Детализация пластических шарниров в сейсмических Дизайн бетонных конструкций
В последние изменения структурного правила проектирования в Новой Зеландии, ряд изменений были внесены в положения сейсмических дизайна. Одним из наиболее значительных изменений было то, как уровень детализации определяется для потенциальных пластиковые петли. Ранее, уровень детализации была основана главным образом на структурный фактор пластичность, которая во многом аналогична R понижающий коэффициент используется в практике США. При ревизии, уровень детализации базируется на прогнозируемых величина кривизны, пластическом шарнире, необходимых для поддержания в предельное состояние предела. Эта статья объясняет, почему структурного фактора пластичности не дать надежное руководство к деформации выдержан в отдельных пластического шарнира. Кроме того, на основе результатов испытаний 37 лучей, 25 колонн и стен 36, ограничивает дизайн кривизны предлагается для различных категорий пластического шарнира.
Ключевые слова: кривизна; подробно; пластичность; материала деформации; пластического шарнира.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В Новой Зеландии, проектная мощность требуется оформление всех пластичных структур. Это включает в себя определение вязкий механизм отказа для структуры и местонахождения позиции связаны пластические шарниры. Они упоминаются в качестве основного пластические шарниры и могут развиваться в регионах максимальный момент из-за конструктивных действий, и они являются основным источником неупругих реагирования и пластичного поведения структуры. С другой стороны, вторичные пластические шарниры районы, где неупругих действия (то есть, уступая) может развиваться за счет действия не учитывать при анализе, например, удлинение первичных пластических деформаций и изменений в динамические характеристики, которые возникают при первичной пластиковой петли текучести. Среднее пластиковые петли включать ограниченное уровней неупругого деформирования. Как правило, неэластичный спрос значительно меньше среднего пластических шарниров, чем в первичной пластиковой петли. Районах за пределами основной пластические шарниры разработаны с указанным запас прочности больше действий, которые могут быть применены к ним, когда основной петли пластиковые противостоять их максимальной силы.
В Новой Зеландии новых нагрузок Code1 (именуемое в дальнейшем 1170.5:20041 NZS) требует, чтобы уровень детализации, используемые в пластиковых потенциальных регионах должны основываться на предсказал материала штаммов, введенных в отношении региона в предельное состояние предела. Это существенно отличается от положения детализации потенциального пластических шарниров на основе глобального спроса на пластичность перемещения, которые существовали в предыдущей версии Code2 Новой Зеландии нагрузок (то есть, NZS 4203:19922). В 2006 году пересмотра Новой Зеландии бетона Code3 (называют NZS 3101:20063 далее) является первым структурным код быть записаны в соответствии с новой сейсмической подход к проектированию, рекомендованные в NZS 1170.5:2004.1 для изгибных членов NZS 3101:20063 определяет деформации материала пределы для различных уровней детализации в номинальном кривизны как фактические деформации материала арматуры и бетона не могут быть легко определены. Кривизны используются как индекс ожидаемых уровней деформации в пластических шарниров в конечном предельного состояния ..
Код ревизионных комиссий, который внес на рассмотрение требования к деталям потенциальных пластических деформаций на основе уровня деформации они обязаны поддерживать в предельное состояние предел, считает этот шаг приведет к более эффективной структуры с более четкого определения уровня сейсмической деятельности. Это первый раз, что такое требование было введено в национальных сейсмических нормы проектирования на практике. Как показано в настоящем документе, этот шаг может быть легко включены в нынешней практике без участия заметных дополнительных усилий в области дизайна. Причиной перехода от использования глобального структурного фактора пластичности расчетным кривизны уровнях в пластических шарниров описывается в настоящем документе.
Кроме того, в фоновом режиме, чтобы предлагаемая поправка текущего материала деформации (то есть, кривизны) пределы, указанные в NZS 3101:20063 дается. Эти предлагаемые значения, насколько это возможно на основе результатов испытаний, проще применять, чем в первом издании NZS 3101:2006.3 основных целей сейсмического положения дизайна в том, что структура может выдержать землетрясение работоспособности предельного состояния с минимальный ущерб, расчетное землетрясение основе (возврат период 500 лет для большинства зданий) за пределом государство с высоким запасом прочности от краха, а максимально допустимое землетрясение (возврат период 2500 года) с запасом прочности. Материала деформации пределах, указанных в настоящем документе, призваны удовлетворить критериям работоспособности, а также как землетрясения дизайн основе (то есть, предельное состояние предел), а максимально допустимый критерий землетрясения.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эта статья объясняет, почему глобального фактора пластичности перемещения не всегда достоверно отражают уровень деформации спроса на пластиковые петли в железобетонных конструкциях. Предполагается, что номинальные кривизны потенциальной пластические шарниры, рассчитанные упрощенные правила, использоваться в качестве индекса для определения уровня детализации необходимых пластических шарниров. Кривизна пределы для различных уровней детализации не предлагается. Насколько практические, они основаны на результатах испытаний. Такой подход должен позволить сейсмической эффективности, которые будут более четко определены.
СТРУКТУРНАЯ пластичность и неупругой деформации в пластической ПЕТЛИ
М структурных факторов пластичности дает меру пластичности структуры в целом. Как показано на рис. 1, однако, структурный фактор пластичности не дает надежной мерой неупругой деформации в отношении любого конкретного потенциала пластического шарнира. Рисунок 1 () показывает, несущей стены поддерживается на жесткой основе. Результирующая зависимость "нагрузка-смещение показано на правой части рисунка. Пластичности один перемещения (м = 1,0) является относительно небольшой деформации фундамента и несущих конструкций мала. Аналогичные структурные установки показана на рис. 1 (б). В этом случае, идентичные стены один на рис. 1 (а) опирается на гибкую основу. При боковых сейсмических сил дизайн применяются, уступая перемещения (то есть, Обратите внимание, что перемещения, используемой для расчета смещения пластичности в традиционном смысле измеряется на основе абсолютной системе координат, которая включает в себя жесткое перемещение тела из-за поворота основания.
