной арматуры, что приводит к существенному повышению производительности. Соответствующих улучшений стали менее значительными, как пропорции увеличивается колонке раздела. Темпы роста в конкретных боковой деформации с осевой деформации зависит от жесткости куртки FRP и пропорции колонны разделов.

На основании результатов данного исследования, основные параметры, которые контролируют напряжение и деформационные характеристики FRP-размерных прямоугольного сечения колонки были обсуждены, и общая модель дизайн напряженно-деформированного ответ из волокнита только конкретные был создан. Результаты предсказывает модель показала очень хорошо согласуется с результатами современных экспериментальных программ и других данных испытаний FRP-ограниченных круглых и прямоугольных колонн в литературе ..

Ключевые слова: колонны, только бетон, пластичность; фибробетона; полимерных; стресс, напряжение.

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

Введение и обзор литературы

Многие экспериментальные и аналитические исследования были проведены в последние годы для оценки осевой нагрузкой и напряженно-деформированного ответ конкретных только с армированной волокном полимера (FRP) ламинатов (ACI Комитет 440 2002). Эти исследования ясно показали, что содержание бетона куртки FRP приводит к значительному улучшению осевых сил и энергии, поглощающей способности бетонных столбов под статического и циклического нагружения.

Некоторые модели заключении были предложены в литературе для оценки осевой силы и для описания напряженно-деформированного реакция FRP оболочке столбцов. Всеобъемлющего обзора и оценки существующих моделей недавно представил Дэн и Лам (2004). По словам Дэн и Лам, предложенный напряженно-деформированного модели FRP-размерных бетона может быть в основном подразделяются на две основные категории: проектно-ориентированного анализа и ориентированной модели. В designoriented модели напряженно-деформированного кривой создан с помощью простой замкнутой форме решение на основе анализа и интерпретации экспериментальных данных. При анализе-ориентированных моделей, напряженно-деформированного кривой создается более тщательно с помощью итерационной процедуры с учетом взаимодействия между бетонным ядром и удерживающего FRP. Из-за их относительной сложности, анализ-ориентированные модели пригодны только для включения в численного анализа компьютера.

Вне зависимости от их классификации, большинство из предложенных напряженно-деформированного отношения должны основываться на следующих моделей заключения, предложенной в Ричарт и др. (1928, 1929) тестов, проведенных на конкретные образцы только с гидростатическим давлением

... (1)

... (2)

где / '^ ^ сс к югу и к югу подпункт 1 ^ является заключение коэффициент эффективности и / '^ л ^ к югу является боковой гидростатического давления. На основании результатов испытаний, Ричарт и др.. (1928, 1929) найдены значения К ^ к югу 1 = 4,1 и суб K ^ 2 = 5.

Среди известных выражений для оценки влияния лишения свободы по осевой прочности бетона колонок один предложенный др. Мандер и др. (1988) для стали ограничиваться бетона. В этом выражении ограничивается конкретным прочность на сжатие е '^ ^ сс к югу и соответствующие деформации л ^ следующим

... (3)

... (4)

Различные выражения были порождены др. Мандер и др. (1988) для расчета F ^ ^ к югу л в зависимости от формы сечения колонны и конфигурации продольных и поперечных стали.

В отличие от лишения свободы по стальными обручами, где удержания давления становится постоянным теоретически за податливость обручи, линейных напряженно-деформированного из FRP причин горное давление в FRP-только конкретные, связанные с конкретным расширением, чтобы постоянно возрастать с увеличением поперечного или осевой деформации. Если есть хорошие связи между бетонной поверхности и FRP, боковой деформации FRP часто считается равным боковых деформаций в бетоне. Следовательно, для FRP-ограниченных круговые секции колонки, боковые удерживающего давление е ^ ^ л к югу рассчитывается в зависимости от объемного соотношения совместимости и равновесия сил между конкретными и ограничения FRP куртку следующим

... (5)

где

... (6)

, в которой п ^ ^ е югу это число заявок (слоев), Т ^ е ^ к югу является разработка толщины ткани FRP и D столбец диаметре. В то время как оно не признает увеличение силы для FRP-размерных прямоугольного сечения колонки, ACI Комитет рекомендует оценки 440 осевой силы FRP рубашкой круговой столбцы, используя выражение "Аль Мандер и др. (1988) (уравнение (3)), в котором боковые удерживающего давление е ^ ^ к югу л рассчитывается по формуле. (5) соответствует эффективной боковой деформации

Многочисленные аналитические модели и экспериментально основанные заключение было предложено рассчитать эффективность удержания коэффициента ^ ^ 1 к югу (см. формулу. (1)) для FRP только бетон. Резюме некоторые из предложенных выражений, в том числе k1 эквивалентности уравнения. (3), приведены в таблице 1. Кроме того, в то время удержания коэффициента ^ 2 ^ к югу является постоянной для стали ограничиваться конкретными (см. формулу. (4)) в развивающихся напряженно-деформированное отношение к FRP-ограниченных круговые колонны, Toutanji (1999) рассмотрел на основе экспериментальных Результаты Рей (1997), что она изменяется пропорционально деформации боковых FRP следующим

К югу ^ 2 = ^ 310.57

В то время как напряженно-деформированное поведение FRP только конкретные круговыми колонны были всесторонне изучены Saadatmanesh и др.. 1994; Саман и др.. 1998; Spoelstra и Монти 1999; Toutanji 1999; Фам и Rizkalla 2001), в связи с многими неизвестными связанные с поведением FRP-ограниченных прямоугольных колонн, всего в нескольких аналитических моделей были предложены для оценки их напряженно-деформированного ответа (Рошетт и Лабошьер 2000; Ван и Рестрепо 2001; Лам и Дэн 2003a, б).

