Прочность Поведение бетонных балок, укрепляясь приповерхностном-конной углепластика полосы
Прочность укрепления использованием почти поверхностного монтажа (NSM) армированных волокном полимера (FRP) материалов перспективной технологии. Как укрепление NSM, FRP окружен бетона на три стороны, с тем облигаций и ущерб проблем, связанных с внешней связанных FRP укрепления системы сокращены или ликвидированы. В настоящем документе представлены экспериментальные результаты с 12 полномасштабных бетонных балок укрепить NSM углерода FRP (углепластика) полос. Три спутника unstrengthened образцы были также испытаны в качестве контроля. Экспериментальные переменные включают в себя три разных соотношениях стальной арматуры Доходность и пределы прочности, изгиб моделей отказов, и пластичность, обсуждаются на основе измеренных нагрузки, отклонения и деформации данных. Результаты испытаний показывают, измеримых увеличение урожайности и пределы прочности; предсказуемой номинальной сильные и отказов, а также эффективную передачу силы между углепластика, эпоксидная затирка, и окружающие бетона. Кроме того, укрепление с углепластика привело к снижению пластичности и энергии и отклонения пластичности ..
Ключевые слова: пучка; полимерных; арматуры; силы.
(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В-службы железобетонных изгиб членов может требовать усиления из-за материальных распада внутренней арматуры и прилегающих бетона, странствующих проектирование и строительство практика, увеличение нагрузки услуг, а также непредвиденные поселений и структурных повреждений. Эти условия требуют структурной модифицированной увеличить прочность на изгиб раздела. Один из распространенных методов повышения прочности при изгибе балок, стен и плит за счет внешних связей из армированных волокном полимера (FRP) плит и листов. FRP материалы характеризуются высокой прочностью на растяжение и низкий вес единицы, и они коррозионно при воздействии хлорида условиях. Отличное резюме исследования в этой области можно получить по др. Дэн и др. (2002) и ACI опубликовал руководство по проектированию для укрепления бетонных конструкций с внешним связям материалов FRP (ACI Комитет 440 2002).
Преждевременный отказ от внешних связей FRP пластин и листов может происходить до конечной изгибной возможности укрепить раздел достигнута. Это, как правило, из-за разрушения сцепления между FRP и бетона или растяжения шелушения покрытия бетоном. Имеющиеся исследования документально это поведение в изобилии. Брена и др.. (2003) сообщается нарушение сцепления продольной углерода FRP (углепластика) листах при деформации уровня менее половины от деформации потенциала контрольных образцах. Нгуен и др.. (2001) наблюдается лишь ограниченное увеличение изгибных потенциала для пучков с частичной укрепить длина продольных листов углепластика из-за преждевременного отслоения или разрыв, из бетона окружающих стальной арматуры. Для пучков укрепить углепластика пластины и ткани системы, Грейс и др.. (2002) определили хрупкое разрушение сдвигом напряженность и нарушение сцепления, соответственно. Син и Ли (2003) сообщения о том, балок, проводимых в рамках постоянной нагрузки и укрепить углепластика ламинаты из-за плагиат типа провал углепластика при нагрузках ниже конечной изгибной вместимости отсеков.
Аналогичные результаты были сообщены Рахими и Хатчинсон (2001), Bencardino и др.. (2002), Arduini и Нанни (1997), Шариф и др.. (1994), Saadatmanesh (1994), и Mukhopadhyaya и Swamy (1999). В дополнение к проблемам, связанным с разрушения сцепления, внешних пластин FRP, чувствительны к механическим, тепловым и ущерба окружающей среде. Следует отметить, однако, что якоря механические может быть использован для улучшения сопротивления расслаиванию внешне связанных FRP ..
В ответ на пагубные условия, связанные с внешней связанных FRP, инженеры предложили перемещения укрепления FRP материал из незащищенных внешний вид бетона охраняемых интерьера. Эта технология называется почти поверхностного монтажа (NSM) укрепление и показано на рис. 1. Ближайшие конкретные сейчас защищает FRP так что механические и термические повреждения маловероятно. Другие преимущества использования NSM FRP технологии включают в себя улучшение связи и передачи силу с окружающими конкретные и возможность увеличения отрицательного изгибе мост палубы, тротуаров и других структурных поверхностей верховой езды.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Такое поведение бумажных документов полномасштабных испытаний пучков укрепить при изгибе с NSM полос углепластика и испытаны на провал четыре точки изгиба. Параметров стали и отношения FRP укрепление исследованы. Прочность бетона, сдвиг пролета к глубине соотношения и соотношения арматуры были выбраны в качестве типичных для конкретного изгиб компонентов гражданской инфраструктуры. Теория связанный с отказом от методов и моделей прочности, оцениваются на основе сравнения с опытными данными. Ожидается, что выводы об конечном итоге будет способствовать развитию дизайна руководство по использованию NSM FRP для изгибных укрепления бетонных балок и плит.
