Сосредоточенными пластичности модели Моделирование характеристик моста Столбцы

Текущее состояние практики в мост сейсмических дизайн сосредоточена на обеспечении безопасности жизни производительности при максимально допустимое землетрясение. Как правило, сосредоточенными пластичности модель, которая основана на определенной пластиковой петли длины выражения, быть использована для оценки предельных перемещения. В отличие от существующих руководящих принципов разработки, на основе оценки выполнения инженерных землетрясения (PBEE) требует оценки ущерба для нескольких уровней спроса. Таким образом, осуществление PBEE мостов требует аналитических методов, позволяющих прогнозировать мост ущерба для нескольких уровней землетрясения спроса. Эта статья оценивает модели PBEE моста колонны, в том числе новые выражения для эффективной упругой жесткости, пластиковые петли длины и деформации при начале бар деформации. Данные из 37 испытаний крупномасштабных круговой мост колонны с современной (подробности после 1980) дизайн были использованы для оценки моделей и развития. Модели были использованы для вычисления перемещений и деформаций, связанных с различными государствами и повреждения в результате среднее значение и стандартное отклонение.

Ключевые слова: мост колонн, ущерб, дизайн, дрейф; пластиковой петли длины, пластиковые вращения, напряжения.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Исследование привело к более глубокому пониманию поведения сейсмических мостов и привело к разработке методов проектирования, чтобы исключить nonductile механизмов реагирования. Эти результаты являются основой для текущей сейсмической guidelines1 дизайн и предназначены для обеспечения безопасности жизнедеятельности в максимально допустимое землетрясение (MCE). Как правило, мосты предназначены для концентрата неупругих действий и ущерб в колонны, которые могут быть проверены и отремонтированы более легко, чем superstructure.2 Таким образом, мост правила проектирования как правило, включают требования подробно предписывающий обеспечить, чтобы столбцы не будут выставлять "значительное ухудшение прочности или жесткостью при требований, предусмотренных в MCE. "1

Хотя в настоящее время практика дизайна моста улучшилось сейсмического отклика по сравнению с взрослыми моста колонны, землетрясений не менее ожидается, и было отмечено в предыдущих earthquakes.3, 4 Даже мосты, которые поддерживают только умеренное повреждение нести расходы в связи с ремонтом и простоями. Таким образом, инженерное сообщество, шоссе власти и государственных должностных лиц, заинтересованных в прогнозировании сейсмических ущерб в мостах и, в конечном счете, экономической impact.5, 6

На основе эффективности сейсмостойкого строительства (PBEE) предлагает средства для достижения этих целей. PBEE явно относится экономические последствия структурных повреждений и сейсмической опасности level.7, 8 PBEE мостов требует ответа моделей для прогнозирования землетрясений требования по столбцам для нескольких уровней опасности и ущерба для прогнозирования модели связать столбец с требованиями ущерба. Общий спрос инженерных параметров, таких как снос или штамм может быть использован для определения начала важных государств ущерб, в том числе и бар откола buckling.9, 10 Таким образом, необходимый для разработки моделей для PBEE заключается в необходимости определить: 1) параметры инженерных спроса ( СИЗО), что можно вычислить с помощью моделей реагирования и эффективного прогнозирования ущерба; и 2) повреждение меры (ПМ), которые определяют тип ремонта, необходимых для восстановления поврежденного компонента. Ряд последних studies9-12 пытались определить и связать соответствующий СИЗО и ПМ, а также разработать другие ресурсы (например, данные, характеризующие поведение и численные модели), необходимых для PBEE железобетонных конструкций.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Применение PBEE в инженерной практике требует практического и надежных моделей для прогнозирования сила-деформация ответ и повреждений. Сосредоточенными пластичности модель широко используется для моделирования нелинейного отклика моста колонны и прогнозирования предельных перемещения. Эта модель и связанные с пластиковой петли длины выражения, однако, не был откалиброван для прогнозирования ущерба для нескольких уровней спроса. Это исследование оценивает точность существующих и предлагает новые модели для определения эффективных упругих колонке жесткости и пластиковые петли длиной прогнозировать сейсмические характеристики, включая ущерб, вязко колонны моста.

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА

Для оценки и совершенствования существующих моделей сосредоточенными пластичности для применения в PBEE, многоэтапный процесс был использован. Во-первых, заявляет, что ущерб определить экономические последствия землетрясений, а также потенциальных СИЗО предсказания этих повреждений государств, были определены. Далее, экспериментальные данные, характеризующие реакцию современных колонны моста циклической боковой загрузкой были собраны. Обычно заняты сосредоточенными пластичности моделей, в том числе предложенные ранее выражения для эффективной упругой жесткости и пластиковые петли длины, были рассмотрены. Наконец, экспериментальные данные были использованы для оценки существующих и разработки новых эффективных упругих жесткости и пластиковые петли длины выражений.

УЩЕРБ УРОВНЕЙ И ПАРАМЕТРЫ СПРОСА ENGINEERING

Метод ремонта (RM), необходимых для восстановления поврежденного столбце определяет экономические последствия ущерба. Таким образом, определение СО имеет важное значение для развития PBEE методами. Предыдущие исследования показали, что СО землетрясения поврежденных колонны моста включать эпоксидных раствор для инъекций, конкретные исправления, замена покрытия бетона, а также частичная или полная замена column.13 Эти СО являются эффективным средством восстановления жесткости и прочности пластичных колонны моста примерно заранее Землетрясение conditions.14

Современные колонны моста, подробно, чтобы исключить разрушение при сдвиге и обладают адекватной изгиб пластичности. В результате, только изгибных мод ущерба, как правило, наблюдается в лабораторных испытаниях этих видов columns.9, 10 К их числу относятся первоначального растрескивания, уступая продольной арматуры, развития открытого остаточных трещин, первоначальный растрескивание и отслаивание значительные, дробление основного бетона, бар выпучивания, перелом спирали, и бар фактуру.