Будучи обеспокоена тем, в этом исследовании с развитием designoriented модели напряженно-деформированного для FRP-только конкретные, чтобы лучшие из авторов известно, последние проектно-ориентированной модели для описания напряженно-деформированного реакция FRP рубашкой круглые или прямоугольные колонны это один предложенный Лам и Дэн (2003a, б). Из-за его значимости для данного исследования и его простота в применении, модель Лам и Дэн представлены в данном исследовании для сравнительных целей. Схематически показано на рис. 1, модель состоит из параболического первой части с ее начальный наклон время модуль упругости неограниченном конкретные ЕС и линейной части второй с пониженным наклон к югу E ^ 2 ^, который пересекает ось напряжений при г ^ к югу с = е '^ с ^ к югу, где /' ^ с ^ к югу является осевой силы неограниченном бетона. Модель может быть представлена в следующем общем виде

... (8)

, где Деформации

... (9)

... (10)

в которой / '^ ^ к югу у.е. и В общем случае прямоугольных колонн, е '^ ^ к югу у.е. и

... (11)

... (12)

где

... (13)

в которых к югу ^ ^ S1 и суб К ^ ^ S2 являются форм-факторов; к югу К ^ 1 = 33 и к югу K ^ 2 = 12,0; РУП "^ является обруч деформацией разрушения FRP. По Лам и Дэн (2003a, б), из-за эффекта неравномерного распределения напряжений и кривизны в рубашке FRP, деформацией разрушения заключения FRP ниже, чем конечная растяжения определяется от прямых испытаний купона. На основании оценки экспериментальных данных, Лам и Дэн предлагает использовать значение . Для прямоугольного сечения, термин D в формуле. (13), диаметр кругового эквивалентной данной колонке, как D = ... , Где Ь короткой стороне и ч длинной стороне участка. Наконец, форм-факторов выражаются в зависимости от соотношения эффективно ограничивается конкретной области к югу ^ е ^ на площадь поперечного сечения ^ ^ г к югу

... (14)

... (15)

... (16)

в котором г-радиус углу, и Заметим, что для круговых сечений, модель остается точно такой же за исключением форм-факторов к югу ^ S1 = югу K ^ S2 = 1,0. По Лам и Дэн (2003b), при использовании предыдущей модели для прямоугольного сечения, сила повышение не следует ожидать, если величина К ^ к югу S1 = е ^ ^ к югу ла / ж '^ с ^ к югу менее 0,07 . Лам и Дэн проверить правильность своей модели путем сравнения с собственным данных испытаний прямоугольного сечения колонны. Кроме того, в приложении к круговой колонны, Дэн и Лам (2004) заключил, что их напряженно-деформированного модель более выгодна, чем другие доступные модели в нескольких аспектах, включая точность и простоту для непосредственного использования.

В этом исследовании, экспериментальных и аналитических исследований были проведены для оценки напряженно-деформированного поведение FRP рубашкой колонны с особым упором на ответ прямоугольного сечения колонны. На основании результатов этого исследования, новый дизайн-ориентированных stressstrain модель FRP-ограниченных конкретных предлагается. Эта модель, которая представляет собой улучшение по сравнению с ранее приближенные модели напряженно-деформированного предложенный автором первой оценки осевой нагрузки взаимодействия момент потенциал FRP-размерных колонок (Harajli 2005), принимает во внимание большинство геометрические и материальные свойства, которые влияние на напряженно-деформированное ответ. Проверка точности модели был достигнут путем сравнения с экспериментальными результатами, полученными в данной работе и другие экспериментальные данные, приведенные в литературе.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты этих экспериментальных и аналитических исследований позволяют лучше понять параметров, которые влияют на напряженно-деформированное реакция прямоугольного сечения колонки, когда только с FRP ламинатов. Напряженно-деформированного модели, разработанной в настоящем исследовании, могут быть использованы для оценки осевой силы и деформации потенциала FRP рубашкой круглые или прямоугольные колонны и может быть использовано для анализа нагрузки и деформации, ответ из волокнита ограничивается конкретными при различных видах нагрузки приложений .

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТРЕСС-ДЕФОРМАЦИИ СВЯЗЬ

Два этапа отношений напряженно-деформированного (Г югу см ^- На первом этапе, потому что боковой деформации и последующего бокового давления заключения малы, форма реагирования напряженно-деформированного можно описать с помощью восходящей ветви напряженно-деформированного уравнения, разработанный ранее для неограниченных или стали только конкретные (Шейх и Uzumeri 1980, Скотт и др.. 1982, и др. Мандер. 1988). В данном исследовании stressstrain ответ на первом этапе предполагается, для простоты, чтобы следовать второй степени параболы похож на один предложенный Шейх и Uzumeri (1980) и Скотт и др.. (1982). Соответствующие два этапа F ^ югу см ^-

... (17)

... (18)

в которой / ^ к югу соре и ^ ^ к югу л), является взаимосвязь между осевой деформации и напряжения в боковых листов FRP; ^ ^ у, к югу являются объемные соотношения предела текучести и поперечных стали ограничиваясь, соответственно.

