Поведение железобетонных члены склонны к деформации сдвига: Часть II-Влияние межфазного Бонд Стресс-Слип

Межфазные связи стресс-проскальзывать между бетона и продольной арматуры всегда происходит из железобетона (RC) членов. Для целей прочность конструкции, влияние межфазного связи стресс-скольжения не имеет значительного влияния на общую численность членов RC с надлежащей длины развития подкрепления. Результаты, полученные в сопроводительный документ, однако, показал, что непосредственное применение модифицированного сжатия теория поля (MCFT) привело к завышению после взлома жесткость RC наклонился членов шапку. Это может быть связано с недостаточной представленностью облигаций скольжения использованием напряженности застывая в MCFT. Учредительный моделей для облигаций проскальзывать между бетона и арматуры в литературе, как правило, применяется к RC членов прогибы, где преобладают, но они не могут быть применимы к сдвигу доминируют члены обкома. Параметрическое исследование о влиянии межфазного моделирования связей скольжения в сдвиговых доминируют члены RC представлен. Результаты аналитических исследований сравниваются с экспериментальными результатами по RC изогнутых шапки.

Ключевые слова: бетон; продольной арматуры; сдвига.

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

ВВЕДЕНИЕ

Поведение сдвига преимущественно железобетона (RC) члены не отличается от обычных членов RC, где прогибы обычно управления общего ответа. Одно из различий между изгиб и sheardominated членов RC в распределении усиления напряжения. В изгибе членов напряжение в укрепление напрямую зависит от изгибающего момента в данном сечении и в предположении, что плоскость сечения остаются плоскими. В сдвига доминируют члены RC, однако, распределение напряжений могут быть нелинейными. Ferguson (1964) провели экспериментальные программы по RC консольные шапки наклонился с короткими сдвига службы к глубине отношений, аналогичный показанному на рис. 1. Из-экспериментальная установка, в момент приложения нагрузки, эпюра изгибающих моментов линейно изменяется от нуля до максимального значения на оси колонки. Если сдвиг пролета к глубине является высоким, то есть, если член деформаций находятся под контролем изгиб действий, записанных стресса или напряжения в месте погрузки, должны быть несущественными на всех этапах загрузки.

Тем не менее, Фергюсон (1964) указал на членов с короткими сдвига службы к глубине отношений, что значительное количество усиление деформаций в месте погрузки развивается на более высоких уровнях нагрузки. Эта высокая величина напряжения в точке нулевого изгибающего момента объясняется эффект межфазного связи стресс-скольжения между основными изгиб арматуры и окружающего бетона. Ferguson (1964) также провели экспериментальное исследование о влиянии заливки длина главных продольной арматуры, выходящие за рамки центре нагрузку месте и пришли к выводу, что заглубление длина которых превышает 381 мм, может устранить обеспокоенность по причине связи скольжения на консольной конец крышки ..

В сопроводительный документ, Powanusorn и Бракси (2006) представил аналитическое исследование о влиянии заключения в связи с поперечной арматуры на прочность и деформации RC изогнутых образцов шапках с учетом эффекта лишения свободы в модифицированной сжатия теория поля (MCFT) ( Vecchio и Коллинз 1986). Хотя отличные результаты были получены для предсказания силы, предложенная аналитическая модель переоценить после взлома жесткость изогнутых образцов шапку. Параметрический исследования показали, что завышение не было вызвано изменениями в учредительных отношений для бетона, который включен эффект лишения свободы. В самом деле, эффект удержания только мобилизовать на более высоких уровнях нагрузки, как аналитические прогнозы по нагрузке перемещения диаграммы практически то же самое до первого подкрепление приносит для моделей с учетом и без заключения. Эффект базы кривых замкнутых и неограниченных конкретные отношения напряженно-деформированного при сжатии (Мандер и др..