Для прогнозирования повреждения и требуют ремонта, СИЗО должны быть увязаны с ПМ и СО. Предыдущее исследование служит основой для определения соответствующих EDPs.8, 10,12,15 предлагалось ранее СИЗО включать деформации основе таких мер, как снос, перемещение пластичность, и деформации, а также циклические меры, такие, как количество циклов нагружения или в общей сложности диссипации энергии. Местные СИЗО, такие как напряжения, которые обычно понимается представить более подробную информацию о поведении и, следовательно, можно ожидать, что лучше показателей ущерба. Берри и Eberhard9 использовать обширный экспериментальный набор данных и обнаружили, что дрейф является надежным и удобным индикатором повреждения. Таким образом, на глобальном и местном СИЗО были рассмотрены в данном исследовании.

В таблице 1 приведен полный список повреждений уровнях для мостовых колонн. Каждый уровень включает в себя RM, описание ущерба, требующих применения RM, и местные обработки данных, используемые для прогнозирования наступления ущерба государству. Эти повреждения уровни в диапазоне от незначительных до значительных и включают в себя минимальные и значительные разрушения уровней, определенных в ATC-49,16, 17

В таблице 1, первого уровня ущерба, ничтожно малая величина соответствует незначительное повреждение и столбцов ремонт не требуется. Это повреждение уровне может включать в себя очень малых остаточных трещин, которые не являются практичным инъекции с epoxy.12 второй уровень ущерба, Минимум, колеблется от открытого остаточных трещин (шире, чем 0,6 мм [0,024 дюйма]) до незначительных повреждений покрытия бетоном. Наличие остаточных данных трещины являются ограниченными, однако экспериментальные исследования показали, что это может быть предсказано использованием растяжение спроса деформации в продольном укрепления steel.10 Таким образом, стали растяжения считается соответствующим местным ЭОД для первого и второго уровней ущерба.

Минимальный уровень ущерба требует конкретных исправлений для ремонта spalled покрытия бетоном. Тесты показывают, что начало охватывать откола коррелирует с максимальной деформации сжатия в крышке concrete.10 умеренные повреждения соответствует полному скалывания бетона и может быть предсказано использованием максимальной деформации сжатия в ядре concrete.10 Экспериментальные данные показывают, что минимальная и минимальные уровни ущерба определяются в первую очередь максимальный спрос на опытных деформации по столбцу, в отличие от кумулятивных, циклической деформации demand.18 Таким образом, максимальные значения ЭОД которые необходимы для прогнозирования этих повреждений уровнях.

Ущерб государства категориям в пределах объема ущерба значительные потери устойчивости включают бар и бар разрушения, эти государства страдают от циклической истории перемещения. Мало данных, однако, для использования в развивающихся истории зависит от ПРП. Таким образом, для нынешнего исследования, растяжения в экстремальных арматурного проката был избран местным ПРП. Это ПРП было предложено несколько researchers.2, 10,19

Данные о производительности TEST COLUMNS

Подмножество UW-PEER Структурные Database20 производительности был использован для оценки моделей и развития. Из 168 спиральные армированные колонке испытаний в базе данных, 37 считаются представитель современного строительства моста в зонах высокой сейсмичности и приведены в таблице 2. Каждый из 37 испытаний колонны ущерба наблюдениям исследователя и встретился со следующими разработать критерии, которые характеризуют современное колонны моста:

* Осевой нагрузки коэффициент P / [функция] ^ югу с ^ '^ ^ г югу меньше или равна 0,3, где Р колонке осевой нагрузки [функция] ^ C ^ югу' является конкретным прочность на сжатие, и ^ ^ г к югу является общая площадь сечения колонны;

* Спиральные шаг 6 ^ ^ к югу db или меньше, где дБ Диаметр продольной арматуры;

* Эффективное удержание отношение

... (1)

где

* Глубина слоя бетона над поперечной арматуры меньше или равно 0.1D, где D является диаметр колонны, а также

* Продольный коэффициент усиление меньше или равна 4%.

Ущерб государства сообщили исследователи и задокументированы в колонке database20 включать остаточной ширины трещины, первоначального растрескивание и отслаивание значительные и бар деформации. Для проведения испытаний приведены в таблице 2, однако, только начало охватывать отслаивание и лонжероном выпучивания сообщалось последовательно. Таким образом, только эти государства повреждения были использованы. Дрейф отношений соответствующего наблюдения этих повреждений государств приведены в таблице 2. Исследователи обычно оценку этих повреждений государства только в часы пик дрейфует перемещения истории, таким образом, об сугробы представляют верхняя для возникновения ущерба.

