Осевой нагрузки Поведение самоуправления Консолидация бетона наполненной стальные колонны труб в строительстве и службы Этапы
Эта статья сравнивает производительность аксиально нагруженный concretefilled стальная труба (CFST) колонок литые использованием условно вибрации обычного бетона (NC) и самостоятельно укрепления бетона (SCC) выступил с новой вязкости изменения примеси (VMA). В общей сложности 16 колонны со стандартным пределом прочности при сжатии около 50 МПа для ГТК и NC были протестированы с применением концентрических осевой нагрузки через конкретные ядра. Влияние различных параметров, таких как гибкость отношений, виды бетона, а кроме продольных и обручем подкрепление в разной степени удержания изучали. Колонны были изготовлены без и с продольной и обручем арматуры (серия CI и CII, соответственно), в дополнение к трубке заключения. Гибкость колонн, выраженные в виде высоты к диаметру (H / D), варьировались от 4,8 до 9,5 для серии CI и между 3,1 и 6,5 для серии CII. В стадии строительства, эффективность оценивалась на основе консолидации характеристик с различной степенью перегруженности и необходимое время литья.
В службе стадии, выступление было судить на основе прочность, пластичность, напряженно-деформированного характеристик, степени заключения, распределения нагрузки между стальной трубой и только бетон и отказов. Результаты испытаний показали, что легкость размещения и время литья значительно улучшились, для столбцов с SCC сравнению с теми с ЧПУ. Прочность колонн SCC был найден сопоставим с их коллегами NC как добиться максимальных результатов, силы в колонках NC составлял от 1,1 до 7,5% только. Пластичности сравнительно короткие колонны (H / D в диапазоне от 3,1 до 4,8) и с ГТК и NC была аналогичной. Тем не менее, стройная NC столбцов (H / D в диапазоне от 6,3 и 9,5) показали выше пластичности по сравнению с их коллегами SCC. Пластичность и уменьшается с увеличением гибкость (H / D) столбцов. Нет существенных различий в штамм был обнаружен развития из-за присутствия ГТК или NC или в связи с наличием продольной и обручем подкрепления. Только сила F '^ ^ к югу вв ГТК оказалась ниже, чем NC, и /' ^ ^ к югу вв также уменьшается с увеличением стройность колонны ..
Ключевые слова: осевой силы, колонны, лишение свободы; пластичность; самостоятельно укрепления бетона.
(ProQuest информации и обучения: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Self-консолидации бетон (SCC) является очень текучий, высокопрочный бетон (HPC), которые могут поступать в месте под тяжестью собственного веса и достижения хороших консолидации без внутренней или внешней вибрации и не обнаруживая дефекты, связанные с разделением и кровотечение. Self-консолидации конкретных был разработан в japan1 в конце 1980 года, которые будут использоваться в основном для очень перегруженных железобетонных конструкций в сейсмических районах. В последнее время ГТК получила широкое применение во многих странах для различных приложений и структурных конфигураций. 2-9 Недавние исследования, проведенные в университете Райерсон привести к развитию рентабельных СГВ либо путем включения дополнительных вяжущие материалы такие, как летучая зола (ФА) и шлаковый цемент или роман вязкости модифицирующих добавок (VMAs), причем желательно свежие и закаленных Такие properties.10 SCC может быть использован для облегчения заполнения перегруженных структурных элементов с ограниченным доступом для консолидации, а также может быть использован в литейном noncongested структур, где она может уменьшить сроки строительства, тем самым повысить общую производительность труда на строительной площадке.
Дополнительные преимущества при использовании SCC включать снижение стоимости рабочей силы и улучшения условий труда за счет устранения шума и загрязнения вибраторов. ГКК пропорции в выставке низкой стоимости урожая и умеренной вязкостью, что обеспечивает высокую вместимость при минимальных рисках сегрегации и засорена ..
Отсутствие информации о месте свойства и структурные производительности ГТК является одним из главных препятствий на пути его принятия в строительной отрасли. Ограниченная опубликованных исследований, касающихся структурных производительности ГТК спроса инициирования новых research.2-7 в настоящее время исследования в Райерсон университета направлена на развитие новых, экономически эффективных СГВ и их эффективности в различных структурных элементов, как в сфере строительства и услуг этапах , в том числе и краткосрочные, и долгосрочные investigations.10-14
В рамках текущей программы научных исследований, исследования проводились на структурное исполнении concretefilled стальная труба (CFST) колонок литой с недавно разработанным VMA SCC по сравнению с аналогичным литые колонны с традиционными вибрации обычного бетона (NC) равносильны. Использование CFSTs в высотных зданиях становится все более популярной в последние годы, поскольку они обеспечивают ряд преимуществ по сравнению железобетона или стали columns.15-21 В этой системе, стальных труб выступает в качестве опалубки в стадии строительства и в качестве подкрепления в услуги этапе. CFSTs являются экономичной альтернативой для других столбцов, и может стать более экономичной с использованием высокопрочный бетон и тонкостенных стальных труб. За толстыми стенками труб заполняются бетоном с низкой и средней прочности, повышенной вместимости с помощью конкретных заключения может быть достигнуто, как указано в Еврокод 4,22 Этот вид строительства сочетает в себе прочность на сжатие бетона жесткости и пластичности стали. Это сочетание свойств делает CFST потенциально полезные для применения в сейсмических районах ..
CFST колонны могут быть классифицированы как тип, где нагрузка действует через оба стали и бетона, и типа B, где нагрузка действует на основе конкретных основных только. В Северной Америке, дизайн руководство для столбцов типа CFST в настоящее время нашли в кодах стальная конструкция, AISC-LRFD23 и CSA S16.1-94,24 канадских стандарт определяет сопротивление колонки суперпозиции, в то время как американский стандарт использует превращается разделе подхода. Несмотря на это, каждый из этих стандартов, исходя из поведения стали трубок с ЧПУ. Их применимость к CFSTs наполнен SCC не была установлена.