Несмотря на большое число параметров, влияющих на учредительном модели элементов RC, две возможные источники расхождений, которые привели к занижению RC наклонился деформации крышки были определены: (1) усадки бетона, а также (2) поверхностное скольжение связь бетона и арматурной стали. Параметрический исследований (Powanusorn и Бракси 2003), используя ACI 209-78 модели (Бажант и Wittmann 1982), о влиянии сокращения показали, что равномерная усадка членов привело к снижению предсказал крекинга силы RC наклонился членов шапку и легкий сдвиг вправо предсказанных предсказал нагрузки и деформации поведения, что позволило улучшить соотношение моделируемых ответ на экспериментальные результаты, как показано на рис. 2. Включение усадки бетона, как и ожидалось, было незначительным влияние на предел прочности, как и предсказывает сильные стороны RC изогнутый член крышки и без сокращения были практически идентичными. Хотя моделируемых ответ в том числе равномерная усадка лучше коррелировать с результатами экспериментов, наклон предсказал после взлома loaddeformation кривой остается неизменной, независимо от величины усадки штаммов, используемых в параметрических исследований.

В контексте MCFT, влияние трещин в члены RC в главных растягивающих направлении выполняется за счет уменьшения напряжения растяжения в соответствии с учредительными отношений конкретных напряженности. Экспериментально было установлено, однако, что после пика растяжение зависимости напряжения от деформации бетона в члены RC как правило, значительно выше, чем у неармированных бетон (Hordijk 1991; Веккьо и Коллинз 1982). Этот эффект называется напряженности жесткости, которая обычно признается, что связано с поверхностное напряжение связь между конкретным и арматурной стали. Таким образом, можно сделать вывод, что эффект поверхностного связи стресс-скольжения неявно учтены напряженности жесткости модели (гнили 1988). Для членов RC с четко распределенными арматуры, средняя после взлома растяжение напряженно-деформированного бетона может быть смоделирована следующим образом (Коллинз и Митчелла 1987)

... (1)

где равным 0,33 ..., где / '^ с ^ к югу является одноосном сжатии прочность бетона на 28 дней). Для членов RC, таких как изогнутых шапки с концентрированными продольной арматуры, однако, влияние местных облигаций скольжения может создать трудности, такие, что в среднем подход, используемый напряженности жесткости может привести к большим ошибкам при численном моделировании (гнили 1988).

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты, полученные в сопроводительный документ (Powanusorn и Бракси 2006) показал, что непосредственное применение MCFT привело к завышению после взлома жесткость RC наклонился членов шапку. Эта статья показывает, что переоценка обусловлена использованием напряженности жесткости, косвенно учитывать поверхностное скольжение между бетона и арматуры. Хотя использование облигаций скольжения учредительных моделей, предложенных в доступной литературе приводит к улучшению на поведение нагрузки и деформации, postcracking жесткость RC изогнутых образцах крышка остается несколько завышенными. На основании исследования параметрической кривой облегающие общий ответ от 16 изогнутых крышки испытательных образцов, новых отношений облигаций скольжения предлагается членов с сосредоточенными арматуры и, подверженных деформации сдвига (малый сдвиг пролета углубленных отношений).

ПЭМ МОДЕЛЬ ДЛЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ CAPS BENT использование явных МОДЕЛЬ BOND-SLIP

Чтобы обосновать предложения по гнили (1988), параметрические исследования влияния межфазного скольжения связи были проведены в этой работе. При таком подходе эффект облигаций скольжения явно был смоделирован на основе использования нелинейных элементов весной с помощью программы ABAQUS ©. Первые исследования по методу конечных элементов (МКЭ) моделирование членов RC Нго и Scordelis (1967) приняли такой же подход с учетом эффекта скольжения между конкретным и арматурной стали. По сути, этот метод отделяет бетона и арматуры элементов за счет использования различных узлов, хотя и узлы могут одни и те же геометрические места на межфазной зоны. Фиктивные элементы весной распределялись по имитации эффекта поверхностного контакта нормальной и тангенциальной скольжения, как показано на рис. 3. Жесткость нормали к границе представляет дюбель действий между бетоном и арматурой (гнили 1988), в то время как жесткость параллельно интерфейс представляет поверхностное скольжение.