Сосредоточенными ПЛАСТИЧНОСТИ МОДЕЛИ

Различные численные модели могут быть использованы для прогнозирования колонке ответ на PBEE мостов. К ним относятся эффективные упругие жесткость, сосредоточенными пластичность и распространения пластичностью кадра элементов моделей, а также упругих и неупругих solidelement моделей. Из них сосредоточенными пластичности модели нелинейных моделей, которые чаще всего используются мост практикующих инженеров. Поскольку деформации сдвига в современной колонны моста с типичными пропорциями малы, 21 сосредоточенными пластичности модели количественно на основе изгибных мод ответ. На рисунке 1 показан типичный одного столбца мост кадра, а также фактических и предполагаемых кривизны распределений, соответствующих идеализированных нагрузки землетрясения. Два сосредоточенными пластичности разработки моделей рассмотрены в этом исследовании также показано на рисунке. Первое легко занятых на руку расчетов и была использована в practice.1 второй работает численная схема интеграции разработанных Скотт и Fenves22 которые были осуществлены в с открытым исходным кодом объектно-ориентированная структура код для analysis23, которая была разработана как часть Научно-исследовательская работа.

Сосредоточенными пластичности, а также называются пластиковой петли длины, модели были разработаны первоначально для ручного расчета предельных перемещения, 24 единой государственной деятельности. Однако в настоящее время этот тип модели используется для вычисления полного ответа циклические нагрузки перемещения колонн и других изгиб elements.6, 22,25,26 При применении сосредоточенными пластичности модели с фиксированным пластиковым петля длиной (ЛП в Рис. 1) для расчета нагрузки перемещения ответ столбца, несоответствие возникает. В частности, экспериментальные данные show21, что в регионе, над которыми неупругих деформаций является функцией спроса. Для малых требует перемещения колонны в основном остаются упругими, и неупругого деформирования является незначительным или сосредоточены на columnfoundation интерфейс. По мере увеличения спроса перемещения, неупругое действие распространяется до высоты колонны. Для моделирования этого явления, с переменной длиной модели (например, предложенный Lehman и Moehle21), а не fixedlength модели не требуется.

По ряду причин, однако, с фиксированной длиной пластиковых шарнирно-модель была принята для настоящего исследования. Во-первых, с фиксированной длиной пластиковых шарнирно-моделей в настоящее время доступна на commercial26 и research23 программного обеспечения и, следовательно, могут быть использованы немедленно практики и инженеров-исследователей. Во-вторых, после анализа имеющихся экспериментальных данных был сделан вывод о том, что нет достаточных данных, чтобы калибровка вообще применимо, переменная модели петли длины. В-третьих, существующие пластиковые петли длиной выражения были откалиброваны для предоставления точной имитации перемещения столбца, а не высоты, над которыми неупругих происходит действие. В-четвертых, результаты этого исследования показывают, фиксированной длины пластиковых шарнирно-модель может быть использована для точного прогнозирования колонке производительность для целого ряда уровня спроса, что является главной задачей.

Модель разработки для ручных расчетов

Предполагая, что деформации сдвига столбца малы, что разумное предположение, для современного моста колонны, 21 кривизны распределения обычно используют для ручных расчетов (рис. 1 (г)) приводит следующее определение перемещения в верхней части колонны,

... (2)

где М ^ ^ к югу базы и [прямой фи] M ^ ^ к югу базы момент и кривизна на базе колонны, (EI) ^ ^ эфф югу является эффективным изгибной жесткости колонке за пластиковые петли регионе, л ^ к югу р длина-пластического шарнира региона, а L длина колонны. Манипуляции с формулой. (2) смещение может быть выражено в терминах колонке кривизны

... (3)

где

... (4)

, где M ^ у ^ к югу это сила колонку первого урожая. Уравнение (3) может быть упрощена далее, предполагая, л ^ к югу р / L и M ^ ^ к югу базы / M ^ югу у ^ 1 малы и, что более высокого порядка можно пренебречь

... (5)

Это определение является привлекательным для использования в практике, так как требует только вычисления момент кривизны на урожайность и максимальную прочность на изгиб. Пристли и др. al.2 адаптированные формулы. (5), определив M ^ югу базы = M ^ и ^ к югу, конечная прочность на изгиб; M ^ югу у ^ = Mn, ACI 318-0527 номинальная прочность на изгиб, а также [прямой фи] M ^ югу базы = [прямая фи] ^ и ^ к югу, предельных кривизны. Текущего Колтранс сейсмических Дизайн Criteria1 работает формула. (5) с момента колонке кривизны ответ идеализируется как упруго-пластического такая, что M ^ югу базы = M ^ югу у ^ = M ^ к югу, где р ^ M ^ югу р является пластиковых момент и [прямой фи] M ^ ^ к югу база определяется равной кривизны потенциала колонны. В обоих случаях уравнение. (4) используется для вычисления [прямой фи] ^ югу у ^, с (EI) ^ ^ эфф югу равными (EI) ^ ^ к югу сек, секущей на момент выхода на момент кривизны кривой отклика.

Модель формула, разработанная Скотт и Fenves22

Соотношение определяется формулой. (5) не является идеальным для использования в структурных программного обеспечения для анализа, в которых: 1) перемещение столбца вычисляется по ряду требований момент, и 2) и выход конечной изгибной сильные и кривизны не рассчитывается перед анализом. Чтобы обеспечить сосредоточенными пластичности модели для использования в стандартное программное обеспечение, Скотт и Fenves22 предложил схему численного интегрирования силовых пучка колонке элемент, в котором неупругие деформации, как предполагалось, будет ограничиваться пластиковые петли регионах на концах элемента. В случае одного пластического шарнира в столбце базы, эта числовая схема интеграции используется квадратурная twopoint Гаусса-Radau правило * в области 0 в районе к югу 4L ^ р

... (6)

где (EI) ^ SUP SF ^ ^ ^ эфф югу SF является эффективным сечения жесткость за пластиковые петли регионе, подходящий для использования с Скотт-Fenves численная схема интеграции и все другие переменные, определенные ранее. Для сравнения с формулой. (5), уравнения. (6) может быть переписано в виде

... (7)

где

... (8)

Используя любой формуле. (5) или (6) прогнозировать перемещения столбца требует расчета нескольких модели и количество ответ: [прямой фи] M ^ ^ к югу базе соответствующих M ^ ^ базы к югу, и [прямой фи] ^ ^ к югу у соответствующих M ^ к югу уь (EI) ^ ^ эфф югу или (EI) ^ SUP SF ^ ^ ^ к югу SF эфф, и я ^ югу р. Расчет этих величин рассматривается в следующих разделах.