ИСТОРИЯ и обзор литературы
Нанни (2000) сравнивал поведение полномасштабной опертой шоссейный мост палубы панели укрепить при изгибе либо внешне связанных углепластика ламинатов или внутренне размещены NSM углепластика баров. Неспособность углепластика ламинат усиленный палубе охватывает лежит через сочетание разрыва и пилинг углепластика ламинатов. NSM армированного углепластика службы было подано растяжение разрыв баров углепластика. Относительно возможности unstrengthened управления палубе, момент силы увеличивается от 17 до 29%, по сообщениям, палубы оснащаться внешне связанных углепластика ламинаты и внутренне размещены NSM углепластика баров, соответственно.
DeLorenzis и др.. (2000) протестировали три железобетонных T укрепить балки при изгибе с NSM стекла FRP (GFRP) и NSM углепластика баров. Углепластика модернизированы пучков произошло увеличение прочности 30% (две № 3 углепластика бар) и 44% (две № 4 углепластика бары) по сравнению с unstrengthened образца контроля. Оба углепластика укрепить пучков провалились из-за нарушение сцепления на NSM стержней. Образца укреплены две № 4 бара GFRP также не за нарушение сцепления на NSM баров GFRP при нагрузке 26% выше, чем у контрольного образца. Авторы сообщили, что связь имеет решающее значение для использования данной технологии эффективно. Бонд провал NSM баров FRP также выявленные DeLorenzis и Нанни (2001), нуждаются в дальнейшем изучении. Нарушение сцепления на NSM FRP бары вследствие расщепления эпоксидной использоваться для проведения стержня в месте в сообщении. Было высказано мнение, что эта неудача предел государства могли бы избежать, увеличив длину или становиться на якорь NSM стержней во фланце. Примечательно, что авторы сообщили, что, если нарушение сцепления на NSM баров FRP для предотвращения, расщепление бетона окружающих продольных стальных стержней может стать контрольным пределом государства.
Потеря крепления было отмечено в нескольких образцов их испытания. В связи с этим экспериментальные исследования связи, DeLorenzis и др.. (2004) утверждают, что эпоксидная смола превосходит цементного теста, как канавки материала наполнителя, резьба размер диаметра до 2,0 бар является оптимальным, и гладкая поверхность дает роща немного ниже, местные сильные связи, но предпочтительнее, поскольку он дает более пластичного поведения облигаций скольжения ..
Taljsten и Каролин (2001) оценка четыре прямоугольных бетонных балок подвергаются четыре точки изгиба и монотонно, загруженной в деформации контроля. Трое испытуемых балок были укреплены NSM полос углепластика и четвертый служил в качестве контрольного образца. Два из трех укрепить балки, предназначенные для склеивания эпоксидной FRP и третий использовать цементный раствор. Результаты испытаний показали, что два из трех модернизированных пучков провалились из-за потери крепления между NSM полос FRP и бетона. Третий укрепить пучка провалились из-за растяжения разрыва полосы FRP. Прогноз нагрузки измеряется провал переоценили силы.
Эль-Хача и Rizkalla (2004) по сравнению балок укрепить на равной основе осевой жесткости использования NSM FRP бары и полос и за ее пределами связанных FRP ламинатов. Их исследования показали, что более высокие пределы прочности и повышенной пластичности были достигнуты NSM укрепить образцов. Они также отметили, что связь целостности NSM баров FRP оказалось менее эффективным, чем для NSM FRP полос.
В совокупности эти результаты исследований показывают, что связь целостности не может считаться само собой разумеющимся, и что связь связанных предельных состояний должны также быть рассмотрены в NSM FRP. DeLorenzis и Нанни (2002) показывают, что гарантии исполнения контракта будет зависеть от нескольких факторов, включая длину связи, NSM FRP бар Диаметр поверхности характеристики, материальные характеристики FRP ритмы геометрии и свойств эпоксидных швы. Их экспериментальные испытания показали связь три связи связанных видов отказов, а именно, расщепление эпоксидные покрытия, растрескивание конкретных окружающих рощу, и вывода стержня NSM FRP.
Экспериментальная программа
Это экспериментальное исследование состояло из тестирования 15 опертой полномасштабной бетонных балок при изгибе и материальные характеристики углепластика, стальной арматуры и бетона. Все испытания были пучков сдвига службы к стальной укрепления углубленное отношение ^ V ^ к югу / д ^ з ^ к югу от 8,4. Это соотношение было умышленно выбрана так, что предел прочности будет контролироваться разрушение при изгибе, а не разрушение при сдвиге. Настройки тестового образца и связанные с ними детали показаны на рис. 2.
15 испытуемых балок были разделены на три группы по пять лучей, со всеми пучков в данной группе одинакового сечения и стальной арматуры отношение В каждой группе из пяти лучей, два пучка была одна полоса углепластика (назначенные 6-1Fa
Все образцы были приборами с конкретным тензометрических расположен на вершине волокна сжатия в центре пролета. Укрепление Образцы 6-1Fb, 6-2Fb, 9-1Fb, 9-2Fb, 12-1Fb и 12-2Fb имели дополнительные тензометрических связан с углепластика в центре пролета. Линейные преобразователи переменного смещения (LVDTs) были использованы для измерения перемещения в центре пролета.
