Прочность на изгиб Дизайн бетонных балок Усиленный высокопрочной стали бары
Эта статья представляет методологию для изгибных дизайн силы бетонных балок, армированных высокопрочной арматурной стали, которая соответствует требованиям ASTM A1035-07. Дизайн Метод основан на простых методов анализа, которые удовлетворяют основные принципы равновесия и совместимости. Напряжение ограничения для натяжных контролируемых сечений и сжатия контролируемых разделах предлагается, которые согласуются с подходом, текущих и прошлых ACI 318 кодов. Предлагаемого метода по сравнению с результатами экспериментов сообщалось ранее другими. Применение предлагаемого метода демонстрируется на примере численного дизайна.
Ключевые слова: изгиб; изгиб дизайн, высокопрочный арматуры; высокопрочных сталей; арматура; прочность конструкции.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время стали повышенной прочности укрепления соответствующей ASTM A1035-071 был разработан. Напряженно-деформированного характеристики укрепление существенно отличаются от обычных Grade 60 (400 МПа), стальной арматуры. Новый стали значительно сильнее, чем обычные арматуры и не имеет четко определенного предела текучести. Есть несколько практических преимуществ в использовании этой новой высокопрочных материалов, в том числе снижение заторов в значительной степени усилить членов, улучшения бетонных, экономии затрат труда, сокращение сроков строительства, а в некоторых случаях, повышенной устойчивостью к коррозии.
Исследования по использованию высокопрочной стали, арматуры для железобетонных членов осуществляемого на протяжении некоторого времени. Изгибных поведение бетонных балок, армированных высокопрочной арматуры была исследована экспериментально в ряде researchers.2-4 имеющихся исследований указывает, что при надлежащей организации пучков армированные высокопрочной арматуры достигнет аналогичными характеристиками силы пучков с обычными усилить подкрепление стали.
Другие исследования показали, что высокопрочной арматуры могут быть эффективно использованы в качестве замены обычной арматуры для обычных железобетонных мостов decks.5 исследования показывают, что в связи с использованием высокопрочных арматуры, необходимых области стали может быть уменьшена до 33% при сохранении сопоставимых поведение мост палубы усилены с обычными Grade 60 (400 МПа) стали. Детализация требований, в том числе силу стержней и облигаций характеристики, также были investigated5 и дополнительных исследований ведется в нескольких университетах.
В дополнение к текущих исследований в этой области, в недавней публикации ASTM A1035-071, которые излагаются структурные характеристики с низкими выбросами углерода и бары стали еще больше упростит использование высокопрочной стали в качестве армирующего для железобетонных конструкций. Стандарт определяет два сорта высокопрочной стали: Класс 100 и 120 (690 и 830 МПа). Он предупреждает дизайнеров, однако, что нынешние требования к конструкции ограничить допустимый на прочность подкреплений к 80 KSI (550 МПа). Это ограничение не позволяет в полной мере инженеры с помощью усовершенствованного прочностных характеристик этих материалов и, следовательно, представляет собой практический препятствием для передачи технологии для инженерного сообщества.
Чтобы отменить 80 KSI (+550 МПа) текучести ограничения тока ACI +318 Кодекса, методологию проектирования предлагается на основе принятых технологических принципов и методов анализа. Предлагается методология проектирования показывает, что предел прочности при изгибе членов высокопрочных армированных стальной будут сопоставимы с изгиб членов разработан в соответствии с действующими положениями дизайна.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эта статья представляет собой методологию проектирования, в аналогичном формате нынешнего МСА 318 положений, для изгибных дизайн силы бетонных балок, армированных ASTM A1035-071 Оценка 100 (690 МПа), стальной прокат. Обсуждение ограничивается арматуры с напряженно-деформированного характеристики, которые схожи с высокопрочной стали коммерческое название MMFX, однако предложенная концепция дизайна справедливо для любой высокопрочной стали, которые не обладают отдельные плато урожая. Предлагаемого напряженности контролируемых пределах деформации обеспечить, что штамм, кривизну и отклонения деформируемость соотношения пучков разработан в соответствии с предлагаемой методологией можно сравнить с отношениями для пучков разработан в соответствии с текущими и предыдущими ACI 318 положений. Предлагаемый метод позволит разработчикам в полной мере воспользоваться баров высокопрочной стали, арматуры для железобетонных конструкций.