Как видно из рисунка, максимальное допустимое значение неупругой деформации пластического шарнира, который является истинной мерой необходимой детализации, приводит к различным значениям максимальной пластичности перемещения населения в этих двух систем. Иными словами, когда две структуры взяты на тот же уровень пластичности, гораздо больше неупругой деформации накладывается на пластиковые петли в стене с помощью гибкой основе, чем в случае стена с жесткой основой. Именно это деформации, что является основным фактором, определяющим уровень детализации, необходимые для предотвращения сбоя. Из этого рисунка видно, что структурный фактор пластичности не дает надежный ориентир для неэластичного спроса деформации сделан на пластиковых петель. Именно на этой основе NZS 1170.5:20041 и NZS 3101:20063 требуют неэластичный спрос деформации в соответствии с конечной меры государственной ограничения, которые будут использоваться для определения уровня детализации ..
Общий термин "материальное напряжение" введено в NZS 1170.5:20041 для покрытия различных форм неупругой деформации (то есть, кривизны, деформации сдвига, и осевых деформаций) в пластическом шарнире. В NZS 3101:2006,3 три уровня детализации вводятся для покрытия различных материалов деформации требования, а именно номинально пластичного, пластичных ограниченным, и вязкостью. Номинально пластичного пластиковых области (НДПР) не требует специального подробно на сейсмические воздействия. Члены разработан с НДПР имеют ограниченную пластичность, что является достаточным для того, чтобы уровни момент перераспределения в соответствии со стандартом на устойчивой основе. Уровень пластичности, однако, как правило, недостаточны для пластической областей, которые необходимы для поддержания заметного неупругого деформирования в крупное землетрясение. Как правило, НДПР подробно можно будет найти в очередной номинально пластичных структур (который ранее назывался упруго ответ структур). Ограниченной области пластичного пластика (ЛДПР), описывающий требуется в пластиковых регионах, согласно прогнозам, поддерживать умеренный уровень неупругих деформаций в предельное состояние предела, в то время как пластичного пластической области (DPR), описывающий не требуется, когда высокие требования неупругие деформации прогнозам, произойти в предельное состояние предел ..
ОЦЕНКА ДЕФОРМАЦИИ МАТЕРИАЛА (кривизна) DEMAND
Расчет interstory дрейфа и пластический шарнир поворота в конечной предельное состояние
Величина предсказал неупругих вращения, действующих в первичной пластиковой регионах может быть получен целый ряд различных методов. Со временем история анализ, в котором неупругих деформационные характеристики членов моделируются и P-A действия включены, пластического шарнира вращения может быть получена непосредственно с выхода анализа. Вопросы остаются на земле, которая фиксирует движения должны быть использованы в области нелинейного анализа времени истории. Различные движения земли, даже если они масштабируются в соответствии с дизайном спектров, может привести к очень разным значениям неупругих deformation.4 Следовательно, чтобы знать, надежность принятое значение пластического шарнира вращения большого числа анализов с использованием различных записей землетрясения не требуется. Упругие анализ времени история не допускаются NZS 1170.5:2004.1 Там, где другие упругие анализы на основе использования, например, эквивалентного статического или модальных методов спектр реагирования, пределом состоянии бокового перемещения конверт получается путем изменения соответствующего упруго предсказал конверт , во-первых, чтобы для P-
Конечной interstory дрейф в любую историю в кадре или на стене структура может быть разбита на упругой и пластической компонент, как показано на рис. 2. Упругого компонента может быть принят равным значением, найденным из эквивалентного статического или первый режим анализа структуры. Обратите внимание, что это дает консервативную оценку предела упругости для рассказов других, чем где-первых уступая происходит в структуре различных историй достичь неупругих стадии на различных этапах. Кроме того, менее консервативны значение упругой найден путем расширения упругих значения, предсказанного из анализа соотношения средней дизайн изгиб первичного регионов пластика в историю под рассмотрение соответствующего среднего значения сейсмических моментов дизайн. Пластиковые interstory дрейфа рассчитывается путем вычета упругой составляющей interstory дрейфа от общего interstory дрейфа. В результате вращения в пластиковые пластиковые петли могут быть рассчитаны как показано на рис.
2 из геометрии. Как показано на рис. 2 (а), в столбце вращения в историю,
... (1)
где В кадр, пластиковых вращении пучка любого уровня может быть оценена исходя из среднего градиента связанные с пластической деформации в историю выше, и рассказ ниже уровня пучка в процессе рассмотрения. Таким образом, соответствующие пластиковых вращения пластического шарнира,
... (2)
где L является пролета пучка между колонкой центральные и L 'является расстояние между центрами пластических шарниров в пучке, который может быть вычислен, если место и продолжительность пластического шарнира не известно. Позиция пластического шарнира, могут быть определены из профиля изгибающий момент, и пластического шарнира длины для различных типов членов указаны в разработке кодексов.
Кроме того, вращение в колонны или стены могут быть найдены из геометрии и interstory дрейф история содержащие стены или колонны. Как показано на рис. 2 (б), дизайнер может в некоторых ситуациях, разрешение пластических шарниров сформировать в некоторых колонках, если другие колонны или стены, в структуре есть запас прочности значительно выше уровня, необходимого для предотвращения образования механизм господства в столбце крупное землетрясение. Выражение для пластиковых вращения в стены и колонны могут быть легко получены из геометрии рис. 2 (б) и (с).
Расчет кривизны
Важно признать, различные формы пластиковых регионах (в частности, однонаправленные и снижение), которые могут развиваться. В вспять пластиковых регионов, неупругое поворотов или деформации сдвига в обоих направлениях (положительных и отрицательных) вызываются в той же зоне, как структура качается вперед и назад. В однонаправленных пластиковых регионы, однако, неупругих кривизны накапливается в том же direction.5-6 предсказал максимальный спрос кривизны или деформации материала в пластической области определяется путем деления пластического шарнира вращения петля длиной югу л ^ ^ эфф и добавить на кривизну [прямая фи] ^ у ^ к югу, связанные с первым значительным выходом в пластической области. Таким образом, максимальная кривизна в пластическом шарнире задается
... (3)
3 показано эффективное пластический шарнир для изменения длины и однонаправленных пластических шарниров в пучках. Следует отметить, что термин "эффективное пластического шарнира длины", которая используется для расчета деформации материала, является расстояние, на котором пластиковых кривизны Предполагается, что должны быть одинаковыми. Это значительно меньше, чем (и не следует путать с) пластичного подробно длины, что определяет расстояние, по которому податливость подкрепление или скалывания конкретные может ожидать. Любое деталей, которые необходимо сохранить большой пластической деформации, чтобы избежать преждевременного выхода из строя должна распространяться по всей пластичного подробно длины, определяется через подробным инструкциям в конкретных стандартных конструкций (для балок, то он считается два раза, общая высота). Для пластиковых вспять петли, или однонаправленной пластического шарнира рядом с опорным элементом, где приносит может происходить только по одну сторону от критического сечения, эффективных пластического шарнира длины балки или колонны, принимается в качестве меньшей какого-либо из ч / 2 или больше в ч / 4 или 0,2 M / V (разделенный момент сдвига в критической секции), где А это раздел глубины.