МОМЕНТ кривизны ОТВЕТ

Момент кривизны ответ требуется предсказать колонке перемещения. В данном исследовании момент кривизны ответ рассчитываются с использованием волокна модель колонны сечением. Напряженно-деформированное отношения замкнутых и неограниченных конкретных волокон определяется с помощью Popovics model28 с параметрами, предложенный Мандер al.29 др. Для того чтобы отразить текущую практику, бетон прочностью на растяжение не уделялось должного внимания. Напряженно-деформированное соотношение для арматурной стали было предсказано помощью билинейной модели реагирования. Радиальная схема дискретизации работал с 10 радиальных и поперечных 20 отделов только основных и пять радиальных и поперечных 20 отделов покрытия региона. Berry30 показывает, что этот уровень дискретизации обеспечивает точное моделирование изгиба ответ для круговой колонны моста.

Эффективные упругие ЖЕСТКОСТЬ

Для учета крекинга на высоте колонны, Пристли и др. al.2 рекомендуем использовать (EI) ^ ^ к югу сек при вычислении столбца перемещения. Такой подход будет принят в текущем Колтранс сейсмических Дизайн Criteria.1 Анкоридж скольжения колонны продольного армирования (или деформации проникновения в основу), однако, может привести к значительной ротации columnbase, даже в колонке урожая. Такая гибкость увеличивается колонке. Таким образом, эффективные сечения жесткость (EI) ^ ^ эфф к югу, необходимых для точного прогнозирования урожая перемещения, а также на других уровнях спроса перемещения, может быть существенно меньше, чем (EI) ^ ^ к югу сек.

Экспериментальные данные смещение доходности были использованы для разработки модели для определения эффективной изгибной жесткость, необходимую для расчета вручную (EI) ^ ^ эфф к югу, или с численным методом интеграции предложенный Скоттом и Fenves, 22 (EI) ^ ^ SF SUP SUP ^ ^ эфф югу SF. Используя уравнения. (5), который подходит для ручного расчета, перемещение столбца доходности рассчитывается как

... (9)

Используя уравнения. (6), которая вытекает из Скотт-Fenves22 сосредоточенными пластичности разработки, перемещения столбца доходности рассчитывается как

... (10)

Оценка уравнения. (10) показывает, что эффективная жесткость, (EI) ^ SUP SF ^ ^ ^ эфф к югу, используемый в модели компьютерного моделирования должна быть функция пластиковые петли длиной L ^ югу р. Это артефакт фиксированной пластиковой петли длины используемых в модели Скотт-Fenves.

Эффективное соотношение жесткости для ручных расчетов

Как правило, эффективные жесткости железобетонных компонент оценивается в зависимости от грубых, E ^ к югу с ^ I ^ г ^ к югу, или секущей, (EI) ^ ^ к югу сек, жесткость члена сечения. Чтобы определить надлежащие эффективные отношения жесткость колонны моста, измеренное смещение текучести данных и компьютерной момент кривизны данных ответа были использованы для образцов представлены в таблице 2. Для каждого образца, эффективного соотношения жесткости были вычисляется следующим образом

... (11)

... (12)

где E ^ с ^ к югу является конкретным модулем упругости определены в ACI 318-05,27 I ^ г ^ к югу является брутто-раздел момент инерции, (EI) ^ ^ эфф югу рассчитывается по формуле. (9) при Следует отметить, что измеряется смещение текучести включает перемещение изгиба по всей длине члена и фиксированной конце вращения в результате проникновения деформации продольной арматуры. Средние значения для образцов в таблице 2 оказались В таблице 3 приводится статистика по отношению к расчетных измеряется смещение текучести, где смещение текучести вычисляется по формуле. (9) в паре с формулой. (11) или (12).

Относительно большие различия в соотношении намерены вычислить смещение было обнаружено, когда средние значения? Г и Предыдущие research2 показывает, что эффективное увеличение жесткости с колонкой осевой нагрузки и процента армирования. Кроме того, Lehman и Moehle21 показали, что для учета бар скольжения в столбце базы, эффективный коэффициент жесткости можно ожидать, увеличивается с форматное соотношение L / D. 2 и 3 показывают, Рисунок 2 показывает, что значения R2 определения корреляции между Рисунок 3 показывает, что R2 ценности, которые определяют соотношение между

Это потому, что кривизны момент анализа, используемого для расчета (EI) ^ ^ к югу сек счета для столбца осевой нагрузки и продольных коэффициент усиления. Таким образом,

С учетом этих зависимостей уравнения. (13) и (14) были разработаны для улучшения прогнозирования

... (13)

... (14)

Коэффициентов в уравнении. (13) и (14) были вычислены: 1) сведения к минимуму коэффициента вариации (COV) отношения измеренных до рассчитанные смещения выхода для образцов приведены в таблице 2, с выходом перемещения рассчитывается эффективная жесткость определяется формулой . (13) и (11) или уравнения. (14) и (12) и 2) требуется среднее значение соотношение равно 1,0.