ХАРАКТЕРИСТИКИ высокопрочных УКРЕПЛЕНИЕ СТАЛИ
Ряд из высокопрочных сталей укрепления настоящее время доступны для проектирования и строительства железобетонных изгиб членов. Типичные напряженно-деформированного отношения различных высокопрочных сталей укрепления представлены на рис. 1 (а), а также растяжения отношения обычных Оценка 60 (до 400 МПа) сталь для сравнения. Как видно из рисунка, напряженно-деформированного кривой типичных высокопрочной стали характеризуется начальной линейной части следуют нелинейного участка. Отсутствие отдельного выхода плато характерно для большинства высокопрочной стали. Несмотря на отсутствие четко выраженного предела текучести, большинство высокопрочных сталей укрепления способны достичь конечной деформации значения до 0,05 или выше.
Ряд уравнений было предложено представить фактическое напряженно-деформированное поведение высокопрочных сталей в укрепление tension.6, 7 Как показано на рис. 1 (б), напряженно-деформированное отношение одного конкретного вида арматурной стали соответствующих ASTM A1035-07, 1 известен как стали MMFX, может быть приближенно представлена по следующей формуле
... (1)
где F ^ S ^ югу это напряжение, в черной металлургии и Эта формула была разработана в том же формате уравнения принятые PCI представлять stressstrain кривой предварительного напряжения нити, который показывает аналогичную тенденцию кривой растяжения, что и MMFX steel.8 напряжения PCI-деформированного уравнения для предварительного напряжения стали за предел пропорциональности, имеет вид
... (2)
Та же форма уравнения был использован и константы A, B, C и были скорректированы точно соответствовать измеряемой кривой деформации стали MMFX. Растяжения кривой напряженно-деформированного представлена формулой. (1) будет использоваться для анализа в данной работе.
Текущего ACI 318 Кодекса ограничивает максимальное допустимое текучести арматуры до 80 KSI (550 МПа). Для использования высоких прочностных свойств арматуры в более полном объеме упрощенную упруго-пластических отношений была предложена конструкция purposes.9 упрощенная модель состоит из первоначального линейно-упругой части с модулем упругости 29000 KSI (200000 МПа) затем идеально пластического текучести с пределом текучести 100 KSI (690 МПа), как показано на рис. 1 (б). Обсуждение представленных в данном документе и предлагаемое увеличение допустимого предела текучести рекомендуются для высокопрочной арматуры при растяжении только. При высокой производительности арматуры используются в качестве сжатия арматуры, нынешнее ограничение в 80 ACI KSI (550 МПа) должна быть сохранена, потому что напряжение в стали находится под контролем максимальное сжатие штамм 0,003 использоваться для бетона в конструкции.
ОСНОВА нынешней практики ДИЗАЙН
Исходя из текущих практике проектирования, дизайна изгиб-члены должны принимать во внимание общее поведение членов по всей спектр услуг и до номинальной мощности, государства-члена. Начиная с ACI 318-6310 кодекса, изгиб члены должны были иметь укрепление отношений не более 75% от сбалансированного соотношения укрепление К 1993 году этот критерий был в использовании в течение 30 лет, а также поведение изгибных членов оценивается как удовлетворительное. Текущий критерий, основанный на растяжения в укреплении был выбран обеспечивают те же функции, что опытные под 0.75
Желательно поведения для изгибных членов
При проектировании железобетонных изгиб членов, которые применяются более высокое сопротивление фактора [прямо фи] 0,9, члены должны обладать желательного поведения. К услугам нагрузки, малые отклонения и минимальное крекинга желательны. При больших нагрузках, однако, члены должны обладать большими прогибами и / или трескаться, чтобы обеспечить предупреждение до достижения номинальной силы. Оба отклонения и растрескивания в основном функции стали деформаций вблизи напряжения лицо члена.
В общем, желательное поведение члена связана с пластичностью. В то время как Есть много определений пластичности, все они обычно связаны с уступая или неупругие деформации. При меньшей прочности армирующих материалов используются, единственный способ получить высокий штаммов вблизи напряжения лицо по номинальной силы, чтобы обеспечить податливость напряженности стали. С высокопрочных материалов, это не является необходимым. Рисунок 2 показывает, испытание предварительно напряженного железобетона крыло кучу предназначенные для поглощения энергии воздействующего судов. Свая нарочно разработаны так, чтобы нить напрягаемой не даст при деформации показано на рисунке. Таким образом, по многим определениям, оно не имеет пластичность, но это, безусловно, может пройти большой прогиб и растрескивания до отказа.