На втором этапе реагирования, в том числе точки пересечения между первой и второй этап ( боковой деформации листов FRP сс = G ( (1) и (2) следующим

... (19)

... (20)

, где ^ ^ сс к югу есть площадь бетонного ядра только с внутренними поперечными обручами, измеренная в средней линии по периметру кольца, и Условия е ^ ^ к югу Если и ^ ^ к югу Ls являются эффективными боковое давление удерживающего оказывает FRP и простых поперечных стали на конкретный раздел, соответственно,

... (21)

... (22)

где

К югу ^ е ^ (к ^ ^ к югу эффектов, к югу-эс-^ ^) = ^ е ^ к югу / ^ ^ к югу см (23)

в котором (6) где равная D для прямоугольного сечения колонки, принятых в соответствии с МСА Комитет 440 (2002), а D = 2bh / (BH). Условия к югу ^ е ^ (к ^ ^ к югу эффектов или суб-эс-K ^ ^) и к югу ^ V ^ (А ^ ^ Ф. югу или к югу К ^ ^ против) приходится эффективности бокового подкрепления в ограничиваясь бетон по горизонтали, так и конкретные связи между поперечными полосами или FRP, соответственно, к югу ^ е ^ является эффективно-размерных конкретной области. Для круглых колонн, к югу ^ Ф = ^ к югу-эс-= 1,0. Для столбцов только с непрерывным к FRP листов ^ югу Ф. = 1,0. Выражения для коэффициентов А ^ е ^ к югу и к югу ^ ^ V приведены на рис. 2 для прямоугольных колонн на основе подхода, предложенного Шейх и Uzumeri (1980), а в последнее время "Аль Мандер и др. (1988) и ACI Комитет 440 (2002) (для оценки пластичности FRP только разделы). Более подробная информация о развитии выражения для K ^ ^ V к югу и к югу ^ е ^, а также выражения для расчета к югу ^ V ^ для кругового сечений колонке описываются др. Мандер и др.

Следует отметить, что в описанной выше теоретической модели напряженно-деформированного, предполагается, что жесткость куртки FRP достаточно велика, чтобы подготовить монотонно возрастанию напряженно-деформированного ответ до разрыва листов FRP. Для недостаточно только бетон, кривой деформации могут возникнуть после пика нисходящей ветви которой конечная прочность на сжатие будет достигнуто до разрывов FRP, производя только небольшие или без увеличения прочности. Пороговые значения, предложенные разными исследователями для эффективного удержания FRP, над которым stressstrain кривой опыта по возрастанию поведения были обсуждены Лам и Дэн (2003a).

Для неограниченных бетона или для покрытия конкретных разделов ограничивается только внутри обычной стали и с целью проверки предложенной модели путем сравнения с экспериментальными данными, напряженно-деформированного отношений в нисходящей ветви неограниченном конкретный ответ напряженно-деформированного предполагается следить за уравнение, предложенное др. Скотт и др. (1982)

F ^ к югу с = е '^ с ^ к югу [1 - Z ( (24)

где

... (25)

Использование ранее предложенной модели напряженно-деформированного ответ на второй стадии реакции могут быть получены посредством постепенного увеличения боковой деформации за уравнения. (19) и (20), соответственно.

В этом исследовании, характерных параметров А ^ 1 ^ к югу и к югу K ^ 2 ^ предлагаемого напряженно-деформированного модели определялись с помощью тестовых данных экспериментальной программы, разработанные специально для целей данного исследования, как описано в следующем разделе .

Экспериментальная программа

Параметры испытаний и испытательных образцов

Двадцать четыре мелких колонке образцов 300 мм высота были протестированы. Раздел размеры, назначение образцов, и укрепление подробная информация представлена в таблице 2 и на рис. 3. Параметры исследованных включены пропорции колонке раздела (ч / б 1, 1,7 и 2,7, соответственно), площадь куртки FRP, а площадь продольной и поперечной арматуры. Образцы были разделены на три серии в зависимости от их пропорций. Для каждого пропорции раздела, две группы образцов были протестированы, одна группа, соответствующая неармированного бетона и другой группы, соответствующей железобетона. В каждой группе четыре Испытания образцов, один контрольного образца (без FRP) и трех образцов с различными областями куртки FRP. Хотя образцов в различные серии испытаний имеют различные соотношения, все секции колонки имеют примерно одинаковые областях. Кроме того, в соответствии с МСА 440.2R-02 (2002) рекомендации, круглые углы 15 мм радиус были представлены во всех образцах приложений FRP.

Системы FRP состоял из мононити углерода fiberreinforced полимера (углепластика) гибкие листы с пропиткой эпоксидной смолой. Дизайн свойства листов, как это предусмотрено заводом-изготовителем, следующим образом: т ^ к югу е = 0,13 мм в слое E ^ югу е = 230000 МПа, разрыв деформации суб-фу = 3500 МПа. Подготовка поверхности бетона, смешивание эпоксидной смолы, а также применение эпоксидных пропитанной FRP листы были проведены в соответствии с инструкциями изготовителя спецификациям. Каждый лист FRP был завернут поперечно по окружности раздел 100 мм, перекрытия.