Бетон для испытания образцов был доставлен в лабораторию по конкретным поставщиком. Бетона в соответствии с Пенсильвания Департамент транспорта (PennDOT) класса AAA, Бетон для моста палуб, с технические характеристики и свойства приведены в BD-601M (PennDOT 2001). Смеси дизайн был выбран в качестве типичного для мостовых настилов и дается следующим образом: вода 1530 Н / м ^ 3 ^ SUP (263 фунтов / ярд ^ ^ SUP 3), цемента 3967 Н / м ^ 3 ^ SUP (682 фунтов / ярд SUP 3 ^ ^), крупного заполнителя 1784 кг / уй ^ ^ SUP 3, мелкого заполнителя 7242 Н / м ^ 3 ^ SUP (1245 фунт / уй ^ SUP 3 ^), воздухововлечения 30 Н / м ^ 3 SUP ^ (3 гр / уй ^ ^ SUP 3), а замедлителя 196 Н / м ^ 3 ^ SUP (20 гр / уй ^ SUP 3 ^). Падение на образец литья 101,6 мм (4 дюйма), а 33-дневной прочности при сжатии как это определено ASTM C 684-99 (ASTM 1999) с использованием 100 мм (4 дюйма) диаметром 200 мм (8 дюймов) баллоны высокого составила 37,2 МПа (5,4 KSI) для всех пучков. Текучести арматуры определяется от одноосного тестирования купон будет 510 МПа (74 КСИ) для № 4 баров и 490 МПа (71 KSI) для Нету
5 баров. Модуль упругости E ^ S ^ югу принимается за 200 ГПа (29000 KSI) ..
Углепластика полосы имеют тонкую прямоугольного сечения, что меры, примерно 15 Фото подкрепления углепластика с соответствующей аппаратуры подробно можно увидеть на рис. 3 (а). Вещественного состава составляет 60% 4137 МПа (600 КСИ) из углеродного волокна по объему бисфенола эпоксидной смолы винилэфирные матрицы. Углепластика модуль упругости E ^ югу ^ и предел прочности ФФУ силы были определены по тестированию одноосных образцов купона в соответствии с МСА Комитет 440 (2004). Результаты тестирования приведены на рис. 3 (б), из которых к югу E ^ ^ и е ^ ^ к югу фу были признаны 136 ГПа и 1648 МПа (19765 и 239 KSI), соответственно.
Установка NSM полос углепластика показано на рис. 4 и описать следующим образом. Во-первых, лучи повернуть на 180 градусов вокруг продольной оси так, что стали подкрепление в верхней части балки. Следующая прямоугольного паза приблизительно 6,4 мм (1 / 4 дюйма) в ширину и 19 мм (3 / 4 дюйма) был глубоко разрезанные продольно в конкретных где углепластика должен был быть установлен. Канавка была обработке с использованием ручных круговой с 18 см (7 дюймов) Диаметр алмазов зуб, абразивных лезвием. Увидел, был оснащен рип руководства, так что расстояние от края света на лезвие можно было бы создать и поддерживать в процессе резки. Глубина лопасти был установлен на 19 мм (3 / 4 дюйма), регулируя видел. Пильного диска составляла чуть более 3,2 мм (1 / 8 дюйма) в ширину, с тем чтобы два пропуска были сделаны для достижения необходимой ширины. Для тестовых образцов, имеющих один углепластика полосы, продольные канавки находится в центре сечения, а также для образцов, имеющих две полосы углепластика, канавки расположены на 1 / 3 точек в поперечном сечении.
Далее, паз был тщательно очищен от мусора с помощью сжатого воздуха, а затем частично заполненной структурных эпоксидных материалов, связи с конкретным и FRP, чтобы обеспечить механизм для передачи силы. Эпоксидная затирка использовали двух частей эпоксидной смолой. Наконец, FRP был подавлен в паз, где были предприняты усилия по обеспечению того, чтобы воздух не пустоты оказались в ловушке в эпоксидных геля. Превышение эпоксидных гель затем очищают от бетонной поверхности и лечения было сделано в течение как минимум 2 недели ..
Все пучков были протестированы с монотонно без трещин. Два 90 кН (10 т) гидравлических цилиндров, расположенных 152 мм (6 дюймов) по обеим сторонам пролета центра и управляется ручным насосом, были использованы для нагрузки применяется в скоростью примерно 4,5 кН / мин (1 койка / мин). Динамометр находится под каждым гидравлических цилиндров для измерения приложенной нагрузки. Электронные сигналы от датчиков деформации (бетонные и углепластика), LVDTs и динамометр были зарегистрированы 16-разрядные системы сбора данных с частотой 1 Гц.