Пластичности отношения, отношения деформации, искривления или отклонения в конечной к соответствующим значениям при растяжении, не являются единственным мерилом желательного поведения. Вместо этого, отношение номинальной поведение силы для обслуживания поведение при загрузке, иначе именуемых в качестве деформируемость отношение, также может быть подходящим индикатором. Чем больше это отношение, тем больше разница между поведением в служебной нагрузки и поведение на номинальной силы. Аналогичный подход был ранее рекомендованных для проектирования бетонных балок, армированных волокном полимера (FRP) materials.11 Из материалов FRP не дают, пластичность отношение не соответствующим показателем желательного поведения. Скорее, для оценки адекватности членов, отношение диссипации энергии при конечной условия диссипации энергии в пределах обслуживания считаются. В данной работе аналогичные соотношения деформируемость рассматриваются и выражается через соотношение
Следует отметить, что этот принцип не распространяется на частный случай рассеяния энергии в сейсмических сопротивление кадров. Наиболее типичные изгиб членов загружаются монотонно и достигнет номинальной прочности не более чем один раз. Предлагаемого изгиб методологии проектирования силы не предназначен для структур, необходимых для выдерживать высокие сейсмические нагрузки.
Прошлое и настоящее ACI 318 Кодекса требования
Предел прочности конструкции (ныне на прочность) был введен в МСА 318 Кодекса в 1963,10 Для изгибных членов, максимальное соотношение Цель этого требования заключается в обеспечении членов будут находиться под усиленный, что подкрепление будет уступить конкретные достигла своего предельного штамм 0,003 до отказа. Это требование остается в основном в силу с 1963 по 1999 год.
В 1995 ACI 318 Кодекса, 12 альтернативных требование было введено в Приложении B. Вместо ограничения максимального соотношения 0,9 на изгиб. Напряжение контролируемой разделе определяется как сечение, в котором чистые растяжения в экстремальных стали напряжение при номинальном сила больше или равна 0,005. Для натяжения контролируемой секции [прямой фи] фактор 0,9 был использован. Если сталь деформации при номинальной прочности был меньше 0,005, сокращенных [прямой фи] фактор был использован для учета менее желательного поведения этих участков. Сжатие контролируемых разделов, определяемых как стали деформаций при номинальной прочности на уровне или ниже доходности деформации арматуры. Для сжатия контролируемой секции [прямой фи] коэффициент сжатия был использован. Для секций со стальными напряженность в отношениях между вышеупомянутыми два ограничения, [прямой фи] фактор определяется с помощью линейной интерполяции между [прямой фактор фи] для сжатия и [прямой фи] фактором напряженности.
Справочная информация о развитии этих ограничений была предоставлена Mast.14 Если tensioncontrolled предел штамм 0,005 была разработана на основании изучения поведения членов армированные Grade 60 (400 МПа), сталь, было также разрешено для использования с Оценка 75 (520 МПа), стальной арматуры.
Аналитическое исследование
Цель следующие аналитические исследования было оценить адекватность предлагаемых KSI 100 (690 МПа) материала модель и установить допустимые пределы деформации при растяжении-контролируемых сечений и сжатия контролируемых разделов армированные высокопрочной стали. Балок была изучена при номинальной силе и уровню сервиса. Раздел поведение определялось с помощью трещины разделе анализа, который удовлетворен равновесия и совместимости. На номинальной силы, ACI кодекса прямоугольного блока стресс был использован. Упругого распределения напряжений был рассмотрен в рамках обслуживания нагрузки. Между этими двумя пределами, трапециевидные блок напряжений для бетона была использована, состоящий из начального линейного участка с модулем упругости равна 57000 [квадратный корень из F] '^ с ^ к югу фунтов на квадратный дюйм (4730 [квадратный корень из F]' ^ к югу с ^ МПа) до напряжения 0,85 е '^ ^ к югу с последующим пластиковых плато. Подробная информация о пакете анализа приведены на рис. 3.