Для стен, эффективных пластического шарнира длина принимается в качестве меньшего из Lw / 2 или 0.15M / V, где Lw длина стены. Как показано на рис. 3 (б), для однонаправленных пластических шарниров, которые составляют от несущий элемент, уступая может развиваться по обе стороны от критического сечения. В таких случаях эффективная длина пластического шарнира, могут быть приняты консервативно вдвое соответствующее значение для изменения пластических шарниров. В этих случаях, градиент момент схема (равной поперечной силы) является низким и, следовательно, мало упрочнения может привести к пластической длине простираться на значительном расстоянии. На практике, где однонаправленной форме пластиковой петли, кривизна пластического шарнира расположены против лица несущий элемент (как правило, колонки) ограничения деформации, что член может выдержать ..
В дизайне, кривизна ограничения в пластическом шарнире областей, необходимых для обеспечения того, чтобы материал штаммов не превышает значения, соответствующие по уровню детализации, которая используется. Следовательно, количество консервативных приближений могут быть сделаны более подробные расчеты, необходимые только при упрощенных методов указывают кривизны спрос слишком высок. Консервативная коротких путей, которые могут быть сделаны для определения требуемой детальности уровнях в момент сопротивления ограждающих конструкций, включают: 1) проверка кривизны только для пучков в истории поддержания наибольшей interstory дрейфа и используя уровень детализации, необходимой для этого пучка для широкой группы пучков, 2) принимает вращения колонны при пластической деформации, можно пренебречь.
Действующие положения, касающиеся МАТЕРИАЛ ДЕФОРМАЦИИ ОГРАНИЧЕНИЙ
Подход, принятый в NZS 3101:20063 для расчета кривизны похож на предложенный Бейкером в 1956,7 штаммов равномерной пластической предполагается развивать в пучке, колонки или стене для эффективного пластического шарнира длины. На самом изгибе членов штаммов далеки от единообразия. Выбрав соответствующую эффективную длину пластического шарнира, л ^ ^ эфф к югу, однако, считается, что единый кривизны могут использоваться повсеместно к югу л ^ эфф [с / иь] для прогнозирования общего вращения пластика. Эти предположения на рис. 4.
Текущие рекомендации для деформации материала в пределах NZS 3101:20063 воспринимаются как произведение коэффициента, перечисленных в таблице 1 и кривизна соответствует первый выход подкрепление, которое можно рассчитать глубину нейтральной оси определяется по разделам анализа. Эти ограничения на основе опыта, интуиции и были призваны быть консервативным. Хотя не было ограниченность времени в ходе пересмотра стандарта для определения предельной деформации материала на основе экспериментальных данных, комиссия не была готова ждать до следующего пересмотра стандарта принять эту новую философию. Было отмечено, что прогресс, достигнутый лишь вступая на этот более убедительным подход к деталям пластиковых регионов будет перевешивать препятствием из-за отсутствия количественно проверяемого неупругих ограничения спроса. Впоследствии, консервативные ограничения были приняты на временной основе и научных кругов в Новой Зеландии было предложено придумать более надежные значения пределов материала деформации.
Недостаточность анализа в прогнозировании МАТЕРИАЛ ДЕФОРМАЦИИ ОГРАНИЧЕНИЙ
Фактические уровни напряжения в продольной арматуры и бетона в пластическом шарнире не может быть точно предсказано. Рисунок 5 иллюстрирует действия в пучке пластического шарнира расположен рядом с колонной. Рис 5 (а) цифра указывает на типичный образец трещины, а рис. 5 (б) показан профиль изгиба силы натяжения арматуры в. Как показано на рис. 5 (б), продольная балка дает усиление на длине GE F. Расстояние е в пучке зависимости от разности между моментом максимального изгибающего сопротивление при критическом разделе пластической области, Mmax, и момент, который вызывает первого выхода продольной арматуры, My1. Значение длины е дается
... (4)
, где M / V представляет собой отношение момента сдвигу критической секции. Увеличение M югу ^ тах выше момента первого выхода в основном зависит от упрочнения характеристики арматуры.
Дополнительное расширение уступая в пучок, который известен как напряжение сдвига и обозначается как F на рис. 5 (б), который связан с диагональю напряженности трещин в пучке, как показано на свободное тело показано на правой части рис. 5 (а). В свободном схема тела, можно видеть, что сила сжатия в разделе 2 находится в равновесии с напряжением сил в разделе 1. Таким образом, если стремена не несут никакой сдвига, продукт T1 и внутренних рычага JD дает момент M2 в Разделе 2, а не М1 в Разделе 1. Таким образом, осадки, продлить на расстоянии XD (проекция диагональные трещины), чтобы находиться в равновесии со сжимающей силы на участке во главе с трещиной. С другой стороны, когда стремена выдерживать полное Vs сдвига, равнодействующая вертикальных сил, стремя будет на половину по диагонали трещины. В этом случае продукт T1 и JD соответствует M2 - Vsxd / 2, который сейчас на участке посередине между 1 и 2. Таким образом, приносит расширение в данном случае является XD / 2.
Как правило, в конце пластической области при условии, что касательное напряжение достаточно, чтобы причинить диагональных трещин, стоимость XD примерно равна эффективной глубины. С обратной неупругих циклического нагружения, диагональной форме напряженности трещин от обеих сторон пучка. Пересечение этих трещин эффективно разрушает сдвига, могут сопротивляться только конкретные, то есть, Vc равна нулю. В этой ситуации значение напряженности отставание, F, для практических целей, могут быть приняты как половина эффективная глубина, д / 2 ..