В таблице 3 приводится статистика соотношения расчетных tomeasured-выход перемещения для каждого из эффективных моделей жесткости. Эти данные показывают, что использование смещение текучести. Уравнения (13) и (14) обеспечить улучшенный метод для прогнозирования урожайности перемещения моста колонке.

Эффективные отношения жесткость Скотт и Fenves22 разработке элементов

Указанные уравнения для эффективного жесткость должна быть модифицирована для использования с сосредоточенными пластичности модели, например модели Скотт-Fenves. В этом типе модели, жесткости в пластиковой петли регионе определяется на всех уровнях, включая нагрузки preyield уровнях нагрузки, в момент анализа кривизны элемента сечения. Для модели Скотт-Fenves, необходимые модификации определяется путем приравнивания смещение текучести (вычисляется по формуле. (9)) с выходом перемещения (вычисляется по формуле. (10)). В результате изменений дается второй член в формуле. (15)

... (15)

где (EI) ^ ^ эфф югу могут быть вычислены с использованием либо E ^ с ^ к югу I ^ г ^ к югу (формула (11)) и (13)) или (EI) ^ ^ к югу сек (формула (12) и (14)).

PLASTIC-ПЕТЛИ ДЛИНА самовыражения

Сосредоточенными пластичностью модели требуют пластиковой петли длины выражение для расчета силы реакции отклонения. Предыдущие исследования привели ряд пластических шарниром длина выражения для оценки неупругих перемещения железобетонных балок и columns.2 ,31-33 Ни один из этих методов, однако, был разработан всеобъемлющий PBEE. В данной работе экспериментальные данные, приведенные в таблице 2, были использованы для оценки существующих и новых проявлений калибровки длины plastichinge для использования в PBEE, который требует ответа прогнозирования нагрузки и деформации, а также перемещения в начале разных уровнях повреждения.

Два наиболее часто используемых пластиковых петля длиной выражения были оценены: те, по Corley33 Пристли и др. al.2 выражение Корли зависит от диаметра колонки D и

л ^ к югу р = 0.5D (16)

Эта модель была откалибрована для прогнозирования предельных перемещения лучей. Корли модели привлекательны тем, что в его простоте. Кроме того, несколько researchers21, 32,34 сообщают, что модель обеспечивает хорошую оценку перемещения.

Пристли и др. al.2 обеспечить выражение, которое приходится как изгиб по длине колонки и фиксированной конце вращения, что приводит к деформации от проникновения колонны продольного армирования (облигаций деформации скольжения) в основу

л ^ к югу р = 0,22 0.08L [функция] ^ югу у ^ г ^ к югу Ь

л ^ к югу р = 0,15 0.08L [функция] ^ югу у ^ г ^ к югу Ь

где L-расстояние от критической секции до точки contraflexure, [функция] ^ у ^ к югу ожидаемый текучести колонке продольной арматуры и Л ^ к югу Ь является прутка диаметром продольной арматуры. Эта модель была разработана для оценки возможностей перемещения моста колонны и была принята Caltrans1 и адаптирован ATC/MCEER16, 17 для следующего поколения на основе оценки выполнения мост разработать руководящие принципы AASHTO.

Новая модель, предложенная и калибровку в рамках данного исследования представляет собой совокупность параметров, входящих в вышеупомянутые модели

... (18)

При этом, чем последний термин, который предназначен для представления зависимости от штамма проникновения, нормированная по отношению к ... для учета зависимости прочности от прочности бетона.

Ошибка расчета

PBEE железобетонных мостов требует прогнозирования бридж-столбец "сила-смещение реагирования и ущерб государства. Таким образом, погрешность измерения, используемых для оценки и калибровки пластиковой петли длины выражения включить разницу между предсказать и измерить loaddisplacement истории, а также различия в предсказал и измерять смещения в начале охватывать конкретные отслаивание и бар деформации. Разница между прогнозируемым и измеренных значений местного СИЗО, таких, как напряжение или вращения, был рассмотрен для использования, однако, лишь немногие из экспериментальных наборов данных, эти данные.

Погрешность частности пластиковой петли длины модели E ^ ^ тел к югу, была определена как

E ^ югу тел = ± 0,5 ° к югу ^ ^ нажмите 0.25E зр ^ ^ к югу 0.25E ^ бб ^ к югу (19)

где E ^ ^ толчок к югу это ошибки, связанные с моделированием ответ истории колонке "сила-смещение, и к югу E ^ зр ^ и Е ^ ^ к югу ВВ ошибка сроки, установленные COV соотношений измеренных до рассчитанные смещения в начале отслаивание и бар выпучивания, соответственно.

Для определенного набора значений

... (20)

где средняя относится к среднему значению за 37 столбцов в наборе данных, к индекс суммирования относится к особому перемещения столбца отзыв спрос на ответ истории, п от общего числа перемещения спроса значения, используемые для каждого столбца (п = 100), F ^ югу измерения, А ^ является измеряется сила сдвига столбца в А-м смещение спроса, F ^ югу известковый, А ^ является расчетной силы сдвига столбца на А-го уровня спроса перемещения, а также максимальное измеряемое силы сдвига столбца определяется для каждого образца.