Продольной арматуры во всех армированных образцов состояла из четырех [прямой фи] 8 мм деформированной стали Grade 60 (фактический предел текучести 596 МПа), производство отношение продольной арматуры в колонке разделы примерно 1,0%. Бетонное перекрытие над продольных балок, был сохранен на уровне 20 мм во всех образцах. Поперечное армирование в тех же образцах состояла обычной 6 мм Grade 40 баров расположенных на расстоянии 100 мм, с первого галстук расположен в 50 мм от верхней части образца, создавая объемное соотношение на интервал с объемом конкретных основных измеряется внешним связующих), равную приблизительно 1,1% для всех образцов. Модуль упругости и продольных и поперечных стали составляет 2

Простой конкретных образцов и армированные образцы были отлиты вместе в две отдельные серии. Бетонная смесь состоит из крупного заполнителя с 10 мм максимальный размер, песчаный пляж, и портландцемента (тип I). Конкретные прочности при сжатии определяется с помощью трех 150 х 300 мм, цилиндры для каждой партии было 18,3 МПа для простой конкретных образцов и 15,2 МПа для армированных образцов. Обратите внимание, что выбор относительно низкой прочности бетона необходимо по ограничению имеющихся помещений испытания.

Все образцы были установлены предельные использованием 5 мм толщиной слоя серы. Средняя осевая нагрузка измерялась с помощью двух линейных дифференциальных трансформаторов переменной (LVDTs), который прилагается по обе стороны более 200 мм, расстояние между метками в средней части образцов (см. рис. 3). Средний продольной деформации также измерялась одна LVDT соединены между приводом голову и базы образцов. Средняя боковой деформации бетона измеряется с помощью двух LVDTs придают по обе стороны параллельно длинной размерности midheight образцов. Калибровочной длины LVDTs были 75, 115, 150 мм для образцов пропорции 1,0, 1,7 и 2,7, соответственно.

Обсуждение экспериментальных результатов

Все образцы мобилизовали монотонно возрастающая stressstrain реагирования вплоть до разрушения листов FRP, за исключением образцов C3FP1, C3FP2, C3FP3 и CS3FP1. Из-за их высокой пропорции, эти образцы испытывали postpeak нисходящей ветви до разрыва растяжение листов FRP. ГРП листов FRP, которая проходила в основном, на стыке между углами и плоскими поверхностями образцов (см. рис. 4), в результате внезапного и почти полная потеря осевой силы. Типичные нагрузки или стресс, по сравнению с осевой деформации и среднего боковой ответы деформации приведены на рис. 5. Следует указать, что из-за большой кривизны листов FRP по углам, вполне вероятно, что фактическая штаммов FRP на месте, где листы перелом (в углах) ниже, чем конечная растяжения материала. Это замечание справедливо даже для кругового сечений колонны и представляют собой основу, на которой проектно-ориентированной модели, предложенной Лам и Дэн (2003a, б) разработан (уравнение (8) к (16)) ..

Некоторые из наиболее важных и непосредственных наблюдений, которые можно извлечь из результатов тестирования являются: а) увеличения площади усиления FRP увеличил осевых напряжений и осевой деформации, которые могут быть мобилизованы в связи с тем колонны разделы, б) повышение осевой силы и штамма наиболее значимых для квадратных колонн и тенденцию к снижению, а соотношение сторон секции колонны увеличилась (см. таблицу 2). Например, с учетом конкретных образцов простой только с тремя FRP обертывания, напряжение достигло 230, 190 и 143% увеличение в столбце разделы с пропорциями 1,0, 1,7 и 2,7, соответственно, и с) для армированного стальной образцов, внешние лишения свободы по FRP предотвратить скалывания бетона и преждевременной потери устойчивости продольных балок, которые стали бы в ином случае, что привело к улучшению выше осевой нагрузки и осевой деформации потенциала по сравнению с контролем неограниченном образцов в пределах одной серии испытаний. Для армированных стальной колонны только с тремя FRP обертывания, осевые силы достигли значительного 330, 252 и 190% больше, для образцов с пропорции 1,0, 1,7 и 2,7, соответственно ..

Одним из наиболее важных наблюдений в современных экспериментальных исследований, которые будут проанализированы более подробно, то, что темпы роста измеряются среднем боковой деформации с осевой деформации, как правило, уменьшается в пропорции секции колонны, а также как области или жесткость куртку FRP увеличилось. Это замечание, которое аналогично наблюдение сообщалось ранее аль Chaallal и др. (2003) и которые были приняты во внимание при разработке раньше напряженно-деформированного модели, имеет существенные последствия на выводе характерных параметров А ^ 1 ^ к югу и к югу K ^ 2 ^ предлагаемого напряженно-деформированного модели, как показано на в следующем.