Образование диагональные трещины в совместном пучка колонки причин уступая продлить на некоторое расстояние в рамках совместной зоны. Степени доходности проникновения на территорию или через совместные, показали, как г на рис. 5 (б), зависит от многих факторов, наиболее важными из которых являются числа и масштабов неупругих циклов нагрузки, глубина столбца по отношению к диаметр прутка, армирующих выход, осевая нагрузка на колонны, и напряжений в колонке подкрепления. Это количество увеличивается длина проникновения связи в качестве сопротивления теряется из-за податливость арматуры и циклического нагружения.
Рис 5 (с) показывает распределение кривизны по пластической области в балке на основе штаммов в изгибе усиление напряженности. Для сравнения, предполагается аналитической кривизны по длине Лефф также показано на рисунке. Выход проникновения и крепления выводе арматуры в совместных результатов зоны трещин образуя либо на уровне или близко к лицу столбца и / или в лицо крайней арматуры в колонны. Можно отметить, что выход расширение укрепления на расстоянии ГЭФ, которая равна расстоянию между C и на рис. 5 (), который связан с изгиба сжатия конкретного между торцом колонны и точки B. Таким образом, предположение о плоскости остальных разделах плоскости, в лучшем случае, даже для однонаправленного пластиковых регионах очень грубом приближении. Следует также отметить, что предположения, что кривизна неупругих счетов на общую неупругих перемещения не является строго корректным, так как деформации сдвига не вызывает искривление и было установлено, приходится 30% или более общим водоизмещением в лучах подвергаются обширным неупругих циклических loading.8-10 По этим двум причинам, а именно: плоских сечений не остается плоскости и деформации сдвига игнорируются при расчете кривизны пределах аналитической кривизны в однонаправленных пластических шарниров не могут быть использованы для прогнозирования реального уровня напряжения в любой усиление или конкретные ..
При неупругих циклического нагружения, дополнительная сложность возникает из-за удлинения пластиковых hinges.10 С трещин от изгиба в балки, колонны, стены, удлинение происходит, если они подвергаются умеренной до высокой осевой нагрузки отношения. Это удлинение существенно возрастает при неупругих деформаций применяется. В однонаправленных пластических шарниров, удлинение происходит деформации растяжения в укрепление больше, чем соответствующие деформации сжатия в бетоне. С вспять пластическими шарнирами, Есть две причины удлинения:
1. При продольном дает подкрепление, широкий трещин развиваться. Микротрещин образуют вокруг баров и скольжение решетку через конкретные результаты в щепы и совокупного частиц втянуты в трещины. Дополнительный материал выбили из поверхности трещины из-за сдвига перемещений, которые развиваются через трещины. Этот материал имеет тенденцию для предотвращения трещин от закрытия, когда направление момента и сдвига наоборот. Следовательно, конкретные расширяется при воздействии на неупругих циклических loading10 и
2. Диагональ сил сжатия выдержаны в поперечные балки из-за действия поперечной арматуры. Продольной составляющей этих сил приводит к изгиб силы натяжения на участке не должно быть больше соответствующего изгиба силу сжатия. Таким образом, бар, ранее полученных в напряженности не подвергается сжатию достаточной причиной его выхода обратно и закрыть трещины от нагрузки на противоположную. Это заставляет часть деформации остаться невозмещенных, что ведет к постоянной elongation.10
Таким образом, вышеупомянутые вопросы должны быть решены до реального уровня деформации может быть предсказано в укреплении или бетона.
ОЦЕНКА ОГРАНИЧЕНИЯ МАТЕРИАЛ штаммов по результатам испытаний
Чтобы избежать вышеупомянутых аналитических задач, предлагаемый материал напряжение ограничения для высокопрочного и ограничения пластичного членов, полученных по результатам испытаний элементов конструкций. Для каждого типа член эффективной длины пластического шарнира предполагается. Используя это значение, конечной кривизны вычисляется по результатам теста. Это значение основано на предположении, что все неупругие деформации возникает из кривизны в эффективной длины пластического шарнира. Предельного вращения рассчитывается по перемещению устойчивого когда численность членов распадается на 80% от теоретической прочности. Процесс оценки предельной кривизны от индивидуальных тестов для членов показано на рис. 6 и изложенных в данной меры следующим образом:
1. Каждый тест оценивается в единицу, чтобы определить, подробно в области потенциалов пластиковых удовлетворил требования для номинально пластичного, пластичных ограниченной или пластичного подробно, как это предусмотрено в NZS 3101:2006,3 или если он не может претендовать на любую из них;
2. С preyield циклов нагружения, смещение устойчивой примерно 3 / 4 из теоретической прочности линейно экстраполировать на уровень нагрузки, соответствующей теоретической прочности членов. Это взято, как пластичность одна перемещения 6;
3. Изучение большого числа результатов испытаний показал, что в большинстве случаев, произошел сбой в цикле нагрузки, что участие смещения от большого отрицательного смещения к большим положительным перемещения, или наоборот. Это свидетельствует о том, что диапазон общим водоизмещением от начала и до конца полупериода, которое несет ответственность за неудачу, а не в пик смещение, от первоначального положения в начале теста. С учетом этого, конечной кривизны на основе среднего пика смещения выдержан в половине цикла перед произошел сбой. Со ссылкой на рис. 6, это смещение равно 0,5 | ( , представляют собой максимальные положительные и отрицательные смещения выдержан в половине цикла до нагрузка упала ниже 80% от теоретической прочности, соответственно. Как и все испытания рассматривается в данном документе, являются обращения вспять пластических шарниров, в среднем пик смещения в двух направлениях является оправданным.