АНАЛИТИКА НА ПРОЧНОСТЬ
Рисунок 5 иллюстрирует предполагается основных аналитических условиях внутреннее напряжение, стресс, и результирующая сила в разделе трещины на конечной, который находится под усиленный стальной ( стали деформации
Теоретических номинальная прочность на изгиб M ^ п ^ к югу от первоначально без трещин пучка, который находится под усиленный стальной ( по умолчанию стали для сбалансированного укрепления дизайн дали (
... (1)
Используя формулу. (1), теоретический предел укрепления FRP, неудачи будут растяжение разрыв FRP, когда к югу ^ е ^> ^ ^ к югу фб, или при сжатии бетона, когда к югу ^ F ^
... (2а)
... (2b)
Для разделов, контролируемой конкретным дробления, уровень напряжений в стали изначально неизвестно, как это показано на рис. 5 (б). Он может быть определен путем установления стали и бетона штаммов при растяжении ^. Из рис. 5 (б), заключается в следующем
... (3)
Таким образом, для ^ S ^ югу Кроме того, по югу с ^ ^> ^ ^ к югу си, стали стресс меньше ф и должна определяться с совместимостью и равновесия. Используя эту процедуру, стали стресс на конечной для всех образцов контролируемых конкретные неудачи в этом исследовании была равна доходности. Что стали стресс на выход, блок сжатия, напряжение в арматуре FRP е ^ е ^ к югу, а номинальная мощность момент M ^ п ^ к югу по разделам контролируемых конкретные неудачи находятся по совместимости и равновесия, как следует
... (4а)
... (4В)
... (4в)
Предыдущего анализа предлагается в качестве альтернативы проб и ошибок порядке, установленном МСА Комитет 440 (2002) и дает одинаковые результаты, как бы получить с помощью ACI 440.2R процедуры. В таблице 1 приводятся соответствующие дизайн и прочностные параметры. Момент силы M ^ ^ п югу была рассчитана с использованием измеренных сильные материал для стали, углепластика и бетона. Как видно из таблицы 1, что для данной области FRP ^ е ^ к югу, относительное увеличение силы P ^ югу п ^ / P ^ ^ к югу нК обратно пропорциональна количеству стальной арматуры.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Прогиба от нагрузки и нагрузки деформации Результаты приведены на рис. 6 и в таблице 2. Типичные фотографии в связи с тем, показаны на рис. 7. Применяются цилиндрические грузы на рис. 6 и заносятся в таблицу 2 были исправлены, чтобы включать собственный вес эффектов изгибе балки. Момент эквивалентности в центре пролета была использована для расчета эквивалентной сосредоточенной силой PEQ, который был добавлен для всех лаборатории измеряли загрузки данных. Момент эквивалентности в центре пролета выражается (1/8w ^ ^ к югу пучка SUP L ^ ^ 2) = (P ^ югу экв ^ ^ V ^) к югу. Из рис. 3, P ^ ^ к югу экв на 152, 230 и 305 мм (6, 9 и 12 дюймов) в ширину образцов рассчитывается как 0,50, 0,77 и 1,0 кН (0,115, 0,172 и 0,230 KIPS), соответственно .
Из рис. 6, физических эффектов дополнительного укрепления с углепластика отчетливо видны, когда укрепление образцов по сравнению с компаньоном управления (unstrengthened) образцов. Все образцы укрепить углепластика показали значительное увеличение прочности по сравнению с образцами спутник контроля. В меньшей степени, укрепление углепластика с повышенной жесткости и дают нагрузку. Подробное обсуждение результатов тестирования для контроля и укрепления образцов представлены в следующих разделах.
Контроль образцов: 6-C, 9-C, и 12-C
Ссылаясь на прогиба от нагрузки поведение контрольных образцов 6-C, 9-C, и 12-C, пластичных характерное поведение под усиленный стальной изгиб (
На предельной нагрузки P ^ ^ макс к югу, произошел сбой в конкретных дробления. Предельная нагрузка для образцов, 6-C, 9-C, и 12-С, 21,1, 25,3 и 23,5 кН (4,75, 5,69 и 5,29 KIPS), соответственно. Для всех контрольных образцов, предельной нагрузки P ^ ^ к югу макс составляла примерно 12% выше, чем доходность нагрузки P к югу ^ у ^. Измеряется провал нагрузки для образцов 6-C, 9-C, и 12-C были 12, 23 и 11% соответственно, большей, чем теоретическая номинальной мощности P ^ ^ п к югу.