Эта статья представляет собой сравнительное исследование производительности типа B колонны CFST под осевую нагрузку иллюстрирующие эффективность ГТК и NC в строительство и обслуживание этапов. В стадии строительства, эффективность оценивается на основе легкость укладки бетона, время литья и вибрации усилий. В службе этапе производительность оценивается на основе ответа нагрузка-перемещение, напряженно-деформированное характеристик, степени заключения, предел прочности, пластичности, распределения нагрузки между трубкой стали и бетона заполнения и отказов. Влияние различных параметров, таких как гибкость отношений, виды бетона, помимо продольных и обручем подкрепление в колонке, и степени загруженности подкрепления деятельности также представлены. Кроме того, экспериментальная программа разработана для изучения связи между поведением стальных труб с замурованного в бетон. Механической реакции трубки, рассматривается эволюция деформации при увеличении нагрузки, в то время как поведение конкретных можно измерить с помощью ее осевой кривой растяжения и ограничиваются силы.
ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
В разделе Тип загрузки, CFST поведение можно рассматривать как расширение стальной трубы, а для Type B, это более правильно назвать конкретные оптимизирован section.25 Поскольку нагрузка применяется в колонке Тип B, стальные трубы конкретные причины трений некоторые осевых деформаций будут переданы из бетона стальной трубки. Предыдущие исследования на тип B означает, что осевые деформации стали развивается нелинейно зависит от конкретных осевой strain.19, 21,26 сочетании с поперечной деформации связаны с конкретными расширения, стальная трубка находится в состоянии стресса двухосных, снижение напряжений фон Мизеса-в обоих главных направлений. Лахлу и Aitcin19 испытания 21 образцов типа B с высоты к диаметру (H / D) 3, с неограниченном бетона на сжатие сильные от 50 до 125 МПа, диаметр трубы до толщины отношений (D / т) от 14 и 89. В этих образцах, нагрузка, соответствующая нагрузке Фон Мизеса трубки варьировал от 85 до 100% от пиковой нагрузки колонн. Мэй и др. al.26 также сообщил, что распределение нагрузки на стальные трубы в упаковках типа B уменьшается столбцов, трубки D / т увеличивается.
Для данного бетона, прочность и пластичность пик колонны возрастает пропорционально как толщина трубки и одноосного выход stress.19, 21,25 Когда распределения нагрузки снижается на смазочные трубки интерьер, пиковую мощность в столбце Тип B может быть больше, чем идентичны, nonlubricated колонке. Это был найден истинный колонн подана NC27, а также высокопрочных бетонов (HSC) .16 По сравнению с одинаковым типом столбца, пик возможностей типа B колонна оказалась similar17 или, в некоторых случаях, несколько greater.19, 27.
С учетом существенных различий в осевой механизм сопротивления (сталь не принимает непосредственного участия в сопротивлении приложенной нагрузки, и, следовательно, осевой жесткости типа B меньше, чем у типа CFST27), применения действующих норм проектирования до Тип B колонны, весьма сомнителен. Если разработать руководящие принципы должны быть подготовлены для столбцов типа B специально наполнен роман ГТК, четкое понимание ключевых аспектов деятельности (пиковая нагрузка, напряжение в часы пик, пластичность, и отказов) не требуется. Понимание взаимосвязи между стали и бетона также mandated.25
Данное исследование сосредоточено на тип B CFST колонны, которые вряд ли будет рассматривать на практике. Исследование типа B колонны CFST, однако, важно понимать ограничения поведения бетона в расширенной, приуроченные окружающей среды и для лучшего понимания сравнительных спектакли типа А и B CFST столбцов. Исследование типа столбцов CFST полезно с практической точки зрения строительства и будущих исследований будет сосредоточена в этом направлении.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Концепция самоуправления укрепления бетона (SCC) является относительно новым, но за последние несколько лет получили признание во всем мире в качестве строительного материала высокой производительностью. Развитие экономически эффективной SCC с желаемым свежие и закаленной свойств имеет важное значение для таких конкретных, которые будут использоваться в строительной отрасли в будущем. SCC могут быть изготовлены путем включения либо дополнительных цементных материалов, таких как зола (ФА) и шлаковый цемент или вязкости модифицирующие агенты (VMAs). Развития структурных элементов с такими СГВ и изучение их деятельности имеют жизненно важное значение для их дальнейшего применения в строительной отрасли. Исследования по SCC на сегодняшний день вращается вокруг смеси пропорции и свежих продуктов и закаленной свойствами. Существует недостаток исследований об исполнении ГТК в структурных элементов, а также о разработке спецификаций для проектирования SCC основе структурных элементов. Структурного элемента с превосходной производительности сделал с доступным и прочного SCC внесет значительный вклад в усиление доверия строителей, клиентов и инженеров.
Эта статья сравнивает производительность CFST колонны с использованием либо недавно разработанных VMA SCC или NC под осевой нагрузкой. Рекомендаций этого документа может быть особый интерес для владельцев и дизайнеров рассмотрении вопроса об использовании SCC в колонках CFST ..
Экспериментальная программа
Экспериментальная программа состояла литья CFST колонны (с SCC или NC как бетон заполнения) в двух сериях с различными конфигурациями на основе наличия или отсутствия продольных и подкрепления обруч. КНТ столбцов в серии CI, что конкретно заполнения только, в то время как в серии CII оба продольных и обручем подкрепление в дополнение к конкретным заполнения. Наличие продольных и обручем подкрепление в серии CII обеспечивало более высокую степень перегруженности, что позволило изучить консолидации характеристики СКК в перегруженных окружающей среды по сравнению с NC. Кроме того, он также дает возможность оценки эффективности ГТК в замкнутом окружающей среды в КНТ колонны с обручем или без заключения.