В общем, как нормальные и касательные жесткость пружинного элемента должны быть правильно определены. Влияние дюбель действий между конкретным и арматурной стали, однако, является сложным и крайне непостоянны. Pruijssers (1988) показали, что экспериментальные данные о влиянии дюбель действий относительно рассеянного и может изменяться на несколько порядков величины. Исследования в прошлом по МКЭ моделирование поверхностного эффекта скольжения облигаций на общую производительность членов RC обычно предполагается, что жесткость в направлении нормали к скольжения интерфейс абсолютно жесткой (гнили 1988). Это предположение также используется в этом исследовании. Таким образом, только эффект скольжения тангенциальные был рассмотрен в явном модели облигаций скольжения в этой работе.

Механических свойств пружинных элементов имеют решающее значение для имитации скольжения между бетона и арматуры интерфейс. Eligehausen и др.. (1983) провели экспериментальную программу, чтобы определить учредительных модель межфазного скольжения между бетона и арматуры. Они пришли к выводу, что связь стресс-скольжения под монотонный загрузки зависит от нескольких факторов, таких как бар диаметров, тип и грудной области деформированных баров приняты конкретные силы, сдерживающие укрепление, родов, скорости нагружения, а также позиции стержней при литье. Эти результаты послужили основой для моделирования интерфейса бетона арматуры и были приняты в КСР-МФП "Типовой кодекс" (1990) для моделирования связей скольжения следующим

... (2)

где (МПа); и 10,5 мм соответственно. Рисунок 4 показывает связь стресс-поверхностное скольжение модели, предложенной код КСР-модель FIB (1990).

Шима и др.. (1987) Проведенные экспериментальные исследования по связи между арматурной стали и бетона. Они пришли к выводу, что отношения связи стресс-скольжения как правило, зависит от граничных условий и не должна рассматриваться как уникальное свойство материала. Однако, когда эффект деформации в подкрепление дополнительно включены в форму связи стресса в зависимости от скольжения и напряжения в арматуре, уникальное соотношение было обнаружено и может рассматриваться как свойство материала. Отношения связи стресс-скольжения-деформированного предложенной в Shima и др. (1987) является

... (3)

где бар) (мм); D это панель, диаметр (мм), а е усиление напряжения.

Шима и др.. (1987) также пришли к выводу, что отношения связи stressslip существует только в рамках ограниченного условии достаточной заливки бар. Отношения связи стресс-скольжения в данном случае может быть представлена в виде

... (4)

, где S является nondimensionalized параметра (= S / D).

Рисунок 5 показывает модель связи стресс-скольжения, предложенной в Shima и др. (1987).

Для сравнения, два-мерного анализа конечных элементов из гнутого RC шапки проверен др. Молодые и др. (2002) было проведено с использованием как неявная модель связи (tensionstiffening) и явной модели связь между конкретным и основной продольной арматуры помощью пружинных элементов, определенных в формуле. (2) и (4). Потому что изогнутых образцах крышка как правило, имеют укрепление кожи, поверхностное скольжение может происходить и между конкретными и это укрепление кожи. Тем не менее, количество укрепление кожи является относительно небольшим и проскальзывать между конкретным и укрепление кожи не должно существенно повлиять на общий ответ нагрузки и деформации. Таким образом, кожа подкрепление пренебречь в этой работе.

Сетка конечных элементов, применяемых нагрузки, а граничные условия RC изогнутых модели колпачок, показаны на рис. 1 и 6. В неявной модели связи, после взлома напряженно-деформированного отношения бетона в регионе продольной арматуры, как показано на рис. 6 (а), моделируется с помощью уравнения. (1).

Три основные изменения были внесены в связи явной модели: (1) изменение системы нумерации узла вдоль границы бетона арматуры; (2) внедрение пружинных элементов, и (3) изменения учредительных конкретные модели в основных направлениях напряженности. Поскольку эффект межфазного скольжения облигаций в настоящее время приняты во внимание явную связь модели скольжения, только смягчение напряженности конкретных после раскрытия трещин был рассмотрен. Таким образом, после взлома напряженно-деформированного отношения бетона на растяжение, предложенный Hordjik (1991) был использован на все конкретные элементы, как показано на рис. 6 (б). Это выражение описывается растяжение ширина стресс-трещины отношения бетона определяется

... (5)

