Рациональный подход для прогнозирования напряжения в пучках с несвязанных Сухожилия

Эта статья представляет собой рациональный подход для анализа бетонных балок с предварительно напряженной несвязанных сухожилий. Предлагаемая методология считает, света и сухожилия, как скрутили система наведения, которая позволяет по рациональному использованию равновесия и уравнения совместности, а также закон сохранения энергии для прогнозирования общего поведения на различных уровнях нагрузки. Методика была проверена с использованием результатов испытаний, проведенных в общей сложности 25 высокопрочного бетона (HSC) пучков, а также данные испытаний в литературе. Различные параметры, такие как площадь арматурной стали, бетона, площадь напрягаемой стали эффективным предварительного напряжения, и охватывают углубленного отношение, были рассмотрены. Результаты экспериментального исследования включают прогиб и напряжения в напрягаемой нитей, арматурной стали и бетона. На основании аналитического исследования, уравнения для прогнозирования напряжения на конечной было получено. По сравнению с результатами экспериментов, как анализ модели и уравнения предсказал подчеркивает точно ..

Ключевые слова: отклонение; конечных элементов; высокопрочного бетона, нелинейный анализ; из предварительно напряженного железобетона; несвязанных сухожилия.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

С начала 1950-х годов, много экспериментальных и аналитических исследований было проведено для оценки напряжений на конечной в несвязанных сухожилий. Многие researchers1-8 проверили нормальной прочности бетонных балок с предварительно напряженной несвязанных сухожилий и предложил уравнений прогнозирования и аналитической models.8-19 Большинство из тех, прогноз уравнений или аналитических моделей эмпирических и применялось в конечной предельное состояние только. Методологии, необходимые для расчета балок с несвязанных сухожилий будет применяться на различных государств предел, в том числе трещин, работоспособность, и на других уровнях нагрузки.

Общий метод для прогнозирования напряжения в несвязанных сухожилие на конечной, [функция] ^ ^ пс к югу, чтобы установить, увеличение напряжения вызваны любым действием внешней нагрузки. Оценка сухожилия напряжений в бетонных балок с предварительно напряженной несвязанных сухожилия, однако, представляет собой сложную задачу из-за отсутствия деформации совместимости сухожилия и окружающие бетона. В лучах с связанного сухожилий, изменения в сухожилии напряжение в любом сечении равна изменению напряжения в бетоне разделе. Напряжений увеличение несвязанных сухожилия зависит от деформации всей членом, а не анализ одного раздела, а также взаимодействия между бетонной балки и предварительного напряжения сухожилия. Такое поведение представляет собой сложную задачу в разработке рациональных аналитические модели, которые могут применяться на различных уровнях нагрузки и предельных состояний. Существует необходимость в создании рациональных решений путем введения взаимосвязи между стрессом и сухожилия членов деформации.

Кроме того, любая аналитическая модель должна быть основана на механике системы и не должно зависеть только от свойств материала и эмпирических результатов эксперимента. Экспериментальные результаты с начала испытания не может представлять данный вид материалов и точность измерений ..

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эта статья представляет собой рациональное решение для прогнозирования ответа изгиб балок с предварительно напряженной несвязанных сухожилий. Несмотря на свою простоту расчета, ACI 318-02 Code20 уравнения (формула (18-4) и (18-5)) на основе экспериментальных данных из балок с предварительно напряженной стали сухожилий и не распространяется на другие материалы, сухожилий (например, армированных волокном полимера [FRP] сухожилия) или пучков с сочетанием несвязанных и кабального сухожилий. Об исследованиях в этой бумаги позволяет лучше понять поведение высокопрочного бетона (HSC) предварительно напряженных пучков несвязанных с сухожилий и обеспечивает рациональное моделей, применимых к любой материал и напрягаемой условие при любой нагрузке уровне.

ИСТОРИЯ

Обширный обзор исследований, связанных с анализа, проектирования и моделирования балок с предварительно напряженной несвязанных сухожилий, представленный Нааман и "Аль-Хаири, 12,18 и др. Allouche., 21 и др. Нааман., 15, показывает, что различные факторы влияют на напряжений увеличение несвязанных сухожилия. Эти факторы включают в себя конкретные функции [силы к югу ^] 'с ^, площадь предварительно напряженных Aps усиление, площадь nonprestressed подкрепление к югу ^ S ^, пролет углубленного отношение L / D ^ к югу р и эффективного функционирования [предварительного напряжения] ^ ^ пс к югу. Baker22 представил связи снижение коэффициента F, который представляет собой отношение средней конкретные деформации прилегающих к стали максимально конкретными деформации прилегающих к стали. Нееман и Alkhairi12 разработали дизайн уравнения на основе связи коэффициента редукции Их предлагается уравнение выставлены удовлетворительно согласуются с экспериментальными результатами.