Обе серии CI и CII колонны были сделаны из 4,4 mmthick (T), стальных труб. Серия CI состоял из восьми колонн либо 1000 или 500 мм в высоту (H) и наружный диаметр (D) в 114 мм. H / D соотношения серии CI колонны были 4,8 и 9,5. Для каждого H / D, четыре колонны ролях: два с SCC (обозначается как "а" и "б") и два с ЧПУ (обозначается как "а" и "б"). Подробная информация о всех колонок, представлены в таблице 1. Числовое в колонке назначения представляет H / D отношения.
Серия CII состоял из восьми колонн либо 1000 или 500 мм высотой и внешним диаметром 168 мм (табл. 1). H / D серии колонны CII были 3,1 и 6,3. Для каждого H / D, четыре колонны ролях: два с ГТК и два с ЧПУ аналогичны серии I.
Таблица 1 также содержится подробная информация подкреплений. Серия I колонны не было ни продольными, ни боковой (обруч) подкрепления. Все столбцы в серии II были сделаны с 2% продольной арматуры, и примерно такое же количество боковых или обруч арматуры (2,8 и 2,9%). Обручи и продольных подкрепления были изготовлены из № 10 деформированных баров и их детали, представленные на рис 1. Хооп подкрепления были предоставлены с шагом 62 или 67 мм, с / с (рис. 1). Чтобы предотвратить преждевременное дробления бетона при верхней и нижней части колонны, продольной подкрепления были согнуты под углом 90 градусов и направлена, как показано на рис. 1.
Следует отметить, что CFST колонны протестированы в данном исследовании малы. Геометрические размеры, особенно размеры и пропорции, как правило, управляют силы и отказ характеристики CFST columns.19 ,21,25-28 Многие из этих исследований (особенно японские исследования) были основаны на малых CFST specimens.29, 30 Экспериментальные исследования были провели изучение влияния размера образцов на осевой силы и отказ характеристики CFST столбцов, имеющих широкий диапазон D / т и H/D.30
Свойства материалов
Подход к разработке новой SCC с новыми VMA для литья CFST колонны был разработан для увеличения объема пасты для обеспечения высокой пластичностью и снижение риска засорения. Наличие VMA также повысить стабильность ГТК. Пропорции ГТК и NC смесей приведены в таблице 2. Все бетонных смесей были предназначены для целевого 28-дневного прочность на сжатие примерно 50 МПа, хотя SCC смесей были ниже крупного заполнителя и более мелкого заполнителя количествах, чем NC.
Тип 10 канадских портландцемента аналогичны ASTM тип цемента я с удельным весом 3,17 и Блейн тонкости 4700 см ^ ^ SUP 2 / г был использован. Местный природный песок с удельным весом (SSD) от 2,71, водопоглощение 0,75%, а тонкость модуля 2,6 использовался в качестве мелкого заполнителя. Двенадцать мм, максимальный размер дробленый гравий с удельным весом 2,64 и водопоглощение 1,89% были использованы в качестве крупного заполнителя. Нафталина, формальдегида сульфокислоты acidbased высокой дальности водоредуцирующим примеси (HRWRA) с содержанием твердых 40,5%, а удельный вес 1,21 используется в смеси ГТК. Достижение высокой текучести с добавлением HRWRA может привести к чрезмерной сегрегации и кровотечения в бетоне. Для устранения таких проблем и для обеспечения хорошего реологических свойств СГВ, роман полисахарида основе VMA в жидкой форме, с удельным весом 1,42 и общее содержание твердых около 81% было used.10-12
Свежие свойства и сильные сжимающие е '^ ^ к югу с ГТК и NC смесей приведены в таблице 3. Текучесть ГТК определяется спада потока test.31 спад ГТК составлял от 650 до 700 мм и удовлетворил рекомендовал спад потока для ГТК. Традиционный тест спад проводился для NC с спад значения в диапазоне от 130 до 150 мм, который представляет собой NC увеличилась работоспособность. Деформируемость SCC и легкость потока через запретную зону без блокировки были оценены V-воронку flow32 и L-box13 испытаний. Поток времени составлял от 3,2 до 3,9 секунд и удовлетворил требования максимального 6 секунд рекомендуется для ГТК. L-окно индекс SCC колебался от 0,70 и 0,77 при среднем значении 0,75 (близко к рекомендуемом диапазоне от 0,80 до 1,00 для хорошего SCC) была признана удовлетворительной. Прочность на сжатие ГТК и NC были определены из 100 Результаты испытаний трех цилиндров для каждой партии бетона используется для получения средней прочности при сжатии ..
Литье и приборов колонн CFST
Оба ГТК и NC смесей были смешаны в 100 литров партии смесителя Райерсон университета материалы Бетон лаборатории. Сразу же после приготовления, испытания на свежем свойства бетонных смесей, а также отливки колонн CFST были выполнены. SCC столбцов в серии CI и CII было подано без консолидации и SCC оказалась исключительно хорошо консолидации под действием собственного веса. Вибрационные покер был использован для укрепления NC столбцов в серии КИ в три последовательных слоев. CII-NC колонны были сведены на вибростол в процессе литья, как это было сложно использовать, вибрирующий в покер в перегруженных конфигурации из-за наличия продольных и подкрепления обруч. Время для консолидации и простота размещения в процессе литья проводился мониторинг для изучения производительности ГТК и NC в стадии строительства. После отливки, образцы были вылечены в камере влажности в течение примерно 24 дней, и удалить 3 дней до начала испытаний, на 28 дней.