4. Во многих тестов, несколько циклов нагружения, приложенного между конкретных положительных и отрицательных смещений до произошел сбой. Ясно, что в таких случаях, получили бы способен выдержать один или большее количество больших циклов перемещения до разрушения в случае, когда предыдущие циклы нагрузки не были выполнены. Результаты ряда испытаний пучка предложил, что этот эффект может быть консервативным путем умножения предсказал критическое смещение нашли на шаге 3, 1,05 (п - 1), но не более 1,5, где п число положительных и отрицательных пиков перемещения носят устойчивый характер к перемещению циклов рассматривается до приложенной силы сопротивления на пике капель перемещения ниже 80% от теоретической прочности. Этот процесс показан на рис. 6, где в половине цикла нагрузки между SUP теоретической прочности (0.8H ^ ^ я к югу).
Конечной кривизны при пластической деформации, полученных при испытании, [прямой фи] ^ югу р, рассчитанная как указано в пп 1 до 4, дается
... (5)
где л ^ ^ эфф югу эффективная длина пластического шарнира, Ar это повторение коэффициент рассчитывается как меньшее из 1,05 (п -1) и 1,5, а ^ ^
ПРОЕКТ МАТЕРИАЛ ДЕФОРМАЦИИ пределов ПОТЕНЦИАЛ РЕГИОНОВ PLASTIC
Одним из основных факторов, влияющих на поведение пластического шарнира зон типа деформации, что они должны поддерживать. Как отмечается в Список 5 и 6, пластиковые петли могут быть подвергнуты вспять или однонаправленной неупругих действий. Подавляющее большинство тестов на пластиковые регионов, которые могут быть классифицированы как пластичного или ограниченных вязкий, были сделаны обращения вспять действий. Несколько пучков, которые были испытаны в качестве однонаправленных пластических шарниров в пластичных пластиковых регионов заявили, что в этих зонах можно сохранить в два раза превышает вращения в сопоставимых пластиковых вспять hinge.10 номинально пластичного регионов пластика, ситуация иная и не соответствующее испытание результаты можно найти в доступной литературе для балок, циклические неупругих нагрузки.
Ковкий и пластичный ограниченной регионов пластиковые
Из анализа результатов испытаний, Пристли и Kowalsky11 предложил кривизны в пластической области в члены поддержания разделе пластичности один, [прямой фи] ^ у ^ к югу, можно рассматривать в качестве продукта и постоянное напряжение выхода разделенное на общую глубину членом. Постоянная оказалась различаться для разных типов членов и укрепление механизмов, но в целом было близко к 2,0, а для простоты предполагается, равным 2,0 для всех случаев. Было принято решение дать предельных значений кривизны в вязкий и пластичный ограниченной регионов, несколько из [прямой фи] ^ у ^ к югу, так как это избежать необходимости для детального анализа в разделе, чтобы найти кривизны первого урожая. Исходя из этого, кривизны [прямой фи] ^ у ^ к югу в потенциале региона пластика, соответствующий той стадии, когда значительные неупругие деформации инициативе, берется в качестве
... (6)
, где
Максимальной кривизны для предельного состояния предел берется в виде произведения [прямой фи] ^ у ^ к югу и двух факторов, а именно к югу K ^ ^ г, что позволяет тип государств-членов и уровень детализации, используемые в пластической области, и Ки, который позволяет для усиления класса. В то время как [прямая фи] ^ у ^ к югу возрастает с увеличением текучести подкрепления, конечной кривизны, которые могут быть устойчивыми во многих случаях зависит от деформации потенциала конкретных и сопротивление продольному изгибу подкрепления. Оценка подкрепления не имеет значительное влияние на конкретные возможности деформации. Тем не менее, тенденция потери устойчивости основных баров и, следовательно, против выпучивания сопротивление при условии укрепления зависеть, в некоторой степени, от текучести продольной reinforcement.12 13-анализа экспериментальных результатов от пучка, столбцов и стены испытаний показывает, что для выхода уровень стресса выше 425 МПа (62 КСИ), не было существенных изменений в конечной кривизны, которая может быть устойчивой.
Введение фактора Ky позволяет это замечание и эффективно ограничивает конечной кривизны пластика, который может быть использован с подкреплением, которое имеет предел текучести более 425 МПа (62 КСИ) на сумму, которая будет поддерживать с помощью текучести 425 МПа (62 KSI). При этом настройка, предельная конечной кривизны предельного состояния в пластичных или ограниченных пластичного пластического шарнира дается.
[Прямая фи] ^ югу макс = K ^ Sub D ^ K ^ югу у ^ [прямой фи] ^ югу у ^ (7)
где Кл как определено ранее, [прямой фи] ^ югу у ^ дается формулой. (6), и Ку фактором, позволяющим арматуры класса, который определяется
... (8)
Балки-ограниченной кривизны были рассчитаны пучка 37 пробы, взятые из literature.8-9 ,14-16 Существовали ни один тест не единицы, которые могут быть классифицированы как ограниченный пластичного или номинально пластичного пучков. Из них 19 были классифицированы как содержащий вязкий детализации и 18 испытаний были отброшены, поскольку они содержатся подробности не отражает нынешнюю практику. В частности, многие из этих испытаний были единицы поперечной арматуры, которая превышает в два раза, а в некоторых случаях, до семи раз, сумма, необходимая на существующей практике. Большинство из них отказаться пучков понесла очень высокой кривизны и не проявил сдвига щипать характерно более представительным существующей практики. Некоторые beams8-9 отличается от других тем, что выход проникновения арматуры в упор был ограничен сварки дополнительные панели на пучке арматуры в зоне крепления в поддержку члена. Это привело к снижению вывода подкрепления и, как следствие, привело к консервативным ценностям кривизны в пластической области.
Результаты тестов для пучков с пластичной пластиковых подробно приведены в таблице 2 и на рис. 7, где конечной кривизны в заговоре против напряжения сдвига (максимальное усилие сдвига, деленная на площадь смятия), нормированный по отношению к квадратному корню из конкретных прочность на сжатие. Сдвига уровня напряжения, в пределах от тестов, которые были рассмотрены, по-видимому, мало влияет на конечную кривизну ..
