Прочность и пластичность HSC и SCC стройные колонны, подвергнутого Краткосрочные Эксцентрик нагрузки

Данные об испытаниях 60 эксцентрично нагрузкой тонкие колонны, изготовленные из высокопрочного бетона (HSC), самостоятельно укрепления бетона (SCC), а также традиционные вибрации бетона сообщили в настоящем документе. Все столбцы имеют сечения 100 х 100 мм (3,94 х 3,94 дюйма) и длиной 2000 мм (78,8 дюйма). Основных переменных рассмотрен в тесты прочности бетона, соотношение продольной арматуры, а также нагрузки эксцентричности. Внимание сосредоточено на общую производительность колонки: тип отказа, трещин модель, пик силы и пластичности. Испытания показали, что качественное поведение колонны SCC было похоже на поведение традиционных вибрации бетонные колонны. Различные количественные результаты были обнаружены на пик сильные и пластичности индексов. SCC колонны загружается с малым эксцентриситетом производства ниже нормированного сильных пика по сравнению с традиционными вибрации колонны как для нормальной прочности бетона и HSC. Типы отказов показал, что ГТК колонн из нормального бетона вести себя более пластичного образом, по сравнению с другими колонны, которые были проверены ..

Ключевые слова: пластичность; эксцентричных нагрузок; высокопрочного бетона; самостоятельно укрепления бетона, тонкие колонны.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

В железобетона (RC)-оформлена структур, колонны низким этажей подвергаются высокой прочностью на сжатие осевые нагрузки. Эти колонки являются работал на пучков с различными ограничениями и загружаются аксиально с переменным эксцентриситетом конца. В последние несколько десятилетий, улучшение материально-технической привело наличия и применения высокопрочного бетона (HSC), так что размеры сечения колонн были сокращены и стройность эффекты были увеличены. Кроме того, самостоятельно укрепления бетона (SCC) представляет собой последнее development.1, 2

Некоторые методы прогнозирования прочности тонких колонн под эксцентричным нагрузках имеются. Некоторые из них включены в наиболее распространенных codes.3-5 К сожалению, достоверность этих подходов были всесторонне исследованы лишь для колонн из обычного бетона и их применение к HSC и SCC колонны нуждается в дополнительном расследовании. Предыдущие экспериментальных испытаний показали, что HSC колонны построена с использованием тех же галстук силы и расстояния, что и столбцы нормальный бетон отображения более выраженным хрупкого поведения и снижение ductility.6, 7 Такое поведение означает, что дальнейшие экспериментальные исследования на прочность и пластичность HSC и столбцов SCC тонкие бы быть полезным для анализа надежности и дизайна приложений в гражданском строительстве.

В этой работе, результаты испытаний 60 колонн RC тонкие квадратного сечения представлены с целью расширения набора имеющихся экспериментальных данных для тонких колонн HSC и SCC с точки зрения прочности и пластичности уровнях. Средний цилиндрической прочности на сжатие бетон использовали колеблется от 40 до 100 Н / мм ^ 2 ^ SUP (5800 до 14500 фунтов на квадратный дюйм). Других переменных испытаний были: 1) соотношение продольной арматуры, 2) расстояние между галстук, и 3) нагрузки эксцентричности. Результаты пределы прочности и пластичности индексов были собраны. Экспериментальных испытаний были разработаны в рамках контроля перемещения для захвата после пика поведения образцов. Процедура обходит трудности, возникающие в экспериментах, проведенных под нагрузкой, экспериментов, в которых не представляется возможным захват нисходящей ветви кривой нагрузки перемещений после пиковых нагрузок.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В настоящем документе представлены результаты испытаний 12 нормальной прочности бетонных столбов и 48 со средней и высокой прочности бетонных колонн, подвергается краткосрочным эксцентричной нагрузки. Как традиционные, так и конкретные вибрации SCC были использованы. Данных с точки зрения прочности и пластичности уровнях испытания столбцов заданы, а наблюдаемые закономерности провала образцы предоставляются.

Экспериментальная установка

Образцы

Шестьдесят тонкими колоннами, каждая с постоянной квадратного сечения, площадь AXA = 100 х 100 мм (3,94 х 3,94 дюйма) и длиной H = 2000 мм (78,8 дюйма), прошли испытания (см. рис. 1 для укрепления деталей колонки). В общем зданий RC, колонки сечения средние размеры примерно 300 х 300 мм (11,82 х 11,82 дюйма). Следовательно, размер образцов считается здесь соответствует примерно одна треть общего серийного колонке размеров. Четыре различные схемы продольной и поперечной подкрепления были рассмотрены (указаны в следующем, как A, B, C и D). В столбцах типов В и С, продольного армирования состоит из четырех 8 мм (0,314 дюйма) диаметр горячекатаные FeB44k ^ ^ SUP 3 класса деформированных баров; столбцов типов B и D были укреплены четыре 12 мм ( 0,472 дюйма) диаметр деформированных баров одного и того же класса. Таким образом, соотношение продольной стали четыре полосы).