где ш ^ к югу С ^ трещины на полное снятие напряжений (W ^ югу C ^ = ^ ^ 5.14G югу F / F ^ о ^ к югу); G ^ югу F ^ является энергия разрушения конкретных, необходимых для создать на единицу площади без стрессов трещину, которая равна площади под растягивающие напряжения и трещины (G ^ югу F = 0.000025f ^ югу сг ^) кривой ш трещины связаны с конкретными напряженность; и суб с ^ 1 ^ и с ^ 2 ^ к югу являются материальные константы, равные 3,0 и 6,93, соответственно. Перемещения трещины (ш) является продуктом крекинга деформации и длиной локализованные зоны, которая равна характерная длина элемента в применении метода конечных элементов. Крекинг штамм получен с концепцией разложения общей деформации в бетон упругой деформации и растрескивания деформации, как показано на рис. 7.

Поскольку жесткость и напряжение для пружинных элементов в ABAQUS © рассчитываются на основе взаимного перемещения между двумя узлами соединения, применение КСР-МФП модель может быть применена напрямую, используя элемент по умолчанию весной. Тем не менее, скользят в др. Shima и др. (1987) модели определяется как скольжения подкрепления, измеренное по отношению к неподвижной точке в бетоне. Таким образом, отдельный код МКЭ была разработана специально для этой цели. Программа способна выполнять нелинейного анализа для двумерных RC мембран подвергается нагрузке в плоскости с помощью предложенных учредительных связи с введением пружинных элементов, где жесткость и напряжения определяются исключительно перемещения (или деформации) подкрепления.

Для бетона на сжатие, только модель в сопроводительном документе Powanusorn и Бракси (2006) используется наряду с той же предположения MCFT.

Результаты использования КСР-МФП Типовой кодекс (1990) и др. Shima. (1987) облигаций скольжения модель

На рисунке 8 показано сравнение предсказал нагрузки и деформации кривых для RC изогнутых колпачок 1A Образцы, 1B, 2A, 2B и (др. Молодые и др. Бракси 2002 и др.. 2000) с использованием неявной (напряженности жесткости) модели и явные КСР -ФИП (1990) и др. Shima. (1987) моделей для поверхностного облигаций проскальзывать между бетона и арматуры. На рисунке показано, что использование модели дает явные связи превосходные результаты за первый крекинга по сравнению с неявной модели связи, как моделирование реакции RC изогнутых шапки последовательно лежит ближе к экспериментальному ответ. Разница в предсказал членом силы для крекинга, уступая первое продольной арматуры, а также конечной для явных и неявных связей модели является незначительным. Тем не менее, предсказать после взлома жесткости явный моделей связи лучше коррелирует с экспериментальными результатами.

Предлагаемая модель BOND-SLIP

Результаты в предыдущих разделах, показывают, что применение КСР-МФП и Шима и др.. облигаций скольжения моделей привело к улучшению прогнозов нагрузки и деформации поведения RC изогнутых образцов шапку. Предсказал первых трещин и пределы прочности крышек RC наклонился также хорошо согласуется с результатами, полученными в экспериментальной программе. Кроме того, включение в явной модели bondslip между бетона и арматуры привели в аналогичной должности взлома жесткости. Несмотря на это, предсказал после растрескивания деформации остается несколько недооценили, как показано на рис. 8. КСР-МФП модель для бетона и арматуры интерфейс был получен на основе выдвижной испытания одного бара в бетонную плиту. Таким образом, прямое применение модели не могут быть репрезентативными межфазного скольжения между бетона и продольной арматуры в типичных изогнутых шапки RC, где несколько номеров большого диаметра арматуры сосредоточено на изгиб сопротивления.

После аргумент, предложенной в Shima и др. (1987), отношения связи стресс-скольжения существует только в условиях ограниченного достаточно заливки. Следовательно, он может быть предположение, что заливки основных продольной арматуры может быть недостаточно для развития полной силы подкрепления, но недостаточны для обеспечения отношений связи стресс-скольжения на существование. Кроме того, влияние сдвиговых трещин в члены с малыми сдвиг соотношения размаха, как и изогнутых RC шапки, может несколько ухудшаться облигаций скольжения жесткости. Таким образом, параметрические исследования проводились для определения подходящей модели облигаций скольжения коррелирует с ответом 16 RC же наклонился образцов шапку. Исследование показало, что наклон после взлома нагрузки и деформации кривой шапки RC наклонился зависит от начального наклона модель связи стресс-скольжения. На основании кривой, следующих учредительных отношения для связи стресс-проскальзывать между бетона и арматуры интерфейс был определен.