Колонны-Ограничение кривизны были рассчитаны колонке tests.17 25-20 Из них девять были классифицированы как имеющие пластичного пластиковых регионов и семь, как ограниченный пластичного регионов пластика. Остальные девять единиц испытания не удовлетворяют требованиям, либо пластичного или ограниченных пластичного детализации. Результаты анализов приведены в таблице 2 и на рис. 8, где конечной кривизны в заговоре против осевой коэффициент нагрузки (N / Ag е '^ с ^ к югу). В этом случае максимальная осевая нагрузка отношение (N / Ag е '^ с ^ к югу) испытания установки для пластичного пластической области рассмотрел равнялся 0,3. Как видно на рисунке, что увеличение осевой нагрузки N существенно не уменьшает пластичность ограниченной пластичного регионов пластмассы, которая является одной из целей, о которых заключения критерии based.3 же состоянии, предполагается применить к столбцам с пластичной пластиковые регионов. Как и в пучки, конечной кривизны в колонке пластиковые петли были обнаружены и быть независимым от напряжения сдвига.
Стены-два различных набора стены испытаний были рассмотрены, в частности, тонкие однократно укрепленные стены и высокопрочного стены с двумя слоями арматуры (по одному для каждой боковой поверхности стены). Ultimate значений кривизны определялись из экспериментальных результатов 29 тонких однократно усиленный walls.21-25 Из них девять были отклонены, пять на том основании, что они не отражают практику, а четыре, поскольку они пропорциями (длина / высота ) меньше, чем 0,75 и не скользящая сдвиге. В настоящее время не существует метода NZS 3101:20063 для оценки скольжения сдвига в стенах. Результаты подразделений с высотой до толщины отношения, которые превысили допустимое отношение стройность более чем на 35%, были исключены из данных, равно как и результаты двух тестов, где конечной кривизны более чем на 50% больше, чем у аналогичных спутника единиц. Результаты, полученные от остальных единиц приведены в таблице 2 и на рис. 9, где конечной кривизны в заговоре против фактора (появившемся диалоге отредактируйте / А Н / AGF '^ с ^ к югу), который дает оценку максимальной силы сжатия, индуцированной в стену ..
Тест стены описанные в литературе 22 до 24 лет строились с вертикально вогнутой формы с начальным вертикального выравнивания несовершенство равной максимально допустимой для стандартного строительства. Другая особенность следует отметить, что три из стен проверен McMenamin24 не удалось, либо частично провалилась, когда некоторые из вертикальных укрепление трещину. Результаты, полученные в этих стенах дал предельной кривизны, которые были одними из самых низких наблюдается в серии испытаний. Причина явного отсутствия пластичности этого укрепление неизвестно. Усиление не имеют различные точки выхода, а номинальный предел текучести оцениваются по компенсировать деформации 0,2% было 504 МПа (73 КСИ) и в конечном итоге стресс 1,28 раза текучести при деформации 20%. Результаты этих трех групп были также включены в таблице 2 и на рис. 9.
Результаты tests26-28 на семь пластичного прямоугольной стены усилены двумя слоями укрепления были также проанализированы. Некоторые из этих стенах образуется стеновых элементов в сочетании стен. Осевая нагрузка на эти существенно различаются в ходе испытания. Из-за большого различия в уровнях осевой нагрузки и ограниченное число испытаний, конечной кривизны не были показаны на рисунке, но конечной средней кривизны, стандартное отклонение, а расчетная характеристика кривизны нижнего рассчитанные по этим двум тестам, включенные в Таблицу 2.
Номинально пластичного пластиковых регионов
Ни в одном из 98 испытаний рассмотрены в данном документе, охватываемых деталей, которые могут быть квалифицированы как номинально пластичного пластиковых регионов. Чтобы заполнить пробел в наших знаниях о поведении номинально пластичного регионов пластика, научно-исследовательский проект был начат в университете Кентербери. Тем не менее, это будет какое-то время, прежде чем эти результаты имеются. Таким образом, кривизна ограничения для этой категории предлагается на основе инженерного решения. Для участников, где расчетной прочности ограничивается прогиб, а не сдвига, предельный кривизны в номинально пластичного однонаправленной регионов пластиковых балок, рассматриваются в качестве меньшего из значений, соответствующих: сжатие деформации бетона 0,004, что обычно принимается в качестве деформации при скалывания конкретных можно ожидать, и растяжения в укреплении 0,016.
Для обращения вспять пластиковых регионов, предлагается, чтобы соответствующие ограничения воспринимаются как примерно 60% от соответствующего однонаправленной пределы, которые, с небольшой округления, дать предельной деформации бетона на сжатие по 0,0025 и предельных растягивающих укрепление штамм 0,010. Для пластичных регионов номинально пластика, где на прочность сдвига контроля дизайн силы государств-членов, не неупругие деформации потенциала следует считать.
Рекомендации по деформации материала пределах
Как упоминалось ранее, ограничение напряжения для материала по диагонали усиленный связи пучков приведены в NZS 3101:20063 как деформации сдвига, как эти члены деформировать практически без изгибных деформаций. Эта величина была получена из оценки ограниченных экспериментальных работ по связи beams.28-29 свидетельствует об изменении в текущем предел деформации сдвига не входит в рамки данной статьи. Более того, ограничения не деформации материала были предложены для осевого растяжения или сжатия в настоящее время.
Таблица 3 дает рекомендованных значений коэффициента Kd использовать в формуле. (7) для расчета кривизны пределы для изменения пластического шарнира регионов балки, колонны, и стены. Они основаны на соответствующей округлые кривизны пределах, соответствующих ниже значений приведены в таблице 2. Однако, как не было подходящих тестов для ограниченного пластичного регионов пластиковой в пучках, кривизны лимит был сделан приблизительно посередине между теми, кто номинально пластичный и вязкий пластиковых регионов. Рекомендуется ограничить кривизны номинально пластичного балки и стены похожи на текущие значения в NZS 3101:2006,3 хотя максимальное растяжение пределах деформации были изменены. В связи с предлагаемым значения, кривизна ограничивается суммой приблизительно в 2.5 (6). Для однонаправленных пластических областях, кривизна ограничений может быть удвоен для пластичных и пластичных ограниченной балок и колонн, а также для номинально пластичного регионов пластика, напряжение ограничения может быть увеличена до 0,004 и 0,016 для бетона и арматуры, соответственно ..