Номинальная прочность анализ
Номинального момента потенциала прямоугольной, отдельно железобетонных разделе было рассмотрено в течение ряда различных соотношениях укрепление использованием трещины разделе анализа. Конкретные прочности при сжатии 6500 фунтов на квадратный дюйм (45 МПа), был рассмотрен с предельной деформации от 0,003 в экстремальных лицо сжатия бетона. Уровень стресса в укреплении была рассчитана с использованием трех различных моделей материала представляют собой поведение высокопрочной стальной арматуры. Фактическое поведение арматурной стали, как это определено в формуле. (1), нынешнее ограничение в 80 ACI KSI (550 МПа), а также предлагаемые KSI 100 (690 МПа), упрощенная модель были друг рассматриваться в рамках анализа.
Рисунок 4 показывает соотношение между номинальной момент мощность разреза, так и процента армирования для каждой из трех моделей стальной материал на стадии рассмотрения. Номинальный момент возможности усилить разделы с обычными Grade 60 (400 МПа) укрепление Показано также, для сравнения. Кроме того, приведены на рисунке результаты тестирования нескольких пучков, которые были усилены с высокопрочной арматуры и прошли испытания на DOT2 Флориды и Университета Северной Florida.3 экспериментальные результаты находятся в хорошем согласии с анализа, который считается фактическое поведение высокопрочных арматурной стали.
Сбалансированное соотношение укрепление соответственно. Рисунок 4 показывает, что для заданного армирования больше 3,95%, рассчитывается номинальная мощность момент раздел был равным для всех различных моделей материала из-за неспособности значительной степени усилены разделы регулируется путем дробления до конкретных податливость арматурной стали. Для армирования менее 3,95%, модели с более высокой доходности обычно сильные предсказал выше номинальной мощности момент. Для секций усилена армирования менее 1,75%, что составляет большинство типичных железобетонных балок использование +100 KSI (+690 МПа) модели обычно занижена номинальная мощность момент раздела по сравнению с фактическим поведением. С другой стороны, для укрепления отношений с 1,75 до 2,7%, использование KSI 100 (690 МПа), ограничение несколько overpredicted возможности раздела.
Для исследования адекватности предложенных моделей различных материалов, номинальный момент потенциал пучка пример был рассмотрен. Например пучок имел ширину Ь 12 дюймов (+305 мм), эффективная глубина D от 24 дюймов (+610 мм), а Рассчитывается номинальная мощность момент раздела, M ^ п ^ к югу, приведены в таблице 1 для трех различных материалов высокой прочности моделей, а также для обычных Grade 60 (400 МПа) подкрепления.
Таблица 1 показывает, что для пучка например, с использованием высокопрочных арматуры приведет к увеличению потенциала момент 95% по сравнению с луча обычных Grade 60 (400 МПа) подкрепления. В этом же разделе, если ограничение в 80 ACI KSI (550 МПа) накладывается, увеличение потенциала момент будет лишь 31% по сравнению с моментом потенциала разделе армированные Grade 60 (400 МПа) стали. По сравнению с фактическим поведением, однако, есть защищены потенциала 212 кип футов (288 кН-м), что соответствует 33% от номинальной емкости элемента. Если упрощенной KSI 100 (690 МПа), используется модель, увеличение момент мощность будет 60% больше, чем возможностей усилить раздел с традиционными стали. Фактические защищены потенциала составляет 18% от номинальной мощности, по сравнению с реальным поведением. Это свидетельствует о том, что дизайн с использованием предлагаемой упрощенной модели результаты в более эффективном использовании высокими прочностными характеристиками стали, чем нынешние 80 KSI (550 МПа), ограничения в то же время представляет значительный потенциал защищены по сравнению с фактической емкости усиленный раздел ..
Момент кривизны анализ
Чтобы установить подходящие рамки дизайна для натяжения и сжатия контролируемых контролируемой секции момент кривизны анализ был проведен для расследования пределах желательных поведения, основанные на текущих практика. В общей сложности восемь бетонных балок, были рассмотрены в ходе анализа. Три из пучков были разработаны в соответствии с МСА 318 Кодекса требованиям с использованием обычных арматурной стали. Для каждого из пучков, деформации, кривизны и соотношения отклонения деформируемость считались для оценки пределов желательного поведения. Остальные пять пучков были усилены с высокопрочной арматуры и деформируемости отношения были также рассмотрены.