Ошибка термины, связанные с отдельными государствами ущерб, E ^ югу зр ^ и Е ^ ^ бб югу, были определены

... (21)

где COV ссылается на коэффициент вариации более 37 столбцов, перечисленных в таблице 2; ; вычислены, чтобы все члены в уравнении. (19) имеют сходные magnitudes.30

Для вычисления ошибки для каждой пластиковой петли длины выражения, оценки пятна, на которых spalling и бар выпучивания инициировать не требуется. Для заданной длины пластического шарнира (например, конкретный набор значений наблюдается spalling смещения Эта величина была использована для определения COV смещения соотношения входящих в уравнение. (21). Аналогичный процесс был использован, чтобы вычислить COV смещения соотношения для начала бар деформации. Для обоих spalling и бар выпучивания COV ценностей, а также промежуточные данные, необходимые для вычисления этих значений приведены в таблице 4.

Несколько более сложный процесс был использован для улучшения прогнозирования и смещения в начале бар деформации. Берри и Eberhard11 предложил, чтобы в круг вероятных проектных параметров столбца, напряжение в начале бар выпучивания ( Данные на рис. 4 показывают, что Чтобы учесть эту тенденцию, деформации изгиба в баре была рассчитана

где

В частности пластиковой петли длины, рассчитанные смещения в начале бар выпучивания были определены: 1) расчета максимальной деформации растяжения в экстремальных продольной арматуры на изгиб наблюдается смещения к югу 2) калибровочного уравнения. (22) чтобы наилучшим образом удовлетворить растяжения данных, 3) расчета Эта величина была использована для определения COV перемещения соотношение показано в формуле. (21). Это значение и промежуточных данных, необходимых для вычисления этого значения приведены в таблице 4.

Выбор новой пластиковой петли длины выражения

Использование ошибки мера, определенная по формуле. (19), два выражения plastichinge длина были определены: оптимальные и выражения рекомендуется для использования на практике. Первоначально общедоступных оптимизации algorithms35 были использованы для определения параметров выражения. Функция ошибок, однако, оказалась достаточно квартиру в районе минимума и задачи выставки бедных характеристики сходимости. Таким образом, второй подход был принят в которых значения параметров в hingelength выражение (уравнение (18)) были разнообразны по правдоподобным диапазон, погрешность функция вычисляется для каждого plastichinge длины, а результаты оценивались по стоимости функции ошибок, чтобы определить лучшие модели.

Минимальное значение функции ошибок для всех правдоподобным пластиковой петли длины дал

... (23а)

... (23b)

что привело к югу E ^ бб = 8,05 и COVs на отслаивание и бар выпучивания штаммов 29 и 47% (табл. 4). Данные, представленные на Berry30 показывают, что влияние длины колонки L и диаметра D на перемещение коррелируют, объясняя потери D в формуле. (23) (и уравнение. (24)).

Учитывая плоскость функция ошибок, коэффициенты в выражении петли длины может быть упрощена с минимальным воздействием на ошибку. Рекомендованный выражение для использования в дизайн

... (24а)

... (24, б)

Дизайн выражения приводит к небольшому увеличению ошибки измерения (8,09 по сравнению с 8,05) по сравнению с оптимальной выражения и результаты аналогичных значений для COVs предсказал деформации значения (29,9% и 48,2%). Для использования в сочетании с выражением, штамм значения обозначают начало отслаивание и потери устойчивости являются

Рисунок 5 показывает сила-смещение ответ предсказал через основное пластиковой петли длины выражение, приведенное в формуле. (24) для столбцов с различными осевой нагрузки и пропорций. Сопоставление прогнозируемой реакции и конверт для ответа измеряется циклические (для пластичных колонки, существенных различий между циклическими конверт и монотонный ответ как правило, не наблюдается, пока бар изгиба происходит). Эти данные показывают, что предложенный пластиковой петли длины выражения приводит точные предсказания реакции.

Сравнение существующих и предлагаемых пластиковой петли длины выражения

Функция ошибок (уравнение (19)) и деформаций при отслаивание и бар выпучивания были рассчитаны также с использованием пластиковых шарниром длины выражений Corley33 и Paulay и Priestley34 и новые выражения для эффективных упругих деформаций жесткость и в баре деформации. В таблице 4 представлены данные для сравнения новых и существующих пластиковой петли длины выражений. Существующих выражений в результате ошибки значения, от 5 до 10% больше, чем предлагаемые выражение, Corley33 длина plastichinge в результате крупных ошибок. COV в штамме в начале бар изгиба значительно выше существующих выражений (19 до 44%). Все выражения, однако, предсказать нагрузки перемещения истории и начальных откола одинаково хорошо. В целом предлагаемые пластиковые петли длиной метод обеспечивает инженер с более эффективным инструментом для прогнозирования реакции и показателей в диапазоне от землетрясения требований и ущерба уровня, необходимого для PBEE.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

Сосредоточенными пластиковые модели практичных и эффективных методов для прогнозирования сейсмической выполнения пластичных колонны моста. Эта модель может быть использована для вычисления ответа, в том числе ключевые государства ущерба, путем вычисления вручную или с помощью программного обеспечения для нелинейного анализа. Реализация модели в программе структурной программного обеспечения для анализа требует использования силовых пучка колонке элемент, который работает конкретный численный метод интеграции, примером которой осуществляется в программном обеспечении program23 и обобщены в настоящем документе. В любом случае, сосредоточенными пластичности модель требует уточнения эффективной изгибной жесткости за пластиковые петли регионе и пластиковой петли длины.

В этом исследовании, выражения были разработаны для использования с существующими сосредоточенными пластичности моделей заранее на основе оценки выполнения дизайн моста колонны. Опираясь на имеющиеся данные yielddisplacement, выражения были разработаны для оценки эффективных упругих жесткости моста колонке в зависимости либо грубое или секущей сечения жесткость. Оба выражения зависит от пропорции колонны. Валового выражение жесткости разделе, также зависит от осевой нагрузки и соотношения продольных арматуры; секущая жесткость непосредственно учитывает эти параметры и они не требуются в выражении.