ОБСУЖДЕНИЕ
Предельные деформации материала, перечисленных в документе предназначены для ограничения предельного состояния (расчетное землетрясение основе), где высокий запас прочности не требуется. Считается, однако, что пластиковые регионов пропорции для достижения этих пределов будет удовлетворять большую деформацию, необходимые для максимально допустимое землетрясение (возврат период 2500 года), который необходимо соблюдать достаточный запас безопасности. Есть две причины для этого:
1. Максимальный предел деформации от каждого теста основан на перемещении циклов с положительным и отрицательным пиками почти равной ценности. В землетрясения, однако пик перемещения только выдержан в одном направлении, а также
2. Снижение изгибной сопротивление пластической области на практике приводит к перераспределению сил с другими пластиковыми регионов неопределенной структуры. Таким образом, средняя прочностных и деформационных возможностей пластических шарниров в области структуры (такие, как пластиковые петли в один история минуту сопротивление каркасного строительства) является определяющим фактором, а не конечная конструкция границ на основе нижних значений. Разница между средней и нижней характерные значения деформации потенциала заметна, как видно из таблицы 2. Учет этого эффекта может сделать заметной разницы в общей перемещения, которые могут быть устойчивыми перед развалом происходит.
Следует отметить, что предлагаемые ограничения кривизны была найдена смещения измеряется в тестах на основе предположения, что кривизна неупругих приходилось неупругих перемещения. Это не строго корректным, так как деформации сдвига не побуждать какое-либо искривление и было установлено, приходится 30% или более общим водоизмещением в лучах подвергаются обширные неупругих циклических loading.8-10 Тем не менее, сдвиговых перемещений в пластиковых регионов колонн и стен, как правило, значительно меньше, чем соответствующие значения в пучках. Следует также отметить, что смещение истории введенных землетрясения может оказать существенное влияние на максимальной деформации, которую можно поддерживать до отказа. Если максимальная деформация введенных перед началом движения грунта при пластической регионов незначительный ущерб, они, вероятно, чтобы иметь возможность поддерживать большую деформацию без отказа, чем если бы максимальной деформации был введен в конце движения грунта.
Анализ результатов испытаний по балкам показал, что рассеиваемая энергия не является само по себе хорошее руководство к деформации потенциала. Оказалось, что больше энергии может быть устранен, когда большое число относительно небольших циклов перемещения применяются, чем при относительно небольшом числе крупных циклов перемещений applied.30.
Хотя предложенные ограничения кривизны балок и колонн может показаться на первый взгляд, более консервативной, чем значения, приведенные в NZS 3101:2006,3 они не обязательно это из-за, как они рассчитываются. В рамках данного предложения, предельный кривизны в терминах нескольких кривизны соответствующего начала значительные неупругие деформации. Это кривизны лимит значительно больше, чем первый кривизны выход, на котором кривизны ограничения в настоящее время базируется в NZS 3101:2006.3 Кроме того, использование простого уравнения для оценки кривизны начала значительные неупругое поведение для пластичных и пластичных ограниченной регионов пластиковых упрощает расчеты конструкции по сравнению с требованиями, изложенными в NZS 3101:2006.3
Материала штаммов (кривизны), рассчитываемый по разработке подхода, описанного в данном документе следует рассматривать как показатель к условиям, в пластическом шарнире, они не являются истинными кривизны. В частности, усиление штаммов оценивали эти кривизны может быть значительно больше, чем фактические значения. На практике, при условии, что усиление сейсмической класса (с деформации при максимальной нагрузки, равном или превышающем 10%) используется, пластиковые поворотов не должно быть ограничено подкрепления. Кроме того, относительно простых критерия разрушения была принята в оценке конечной деформации потенциала членов и лишь ограниченное число результатов испытаний, которые были доступны были оценены в настоящем документе. Существует множество возможностей для дальнейших исследований смотря на широкий спектр результатов испытаний и оценки деформации материала пределах более сложные методы, основанные на повреждения индексов.
ВЫВОДЫ
Следующие выводы могут быть сделаны на основе обсуждения и результаты, представленные в настоящем документе:
1. Для повышения надежности сейсмические характеристики структур, NZS 1170.5:20041 представил требование о том, детализация пластиковых регионах определяется на основе расчетной деформации материала они выживают при воздействии деформаций определены в предельное состояние предела. Впоследствии NZS 3101:20063 установил ограничения деформации материала для трех различных видов пластика регионов. Это смена парадигмы от прежнего подхода проектирования и подробно описаны все пластиковые регионах на основе глобальных структурных факторов пластичности перемещения. Это было показано в работе, что структурная вязкость дает бедным указанием необходимого уровня деформации в пластической областях;
2. Два типа пластических шарниров (в частности, однонаправленные и повернуть вспять), основанного на характере неупругих действий и трех типов пластиковых регионов (а именно, пластичного, ограниченный гибким, и номинально пластичного) в зависимости от ожидаемого уровня неупругой деформации были объяснены. Основой расчета пластического шарнира вращения и, следовательно, материал деформации (искривления в пластиковой петли) наметилась вместе с рядом приближений, которые могут быть использованы для упрощения разработки процедуры;
3. Вопросы, связанные с: а) очень предположении плоского сечения остается плоскости, недействительными, б) предсказал деформации, не относящихся к кривизны, если деформации сдвига исключены и в) невозможность аналитических моделей с учетом удлинения пластических шарниров, что происходит всегда в обратном циклические действия, делают его трудным для материала деформации (искривления) пределах, которые предсказал аналитически. Таким образом, экспериментальные данные были использованы для создания кривизны ограничения в данном документе, и
4. На основании анализа результатов тестирования с 37 лучей, 25 столбцов и 36 стен, были сделаны рекомендации для деформации материала пределы ограниченного пластичный и вязкий пластиковых регионов. пределах предлагаемого материала деформации предназначены для обеспечения высокой запас прочности в отношении отказа в конечном землетрясения государственного ограничения и адекватных средств защиты от распада на максимально допустимое землетрясение с возвращением период 2500 года. Эти ограничения нового материала деформации были предложены в качестве поправки к текущим значениям NZS 3101:2006.3
Ссылки
1. SANZ, "Структурные Действия Дизайн, Часть 5: Землетрясение Действия, Новой Зеландии," NZS 1170.5:2004, Standards Association, Веллингтон, Новая Зеландия, 2004.