... (6)

По сути, кривая представляет собой модификацию модели КСР-МФП путем снижения начальной склона. На рисунке 9 показана кривая напряжений сцепления скольжения, предлагаемых для шапки RC согнуты.

На рисунке 10 показано сравнение результатов эксперимента и моделирования реакции изогнутых RC шапки с использованием неявной модели связи, явная связь КСР-МФП модели явного Шима и др.. (1987) связь модели, предложенной модели. На рисунке четко указывает, что предложенная модель облигаций скольжения, приводит к лучшему улучшение прогнозирования нагрузки и деформации, реакция RC изогнутых образцах крышка склонны к деформации сдвига.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

В сопроводительный документ на Powanusorn и Бракси (2006), прямое применение MCFT использованием неявной модели bondslip для бетона и арматуры интерфейс, с помощью натяжения жесткости привело к завышению postcracking жесткости в члены RC склонны к деформации сдвига, независимо от включение лишения свободы в связи с поперечной арматуры. Завышение жесткости привело к недооценке деформации, связанные с общим членом трещин и величины ширины трещин при нагрузке, особенно на загрузкой сервисов. Параметрический исследования показали, что завышение и не были вызваны изменения в учредительных отношения бетон, который включает в себя эффект лишения свободы. В самом деле, эффект удержания только мобилизовать на более высоких уровнях нагрузки, как аналитические прогнозы ответ нагрузки перемещения практически то же самое до первого подкрепление приносит для моделей с учетом и без заключения. Эффект базы кривых замкнутых и неограниченных конкретные stressstrain отношений при сжатии (Мандер и др..

[1988] модели и Hognestad параболы [Веккьо и Коллинз 1982], соответственно) предсказал нагрузки и деформации, был незначительным. Дополнительные параметрических исследований о влиянии сокращения путем предварительной деформации концепции привело к более качественную корреляцию с экспериментальными поведения. Тем не менее, она не предусматривает механизма правильный наклон зависимость "нагрузка-деформация после первоначального растрескивания остается неизменным ..

Средство для улучшения аналитическая модель была предложена в работе на прямое включение поверхностное представление облигаций проскальзывать между конкретным и основных продольных арматурной стали. Было показано, что с помощью явных элементов облигаций ссылка модели для моделирования взаимодействия между бетона и арматуры, аналитический прогноз отношений нагрузки и деформации, была улучшена, как жесткость, особенно в пост-крекинга диапазона, были лучше подходят с экспериментальными результатами. Тем не менее, численное моделирование явные элементы облигаций ссылку с помощью стресс-связи скольжения отношения обычно предлагается в литературе не привели к значительным улучшениям в предсказал нагрузки и деформации, ответ в шапках RC согнуты, а не на его хорошую производительность при изгибе деформаций являются доминирующими. Лучшие результаты были получены путем снижения начальной жесткости отношения связи стресс-скольжения, предложенный в этой работе. В действительности, снижение напряжений в сцеплении скольжения жесткость concretereinforcement интерфейс RC изогнутых шапки могут быть оправданы, так как большинство экспериментов по поверхностное скольжение связи между конкретными и арматуры были проведены с использованием вывода испытания одного бара в блок конкретных .

Для RC изогнутых приложений шапку, несколько номеров для большого диаметра арматуры, как правило, расположены в один слой или, возможно, несколько слоев. Влияние раннего трещин расщепление между решеткой может несколько изменить облигаций скольжения жесткости. Кроме того, эффект наклонных трещин в результате сдвига действий в RC изогнутых шапки также может привести к ухудшению связей жесткости. Экспериментальные результаты представлены в литературе также показывают большие различия в связи стресс-скольжения отношений. Некоторые даже предполагают, что отношения связи стресс-скольжения, не должны рассматриваться как уникальное свойство материала. На основании исследования параметрической кривой облегающие общий ответ от 16 изогнутых крышки испытательных образцов, новых отношений облигаций скольжения предлагается членов с сосредоточенными арматуры и, подверженных деформации сдвига. Результаты показывают, что предложенная модель лучше согласуется с экспериментальными ответ loaddeformation в 16 RC наклонился испытательные образцы шапку, в то же время обеспечивая точный прогноз членов прочность ..