Тензометры были установлены на стальной поверхности в определенных местах, следить за развитием осевой и обруч штаммов всей истории нагружения (рис. 2). Все колонны были оснащены как окружной и осевой тензорезисторов на midheight и на 25 мм от верхней части колонны. Отсутствие контрольно-измерительных приборов в конкретные части колонны, однако, не позволит контролировать распределение напряжений (в бетон) во время загрузки истории.
Тестирование
CFST колонны были протестированы с применением силы осевого сжатия только через конкретные основной, чтобы избежать прямой передачи осевых нагрузок на сталь и обеспечить полное удерживающего действия стали составной разделе. Все образцы были испытаны в 4600 кН МТС кадр Райерсон лаборатории университета структуры. Типичные установки тест для проверки столбцов CFST показано на рис. 2. Нагрузки были применены на постоянной скоростью 0,20 МПа / с, а осевой нагрузки, осевого смещения, а штаммы были записаны автоматизированной системы сбора данных в рамках всей истории нагружения до отказа столбцов. Во время погрузки, выпучивания из стали и отказов колонн наблюдались.
На стадии строительства ПОВЕДЕНИЕ
SCC предоставляет лучше закончить структуры не обнаруживая дефекты, связанные с разделением и кровотечение. Высокая текучесть и самостоятельной консолидации характеристики ГТК должны сократить время литья, труда и, следовательно, стоимости конструкции.
В этом исследовании время, необходимое для литых довольно перегруженный серии CII колонны с ГТК и NC было отмечено для сравнения. Конкретные был переведен из смесителя к колоннам с помощью ковша 1 L руку на довольно постоянной скоростью. Следует отметить, что процедура, принятая в лаборатории бросить колонны, не обязательно отражают фактические процедуры, принятые в области приложений. На сайте, бетон будет сделан с помощью большого ковша падение или насоса. В результате, время применения в полевых и лабораторных условиях для этих столбцов будут отличаться. В лаборатории, SCC в колонках CI были сведены под действием собственного веса без вибрации при CII NC колонны были сведены на вибростоле. Следует отметить, что вибростоле гораздо легче форме присоединения, чем внешние или покер, вибратор, используемых в области приложений с точки зрения людских ресурсов и времени. Таким образом, экспериментальные время литья NC в лабораторных условиях, как полагают, недооценивать фактическое время, необходимое для размещения и консолидации ..
Размещение в серии NC столбцов CII в лаборатории создавало определенные трудности из-за перегруженности введенных присутствии продольного и подкрепления обруч. Больше усилий и времени, необходимого для укрепления NC колонн по сравнению с их коллегами SCC. Интервал времени, вибрационные / NC консолидации в ходе размещения не была постоянной, и вибрация была применена как это требуется для закрепления пройденного материала без содействия сегрегации, как определить при визуальном осмотре. Легкость размещения и время литья были значительно улучшены в ГТК. Нет вибрации, необходимые для консолидации SCC, таким образом, размещение было так быстро, как передача бетона от смесителя к колонке. Времени, необходимого для отливки CII колонны с ЧПУ и SCC был записан и представлен в таблице 4. На основании результатов колонн с 1000 до 500 мм, высота, среднее время для нахождения ГТК 2,5 раза ниже, чем это требуется для NC. Преимущество нижней время каста и простота консолидации в колонках SCC приведет к сокращению времени строительства и рабочей силы на экран проекта строительства ..
СЕРВИС сценическое поведение
Нагрузки перемещения реагирования и отказов серии колонны CI
Осевой нагрузки ответы перемещения NC и SCC серии CI колонны с H / D от 4,8 сравниваются на рис. 3. CI-SCC-4,8 колонны выдержали пиковой нагрузки примерно 1175 кН с соответствующей осевого смещения примерно 11,8 мм. С другой стороны, CI-NC-4,8 колонны выдержали пиковых нагрузок в 1225 кН с соответствующей осевого смещения 12,3 мм. Пиковой нагрузки для всех столбцов предшествовало формирование внешнего выпуклые с последующим образованием местных изгибов в стальной трубы примерно 1 / 3 высоты от верхнего и нижнего конца колонны. Несоблюдение режима CI ГТК и NC столбцов были похожи, и характерные из них показаны на рис. 4. Postpeak ответ выставили образование нескольких местных потери устойчивости и внешней выпучивание стальной трубки. Нет существенной разницы в препик, postpeak, и пластичность поведения наблюдалась между НК и SCC столбцов. Все колонны показал пластичности (претерпела больших осевых перемещений после пиковых нагрузок) до отказа.
Осевой нагрузки ответы перемещения сравнительно тонкий NC и SCC CI колонны с H / D в 9,5 также сравниваются на рис. 3. CI-SCC-9,5 колонны устойчивого пиковых нагрузок 1084 (образцов) и 1097 кН (образца б), соответственно, с соответствующими осевого смещения 13,8 и 13,7 мм. CI-NC-9,5 колонны устойчивого пиковых нагрузок 1119 (образцов) и 1087 кН (образца б), соответственно, с соответствующими осевых смещений 14 и 13,2 мм. Препик, postpeak, и пластичность поведения как ГТК и NC столбцов показали те же тенденции. Несоблюдение режима все столбцы были близки и пиковых нагрузок были отмечены глобальные потери устойчивости и последующего изгиба колонны. Хотя отказов НК и SCC колонны были подобны (глобальные потери устойчивости), расположение местных изгибов и глобальных выпучивания отличались (рис. 5). Расположение местного выпучивания и максимальное боковое смещение были сосредоточены вблизи центральной части колонны ГТК. Расположение местного выпучивания в колонках NC варьировала от 0.6H к 0.73H (рис.