Ли и др. al.14 предложил уравнение дизайн, основанный на совместимости деформации и регрессионного анализа. Влияние spandepth отношение L / D ^ р к югу от напряжения увеличение несвязанных сухожилия был также рассмотрен. Сделан вывод, что действия эффекта перекрытия углубленного отношение L / D ^ к югу р сомнительно, на том основании, что стресс от сухожилий может быстро увеличить в образце, который имеет маленькую площадь сухожилия. Уравнение деформации совместимость, похожий на тот, который предлагает Harajli, 10 была использована для расчета напряжений в сухожилии. Коэффициенты были изучены с помощью регрессионного анализа, что и объясняет удовлетворительная корреляция с данными, используемыми при проверке предлагаемого уравнения дизайна.

Au и Du17 а также Pannell2 также предложили расчетная формула на основе пластических деформаций с использованием соотношения [прямо фи] эквивалентной длины пластической области к югу L ^ 0 ^ к нейтральной оси глубины конечной C ([прямой фи] = L ^ ^ к югу 0 / с). Расчетная формула была разработана значение [прямой фи] = 9,3 аналогично Ли и др. al.14 на основе регрессионного анализа и экспериментальных данных.

В целом, большинство опубликованных исследований в этой области под сомнение точность уравнения ACI Code20 для прогнозирования напряжения в несвязанных сухожилие на конечной, которая дается следующим

... (1a)

... (1b)

После многих предложенных уравнений прогнозирования, уравнение ACI Code20, который разработан и др. Мэтток al.8 и впоследствии изменен Mojtahedi энд Гэмбл ", 9 до сих пор доказывает свою актуальность и возможность работы в Code.20 уравнения ACI Code20 на основе лучших совпадение с экспериментальными данными в то время и рассмотреть изменение L / D ^ к югу р соотношение эмпирически, не принимая при загрузке во внимание. Но нет четкого понимания механизма и взаимодействие света и сухожилия системы можно найти в литературе. Кроме того, большинство других уравнений прогнозирования имеющиеся в литературе, хотя, начиная с теоретических основ, были завершены эмпирически, опираясь на различные коэффициенты, полученные из экспериментальных данных и испытаний балок. Существует необходимость понять общее поведение несвязанных сухожилий помощью рациональной процедуры, которые могут применяться на различных уровнях нагрузки.

Экспериментальная программа

Цель экспериментальной программы было определить общее поведение HSC пучков несвязанных с предварительно напряженных сухожилий. В общей сложности 25 опертой HSC пучков несвязанных с предварительно напряженных сухожилий были отлиты и испытаны на провал. Таблица 1 показывает подробную информацию обо всех пучка образцов. Результаты испытаний были использованы для проверки аналитической модели, разработанной для прогнозирования общего балок с несвязанных сухожилий. Основные параметры рассматриваются в программу испытаний были: 1) конкретные сжимающие напряжения, 2) области nonprestressed стали, 3) область предварительно напряженных стали, 4) эффективный напрягаемой стресса и 5) охватывают углубленного отношение L / D ^ к югу р . В следующем разделе приводится общее описание испытательных образцов, свойства материала и аппаратуры установки, процесс погрузки и прогиба от нагрузки ответ.

Луч геометрии и испытательных образцов

Все образцы были пучка опертой, предварительно напряженные с прямым профилем сухожилие, и испытываться в соответствии с третьей точкой загрузки системы. На рисунке 1 показано типичное сечение и высота пучка образцов. В таблице 1 приведены геометрические параметры для всех 25 образцов. Для каждого пучка, частичного предварительного напряжения соотношение (PPR), введенные Нааман и др. al.18 и комбинированный индекс арматуры (

... (2)

... (3)

PPR и (

Свойства материалов

Высокопрочный бетон-выбор пропорций смеси был основан на нескольких смесей судебного разбирательства и их drycured 28-дневного прочность на сжатие, а также работоспособность смеси. Средний сухой вылечить 28-дневного прочность на сжатие от выбранной смеси 11,6 KSI (80 МПа).

Предварительное напряжение сталь-Grade 270 (1862 МПа), семь проволоки стресс-освобожден нитей номинальной площади 0,085 дюйма SUP ^ ^ 2 (54,8 мм ^ 2 ^ SUP) для пучков 1 и 17, и 0,153 дюйма ^ SUP 2 ^ (98,7 мм ^ 2 ^ SUP) для всех других пучков были использованы в качестве основной напрягаемой арматуры. Текучести преднапрягающей нити, используемые в испытаниях были 260 и 245 KSI (1793 и 1689 МПа), конечной силы были 285 и 270 KSI (1965 и 1862 МПа), а также модули упругости были 28590 и 27250 KSI (197 и 188 ГПа), соответственно, 0,085 дюйма SUP ^ ^ 2 (54,8 мм ^ 2 ^ SUP) и 0,153 дюйма SUP ^ ^ 2 (98,7 мм ^ 2 ^ SUP).