В столбцах типов А и В, поперечное армирование был сделан из квадратных стремена (сталь диаметром 6 мм [0,236 дюйма]), размещенные на расстояние х 80 мм (3,15 дюйма), в то время как типы C и D, тот же размер стремян находиться на расстоянии 40 мм (1,58 дюйма) были использованы. Стремя расстояние было выбрано в соответствии с фактическими итальянский рекомендации по RC structures.3 Дополнительные стремена были представлены на двух концах образцов для предотвращения нежелательных сбоев в этих зонах. Все стремена были закреплены в конкретных ядро с 60 мм (2,36 дюйма) поворотах. Галстук подкрепления были изготовлены с деформированными холоднокатаной FeB44k класса проводов. По данным столбца перекрестного размеров раздела, чистый размер покрытия должен быть примерно равен 10 мм (0,39 дюйма). Максимальный размер используемых в бетонных смесей, однако, была 15 мм (0,59 дюйма), то чистый размер покрытия был установлен равным 15 мм (0,59 дюйма [рис. 1]). Фактического покрытия каждой продольной баре было точно измерена в колонке отказа сечений после завершения испытаний было.

Изменчивости покрытия показана на рис. 2. Он колебался от 16,75 до 23,5 мм (0,66 до 0,93 дюйма) (смысл символов на рис. 2 поясняется в следующем). Каждая точка на рис. 2 представляет собой среднее покрытие для четырех продольных балок при изгибе направлении (по одному очку за каждый образец). Распределение покрова в образцах SCC ("о" на рис. 2) похож на распространение в традиционных вибрации образцов. Кроме того, изменение измеряется конкретными охватывает взяты из четырех сторон одного и того же сечения колонки диапазоне примерно от 1 до 5 мм (0,039 до 0,197 дюйма). Учитывая относительно малые размеры поперечного сечения колонн, влияние диапазон в глубине покрова на соответствие результатов испытаний является предметом последующего анализа ..

Материалы и изготовление

Бетон используется в данном исследовании была получена из семи смеси с различными сильные сжимающие цели. Смеси HSCA, HSCB и HSCC представляют собой обычные вибрации средней прочности бетона HSC с целевой цилиндрические сжатия сильные на 28 дней 70, 80 и 100 Н / мм ^ 2 ^ SUP (10150, 11600 и 14500 фунтов на квадратный дюйм), соответственно; ГККП и СФБИК являются СГВ с целевой сильных сторон 80 и 95 Н / мм ^ 2 ^ SUP (11600 и 13775 фунтов на квадратный дюйм); NSCD это вибрации конкретные нормальной прочности с заданной силой 40 Н / мм ^ 2 ^ SUP (5800 фунтов на квадратный дюйм ), а также SCCG является SCC с заданной силой аналогично NSCD. Микрокремнезема смесь была использована для HSCC, ГККП и СФБИК; высокой дальности водоредуцирующим примеси был добавлен для всех смесей для получения желаемого работоспособность. Максимальный размер 10 мм (0,39 дюйма) было определено для всех смесей, за исключением SCCG, в котором агрегатов с максимальным размером 15 мм (0,59 дюйма) были использованы. Подробная информация о пакете бетонов? Состав и свойства смеси измеряется в свежем состоянии приведены в таблице 1.

Из каждой смеси, за исключением HSCC, шесть колонн были изготовлены тонкие, три столбца с типом арматуры и другие три столбца с типом B подкрепления. Четыре группы, каждая из которых, состоящая из шести колонн стройные, были изготовлены с HSCC (обозначается HSCC1, HSCC2, HSCC3 и HSCC4), с подкреплением макеты, B, C и D. Подробнее полной экспериментальной программы приведены в Таблица 2. Опытные образцы были определены тип бетона, арматуры, и номинальной эксцентриситета нагрузки измеряется тестирования, начиная от геометрического центра каждого сечения. Например, образцами HSCA-A-8 столбец конкретного типа HSCA, арматуры типа, которые будут проверяться с номинальной нагрузкой эксцентриситета 8 мм (0,32 дюйма) на обоих концах. В этой же таблице перечислены фактические начальных эксцентриситетов электронной измеряется во время тестирования ..