5). Нормальный железобетонные колонны оказались менее последовательны в глобальном режиме изгиба неудачи и в формировании изгиба регионах по сравнению с SCC столбцов. Это противоречие в отказов можно отнести к неоднородности бетона и / или плохого консолидации колонн NC по сравнению с SCC колонны ..
Нагрузки перемещения реагирования и отказов серии колонны CII
Осевой нагрузки ответы перемещения сравнительно короткий NC и SCC CII колонны с H / D от 3,1 сравниваются на рис. 3. CII-SCC-3,1 колонны устойчивого пиковых нагрузок 2294 (образцов) и 2271 кН (образца б), соответственно, с соответствующими осевого смещения 15,1 и 15,2 мм. CII-NC-3,1 колонны устойчивого пиковых нагрузок 2454 (образцов) и 2481 кН (образца б), соответственно, с соответствующими осевого смещения 16,5 и 15,0 мм. Как и в короткие колонны серии CI, пик нагрузки на все столбцы предшествовало появление вдавливание из стальных труб и формирование местных пряжки в разных местах по высоте колонны (рис. 4). Оба ГТК и NC столбцов показал аналогичный ответ нагрузки перемещения и отказов. Postpeak нагрузки колонн SCC, казалось, постепенно увеличивать или остаться неизменным до испытаний была прекращена, а с NC колонн, нагрузка падает и колеблется. Несоблюдение режима из этих колонн были похожи на те короткие колонны в серии CI (рис.
Осевой нагрузки ответы перемещения сравнительно тонкий NC и SCC серии CII колонны с H / D в 6,3 также сравниваются на рис. 3. CII-SCC-6,3 колонны устойчивого пиковых нагрузок 2094 (образец) и 2127 кН (образца б), соответственно, с соответствующими осевого смещения 20,8 и 24,6 мм. CII-NC-6,3 колонны устойчивого пиковых нагрузок 2242 (образец) и 2263 кН (образца б), соответственно, с соответствующими осевого смещения 22,0 и 22,2 мм. Все колонны показал повышенной прочности и пластичности, из-за наличия продольных и обручем подкрепление в дополнение к стальной трубе. Несоблюдение режима этих столбцов (рис. 5) были сходны с тонкими колоннами в серии CI (рис. 5). Отказов и loaddisplacement картины похожи на ГТК и NC столбцов. Расположение местного выпучивания в глобальный режим отказа в колонках NC отличались (рис. 5), однако, возможно из-за неоднородности и бедных консолидации NC. С другой стороны, SCC столбцы соответствуют в формировании местного выпучивания вокруг midheight колонны (рис.
Общие вопросы по отказов серии CI и CII колонны
Два типа отказ наблюдались в CI и CII столбцы на основе гибкость (H / D), независимо от вида бетона: либо SCC или NC. Стальных труб под боковое давление из-за его взаимодействия с аксиально нагруженный бетонного ядра и был вынужден пройти местного выпучивания, позволяя боковое давление на снижение на секции. Конечно, присутствие обруча и продольной стали дает более удержания и повышения прочности и пластичности колонн CII по сравнению с CI столбцов. Как загрузка продолжается, начало первого местного выпучивания (краткое колонок) или глобальной потери устойчивости (тонкие колонны) была отмечена. За короткий колонны, отказов стало создание последовательных местных пряжки с пластического течения стали и изгиб колонны, как показано на рис. 4. Короче колонны, местных дробленая конкретные был вынужден нажать стали стены наружу, что приводит к увеличению бокового давления стали, что привело к потере устойчивости и выпирающий из стали. Зоне пластического течения (пластиковая петля) был обнаружен в стали между двумя соседними пряжки ведущих к изгибу и разрушения колонки (рис.
4). Для сравнения, стройные колонны не удалось из-за глобального изгиб, как показано на рис. 5. Для тонких колонн, однако, начало глобальной выпучивания связаны с местными выпучивания была начата в центре колонны SCC, а позиции местных пряжки отличались в колонках NC, вероятно, из-за неоднородности бетона (рис. 5) ..
Сила колонны CFST
Осевой силы колонн CFST считается пиковой нагрузки P ^ югу тах соответствующего реагирования нагрузки перемещения и представлены в таблице 5. В серии CI, NC столбцов в целом показала большую прочность, чем столбцов SCC на 4,1 и 1,1% в среднем для столбцов с H / D в 4,8 и 9,5, соответственно. В серии CII, NC столбцов генерируются высшие силы за колоннами SCC на 7,5 и 6,3% для колонн с H / D в 3,1 и 6,3, соответственно. Повышение силы в колонках NC (по сравнению с SCC колонны) была выше, в колонках CII сравнению с теми, в серии CI. Производительность колонн SCC, однако, признаны удовлетворительными с точки зрения прочности по сравнению с его коллегой NC, как добиться максимальных результатов, силы в колонках NC варьировались от 1,1 до 7,5% только.
Хотя прочность на сжатие ГТК (около 51 МПа), несколько выше, чем NC (около 50 МПа), сокращение численности в колонках SCC по сравнению с колоннами NC Считается, что за счет снижения трения механических ножниц или связи генерируется на расширение конкретных обстоятельств в замкнутых в CFST столбцов. Потому что NC имеет более высокую количество крупного заполнителя, его прочность на сдвиг выше по сравнению с SCC в связи с высших трения скольжения вдоль сдвига путь, а наличие высшего количество крупного заполнителя частиц порождает более сложные пути сдвига по сравнению с ГТК.