ПРОЕКТ выражения для К ^ ^ 1 к югу и суб А ^ 2 ^

Использование экспериментально измеренных напряжений осевого и боковых деформаций значения А ^ 1 ^ к югу для различных FRP-размерных образцы были оценены на втором этапе в ответ (после уравнения. (19) в зависимости от предлагаемых параметров заключения е ^ ^ к югу Если и ^ ^ к югу Ls (к югу ^ 1 = [Ф ^ к югу см ^ - е '^ с ^ к югу] / [е ^ ^ Если к югу е ^ ^ к югу Ls ^ югу см ^ / ^ ^ к югу г]) и построены как функция е ^ ^ к югу L / F '^ к югу с ^ = ([е ^ ^ к югу Если е ^ ^ к югу Ls ^ к югу см ^ / ^ к югу г ^] / ж '^ с ^ к югу), как показано на рис. 6. Показана также на рис. 6, для сравнения, предсказания различных выражений приведены в таблице 2. Для уравнения, предложенной в Саман и др. (1998), значение / '^ к югу с = 18,3 МПа, соответствует простой конкретных образцов в текущих расследований, предполагается.

Это можно наблюдать на рис. 6, что величина А ^ 1 ^ к югу уменьшается последовательно с относительно высоким значением в начальной стадии реакции в ходе которого эффективные боковое давление удерживающего мала, до значения, близкого к 2,0 в качестве удерживающего давление повышается. Заметим, что величины А ^ 1 ^ к югу при малых значениях е ^ ^ к югу L / F '^ с ^ к югу были несколько ниже, для армированных образцов по сравнению с простой конкретных образцов. Частично это различие может быть связано с тем, что значения / ^ ^ к югу см для простой образцы взяты непосредственно из экспериментальных данных, а значения / ^ к югу см ^ для армированных образцов были быть оценена косвенно с учетом силы несут продольной стали. Она также может быть показано на рис. 6, что, хотя экспериментальные данные, а падает в пределах прогнозов различных выражений, предложенных в технической литературе, он согласен с лучшим значением к югу ^ 1 = 2,0, полученных ранее Лам и Дэн (2002) на основе Статистический анализ экспериментальных данных, особенно при больших значениях е ^ ^ к югу L / F '^ с ^ к югу ..

Использование регрессионного анализа данных, представленных на рис. 6 подготовила наиболее подходит выражение для К ^ ^ 1 подпункта определяется к югу ^ 1 = 1,13 (Р ^ л ^ к югу / ж '^ к югу с ^) ^ ^ -0,69 SUP с коэффициентом корреляции 0,88 для гладких образцах, а также к югу К ^ 1 = 1,3 (Р ^ л ^ к югу / ж '^ к югу с ^) ^ ^ -0,41 SUP с коэффициентом корреляции 0,63 для армированных образцов. На основании регрессионного анализа всех данных, в сочетании, следующие предложено уравнение для расчета коэффициента эффективности удержания k1 (см. рис. 6)

... (26)

, где 2

На рисунке 7 показано изменение измеряется конкретными боковой деформации с осевой деформации и рис. 8 показано изменение к югу ^ 2 ^ рассчитанные из экспериментальных результатов по формуле. (20) (к югу ^ 2 = [ к югу вот = 0,002 для образцов с различными пропорциями разделе.

Результаты представлены на рис. 7 показывают, что, независимо от пропорций колонны разделы или области куртки FRP, темп роста боковых деформаций с осевой деформации (склон к югу ранней стадии реакции, но значительно возросла и, следовательно, изменение поведения за боковой деформации около 0,002. Таким образом, выбор боковой деформации в этом исследовании, как представляется, достаточно проверены. Помимо боковых штамм 0,002, все образцы, включая контроль за неограниченный образцов, мобилизовали около линейной ( Из заключения FRP ограничивает скорость расширения бетона (Mirmiran и Shahawy 1997), однако, темпы роста боковых деформаций с осевой деформации тенденцию к снижению, как площадь увеличилась куртки FRP (главным образом, очевидным для образцов с ч / б = 1 и 1.7).

Еще одно интересное наблюдение на рис. 7 является то, что в то время как темпы роста боковых деформаций с осевой деформации для образцов неограниченный контроль не влияет на форму колонны разделе, заметно сократилось по FRP только образцов, пропорции раздела увеличилось ..

По аналогии с ( 7, представленные на рис. 8 ясно показывают, что величина А ^ 2 ^ к югу увеличивается почти линейно с увеличением боковой деформации. Кроме того, можно увидеть на рис. 8, что темп роста к югу 2 ^ ^ с боковой деформации имеет тенденцию к уменьшению с увеличением объемных отношение куртки FRP, но значительно возрастает с увеличением пропорции колонке раздела. На основании этих наблюдений, точной оценки напряженно-деформированного ответа или конечной грузоподъемностью FRP только столбцы должны учитывать, что ограничение коэффициента ^ ^ 2 подпункта не является постоянной или только функцию боковых деформаций как это предлагается в формуле. (7), а также функцией объемного соотношения и модуль упругости FRP куртки, а самое главное, ч пропорции / б колонны разделе. В настоящее время и, пока более подробных данных для разработки более точных отношений между осевой деформации и деформации боковых в зависимости от жесткости куртку FRP и пропорции секции колонны, тенденция экспериментальные результаты представлены на рис.

... (27)

В каком E ^ ^ е югу выражается в МПа. Заметим, что уравнение. (27) применяется в пределах значений экспериментальных параметров, использованных в данном исследовании, то есть, ч / б Интересно отметить, что для кругового сечений (ч / б = 1), и значение (27) совпадает с экспериментально основе уравнения (уравнение (7)) используется Toutanji (1999), получить напряженно-деформированного модель круговых столбцов.