Опираясь на имеющиеся реагирования и повреждения данных, выражение была разработана с целью определить пластиковой петли длины в зависимости от длины колонки и ... , Мера крепления спроса bondstress. Потому что PBEE моста колонны требует прогнозирования ответ силы перемещения, а также начала ущерб государства, пластиковые петли длиной выражения была разработана с целью свести к минимуму ошибки мерой, которая является функцией обоих. Имеющиеся данные также были использованы для определения деформации, соответствующие начала откола и бар выпучивания, эти деформации значения характерны для пластиковой петли длины слова.

Предлагаемые пластиковые петли длиной выражение оценивается путем сравнения с ранее предложенного выражения. Результаты показывают, что существующих выражений в сочетании с эффективной выражения жесткость и напряжение ограничения (характерные для пластиковой петли длины выражение) рекомендовал в настоящем документе, обеспечить адекватную оценку "сила-смещение ответ и перемещения, при котором различные уровни повреждения были достигнуты. Повышение точности в предсказании перемещения в баре потери устойчивости может быть достигнуто, если петля длиной выражение разработаны в рамках данного исследования используется. Точность, с которой нагрузка-смещение истории и начала откола прогнозам, однако, одинакова для рассмотрел существующих и предлагаемых пластиковой петли длины выражений.

Авторы

Разработка этого документа не было бы возможным без поддержки и руководством J. Мол, кто помог организовать и поддержать усилия предварительного исследования, а господин Эберхард, которые предоставили ценные советы и взгляд на процесс и результаты исследований. Эта статья представляет собой часть исследований кандидат первого автора, которая была поддержана сейсмостойкого строительства Программа научно-исследовательских центров Национального научного фонда, в соответствии премии Количество ЕЭС 9701568 через Тихий океан Землетрясение Engineering Research (ПЕЕР) центр. Эта поддержка выражается искренняя признательность. Исследований не было возможно без экспериментальных данных, предоставляемых исследователей приведены в таблице 2. Авторы благодарят за их использование данных.

* Две точки Гаусса-Radau квадратурных правило применяется в регионе приводит к квадратурных точках х = 0 и х = 8/3l югу ^ р ^ с весами L ^ р к югу и к югу 3L ^ р, соответственно.

[Кинжал] Применение две точки квадратур Гаусса правило приводит к квадратурных точках х = 4l ^ югу р ^ (1 / 2) (L ^ 4L югу р ^)... каждый с высоты (1 / 2) (L ^ 4L югу р). Столбец предполагается, что нелинейные отношения момента кривизны только в области х

Ссылки

1. Калифорнийский департамент транспорта, критерии сейсмостойкости, версия 1.3, Колтранс, Сакраменто, Калифорния, 2004, 101 с.

2. Пристли, MJN; Seible, F.; и Кальви, ГМ, сейсмических Дизайн и модернизации мостов, Wiley Interscience, Нью-Йорк, 1996, 704 с.

3. Яшинский, М., повреждения мостов и дорог от землетрясения Нортридж, Калифорния отдела горнорудной промышленности и геологии, Сакраменто, Калифорния, 1995.

4. Ranf, T.; Эберхард, M.; и Мэлоун, S., "после землетрясения приоритетов моста инспекции," Землетрясение Spectra, EERI, февраль 2007, с. 131-146.

5. Прикладных технологий Совета, "Мост ущерб оценки данных в Калифорнии", АТС-13 доклада, Редвуд Сити, Калифорния, 1985.

6. Прикладных технологий Совета "Совершенствование критерии сейсмостойкости в Калифорнию, мосты предварительных рекомендаций", АТС-32 доклада, прикладным технологиям Совета, Редвуд Сити, Калифорния, 1996, 365 с.

7. Корнелл, А., Krawinkler, H., "Успехи и проблемы оценки сейсмической эффективности", ЭКСПЕРТНЫЙ Новости, апрель 2000, стр. 2.

8. Прикладных технологий Совета, "Инженерная Спрос параметров структурной системы набора," ATC-58 задач проекта доклада, Фаза 2, задача 2,2, Редвуд Сити, Калифорния, 2004.

9. Берри, М., Эберхард, MO, "Оценка ущерба при изгибе в железобетонных колонн," равный Research Report, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния, 2003, 162 с.

10. Lehman, DE; Мол, JP; Махин, SA; Калдерон, AC и Генри, H., "Экспериментальная оценка сейсмической Положения дизайн для круговой железобетонных колонн," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 130, № 6 , 2004, с. 869-879.

11. Берри, М., Эберхард, MO, "Практическая модель производительность для адвокатов Устойчивость" Журнал строительной техники, ASCE, В. 131, № 7, 2005, с. 1060-1070.

12. Пагни, CA, и Лоус Л.Н., "Хрупкость функций для пожилых железобетонных шарниры Луч-Column", землетрясение Spectra, Т. 22, № 1, 2006, с. 215-238.

13. Пагни, CA, "Моделирование структурных повреждений пожилых железобетонных компоненты," MS Диссертация, Университет штата Вашингтон, Сиэтл, Вашингтон, 2003, 124 с.

14. Lehman, DE; Елкин, SJ; Nacamuli, AM; и Мол, ДП, "Ремонт поврежденных землетрясением Колонны мост", ACI Структурные Journal, В. 98, № 2, март-апрель 2001, с. 233-242.