Например пучков все состоял из 12 х 30 дюймов (305 х 760 мм) сечения с простым службы 40 футов (12200 мм). Глубина усиление в верхней части раздела 28 дюйма (+710 мм), в любом случае. Прочности бетона в 5000 фунтов на квадратный дюйм (34 МПа), как предполагалось, но и для пучков армированные высокопрочной стали, бетона преимущества от 4000 до 10000 фунтов на квадратный дюйм (от 28 до 69 МПа), были рассмотрены.
Поведения, основанных на МСА 318-99 ^ ^ SUP 15 и предыдущие коды
Использование ACI 318-99 ^ ^ SUP 15 и предыдущие кодексы, луч был разработан в 0.75 На основании нагрузки в 1,5 раза, а коэффициент сопротивления [прямо фи] 0,9, полезная нагрузка была принята равной 0,6 раза превышать расчетные номинальной силы государств-членов. Рассчитанный момент сервис и соответствующие натяжения стальных 577 кип футов (783 кН-м) и 34 KSI (234 МПа), соответственно.
Рис 5 () показывает момент кривизны диаграммы луча на укрепление предел 0.75 Поведение почти билинейных с точкой излома, происходящих в непосредственной близости от стресса стали равны ф. Кривизны по номинальной сила 3,03 раза, что при полезной нагрузки (отношение Чистого растяжения стали при номинальной сила 2,87 раза, что при полезной нагрузки (соотношение Рис 5 (б) показывает минуту отклонения соотношения для равномерно нагруженной балки. Существует лишь небольшое количество дополнительных отклонения после уступая потому плоским лучшей форме диаграммы момент кривизны причин уступая место лишь на короткий промежуток пучка вблизи середине пролета. Прогиб при номинальной силы 1,95 раза, что на служебной нагрузки (соотношение
Поведения, основанных на МСА 318-02 ^ ^ SUP 13, а затем коды
Прочность членов в нынешних пределах усиление напряженности контролируемых разделах приведены в ACI 318-02 ^ SUP ^ 13, а затем коды были рассмотрены с целью служить основой для того, что в настоящее время приемлемого поведения. Разделы усилена Оценка 60 (до 400 МПа) и оценки 75 (+520 МПа) стали были рассмотрены. Полезной нагрузки считалось 2 / 3 от номинальной прочности на основе среднего коэффициента нагрузку, равную 1,35, а коэффициент сопротивления [прямо фи] равна 0,9. На примере пучка армированные Grade 60 (400 МПа), сталь, предельная площадь напряжения арматуры была рассчитана 7,14 in.2 (4610 мм 2). Соответствующих услуг момент и напряжения напряжение в стали составила 560 кип футов (+759 кН-м) и 39 KSI (+239 МПа), соответственно. При рассмотрении Оценка 75 (520 МПа) стали, соответствующей области подкрепления, услуг момент, и напряжений в стальных 5,71 in.2 (3680 мм 2), 559 кип футов (758 кН-м) и 48 KSI ( 330 МПа), соответственно.
Рис 6 (а) показывает момент кривизны диаграмму пучков на растяжение предел чистого штамма 0,005 напряженности контролируемых разделов. Поведение почти билинейных с точкой излома, происходящих в непосредственной близости от стресса стали равны ф. Для оценки 75 (520 МПа), сталь, кривизны по номинальной сила 2,92 раза, что при полезной нагрузки (отношение Чистого растяжения стали при номинальной сила 2,98 раза, что при полезной нагрузки (соотношение Рис 6 (б) показывает минуту отклонения соотношения для равномерно нагруженной балки. Прогиб при номинальной сила 1,74 раза, что на обслуживание нагрузки (соотношение
Поведение с высокопрочной арматурной стали
Для оценки поведения, необходимо использовать хорошее приближение к истинным напряженно-деформированного характеристики высокопрочной стали, как это указано в формуле. (1). Штамм исследования показывают, что совместимость использованием напряжения контролируемой деформации пределе 0,0066 для балок армированных высокопрочной стали производить поведение характеристики сопоставимы с пучками армированные Grade 60 (400 МПа) и оценки 75 (520 МПа) стали в МСА 318 Кодекса. Таблица 2 сравнивает деформации усиление стали. В ходе этого анализа уравнения. (1), используемый для обозначения стресс-деформационные характеристики высокопрочной арматурной стали. Коэффициенты сопоставимых когда напряжение контролируемой деформации предел берется в качестве 0,0066 для лучей армированные высокопрочной стали для различных конкретных преимуществ учитывать при анализе. Соответствующей области усиления для каждого из пучков пример также приводится в таблице для справки ..