Замена значений А ^ 1 ^ к югу и к югу K ^ 2 ^ из уравнения. (26) и (27) и значения / ^ ^ к югу Если и ^ ^ к югу Ls по формуле. (21) и (22), соответственно, в уравнение. (19) и (20) приводит к следующему общие выражения для создания напряженно-деформированное отношение FRP-размерных бетона втором этапе реагирования, в том числе точки пересечения между первой и второй этап (

... (28)

... (29)

Из-за ограничений, введенных в отношении значения К ^ ^ 1 к югу в формуле. (26), величина (е ^ ^ к югу см / ж '^ к югу с ^ - 1) рассчитывается по формуле. (28) не должно приниматься менее 2,0 [Ф ^ к югу Если F ^ ^ ^ к югу Ls] / е '^ с ^ к югу или более 7,0 [Ф ^ к югу Если F ^ ^ ^ к югу Ls] / е' ^ к югу с ^. Кривой деформации на втором этапе могут быть получены посредством постепенного увеличения (28), а затем расчета соответствующих (29). Потому что это хорошо известно, что фактический разрыв деформации FRP ниже, чем конечная растяжения материалов FRP (Lam и Дэн 2003a), рекомендуется для оценки конечной осевых напряжений е ^ ^ к югу у.е. и соответствующие конечной осевой деформации ^ ^ к югу у.е. по формуле. (28) и (29), подставляя значения для боковой деформации полученные Лам и Дэн (2003a).

Сравнение предлагаемой модели с экспериментальными результатами

Предсказаний модели, предложенной напряженно-деформированного были сопоставлены с экспериментальными данными настоящего исследования, а также прогнозы проектно-ориентированной модели Лам и Дэн (2003a, б) представлены в формуле. (8) соответствует простой конкретных образцов. Результаты приведены на рис. 9 и 10. Несмотря на некоторые расхождения, результаты анализа предсказал использованием предложенной модели, как правило, хорошо согласуются с экспериментальными ответ напряженно-деформированного образцов в текущем расследования. Потому что FRP-размерных простой конкретных образцов аспекте соотношения ч / б = 2,7 испытал после пика нисходящей ветви перед ГРП листов FRP, соглашение между аналитических прогнозов и данных испытаний не было так хорошо, по сравнению с остальными образцами .

Аналитические модели и по сравнению с результатами испытаний круглых образцов колонки и прямоугольные образцы сообщили в технической литературе, как показано на рис. 11. Резюме испытания параметров образцов приведены в таблице 3. Это видно из сравнения, что предлагаемая модель позволяет воспроизводить других тестовых данных с достаточной степенью точности. Обратите внимание, что в то время как модель Лам и Дэн (уравнение (8)) проще в применении и позволяет более непосредственного использования для разработки приложений, как правило, менее точны при воспроизведении экспериментальные результаты по сравнению с проектно-ориентированной модели, разработанной в этом исследования.

ВЫВОДЫ

Напряженно-деформированного ответ из волокнита только прямоугольные бетонные секции колонны экспериментально и аналитически исследованы. Теоретические модели напряженно-деформированного разработана и экспериментальное исследование проводилось с целью получения модели характерных параметров. На основании этого исследования, следующие выводы и замечания могут быть сделаны:

1. Ограничиваясь прямоугольные колонны с куртками FRP приводит к существенному повышению осевой силы и пластичности при сжатии колонн. Для квадратных разделы колонки без продольного армирования (обычная образцов), увеличение осевой силы были 154, 213 и 230% для образцов с только один, два или три углепластика обертывания, соответственно;

2. Улучшение колонке осевой прочности и пластичности из-за удержания FRP становится менее существенным, как соотношение размеров (ч / б) увеличение колонке раздела. Для равнинных участков с колонки пропорции 2,7, увеличение осевой силы были 133, 133 и 143% для образцов с только один, два или три углепластика обертывания, соответственно;

3. Для железобетонных колонн, внешних местах лишения свободы по куртки FRP предотвращает преждевременный износ сжатия бетона и потери устойчивости продольных стальных стержней, которые обычно происходят в стали только конкретные, что привело к существенному улучшению осевой силы. Для квадратной стальной усиленный колонны, увеличение осевой силы по сравнению с контролем неограниченном образце в той же серии достигается значительная 188, 255 и 310% больше, для образцов, только с одним, двумя или тремя углепластика обертывания, соответственно;

4. Для данной пропорции прямоугольного сечения колонки, темпы роста в боковой деформации уменьшается с осевой деформации, жесткости Кроме того, для данной

5. Независимо от того, ч / б раздела колонки или в поведении, за ограничивается боковой деформации около 0,002.

На основании результатов экспериментального исследования, аналитические выражения для характерных параметров, которые влияют на напряженно-деформированного поведения были выведены и общую аналитическую модель для создания напряженно-деформированного реагирования и оценки конечной осевой силы и деформации потенциала FRP рубашкой колонны была разработана. Модель учитывает практически все переменные, которые дизайн контроля осевых напряжений и деформаций характеристики FRP-размерных столбцов. Результаты предсказать с помощью модели, как правило, хорошо согласуются с экспериментальными результатами данного исследования и других данных испытаний FRP-размерных круглой и прямоугольной секции колонке сообщили в литературе.