Пластичность колонн CFST
Колонны испытания в обеих сериях выставлены замечательные пластичность и претерпел большие перемещения до отказа. Индекс вязкости (DI) была использована для количественной оценки пластичности CFST колонны, которая выражается как DI = пика нагрузки P к югу ^ тах на нисходящей ветви кривой деформации стресса, и В таблице 5 приведены значения Д. CFST столбцов. Нисходящей ветви кривой напряженно-деформированного не опускалась ниже 0.85P ^ югу тах для коротких колонок (H / D в 3,1 и 4,8), следовательно, Д. был рассчитан на основе максимального напряжения. Таким образом, Д. не был хорошим показателем пластичности для коротких столбцов в серии CI и CII. Существовал небольшие изменения в пластичности, однако, между ГТК и соответствующих NC краткое столбцов в обеих сериях (табл. 5).
DI (среднее значение), тонких NC столбцов в серии CI (H / D 9,5) и серии CII (H / D 6,3) была увеличена на 18 и 14% соответственно, по сравнению с их коллегами SCC. Д. также предложено увеличение пластичности с воспламенением от сжатия конфигурации типа CII для SCC NC на 13 и 8% соответственно. Д. также уменьшается с увеличением гибкости для CFST столбцов в обеих серии CI и CII (табл. 5).
Штамм характеристики CFST колонны
Типичные развития осевой и поперечной деформации в стальных трубах в серии CI и CII с ГТК и NC сравниваются на рис. 6. Оба ГТК и NC столбцов в серии CI и CII показали схожие изменения напряжения. SCC столбцов в серии CI, однако, как правило, был выше, осевые и поперечные деформации, чем их коллеги NC. Аналогичные развития высшего деформации наблюдалось в серии CII колонны SCC по сравнению с NC столбцов.
На рисунке 7 показан выход нагрузки поперечных и осевых датчиков деформации в верхней и midheight из стальных труб в CFST столбцов. Было установлено, что в середине поперечного датчики были принесли первые следуют верхней поперечной калибровке, midaxial калибровочных и, наконец, верхний аксиальной калибровке. Пик или предельной нагрузки столбцов в серии КЕ или CII с SCC или NC сопровождалось податливость стальных труб или в поперечном и осевом направлениях. Для серии CII, выход нагрузки на середину поперечной датчиков колебался от 74 и 84% верхней поперечной датчиков колебался от 87 до 95%, midaxial датчиков составляет от 95 до 96%, а верхний осевых датчиков колебался от 98 до 100%. Для серии CI, выход нагрузки на середину поперечной датчиков составляет от 80 до 88%, верхней поперечной датчиков колебался от 81 и 91%, midaxial датчиков составляет от 97 до 99%, а верхний осевых датчиков составляет от 97 до 99%. Нет существенных различий в развитии деформации были найдены из-за присутствия ГТК или NC и в связи с наличием продольной и обручем арматуры (что, конечно, привело к повышенной прочности колонны CII по сравнению с CI столбцов) ..
Осевое распределение нагрузки и прочности бетона в только столбцы CFST
Хотя CFST колонны были загружены через бетон, двухосных действия напряжений в стальных труб показывает, что часть нагрузки переносится из стальных труб себя. Поверхностное прочность и труб конфигураций определить величину осевого передачи нагрузки от конкретного к tube.25 стали повышенной прочности связи эффективно увеличивает жесткость CFST столбцов. В связи с развитием двухосных напряжений, можно определить нагрузку несут стали и бетона через stressstrain измерения в стали. Номинального напряжения осевого е '^ ^ 1 к югу в колонке когда нагрузка P применяется для бетонного ядра можно рассматривать как
... (1)
где P ^ югу ы = перевозимого груза на сталь; P ^ к югу с = перевозимого груза на бетон; , е '^ к югу ы = эквивалентная осевое напряжение передается стальной трубки; ^ к югу с ^ = площадь бетонного ядра, а также к югу ^ ы = crosssectional области стальных труб. Значения [функция] ^ C ^ к югу и / '^ с ^ к югу можно записать в виде
... (2)
с
... (3)
Напряженно-деформированного ответ только бетон определяется с помощью уравнения осевой нагрузки (уравнение (2) и (3)). Осевых напряжений в стальной трубы были преобразованы в конкретные эквивалентных напряжений и вычитается из напряженно-деформированного значения только столбца. Из-за отсутствия приборов в конкретной части колонны, напряженно-деформированного ответ ограничивается бетона не может быть измерена непосредственно от теста. Типичные кривые деформирования стальных труб, только бетона, а также композитных разделе приведены на рис. 8.
Как правило, эти кривые были использованы для наблюдения за поведением совместного осевой нагрузки между стали и бетона в CFST столбцов. Колонны и серии CI и CII отображается аналогичные ответные меры, в том числе падения в точке стали выход (рис. 8). Считается, что это будет артефакт, вытекающих из предполагается резкое выход стали tube.25 Как отмечалось ранее, податливость стальной трубы произошло гораздо раньше, чем пиковой нагрузки колонны. Таким образом, оно справедливо предположить, что пик напряжения ограничивается конкретными соответствует пик нагрузки только колонки. Текучести (на которой прозвучали конкретные раскрывается) от конкретных затем извлекается из напряженно-деформированного кривых отклика на пике нагрузки колонн. Эти величины были взяты наблюдается только прочность бетона е '^ ^ к югу куб.см и приведены в таблице 6 и соответствующие им неограниченный прочности бетона е' ^ с ^ к югу.
Только сила F '^ ^ к югу вв ГТК оказывается ниже, чем у NC. Ограниченная численность уменьшается с увеличением стройность колонны (табл. 6). Наблюдаемые е '^ ^ к югу вв ГТК в столбцах с H / D в диапазоне от 6,5 до 9,5, в среднем, на 20% меньше, чем в колонках с H / D в диапазоне от 3,1 до 4,8, тогда как разница окажется от 30 до 40% в случае NC. Увеличение е '^ ^ к югу куб.см, однако, не согласуется в колонках NC (е' ^ ^ к югу см / ж '^ с ^ к югу колеблется между 1,56 и 2,14) по сравнению с SCC колонок (е' ^ ^ к югу см / ж '^ с ^ к югу колеблется между 1,49 и 1,69).