Рис 7 () показывает момент кривизны отношений для пучка армированные высокопрочной стали в tensioncontrolled предел штамм 0,0066 и конкретные ФК силы?? в 5000 фунтов на квадратный дюйм (34 МПа). Уравнение (1), используемый для обозначения напряженно-деформированное отношение арматурной стали в этом примере. Рис 7 (б) показывает минуту отклонения соотношения для равномерно загруженной балка усилена высокопрочных сталей. Соответствующие кривые для пучков с обычными подкрепление из рис. 5 и 6 также показано на рис. 7 для целей сравнения. Следует отметить, что абсолютное прогибы большей использованием стали повышенной прочности, и это должно быть за счет надлежащего проектирования глубину членом. Из-за высоких напряженности деформации высокопрочных укрепление в рамках сервисного условиях нагрузки, балки могут показать выше ширины трещины, чем те, усиленный с традиционными стали. Предыдущие испытания, 4 однако, показывает, что измеренные ширины трещины в условиях эксплуатации нагрузка лишь немногим больше ширины трещины приемлемых для балок армированных с традиционными стали.
КРИТЕРИИ упрощенный метод расчета
Упрощенный метод расчета использует упрощенную KSI 100 (690 МПа) материала модель для описания поведения высокопрочной арматурной стали. Билинейных упруго-пластического модель упрощает расчеты и руки допускает использование обычных программ для железобетонных конструкции.
В данном разделе на напряжение контролируемой деформации пределе 0,0066 действительные напряжения стали в укреплении составляет около 125 KSI (862 МПа) при номинальной прочности момент пучка, тогда как предполагается, стали подчеркивать в упрощенном метод 100 KSI (690 МПа). Чтобы компенсировать разницу, рассчитанные нейтральной оси глубины (и напряжение контролируемой деформации предела) должны быть скорректированы при использовании упрощенной методике. Использование напряжение контролируемой деформации 0,009 предел в упрощенном метод позволяет существенно тот же результат, как использование 0,0066 предел деформации в более точный метод, как показано в таблице 3. То есть, данный раздел разработан на напряжение контролируемой деформации пределе 0,0066 использования фактического поведения высокопрочной арматурной стали, анализ раздела с помощью упрощенной KSI 100 (690 МПа), модель дает соответствующий штамм 0,009. Таким образом, предлагается упрощенная конструкция метод следует использовать идеализированные KSI 100 (690 МПа) материала модели с соответствующей напряженности контролируемой деформации предел 0,009 ..
Прочность членов, как правило, предназначены как напряжение контролируемой членов, а от сжатия контролируемой деформации ограничения также должны быть определены для изгибных члены подвергаются сжатию. Сжатия контролируемой деформации предел 0,004 предлагается. Чтобы убедиться, что лучи разработан в связи с предлагаемым сжатия контролируемых выставки предел деформации упругого поведения при обслуживании условиях нагрузки, например несколько пучков были рассмотрены. Размеры например пучков же, как описано выше. Некоторые конкретные сильные сжатия, от 4 до 10 KSI (от 28 до 69 МПа), были рассмотрены и коэффициент загрузки 1,35 был использован. Соответствующий уровень нагрузки служб, основанных на снижение фактора 0,65 была 48% от расчетной номинальной силы с помощью упрощенной метод проектирования. Для всех пучков считается, рассчитанные на напряжение усиление напряженности на уровне нагрузки службы от 60 до 70% от предела пропорциональности деформации высокопрочной стали.
Предлагаемые предельные деформации в два раза, что для оценки 60 (400 МПа), сталь, и это приведет к простому уравнению для [прямой фи] в области перехода от растяжения и сжатия контролируемых разделов
[Прямая фи] = 0,45 50
Предлагаемые изменения сопротивления фактор [прямо фи] представлена на рис. 8. Чтобы предотвратить сжатие контролируемой неудачи, высокопрочных и обычных сжатия подкрепление может быть предоставлено. Если высокой прочности на сжатие сталь используется, однако, силы ACI предел текучести 80 KSI (550 МПа) должна быть сохранена для сжатия баров.