15. Алир Д. А. Сейсмические оценка существующих неограниченном железобетонной балки-Column шарниры ", МСЦ Диссертация, Университет штата Вашингтон, Сиэтл, Вашингтон, 2002, 250 с.

16. ATC / MCEER совместное предприятие, "Рекомендуемая LRFD Руководящие принципы для сейсмических Дизайн автодорожных мостов", АТС-49 Доклад, Часть I: Технические характеристики, Редвуд Сити, Калифорния, 2003.

17. ATC / MCEER совместное предприятие, "Рекомендуемая LRFD Руководящие принципы для сейсмических Дизайн автодорожных мостов, АТС-49 доклада, часть II: Комментарий и приложения, Редвуд Сити, Калифорния, 2003.

18. Kunnath, S.; Эль-Bahy, A.; Тейлор, A.; и камень, W., "Cumulative сейсмических повреждения железобетонных моста Пирс", NCEER Доклад 97-0006, Буффало, штат Нью-Йорк, 1997.

19. Мойер, М., Ковалски, М., "Влияние напряженности Нагрузка на выпучивания арматуры в Колонном RC мост", Research Report, Департамент строительства, Государственного университета Северной Каролины, Роли, штат Северная Каролина, 2001.

20. Берри, M.; приход, M.; и Эберхард, М., "контроллера Структурные производительности базы данных пользователя," равный Research Report, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния, 2004, <A HREF = "http:// nisee.berkeley.edu / СПД "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://nisee.berkeley.edu/spd </ A>.

21. Lehman, DE, а Мол, ДП, "Performance основе сейсмических Дизайн Ну-замкнутых железобетонные колонны," равный Research Report 1998/01, Калифорнийский университет в Беркли, Беркли, Калифорния, 2000, 316 с.

22. Скотт М., Fenves Г., Пластиковые Петля интеграции методы силового Луч-Column Elements "Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 132, № 2, с. 244-252.

23. OpenSees, версия 1.7.0, <a target="_blank" href="http://opensees.berkeley.edu" rel="nofollow"> http://opensees.berkeley.edu </ A>, по состоянию на январь 18, 2005.

24. Парк Р., Paulay, T., железобетонных конструкций, John Wiley и Sons, Inc, Нью-Йорк, 1975, 744 с.

25. Американское общество гражданских инженеров ", МЧС 356: Prestandard и комментарии для сейсмических реабилитации зданий и сооружений", Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, Вашингтон, DC, 2000.

26. SAP2000 версии 10.0.9, Компьютеры и сооружений, 2006, http:// <a target="_blank" href="http://www.csiberkeley.com" <rel="nofollow"> www.csiberkeley.com / >.

27. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-05) и Комментарии (318R-05)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2005, 430 с.

28. Popovics, S., "численный подход к Полная Стресс деформирования для бетона", цемента и бетона исследований, В. 3, № 5, 1973, с. 583-599.

29. Мандер, JB; Пристли, MJN и Парк Р., "Теоретические модели напряженно-деформированного для замкнутых Бетон," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 114, № 8, 1988, с. 1804-1825.

30. Берри, М., "Эффективность стратегии моделирования современных железобетонных колонн," Кандидатская диссертация, Университет штата Вашингтон, Сиэтл, Вашингтон, 2006, 159 с.

31. Сойер, HA, "Проектирование бетонных Рамки для Два Неспособность государства," Труды Международного симпозиума по изгиб механики из железобетона, 1964, с. 405-431.

32. Бейкер, ALL, Ultimate Теория Нагрузка на дизайн армированных и предварительно напряженного бетона Рамы, бетона Публикации ООО, Лондон, Великобритания, 91 с.

33. Корли, GW, "Вращательный Пропускная способность железобетонных балок," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 92, № ST5, 1966, с. 121-146.

34. Paulay, T., и Пристли, MJN, сейсмическая Дизайн железобетонных и каменных зданий, М. Interscience, Нью-Йорк, 1992, 768 с.

35. Matlab, Версия 7.1, 2005, <a target="_blank" href="http://www.mathworks.com" <rel="nofollow"> http://www.mathworks.com / A>.

Michael P. Берри профессора научным сотрудником в отделе строительства в Университет штата Монтана, Бозман, Монтана. Он получил степень бакалавра в колледже Кэрролл и его МС и кандидатскую степень в Университете штата Вашингтон, Сиэтл, штат Вашингтон. Его исследовательские интересы включают на основе оценки выполнения сейсмических инженерно мостов.

Входящие в состав МСА Дон Э. Леман является профессором в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Университете штата Вашингтон. Она получила степень бакалавра Университета Тафтса, Медфорд, штат Массачусетс, Мэн и ее, и кандидатскую степень в Университете Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния. Она является членом комитетов МСА 341, сейсмостойкость железобетонных мостов; 374, основанным на показателях деятельности проектирование сейсмостойких зданий и сооружений бетона, а также совместное ACI-ASCE Комитет 352, узлов и соединений в монолитных бетонных конструкций. Ее исследовательские интересы включают проектирование сейсмостойких сооружений из железобетона и композитных материалов.

Входящие в состав МСА Лаура Н. Лоус является адъюнкт-профессором в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Университете штата Вашингтон. Она получила степень бакалавра в Вашингтонском университете и степень магистра и докторскую степень в Калифорнийском университете в Беркли. Она является председателем Совместной ACI-ASCE Комитет 447, анализ методом конечных элементов железобетонных конструкций.

Ее исследовательские интересы включают анализ конкретных структур.