Авторы

Финансирование этих исследований были предоставлены Национальным научным фондом по гранту № CMS. 9733959, Техас Департамента транспорта США (Проект 0-1851), а также Департамент строительства Техас

Ссылки

Бажант, ZP, а Wittmann, W., 1982, ползучести и усадки в бетонных конструкциях, John Wiley

Браччи, JM; Китинг, PB и Hueste, MBD, 2000, "крекинг" RC Бент Шапки, "Научно-исследовательский доклад 1851-1, штат Техас транспортном институте, Техас

Коллинз, член парламента, и Митчелл Д., 1987, предварительно напряженного железобетона Основы, Канады предварительно напряженного железобетона институт, Оттава, Канада.

Комитет ЕВРО-International-дю-Бетон ", 1990," КСР-МФП Типовой кодекс ", Laussanne, Швейцария.

Eligehausen, R.; Попов, Е. и Бертеро В.В., 1983, "Локальные Бонд Стресс-Слип Отношения деформированных бары под Обобщенные Возбуждение," UCB / EERC Доклад 83-23, сейсмостойкого строительства Научно-исследовательский центр, Университет Калифорнии в Беркли Беркли, Калифорния

Ferguson, ТЧ, 1964, "Разработка критериев нависшей Концы Бент Шапки," Доклад исследований № 52-1F, Центр по шоссе, Университет Техаса в Остине, Остин, Техас

Hordijk Д.А., 1991, "Локальный подход к усталости бетона", кандидатскую диссертацию, Технологический университет Делфта, Нидерланды.

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

Нго, Д. и Scordelis, AC, 1967, "Анализ методом конечных элементов железобетонных балок", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 64, № 3, март, с. 152-163.

Powanusorn, S., и Браччи, J. М., 2003. "Влияние конфайнмента в Shear доминируют железобетонных элементов", технический отчет CDCI-03-01, Центр проектирования и строительства интеграции, штат Техас

Powanusorn, S., и Бракси, JM, 2006, "Поведение железобетонных члены склонны к деформации сдвига: Часть I-Влияние конфайнмента", ACI Структурные Journal, В. 103, № 5, сентябрь-октябрь, стр. . 736-746.

Pruijssers А. Ф., 1988, "Aggregate Interlock и шкантозабивные действий по монотонным и циклическом нагружении", кандидатскую диссертацию, Технологический университет Делфта, Нидерланды.

Гнили, JG, 1988, "вычислительного моделирования железобетонных конструкций", кандидатскую диссертацию, Технологический университет Делфта, Нидерланды.

Shima, H.; Чжоу, Л. Л. и Окамура, H., 1987, "Микро-и макро модели Бонд из железобетона," Журнал инженерного факультета Токийского университета, Токио, Япония, V. 39, № . 2, с. 133-194.

Vecchio, FJ, и Коллинз, М., 1982, "Ответ из монолитного железобетона для In-Plane касательных и нормальных напряжений", публикация № 82-03, Департамент строительства, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада.

Vecchio, FJ, и Коллинз, М., 1986, "Модифицированная теория сжатия поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 2, март-апрель, с. 219-231.

Молодая, BS; Браччи, JM; Китинг, PB и Hueste, MBD, 2002, "Крекинг в железобетонных Шапки Бент", ACI Структурные Journal, В. 99, № 4, июль-август, с. 488-498 .

Suraphong Powanusorn является Инженер с тайским Ниппон стил "Проектирование и строительство ООО в Chachuengsao, Таиланд. Он получил докторскую степень в строительстве из Техаса

Джозеф М. Бракси является профессором и руководителем строительства, инженерно-геологических и инженерно структурное подразделение в Закри факультет гражданского строительства в Техасе