Арматурная сталь-изгиб арматурной стали, используемые в экспериментальной программе состоит из № 3, № 4 и № 5 (D10, D13, D16 и) деформированных баров, класс 60 (414 МПа), для связанных nonprestressed подкрепления. Shear стремена были сделаны из № 2 (D6) прутки и им были предоставлены на 3 дюйма (76 мм) центра к центру расстояние сдвига оболочка всех образцов. В зоне сжатия, две продольные прутки, 1 / 8 дюйма (3 мм) в диаметре, были использованы для поддержки сдвига стремена.

Приборостроения пучка образцов

Рис 2 () показывает обзор загрузки кадра, а также расположение линейного перемещения преобразователей напряжения (LVDT), электрические датчики деформации, а нагрузка на клетки пучка образца. Электрические датчики деформации, были прикреплены к центру каждой арматурной стали баре и на отдельные провода семь проволоки предварительного натяжения нитей. Для пучков 9 и 12, 120 Ом спираль напряженности измерения деформации gauge23 был использован в дополнение к фольги тензодатчиков. Рис 2 (б) показывает, штамм sensor23, состоящий из прочного пластика оболочкой сопротивления проволоки, простирается между двумя жесткими каучука конце якоря с 19 дюйма (480 мм) длины. Данный манометр обеспечивает более точные показания деформации по сравнению с тензодатчика фольги. Рис 2 (с) показывает 50 кип (250 кН) динамометр помещены в конце якорь пучка двух опорных пластин. Нагрузки клетки были использованы для измерения силы в ходе предварительного напряжения стали угона процесса и тестирования пучка. Кроме того, два набора датчиков, наклеенных на берег с обоих концов были использованы для контроля проскальзывания и роликовые движения в ходе испытания.

LVDT с 6 дюймов (150 мм) Диапазон мощностей для измерения прогиба в середине пролета, а также два дополнительных LVDTs с 2 дюйма (50 мм) Диапазон возможностей были использованы для определения конкретных нагрузку на верхней волокон пучка образца. Испытательная нагрузка была применена 100 кип (450 кН) динамометр с 0,5 кип (2,25 кН) шагом. Напрягаемой процесс был проведен в день тестирования, 28 дней после пучка был брошен. Все LVDTs, тензодатчики, и нагрузки клетки были подключены к системе сбора данных. Сухожилие в образце pretensioned до начала испытания, а также эффективное преднапрягающей силы в сухожилиях колебалась от 50 до 70% от предела прочности нитей. Третья точка загрузки был применен при помощи стальных клиньев при I-луча и ролика на испытательной машине, которая была связана с 100 кип (450 кН) гидравлический домкрат. Все пучков были загружены до отказа с постоянной скоростью загрузки. Все пучков провалились из-за дробления бетона после nonprestressed укрепление достиг своего предела текучести.

Шесть 6 х 12 дюймов (152 х 305 мм) конкретного цилиндра образцы были протестированы для получения модуль упругости, прочность на сжатие, прочность на растяжение, и общее напряженно-деформированное отношение ..

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

Поведение образцов было характерно, что частично предварительно напряженные балки. Прогиба от нагрузки отношения выставлены три этапа: 1) без трещин упругой, 2) трещины упругих и 3) пластика. В первом этапе приложения нагрузки и пучок на грани растрескиванию; на втором этапе, пучок трещин и nonprestressed укрепление вот-вот достигнет своего предела текучести, а в третьей стадии, nonprestressed подкрепление может достигать его текучести и конкретные давит. Длительность третьего этапа зависит от PPR и укрепление индексов, поскольку nonprestressed подкрепление не обязательно достигнет своего предела текучести. Все пучков были разработаны для underreinforced; nonprestressed стали достиг своего предела текучести до отказа и выставлены разрушение при изгибе в зоне максимального момента, рядом с одним из сосредоточенных нагрузок.

Таблица 2 показывает, измеряемые и рассчитываемые ответы на все пучком образцов с точки зрения предельное напряжение и стресс увеличение сухожилие на конечной. Он отметил, что в Балки 1 и 17, имеющие низкий PPR, несколько трещин между двумя точками загрузки в растянутой зоне сложились с самого мелкого дробления конкретные зоны на провал. В качестве значения PPR уменьшилось, количество трещин увеличивается, а конкретные зоны дробления углубляется. Подробнее резких изменений в число трещин не наблюдалось с изменением укрепления индекса ( На рисунке 3 показана трещины моделей при отказе пучки с различной области nonprestressed стали. Он отметил, что Балки 8 и 13, с ^ к югу ы = 0, было только три трещины в области максимального момента. Кроме того, отмечается, что укрепление индекса увеличилось число трещин также увеличилась с изгиб трещины развиваться за пределами области максимального момента. Для пучков с разной [функция ^ к югу] 'с ^, никакого существенного изменения в количество трещин (от 12 до 14 трещин в среднем) не наблюдалось.

Большинство трещин расположенных на средней длины в середине пролета 55 дюйма (1397 мм). Было также отмечено, что наличие nonprestressed укрепление увеличить несущую балку 2, 8, 9, 12, 13, 14 и 15 ..