Образцы укрепить один углепластика полосы: 6-1Fa
Для образцов, укрепить один углепластика полосы, переход от крекинг-упругих неупругого поведения (предел текучести) менее резким и связанных с сокращением наклон кривой прогиба от нагрузки меньше, чем у контрольных образцов. Это особенно справедливо для образцов с большим относительным количеством арматуры Обращаясь к рис. 6, для образцов 6-1Fa
Механизм разрушения на конечной для всех образцов в этой группе в соответствии с предсказанным с помощью теории, изложенные ранее, и обобщены в таблице 1. Как видно из таблицы 2, всего 152 и 230 мм (6 и 9 дюймов) в ширину образцов укрепить одна полоса углепластика удалось путем дробления бетона. Для этих образцов углепластика не разрыв до конкретных дробления, указав, что уровень деформации был меньше, чем предел прочности материала. Для 305 мм (12 дюймов) с широким образцов одна полоса углепластика, однако, укрепление углепластика сделал разрыв в конечной. За этим последовало разрушение при сжатии в бетоне. Таким образом, связь между углепластика и бетона для образцов 12-1Fa
По сравнению с контрольными образцами, средняя урожайность и конечной нагрузки для образцов 6-1Fa
Для укрепления образцов в этой группе, средняя конечной нагрузки P ^ ^ к югу макс было между 13 и 20% больше, чем средняя урожайность нагрузки P ^ у ^ к югу. Таким образом, увеличение прочности между урожайностью и конечных состояний предел немного больше для этих образцов, чем у контрольных образцов (что составляет приблизительно 12%). Ожидается, что это и представляет собой дополнительный потенциал растяжение предоставляемый углепластика после выхода стали, которая не доступна для контрольных образцов.
Все образцы удалось при нагрузках немного превышает их номинальную предсказал изгиб P ^ югу п. Обращаясь к таблице 2, измеренные нагрузки отказа P ^ ^ к югу макс в возрасте от 6% (6-1Fb) и 14% (6-1Fa) больше, чем теоретическая прочность P ^ ^ п к югу. Острота и масштабы этого сопоставления показывают, что аналитические модели и связанные с ними допущения, использованные в формуле. (2) и (4) являются приемлемыми для прогнозирования изгиб потенциала этих четырех образцов теста.
Образцы укреплены две полосы углепластика: 6-2Fa
Обращаясь к рис. 6, переход от крекинг-упругих неупругого поведения для 230 и 305 мм (9 и 12 дюймов) в ширину образцов усилен двумя полосами углепластика все еще можно увидеть. Для 152 мм (6 дюймов) в ширину образцов укреплены две полосы углепластика, однако, этот переход от упругого неупругое поведение гораздо менее очевидно, от прогиба от нагрузки графов. Нагрузки деформации кривой для образца 6-2Fb, однако, показывает четкое перераспределение растягивающие силы углепластика в результате стали урожая. Поэтому к выводу, что стали сделал выход для этих образцов (6-2Fa
Несоблюдение всех 152, 230 и 305 мм (6, 9 и 12 дюймов) в ширину образцов усилен двумя полосами углепластика произошли конкретные дробления. Это согласуется с отказов предсказал в таблице 1. После конкретные дробления, 305 мм (12 дюйма) широкий образцы были дополнительно деформированных до разрыва углепластика произошло. Этот разрыв имеет важное значение в том, что он вновь подтвердил, что передача силы достаточно, чтобы развить полный потенциал растяжения полосы углепластика.
Для всех образцов, произошло значительное увеличение урожайности нагрузки P к югу ^ у ^ по сравнению с соответствующими образцами управления спутником P ^ югу у ^ C. Обращаясь к таблице 2, выход нагрузок 152, 230 и 305 мм (6, 9 и 12 дюймов) в ширину образцов усилен двумя полосами углепластика увеличился на 29, 18 и 27% по сравнению с контролем соответственно. Сравнение результатов, повышение урожайности нагрузки для образцов с двух полос углепластика была значительно выше, чем для образцов с одной полосе углепластика. По сравнению с контрольными образцами, увеличение предельной нагрузки P к югу ^ тах на 152, 230 и 305 мм (6, 9 и 12 дюймов) в ширину образцов 23, 44 и 61% соответственно. Тенденции в этих значений в соответствии с приведенным в таблице 1, где выигрыш в конечной увеличивает прочность при уменьшении отношения стальной арматуры. Таким образом, в области дизайна, ожидаемые дополнительные силы из углепластика должны учитывать существующие относительное количество стали в unstrengthened состоянии.
Для 152 мм (6 дюймов) в ширину образцов с двух полос углепластика, средняя предельная нагрузка только 6% больше, чем доходность нагрузки. Это означает, что на металлургических выход, конкретные штамм был у конечной так, что любое увеличение прочности ограничен предельный уровень, соответствующий конкретной неудачи сжатия. Для 230 и 305 мм (9 и 12 дюймов) в ширину образцов, средняя конечной нагрузки увеличились на 38% больше, чем доходность нагрузок. Ожидается, что это и представляет собой увеличение имеющегося потенциала в конкретных стали на урожай. Такое поведение отражает относительное количество стали и углепластика подкрепление, и как эти укрепрайоны сравнить с тем, необходимых для сбалансированного укрепления конструкции.
Прогноз изгиб всех образцов с двух полос углепластика было меньше измеренных значений, что свидетельствует аналитическая модель консервативна. Обращаясь к таблице 2, измеренные нагрузки между 3 и 28% больше, чем предсказывали сильные стороны. Таким образом, модель является приемлемым аналитическим инструментом для предсказания силы в дизайне.