Кроме того, в серии CII колонны сгенерировать дополнительные сложности с распределением нагрузки и состояния осевых сил. Загрузка из стальных труб непосредственно измеряется как описано, но конкретные нагрузки основных распределяется между бетона и арматурной стали. Распределение нагрузки на обруч-ограниченных конкретных основных и трубы только бетон не измеряется непосредственно в этой программе.
ВЫВОДЫ
Силы, перемещения, напряженно-деформированного характеристики, и отказов от CFST литые колонны с новым ГТК и NC были описаны посредством экспериментальных результатов. Колонны были изготовлены без и с продольной и обручем подкрепление в дополнение к трубке заключения (серия CI и CII, соответственно). Повышение прочности бетона за счет удержания и распределения нагрузки между стальной трубы и бетонного ядра были проанализированы с целью сравнить эффективность ГТК и NC. На основании результатов, представленных в этом документе, следующие выводы:
1. Развитые SCC могут быть использованы только бросить колонны без каких-либо внутренние или внешние вибрации, тем самым упрощая и ускоряя процесс строительства. Для CFST колонны с сравнительно высокой загруженности арматуры, среднее время литья SCC в лаборатории был в 2,5 раза меньше, чем требуется для NC;
2. CFST колонн с SCC может развиваться силы сопоставимы с обычными сделали нормальный NC. Тем не менее, 1,1 до 7,5% повышение силы в колонках NC объясняется выше трения скольжения (вследствие наличия высшего количество крупного заполнителя в Северной Каролине), порожденный на расширение бетона в ограниченной среде;
3. Пластичности, как измеряется Д. сравнительно тонкий NC столбцов в серии CI и CII была увеличена на 18 и 14% соответственно, по сравнению с их коллегами SCC. Д. также предложено увеличение пластичности с воспламенением от сжатия конфигурации типа CII для ГТК и NC на 13 и 8% соответственно. Д. И. уменьшается с увеличением гибкость для CFST столбцов в обеих серии CI и CII;
4. Пиковой нагрузки колонок в серии КЕ или CII с SCC или NC сопровождалось податливость стальных труб в рамках обеих поперечных и осевых напряжений. Последовательность приносит зависит от места расположения (миделя дали первый) и в целом приносит за счет поперечной предшествует подчеркнуть, что в связи с осевой стресса. Нет существенных различий в штамм был обнаружен развития из-за присутствия ГТК или NC, ни из-за наличия продольных и обручем арматуры;
5. Только сила F '^ ^ к югу вв ГТК оказалась ниже, чем NC и /' ^ ^ к югу вв также уменьшается с увеличением стройность колонны. Значение / '^ ^ к югу см / ж' ^ с ^ к югу в колонках NC колебался от 1,56 и 2,14 по сравнению с 1,49 до 1,69 диапазон столбцов SCC, а также
6. Результаты исследования подтверждают целесообразность производства колонн CFST с ГТК.
Ссылки
1. Одзава, K.; Maekawa, K.; Kunishima, H.; и Окамура, H., "Performance бетона на основе дизайна Долговечность железобетонных конструкций", Труды Второй из Восточно-Азиатско-тихоокеанская конференция по зданий и сооружений и строительство , том 1, 1989, с. 445-456.
2. Хаят, KH; Манай, К. и Trudel, A., "in-situ Механические свойства стеновых элементов Использование Self-Консолидация Бетон", ACI журнал Материалы, В. 94, № 6, ноябрь-декабрь 1997, с. 491-500.
3. Хаят, KH; Paultre, P.; и Трамбле, S., "Структурные производительности и In-Place Свойства Self-Консолидация бетона для литья Высоко Железобетонная Столбцы", ACI материалы Journal, В. 98, № 5, сентябрь Октябрь 2001, с. 371-378.
4. Yurugi, М., "Применение самоуплотняющегося бетона в Японии", Труды 23-й Конференции OWICS, Сингапур, август 1998, с. 29-42.
5. Sonebi, M.; Тамими, A.; и Бартош PJM, "Производительность и крекинг Поведение усиленные балки ролях с Self-Консолидация Бетон", ACI материалы Journal, В. 100, № 6, ноябрь-декабрь 2003, с. 492-500.
6. Sonebi М., Бартош PJM, "Performance армированных Колонны с Self-бетон", "Новое в технологии бетона, Труды Пятого КАНМЕТ / ACI Международная конференция, SP-200, В. М. Malhotra, под ред. Американские бетона Институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 2001, с. 415-431.
7. Арима И., Takeguchi, M.; Сакураи, S.; и Хаяси, J., "Качество Superworkable бетона, используемых для строительства Акаси-Кайке 4A Анкоридж," Известия из Японии институт бетона, В. 16 , № 1, 1994, с. 25-30.
8. Бузубаа, N., и Lachemi, М., "Self-бетона Включает большие объемы класса F Fly Аш: предварительные итоги", цемента и бетона исследований, V. 31, № 3, 2001, с. 413-420.
9. Sonebi, М., "средней силы Self бетон содержащих Fly Аш: Моделирование использованием факторного эксперимента планы", цемента и бетона исследований, В. 34, № 7, 2004, с. 1199-1208.
10. Lachemi, M.; Хоссейн КМ; Lambros, В. и Бузубаа, N., "Развитие экономически эффективных Self бетон Включение летучей золы и шлака цемента, или вязкости Изменение примесей", ACI журнал Материалы, V . 100, № 5, сентябрь-октябрь 2003, с. 419-425.