Авторы

Это исследование было поддержано Ливанского национального совета по научным исследованиям (LNCSR). Авторы выражают благодарность за эту поддержку и факультет строительства и архитектуры в Американском университете в Бейруте для обеспечения испытательного оборудования.

Нотация

^ ^ К югу куб.см = площадь бетонного ядра

^ Е ^ к югу = площадь эффективно только конкретные разделе

^ ^ К югу г = площадь брутто разделе

^ К югу с = площадь колонны продольного армирования

Ъ = разделе короткое измерение

D = диаметр или эквивалентный диаметр колонны разделе

E ^ к югу с = модуль упругости неограниченном конкретных

E ^ югу F = модуль упругости поперечного FRP

F ^ к югу с = напряжений в неограниченном конкретных

е '^ к югу с = прочность на сжатие неограниченном конкретных

F ^ югу куб.см = напряжение в закрытом конкретных

е '^ к югу сс = прочности на сжатие только конкретные

F ^ югу сотрудничества = напряжение в точке пересечения между первой и второй стадии напряженно-деформированного кривой

F ^ югу у.е. = напряжения, соответствующего предельной деформации

F ^ югу фу = напряжение разрушения листов FRP

F ^ югу л = эффективное боковое давление удерживающего

е '^ л ^ к югу гидростатического давления удерживающего

F ^ югу Если = эффективное боковое давление удерживающего предоставляемый FRP

F ^ югу Ls = эффективное боковое давление удерживающего предоставляемый стальными обручами

е ^ у, к югу = текучести поперечной обручи

Н = разделе долгое размерности

А ^ ^ 1 к югу, к югу ^ 2 ^, А ^ е ^ к югу, к югу ^ V = коэффициентов эффективности заключения

п ^ к югу F = число поперечных слоев FRP

г = угол радиуса

т '= четкое расстояние между поперечными обручами

т ^ к югу е = толщина одного слоя FRP

W = четкое расстояние между соседними продольных балок

W ^ югу XI ^ W ^ югу йи = я-я ясно расстояние между соседними продольных балок, по горизонтали х-и у-размеры, соответственно,

X, Y = конкретные размеры ядра к центральной линии периферической обруч

Ссылки

ACI Комитет 440, 2002, "Проектирование и строительство Внешне Таможенный системы FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 45 с.

Chaallal, O.; Shahawy, M.; и Хасан, М. 2003 года "Выполнение аксиально загружено Краткое Укрепление прямоугольных колонн с углеродного волокна армированной полимерной упаковки" Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 7, № 3, с. 200-208.

Коул, C., и Беларби А., 2001, "заключение характеристики прямоугольных FRP-оболочке колонны", Труды 5-й Международной конференции по армированных волокном пластмасс для железобетонных конструкций, Кембридж, Великобритания, 16-18 июля, с . 823-832.

ELWI А. А., Мюррей, DW, 1979, "3D Hypoelastic бетона Учредительный отношений", журнал "Инженерная механика", ASCE, V. 105, № 4, с. 623-641.

Фам, AZ, и Rizkalla, SH, 2001 ", конфайнмента модель аксиально загружено бетона, ограниченном круговой армированных волокном Трубы полимерные," Структурные ACI Journal, В. 98, № 4, июль-август, с. 451-461 .

Harajli, MH, 2005, "Поведение тяжести нагрузки Дизайн прямоугольный замкнутых Бетонные колонны с волокном полимерные листы," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 9, № 1, с. 4-14.

Хармон, T.; Слэттери, К. и Ramakrishnan, S., 1995, "Влияние конфайнмента жесткости на замкнутых Бетон", неметаллических (FRP) Арматура железобетонных конструкций, Труды 2-й Международный симпозиум RILEM (FRPRCS- 2), с. 584-592.

Karbhari В.М., Гао Ю., 1997, "Составные рубашкой бетона при одноосном сжатии для проверки простых уравнений Дизайн", журнал материалов в строительстве, ASCE, т. 9, № 4, с. 185-193.

Лам, L., и Дэн, JG, 2002, "Сила Модели для волоконно-армированных пластиков-замкнутых Бетон," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 128, № 5, май, с. 612-623.

Лам, L., и Дэн, JG, 2003а, "Дизайн-ориентированной напряженно-деформированного модель FRP-замкнутых Бетон," Строительство и строительные материалы, V. 17, с. 471-489.

Лам, L., и Дэн, JG, 2003b, "Дизайн-ориентированной напряженно-деформированного модель FRP-Бетон в замкнутых прямоугольных колонн," Журнал Укрепление пластмасс, композитов, В. 22, № 13, с. 1149-1186 .

Мандер, JB; Пристли, MJN и Парк Р., 1988, "Теоретические модели напряженно-деформированного для замкнутых Бетон," Журнал структурной инженерии., ASCE, В. 114, № 8, август, с. 1804 - 1826.

Mirmiran А., Shahawy, М., 1997, "Поведение бетонных колонн, ограниченном волокнистых композитов," Журнал строительной техники, ASCE, В. 123, № 5, май, с. 583-590.