Пластичность и энергии
Сообщили эффекта изгиба укрепление с внешними укрепление FRP является снижение изгибной пластичности по отношению к unstrengthened условие (ACI Комитет 440 2002, и др. Bencardino. 2002). Как правило, пластичности в пересчете на безразмерные отклонения или энергетические отношения. Используя эти параметры вязкости
Отклонение вязкости:
Энергия пластичности:
В уравнении. (5) доходность, соответственно. Численное интегрирование измеренного прогиба от нагрузки диаграммы был использован для определения E ^ и ^ к югу и к югу E ^ у ^. Пластичность результаты приведены в таблице 3, где она отметила, что большинство образцов опыт уменьшение пластичности и отклонения и энергии пластичностью по сравнению с контрольной пучков. Исключение составляют образцы 6-1Fa и 12-2Fb, который наблюдался рост как прогиб и энергии ductilities и образцами 9-2Fb, которые испытали незначительное увеличение энергии пластичности. В ближайшем рассмотрении образца 12-2Fb, опытные основных трещин примерно в 35 кН (7,84 KIPS). Можно было бы утверждать, что в контролируемых испытаний нагрузки это было бы пределом состояние, для которого .), 724,2 кН мм (6,41 К-в.), 1,62 и 2,17, соответственно.
Экспериментальный анализ пластичности представлены ранее субъективно по двум причинам. Во-первых, для некоторых образцов, состояние текучести предел не мгновенное состояние, которое возникает в четко определенные нагрузки, отклонения или деформации. Во-вторых, предельное состояние ограничения также для интерпретаций. Таким образом, в зависимости от выбора для выхода и конечного состояний пределе диапазона пластичности результатов можно ожидать, что может немного отличаться от тех, представленные в таблице 3. Общий вывод, однако, должно быть, пластичность уменьшается по сравнению с unstrengthened состоянии. Дальнейшее расследование параметрической пластичности с помощью теоретических моделей для расчета прогибов и деформаций рекомендуется.
ВЫВОДЫ
Исследования, представленные в настоящем исследовании, оценка прочности и пластичности стали железобетонных балок укрепить с близкими поверхностного монтажа углепластика полос. Экспериментальные переменные суммы из стали и углепластика подкрепления. Стали усиление отношений. Ы и прочности бетона были выбраны в качестве типичных для данного конкретного изгиб членов, которые будут обнаружены в nonprestressed моста и строительство изгиб членов. Выводы об ограничены свойств материала (для бетона и углепластика), укрепление отношений ( . Из приведенных данных, сделаны следующие выводы.
1. Укрепить пучков удалось при изгибе, как предсказано в зависимости от суммы из стали и углепластика подкрепления. Все 152 и 230 мм (6 и 9 дюймов) в ширину образцов и 305 мм (12 дюйма) широкий образцы с двух полос углепластика удалось стальной выход последуют конкретные дробления. Углепластика сохранилась на конкретные неудачи и не было обнаружено нарушение сцепления. Эти лучи были предсказаны на неудачу при сжатии. 305 мм (12 дюйма) широкий образцов укрепить одна полоса углепластика удалось стальной выход затем разрыв углепластика. Эти лучи были предсказаны строя в результате разрушения углепластика. Во всех случаях, не нарушение сцепления из углепластика была обнаружена;
2. Все пучков укрепить углепластика удалось при нагрузках больше, чем их соответствующим контролем пучков. Относительно контрольного образца потенциал, укрепить углепластика образцов был проведен анализ увеличения текучести от 9 до 30%, и измеряли увеличение предела прочности от 10 до 78%. В целом, увеличение численности была обратно пропорциональна относительное количество арматуры, нормированная на сбалансированный дизайн
3. Измеряется конечной потенциала углепластика укрепить пучков между 6 и 28% больше, чем соответствующие предсказал номинальной силы. Номинальная прочность была рассчитана с использованием упрощенной замкнутой форме анализа, что дает идентичные результаты проб и ошибок процедурой, приведенной в ACI 440.2R-02. Для unstrengthened балки, измеренной прочности был между 11 и 23% больше, чем в разделе по прогнозам номинальной силы. Эти соотношения показывают, что углепластика укрепить раздел номинальная мощность изгиб надлежащим образом предсказать с помощью упрощенной форме закрытого или ACI 440.2R-02 методологий;
4. Силы перераспределять средства между углепластика, эпоксидная затирка, и окружающие конкретные удалось разработать полный пределом прочности на растяжение полос углепластика. Прочность разрыва одной полосе углепластика был достигнут в 305 мм (12 дюйма) широкий образцов без явных описок или повреждения бетона или эпоксидной затирки. Для всех остальных образцов углепластика, где не преминул, нет очевидной потери в силу передачи между углепластика, эпоксидная затирка, и окружающие бетона. Таким образом, тонкая прямоугольная полоса углепластика в поперечном сечении и шероховатой поверхности обеспечивают эффективный механизм передачи силу с этим эпоксидных и
5. Для образцов, испытанных, нет заметной тенденции между изменением вязкости (энергетика и отклонения), а относительное количество арматуры За исключением двух укрепить пучка, энергия и отклонения ductilities были снижены для углепластика укрепить балки.