Образцы были брошены горизонтально извлекаемых формы стали сжимающих стороне колонны вверх. Таким образом, неблагоприятные последствия неравномерного распределения прочности бетона над колонной сечения были рассмотрены в ходе испытаний и получил сильные были из осторожности. Сталь формы были использованы, чтобы незначительным нежелательные эффекты, вызываемые начальной кривизной образцов. Бетона вибрации с помощью внутреннего вибратора (SCC образцов не вибрировал). Пластиковые листы были использованы для покрытия колонны за 1 день. Позднее пресс-формы были сняты, а столбцы оставались в течение 2 дней при температуре 20 ± 2 ° C (68 ± 3,6 ° F) и относительной влажности (RH) Затем колонны подвергались воздействию окружающей среды в лабораторных испытаний до момента тестирования. Аналогичная процедура была использована для исцеления от всех образцов контроля.

Бетонные цилиндров 200 мм (7,88 дюйма) высокого и 100 мм (3,94 дюйма) в диаметре и 100 куб образцов х 100 х 100 мм (3,94 х 3,94 х 3,94 дюйма), были использованы для определения сильных сжимающих на 28 суток выдержки и во время тестирования (эти сильные обозначается [функция] ^ югу c28, цил ^ [функция] ^ югу с, цилиндров ^ [функция] ^ югу c28, куба ^ и [функции] ^ к югу с, куба ^). Расщепление растяжение функции [силы] ^ югу с, раскол ^ растяжение изгиб функции [силы] ^ г ^ к югу, а также конкретные секущий модуль упругости E ^ ^ сз югу были также обнаружены во время тестирования (E ^ к югу сз ^ значения были определены в соответствии с ISO Norms8). Таблица 3 дает механических свойств затвердевшего бетона, которые были определены как средние значения из трех образцов ( Как сообщили в таблице, ни контроля цилиндров были доступны для смеси SCCG, потому что только образцы управления куба были использованы для построения этого типа смеси. Для более последовательного обсуждения полученных результатов, значение функции [о] ^ югу с, цилиндров = 0,83 [функция] ^ югу с, куба = 40,16 Н / мм ^ 2 ^ SUP (5823 фунтов на квадратный дюйм) предполагается, что следующим образом для цилиндрической прочности при сжатии конкретные SCCG во время тестирования ..

Свойства стальной арматурой измерялись стандартных испытаниях на растяжение проводится с использованием универсальной испытательной машине; 4 приведены [текучести функцию] ^ ^ к югу си, конечная функция [силы] ^ ^ су к югу, и в конечном итоге пластичности ^ ^ 5 югу оценивается по фактической итальянский рекомендации для RC structures.3 Напряженно-деформированное участки были получены путем измерения деформаций над расчетной длиной 50 мм (1,97 дюйма) с помощью экстензометра.

Испытание установки и приборы

Колонны прошли испытания в одном изгиб в равных первоначальный эксцентриситет е на обоих концах. Эксцентричная нагрузка применяться с использованием пластин и монтаж ролика показано на рис. 3 (б) с точностью ± 0,5 мм (0,02 дюйма). Теоретических свободной длины к югу ч ^ г ^ испытанного колонн была равна 2120 мм (83,46 дюйма) и стройность соотношение Испытания были проведены при перемещении контроля на постоянной скоростью 0,5 мм / мин. (0,020 дюйма / мин.) МТС в гидравлической испытательной машины способны производить максимальную нагрузку 500 кН (112,5 KIPS). Продолжительность каждого испытания примерно от 10 до 30 минут.

В ходе испытаний, осевой нагрузки измерялась с помощью датчика давления испытательной машины и горизонтального отклонения в направлении изгиба midheight контролировалась с датчиком перемещения. Каждый образец с приборами пять 50 мм (1,97 дюйма) тензодатчиков приклеен к бетонной поверхности ( Один тензометрических был сделан на сжатие лицо в midheight. Других датчиков деформации были закреплены на растяжение лицо по midheight (рис. 3 (а)). Эти тензодатчики были использованы для измерения сжимающих и растягивающих напряжений на midheight раздел в ходе испытания. Кривизны в этом же разделе Затем рассчитывается на основе измеренных деформаций.

Пластичности тонкими колонками

Рассмотрим случай тонкие колонки загружен эксцентрично постоянной первичной изгибающего момента. Если предположить, что сечения остаются плоскими в процессе нагрузки, распределения деформаций в данном разделе может быть определена средняя деформация В пластическом шарнире, пластичностью определяется осевой силы N по сравнению с средней деформации и изгибающего момента M по сравнению с кривизной отношений. В данном случае, изгибающий момент в разделе midheight определяется как основной изгибающий момент M ^ I ^ к югу плюс среднее изгибающий момент M ^ ^ к югу II

M = M ^ югу I ^ к югу M ^ II ^ M ^ югу I ^ = Ne, M ^ югу II = Nd (1)

где О midheight отклонения и е первоначальный эксцентриситет конца. Если L ^ югу р является регионом пластический шарнир, работа осевой силы и изгибающего момента определяется

... (2)

где параметр Осевое усилие от параметра