Miyauchi, K.; Nishibayashi, S.; и Иноуэ, S., 1997, "Оценка воздействия Укрепление карбона лист для бетонная колонна", неметаллических (FRP) Арматура железобетонных конструкций, Труды 3-й Международный симпозиум RILEM , Sapparo, Японии, т. 1, с. 217-224.

Нанни, A.; Норрис, MS и Брэдфорд, М., 1994, "Поперечная конфайнмента бетона Использование FRP усиление", волоконно-армированных пластиков Арматура железобетонных конструкций, SP-138, А. Нанни и CW Долан, ред. Американские Бетонные институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 193-209.

Пичер, F.; Рошетт, P.; и Лабошьер П., 1996 ", конфайнмента бетонных цилиндров с углепластика," Белка композиты в области развития инфраструктуры, Труды 1-й Международной конференции по композиты в области развития инфраструктуры, Х. Saadetmanesh и MR Ehsani, ред. Университета Аризоны, Тусон, штат Аризона, с. 829-841.

Рей, FJ, 1997 ", прочность и длительное выполнение бетонных элементов конструкций укрепляясь FRP бюллетени," MS Диссертация, Университет Пуэрто-Рико, Mayaguez, Пуэрто-Рико.

Ричарт, ИП; Brandtzaeg, A.; и Браун, Р. Л., 1928, "Изучение разрушение бетона на сжатие при комбинированном подчеркивает, что" Вестник 185, Университет штата Иллинойс инженерно опытная станция, Шампейн, штат Иллинойс

Ричарт, ИП; Brandtzaeg, A.; и Браун, Р. Л., 1929, "Отказ от равнины и спирально железобетона при сжатии," Вестник 190, Университет штата Иллинойс инженерно опытная станция, Шампейн, штат Иллинойс

Рошетт, P., и Лабошьер П., 2000, "Осевые Тестирование прямоугольных замкнутых Колонка Модели с композиты" Журнал композиты для строительства, ASCE, Т. 4, № 3, с. 129-136.

Saadatmanesh, H.; Ehsani, MR; и Ли, М. W, 1994 ", прочность и пластичность бетона Колонны Внешне замкнутых с волокнистого композита Ленты", ACI Структурные Journal, В. 94, № 1, январь-февраль , с. 434-447.

Саафи, M.; Toutanji, HA, и Ли, З., 1999, "Поведение бетонных колонн, замкнутых с волокном полимерные трубы", ACI материалы Journal, V. 96, № 4, июль-август, с. 500 -509.

Саман, M.; Mirmiran, A.; и Shahawy, М., 1998, "Модель для бетона, ограниченном волокнистых композитов," Журнал строительной техники, ASCE, В. 124, № 9, с. 1025-1931.

Скотт, BD; Парк, R.; и Пристли, MJN, 1982, "напряженно-деформированного поведение конкретных ограничена Перекрытие обручи при низких и высоких скоростях деформации", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 79, № 1, январь, с. 13-27.

Шейх, SA, и Uzumeri С. М., 1980, "Прочность и пластичность Tied железобетонные колонны," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 106, № 5, с. 1079-1102.

Spoelstra, MR, и Монти, Г., 1999, "FRP-замкнутых конкретной модели," Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 3, № 3, август, с. 143-150.

Дэн, JG, и Лам, Л., 2002, "Поведение на сжатие из углеродного волокна, усиленные Полимер-замкнутых Бетон в эллиптические Столбцы" Журнал строительной техники, ASCE, В. 128, № 12, декабрь, с. 1535 - 1543.

Дэн, JG, и Лам, L., 2004, "Поведение и моделирование армированного волокном Полимер-замкнутых Бетон," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 130, № 11, с. 1713-1723.

Toutanji, HA, 1999, "напряженно-деформированного характеристики бетона Колонка Внешне замкнутых повышенной волокнистого композита бюллетени," ACI материалы Journal, V. 96, № 3, май-июнь, с. 397-404.

Wang, YC и Рестрепо, СО, 2001, "Исследование концентрически загружено железобетонных колонн с замкнутых армированного стекловолокном Куртки полимер," Структурные ACI Journal, В. 98, № 3, март-апрель, с. 377 - 385.

Входящие в состав МСА Мохамед H. Harajli является профессор гражданского строительства в Американском университете в Бейруте, Бейрут, Ливан. Он является членом комитетов МСА 408, Бонд и развития подкрепление, и 440, армированных полимерных усиление. Его научные интересы включают в себя разработку и поведения армированных, предварительно напряженные, и фибробетона членов, а также укрепления и ремонта бетонных конструкций.

Эли Hantouche является консультантом Engineer, Khairalla Самир и партнеры "в Ливане. Он получил степень магистра в Американском университете Бейрута.

Входящие в состав МСА Халед Soudki является профессором и Канады заведующая кафедрой инновационных структурных реабилитации в Университете Ватерлоо, Ватерлоо, Онтарио, Канада. Он является членом комитетов МСА, 215, Усталость бетона, 222, коррозии металлов в бетоне; 440, армированных полимерных Укрепление и 546, ремонт бетона. Он также является членом Совместного ACI-ASCE Комитет 550, сборных железобетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают предварительно напряженного бетона, прочность бетона, восстановления и укрепления бетонных конструкций с использованием волоконно-армированные полимерных композитов.