Авторы полагают, что необходимы дополнительные исследования для изучения прочности и пластичности поведения пучка укрепить широкий диапазон комбинаций из стали и отношения FRP подкрепления. Кроме того, NSM FRP соединения и облигаций поведения, соответствующего кода мандатом дизайн ограничения на прочность, прогиб, и пластичность должны быть исследованы.
Авторы
Авторы выражают благодарность Братья Хьюз, Inc за предоставление укрепление углепластика и Управления научных исследований и проектов, финансируемых в университете Вилланова за предоставление финансовой поддержки для данного исследования.
Нотация
^ Е ^ к югу, к югу ^ S ^ = площадь углепластика и стальной арматуры, соответственно,
^ К югу FB = сбалансированного укрепить области углепластика
^ К югу си = площадь стали соответствующие конкретные одновременного измельчения и стали уступая
, V ^ ^ = югу глубина сжатия блок на конечной и сдвига пролета, соответственно,
B, C = ширина луча и глубины на нейтральной оси, соответственно,
г ^ е ^ к югу, г ^ к югу ы = глубину углепластика и стальной арматуры, соответственно,
E ^ ^ к югу е, е '^ к югу с = FRP модуля упругости и прочности бетона, соответственно,
е ^ е ^ к югу, к югу F ^ S ^ = напряжение в углепластика и стали, соответственно,
F ^ югу фу ^ е ^ к югу у = предел прочности FRP (1648 МПа [239 KSI]), и предел текучести стали, соответственно,
F ^ F-суб прошлого месяца = рассчитывается углепластика напряжения на секциях теоретических момент силы
M ^ югу п = теоретических номинального момента силы
P ^ югу п = теоретической прикладной нагрузки, соответствующей М ^ ^ п к югу
P ^ югу нК = теоретических нагрузку на контрольных образцах соответствует M ^ ^ п к югу
P ^ у ^ к югу, к югу P ^ тах = измеренная нагрузка на выход конечной стали и, соответственно,
P ^ югу ус ^ P ^ югу maxC = измеряется нагрузки для контрольного образца при растяжении стали и конечной, соответственно,
T ^ ^ е к югу, к югу T ^ S ^ = предел силы в углепластика и стали, соответственно,
W ^ югу пучка = собственный вес пучка
Ссылки
ACI Комитет 440, 2002, "Проектирование и строительство Внешне Таможенный системы FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 45 с.
ACI Комитет 440, 2004, "Путеводитель Методы испытаний из армированных волокном полимеров (FRPS) для укрепления или усиления железобетонных конструкций (ACI 440.3R-04)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 40 с.
ASTM C 684-99, 1999, "Стандартный метод испытаний для решений", ускоренное Лечение и тестирование образцов бетона испытаний сжатия ", ASTM International, Запад Коншохокен, Пенсильвания, 10 с.
Arduini М., Нанни А., 1997, "Поведение Precracked RC Балки укрепляясь углерода FRP бюллетени," Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 1, № 2, с. 63-70.
Bencardino, F.; Spadea, Г. и Swamy Р., 2002 ", прочность и пластичность железобетонных балок Внешне Усиленный Ткань из углеродного волокна," Структурные ACI Journal, В. 99, № 2, март-апрель ., с. 163-171.
Брена, SF; Брамблетт, RM Вуд, SL и Крегер, ME, 2003, "Повышение пропускной способности при изгибе железобетонных балок Использование углеродного волокна армированных полимерных композитов", ACI Структурные Journal, В. 100, № 1, январь -февраль, с. 36-46.
DeLorenzis, Л.; Нанни, A.; и Tegila, Л., 2000 ", изгиб и сдвиг Усиление железобетонных конструкций с Ближнего поверхностного монтажа FRP бары," Труды 3-я Международная конференция по современным композитных материалов в мостов и сооружений, Оттава, Канада, 15-18 августа, с. 521-528.
DeLorenzis Л., и Нанни А., 2001, "сдвиг Усиление железобетонных балок с приповерхностном конной армированных волокном полимерные стержни," Структурные ACI Journal, В. 98, № 1, январь-февраль, с. 60-68.
DeLorenzis Л., и Нанни, A., 2002, "смычке приповерхностном конной армированных волокном полимерные Стержни и бетона в структурных укрепление", ACI Структурные Journal, В. 99, № 2, март-апрель, с. 123-132.
DeLorenzis, L.; Лундгрен, К. и Риццо, А., 2004, "Анкоридж Длина приповерхностном конной армированных волокном полимерные бары для бетона Укрепление Экспериментальное исследование и численное моделирование", ACI Структурные Journal, В. 101, № 2, март-апрель, с. 269-278.