ДИЗАЙН ПРИМЕР
Для иллюстрации метода упрощенной конструкции, поведение например пучка оценивалась с использованием предлагаемого метода упрощенной конструкции. Например пучок имел ширину Ь 12 дюймов (305 мм) и ч разделе глубиной 18 дюймов (460 мм). Секция была усилена тремя № 6 высокопрочной арматуры, расположенном в 15 дюйма (400 мм) из верхней части разреза. Два дополнительных № 4 Grade 60 (400 МПа), арматуры были предоставлены в зоне компрессии 2-1/4 дюйма (60 мм) от верхней поверхности балки. Пучка был пролетом 15 м (4570 мм) и был загружен в fourpoint изгиба с постоянным моментом области 3 фута (915 мм). Прочности бетона на сжатие было 7250 фунтов на квадратный дюйм (50 МПа). Например пучка была изготовлена и испытана в одном из предыдущих study.4
Номинальная сила примера пучка была рассчитана с использованием упрощенного метода. Предполагая, что стали дали по номинальной силы, силы натяжения T в стальной арматуры будет KIPS 132,5 (590 кН). Использование ACI прямоугольного напряжения, рассчитанные нейтральной оси глубины с 2,6 дюйма было (66 мм). Соответствующие деформации на уровне напряженности укрепление Рассчитывается номинальная мощность момент раздел Mn было 162 кип футов (220 кН-м), что соответствует нагрузке от 54 KIPS (240 кН). Номинальная сила примера пучка, рассчитанного с использованием предлагаемой упрощенной методики расчета, был на 30% ниже, чем измеренная номинальная мощность испытанного пучка. После применения понижающего коэффициента [прямо фи] 0,9, рассчитывается предел прочности пучка 49 KIPS (220 кН).
На основании среднего коэффициента нагрузки 1,35, уровень служебной нагрузки на примере пучка 35 KIPS (157 кН). Сообщили трещины для испытуемого пучка на такую нагрузку уровне 0,02 дюйма (0,5 мм), 4, в котором была минимальной, и продемонстрировал желательное поведение пучка в условиях эксплуатации нагрузки.
Рассчитывается предел прочности и уровень обслуживания нагрузки на примере пучка приведены на рис. 9 по отношению к измеряемой нагрузки отклонения поведения пучка. На рисунке представлены также предсказал прогиба от нагрузки родство с использованием реального поведения высокопрочной стали, уравнение. (1), а также упрощенную модель. Рисунка видно, что предсказать поведение, используя реальные свойства материала точно соответствует измеренным поведения. Вычисленных отношений деформации Все эти отношения выходят за рамки приемлемого поведения в соответствии с принятым в настоящее время практике проектирования. Эта конструкция пример показывает, что предлагаемые процедуры упрощенной конструкции является консервативным и в соответствии с принятым в настоящее время практике проектирования.
ВЫВОДЫ
В настоящем документе предлагается упрощенный способ для изгибных дизайн армированных бетонных балок с подкреплением высокопрочной стали. Дизайн пучков могут быть основаны на идеализированной упруго-пластического материала модели с модулем упругости 29000 KSI (200000 МПа) и предела текучести 100 KSI (690 МПа) для представления напряженно-деформированное поведение арматурной стали. На основании этой модели и в настоящее время ограничения приемлемого поведения, изгиб членов должны быть разработаны с использованием следующих критериев
Напряжение контролируемой разделы: [прямой фи] = 0,9
Сжатие контролируемых разделы: [прямой фи] = 0,65
Переход зоны разделы: [прямой фи] = 0,45 50
Прочность членов разработан с использованием упрощенной методики проектирования и вышеупомянутым критериям будет иметь сопоставимые изгиб прочностные характеристики с членами разработан в соответствии с действующими требованиями МСА 318 с использованием обычных Grade 60 (400 МПа) и оценки 75 (520 МПа) арматурной стали.
Авторы
О подготовке этого документа основано на результатах ряда исследовательских проектов, финансируемых MMFX технологий, поддержка которых благодарностью.
Ссылки
1. ASTM A1035, "Стандартные спецификации для деформированных и равнины, Low-Carbon, хром, стальные прутки для армирования бетона," ASTM International, Запад Коншохокен, PA, 2007, стр. 5.
2. Ансли, MH, "Исследование структурных Выполнение MMFX укрепление", 2002, <a target="_blank" href="http://www.mmfxsteel.com/technical_resources/" rel="nofollow"> http:// www.mmfxsteel.com/technical_resources/ </ A> Default.asp.