11. Lachemi, M.; Хоссейн КМА; Lambros, V.; Nkinamubanzi, P.-C. и Бузубаа, N., "Performance Новой Вязкость Изменение примесей в повышение реологических свойств цементного теста", цемента и бетона исследований, Т. 34, № 2, 2004, pp.185-193.
12. Lachemi, M.; Хоссейн КМ; Lambros, V.; Nkinamubanzi, P.-C. и Бузубаа, N., "Self-бетона с применением новых Вязкость Изменение примесей", цемента и бетона исследований, В. 34, № 2, 2004, с. 185-193.
13. Patel, R.; Хоссейн; КМА; Шехата, M.; Бузубаа, Н., и Lachemi, М., "Развитие статистической модели смеси дизайн с большим объемом Fly Аш Self-бетон", ACI журнал Материалы, V . 101, № 4, июль-август 2004, с. 294-302.
14. Хоссейн КМА; Lambros, В. Б. и Lachemi, М., "Бетон Заполненные стальные трубчатые колонны ролях с Self-Консолидация бетонных Экспериментальные и теоретические исследования," Научно-исследовательский отчет № CRC0401, Департамент строительства, Райерсон университета в Торонто, Онтарио , Канада, 2004, 54 с.
15. Кампионе, G.; Mindess, S.; Шибилия, Н., и Цингоне Г., прочность полого кругового Заполненные стальных профилей с Fibre-железобетона, "Canadian Journal гражданского строительства, V. 27, № 2, 2000, с. 364-372.
16. Хоссейн КМА, "Поведение тонкостенных композитных колонны под осевую нагрузку", композиты-Часть B: Инженерно-International Journal, В. 34, 2003, с. 715-725.
17. Гарднер, штат Нью-Джерси, и Якобсон, ER, "Структурные поведение конкретных Заполненные стальных труб", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. +64, № 7, июль 1967, с. 404-413.
18. Шакир-Халиль, H.; и Mouli, М., "Дальнейшие тесты по бетону наполненной Прямоугольные Холлоу Столбцы Раздел", Инженер, В. 67, № 19 / 3, октябрь 1990, с. 346-353.
19. Лалу, К., и A (На французском)
20. О'Шей, MD, и мост, RQ, "Дизайн циркуляр тонкостенные бетонные Заполненные стальной трубы," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 126, № 11, 2000, с. 1295-1301.
21. Лалу, K.; Lachemi, M.; и A 1108.
22. Еврокод 4 ", проектирование композитных стальных и железобетонных конструкций, часть 1,1: Общие правила и правила для зданий", ENV 1994-1-1, 1992.
23. Американский институт стальных конструкций, Руководство производство стальных конструкций и сопротивления нагрузки фактор Дизайн (LRFD), 3rd Edition, Чикаго, штат Иллинойс, 2001.
24. CAN / CSA S16.1-94, "Предельные государств Проектирование стальных конструкций", Канадская ассоциация стандартов, Рексдейл, Онтарио, Канада, 1994.
25. Макатир, P.; Боначи, JF и Lachemi, М., "Композит Ответ высокопрочного бетона, ограниченном круглой трубы Сталь", ACI Структурные Journal, В. 101, № 4, июль-август 2004, с. 466-474.
26. Mei, H.; Kiiousis, PD; Ehsani, MR и Saadatmanesh, H., "размерных эффектов на высокопрочный бетон", ACI Структурные Journal, В. 98, № 4, июль-август 2001, с. 548-553.
27. Sakino, K.; Tomii, M.; и Ватанабе, К., "Подтверждение грузоподъемностью равнины железобетонные колонны Ста ограничена круглой трубы Сталь", Исследования по поперечно Super железобетонных конструкций бетона и бетонных труб заполненных структуры стали, Департамент архитектуры, Университет Кюсю, Япония, 1988.
28. Редер, CW; Камерон, Б., и Браун, CB, "Композит действий в бетоне заполненных трубы", журнал строительной техники, ASCE, В. 125, № 5, 1999, с. 477-484.
29. Ху, H.-T.; Хуан C.-S.; Ву, M.-H. и Ву, Y.-M. ", нелинейного анализа аксиально загружено бетона Трубка Колонны с Влияние конфайнмента", журнал от зданий и сооружений, В. 129, № 10, 2003, с. 1322-1329.
30. Sakino, K.; Nakahara, H.; Морино, S.; и Nishiyama И., "Поведение центре загружено бетона наполненной стальных труб Краткое Столбцы" Журнал строительной техники, ASCE, В. 130, № 2 , 2004, с. 180-188.
31. Nagataki, S., и Fujiwara, H., "Self-Сжатие собственности особо подвижных бетонных," Прогресс в технологии бетона, Труды Второй КАНМЕТ / ACI Международная конференция, SP-154, В. М. Малхотра, под ред. Американский институт бетона , Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1995, с. 301-314.
32. Одзава, K.; Саката, Н., и Иваи, М., "Оценка Self-уплотняемость свежего бетона Использование последовательности испытаний," Известия JSCE, V. 23, № 490, 1994.
Входящие в состав МСА Мохамед Lachemi является Канада заведующая кафедрой устойчивого строительства и доцент кафедры гражданского инженерного Райерсон университета в Торонто, Онтарио, Канада. Он является членом комитета ACI 231, свойства бетона в раннем возрасте. Его научные интересы включают в себя использование высокоэффективных материалов в инфраструктуру, строить.
Входящие в состав МСА Khandaker М. Хоссейн адъюнкт-профессор и научный сотрудник в департаменте строительства на Райерсон университета. Его исследовательские интересы включают смешанный цемент и бетон, применение структурных самостоятельного укрепления бетона, композитных материалов и анализ методом конечных элементов железобетонных и композитных структур.
Входящие в состав МСА Василиос B. Lambros является Agilia специалист, региональный научно-исследовательская лаборатория, Lafarge материалы