Эль-Хача Р., Rizkalla, S., 2004, "Near-поверхностного монтажа армированных полимерных пополнение для изгиб Усиление железобетонных конструкций", ACI Структурные Journal, В. 101, т. 5, сентябрь-октябрь , с. 717-726.
Грейс, N.; Абдель-Сайед, Г. и Рагеб, W., 2002, "Укрепление бетонных балок, используя новаторские пластичные армированных волокном полимерных тканей", ACI Структурные Journal, В. 99, № 5, сентябрь - октябрь, с. 692-700.
Mukhopadhyaya П., Swamy, RN, 1999, "Критический обзор крепежной пластины подчеркивает в нарушение сцепления Преждевременный отказ от плиты Таможенный железобетонных балок," Четвертый Международный симпозиум по армированного волокном полимерные Арматура железобетонных конструкций, SP-188, CW Долан , SH Rizkalla, А. Нанни, ред. американские бетона институт, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, с. 359-368.
Нанни А., 2000 ", FRP Арматура мостовых конструкций", Труды, конференции структурной инженерии, Университет штата Канзас, Лоуренс, Kans., 16 марта, с. 1-5.
Нгуен, D.; Чен, T.; и Чонг, H., 2001 ", хрупкого разрушения и Бонд развития Длина углепластика-бетонных балок," Журнал композиты для строительства, ASCE, V. 5, № 1, с. 12-17.
Пенсильвания Департамент транспорта (PennDOT), 2001, "Спецификация моста Дизайн лист, BD-601M," Технические характеристики бетона класса AAA.
Рахими, H., и Хатчинсон, A., 2001, "Укрепление бетонных балок с внешней Таможенный FRP Плиты," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 5, № 1, январь, с. 44-55.
Saadatmanesh, H., 1994, "Белка композиты для новых и существующих структур", ACI Структурные Journal, В. 91, № 3, май-июнь, с. 346-354.
Шариф, A.; Аль-Сулеймани, ГДж; Basunbul, И.; белуджей, MH и Галеб, Б., 1994, "Укрепление первоначально грузится железобетонных балок Использование FRP Плиты," Структурные ACI Journal, В. 91, № 2 , март-апрель, с. 160-168.
Шин, Ю. С., и Ли, К., 2003, "Поведение при изгибе железобетонных балок с Укрепление углеродного волокна армированной полимерной слоистый пластик при различных уровнях нагрузки устойчивости", ACI Структурные Journal, В. 100, № 2, март - апрель, с. 231-239.
Taljsten, B., и Каролин, A., 2001, "Бетонные балки укрепляясь Рядом поверхностного монтажа углепластика слоистый пластик," Известия неметаллических Арматура железобетонных конструкций, FRP RCS-5 конференции, 16-18 июля, Кембридж, Великобритания , с. 107-116.
Дэн, JG; Chen, JF; Смит, ST, и Лам, L., 2002, FRP-RC Укрепление структуры, John Wiley
Роберт Джозеф Йост является адъюнкт-профессором по гражданской и экологической инженерии в университете Вилланова, Villanova, Па Его научные интересы включают в себя использование инновационных материалов в транспортную инфраструктуру, неразрушающих методов наблюдения за состоянием здоровья структур, а также сейсмические построения и анализа мостов.
Входящие в состав МСА Shawn П. Гросса является адъюнкт-профессором в Департаменте гражданской и экологической инженерии в университете Вилланова. Он является секретарем совместных ACI-ASCE Комитет 423, предварительно напряженного железобетона, а также членом комитетов МСА 213, керамзитобетонные и бетон, 363, высокопрочного бетона; 435, прогиб бетонных строительных конструкций; 440, армированных полимерных Укрепление и E803, факультет сети Координационного комитета. Его научные интересы включают в себя разработку и поведения армированных и предварительно напряженных железобетонных конструкций, в том числе использование высокопрочного бетона и волоконно-армированные полимерные подкрепления.
David W. Динехарт является адъюнкт-профессором по гражданской и экологической инженерии в университете Вилланова. Его исследовательские интересы включают оценки сейсмической деревянных конструкций, пассивные системы демпфирования, а также дизайн и поведение бетона и стальных конструкций.
Джейсон J. Mildenberg является Инженер с Щур Де Пальма из кирпича, Маналапан, NJ Он получил степень магистра в сфере гражданского строительства университета Вилланова.
Прочность на сдвиг железобетонных балок при равномерно распределенной нагрузки
Оптимальное Домены на изгиб и осевой нагрузки
Детализация пластических шарниров в сейсмических Дизайн бетонных конструкций
Вероятностные Совместное Прочность на сдвиг модели для синтеза RC соединения Луч-колонки
Исследования о влиянии поперечной арматуры о выполнении диагонали Железобетонная Муфта Балки
Исследование Монотонные и циклические Ответ армированных волокном полимерные Укрепление Балки