3. Малхас Ф. А. Предварительные Экспериментальное исследование изгиб Поведение железобетонных балок Использование MMFX Сталь ", Университет Северной Флориды, Джексонвиль, Флорида, 2002, <A HREF =" http://www.mmfxsteel.com/ "целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> http://www.mmfxsteel.com/ </ A> technical_resources / Default.asp.
4. Yotakhong П., "Прочность Выполнение MMFX Укрепление арматуры в железобетонных конструкций", хозяин? Фс тезис, Государственного университета Северной Каролины, Роли, штат Северная Каролина, 2003.
5. Seliem, ИМА, "Поведение железобетонных мостов Усиленный высокопроизводительных арматуры, докторская диссертация, Университет штата Северная Каролина, Роли, штат Северная Каролина, 2007, <A HREF =" http://www.lib.ncsu.edu/ " целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> http://www.lib.ncsu.edu/ </ A> theses/available/etd-05042007-174633/unrestricted/etd.pdf.
6. Vijay BC, GangaRao, HVS, и Prachasaree, W., "Изгиб Поведение бетонных балок Усиленный MMFX стальные прутки," WVU Инженерного колледжа, Morgantown, WV, 2002, <A HREF = "http://www.mmfxsteel . COM / "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://www.mmfxsteel.com/ </ A> technical_resources / Default.asp.
7.
8. Мартин, Л., и Перри, CJ, ред., PCI руководство по проектированию, шестое издание, сборных / предварительно напряженного железобетона институт, Chicago, IL, 2004, 728 с.
9. Маст, РФ, "Меморандум: Упрощенная прочности при изгибе Дизайн членов Использование MMFX Сталь", январь 2007, стр. 8.
10. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к железобетона (ACI 318-63)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1963, 144 с.
11. Vijay П.В., GangaRao, HVS, "Изгиб поведение и деформируемости стекла армированного волокнами полимерных железобетонных Участники" ACI Структурные Journal, В. 98, № 6, ноябрь-декабрь +2001, С. 834-842.
12. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-95) и Комментарии (318R-95)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1995, 391 с.
13. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт Concrete, Фармингтон, М., 2002, стр. 443.
14. Маст, РФ, "Единая Положения дизайн для железобетона и предварительно напряженного бетона на изгиб и сжатие Участники" ACI Структурные Journal, В. 89, № 2, март-апрель 1992, с. 185-199.
15. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-99) и Комментарии (318R-99)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1999, 369 с.
ACI почетный член Роберта Ф. мачты является бывший президент и Председателя Бергер / ABAM инженеров, Сиэтл, где он продолжает выступать в качестве старшего школы. Он Экс-президент МСА и членов комитетов МСА 314, упрощенный дизайн зданий бетона; 318, структурные конструкции здания кодекса 376, железобетонных конструкций, предназначенных для охлажденных сжиженных газов сдерживания; TAC трансфера технологий Комитета и бетона исследовательского совета. Он является автором Единый дизайн положений, которые были включены в 2002 и более поздних изданиях МСА 318 Кодекса.
Входящие в состав МСА Мина Дауд является аспирант Государственного университета Северной Каролины, Роли, Северная Каролина. Он получил степень бакалавра в Университете Манитоба, Виннипег, MB, Канада, в 2003 и степень магистра от Университета штата Северная Каролина в 2005 году.
Саами H. Rizkalla, ВВСКИ, является почетный профессор гражданского строительства и строительства в Департамент по гражданским, строительства и инженерной экологии, Университет штата Северная Каролина. Он является директором Лаборатории построенных объектов и NSF I / UCRC по ремонту сооружений и мостов в Северной Каролине государственный университет. Он является членом комитетов МСА 118, использование компьютеров; 440, армированных полимерных арматуры; Совместное ACI-ASCE комитетов 423, предварительно напряженного железобетона, а также 550, сборных железобетонных конструкций и E803, факультет сеть Координационного комитета.
ACI почетный член Павел Зия является заслуженный почетный профессор университета в Северной Каролине государственный университет. Он является президентом ACI прошлое и является председателем ITG-6, бары высокопрочной стали. Он является членом комитетов МСА 363, высокопрочного бетона; 440, армированных полимерных арматуры; совместных комитетов ACIASCE 423, предварительно напряженного железобетона, а также 445, сдвига и кручения и бетона исследовательского совета.