2. SANZ "Общие Структурное Проектирование и дизайн зданий Нагрузки Standard" NZS 4203:1992, Стандарты Ассоциации Веллингтон, Новая Зеландия, 1992.
3. SANZ ", железобетонных конструкций Standard" NZS3101: 2006, Standards Association Веллингтон, Новая Зеландия, 2006.
4. Дхакала, RP; Мандер, JB и Mashiko, N., "Идентификация критических движений площадка для оценки сейсмической эффективности структур," Инженерная землетрясения и структурной динамики, V. 35, № 8, июнь 2006, с. 989-1008 .
5. Фенвик, RC; Dely, R.; и Дэвидсона, BJ, "Пластичность Спрос на однонаправленные и задние пластиковые петли в ковкого Момент Противостояние Рамы," Бюллетень NZ общество сейсмостойких сооружений, V. 32, № 1, март 1999, с. 1-12.
6. Меггет, Л.М., Фенвик, RC, "Сейсмическая Поведение железобетонных портал Frame устойчивости тяжести Гоудс," Вестник NZ общество сейсмостойкого строительства, В. 22, № 1, Март 1989, с. 39-49.
7. Бейкер, ALL, Ultimate Теория Нагрузка на дизайн армированных и предварительно напряженного бетона Рамы, бетона Публикации ООО, Лондон, Великобритания, 1956.
8. Фенвик, RC, а Фонг, A., "Поведение железобетонных балок при циклическом нагружении," Вестник NZ общество сейсмостойких сооружений, V. 12, № 2, июнь 1979, с. 158-167.
9. Фенвик, RC; Tankat, AT, и Тома, CW, "Деформация железобетонных балок, неупругого циклического нагружения экспериментальные результаты," Университет Окленда школа Доклад инженерно № 268, октябрь 1981, 72 с.
10. Фенвик, RC, и Меггет Л.М., "Удлинение и нагрузки, отклонения характеристики железобетонных членов содержащих пластических шарниров," Вестник NZ общество сейсмостойких сооружений, V. 26, № 1, Март 1993, с. 28-41.
11. Пристли НДД и Ковалски, МЮ, "Прямые перемещения основании Дизайн бетонных зданиях," Вестник Новой Зеландии общества сейсмостойкого строительства, В. 33, № 4, Декабрь 2000, с. 421-444.
12. Дхакала, RP, а Maekawa, К., "Путь-зависимого циклического личной напряженно-деформированного арматурного проката в том числе потери устойчивости", инженерных сооружений, V. 24, № 11, ноябрь 2002, с. 1383-1396.
13. Дхакала, RP, а Maekawa К. "Укрепление стабильности и разрушение крышки Бетон в RC-членов," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 128, № 10, октябрь 2002, с. 1253-1262.
14. Браун, RH, и Jirsa, JO, "Железобетонные балки при обратном Идет загрузка", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 68, № 5, май 1971, с. 380-390.
15. Скрибнер, CP, и Wight, JK, "Промедление Прочность на сдвиг распада в железобетонных членов изгиб под большой нагрузкой Восстановление", доклад № UMEE 78R2, Департамент строительства, Мичиганского университета, Ann Arbor, MI, май 1978.
16. Попов, Е. П.; Бертеро В.В., Krawinkler, H., "Циклические Поведение трех бетона на изгиб членов с высоким сдвигом", доклад № 72-5 EERC, сейсмостойкого строительства Научно-исследовательский центр, Университет Калифорнии, Беркли, Калифорния, октябрь 1972.
17. Анг, BG, "пластичность железобетонный мост Пирс в сейсмических нагрузок", доклад № 81-3, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, февраль 1981.
18. Soesianawati, MT, "Limited Дизайн пластичность железобетонных колонн, Доклад № 86-10, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, март 1986.
19. Джилл, WD ", пластичность прямоугольных железобетонных колонн с осевой нагрузкой", доклад № 79-1, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, февраль 1971.
20. Танака, H., "Влияние бокового Ограничиваясь Армирование ковкого Поведение железобетонных колонн, Доклад № 90-2, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, June 1990.
21. Битти, ГДж, "Дизайн Стройный сборного железобетона стеновые панели-Экспериментальная проверка", доклад проекта исследования, строительной техники ассоциации Новой Зеландии (BRANZ), 2003.
22. Chiewanichakorn, М., "устойчивость тонких сборного железобетона стеновые панели, подвергнутого тяжести и сейсмических сил", ME тезис, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, ноябрь 1999.
23. Уайтсайд, М., "Выступление сборной Стройный Традиционно Железобетонная Консольные Стены Включение стали Fibre железобетона при сейсмических сил", ME тезис, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, февраль 2000.
24. Макменамин, A., "Выполнение Стройный сборного железобетона Консольные Стены с крыши уровня бокового смещения Ограничение по имитации In-Plane сейсмических нагрузок", ME тезис, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, март 1999 .
25. Синг, AJ ", пластичность приседаний Стены сдвига", доклад № 80-8, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, февраль 1980.
26. Spurr, DD, "Post-Elastic Поведение Железобетонный каркас, стены компонентов и узлов, подвергнутых имитации сейсмических нагрузок", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, 1984.
27. Santhkumar, AR, "Пластичность связанных Shear Стены", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, 1974.
28. Гудшер, WJ, "Дизайн связанных Frame-Wall структуры сейсмической Действия", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, 1985.
29. Paulay, T., "Сейсмическая Создание Смещение ковкого железобетонных строительных систем," Бюллетень NZ общество сейсмостойкого строительства, В. 36, № 1, март 2006, с. 47-65.
30. Фенвик, RC, "Сила Деградация бетонных балок при циклическом нагружении," Вестник NZ общество сейсмостойких сооружений, V. 16, № 1, март 1983, с. 25-38.
Входящие в состав МСА Rajesh П. Дхакал является старший преподаватель кафедры гражданского и природных ресурсов инженерного отдела в университете Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия. Он получил от BE Трибхуванский университет, Kurtipur, Непал, его ME от Азиатского института технологии (АИТ), Pathum Тани, Таиланд и его кандидат в Университете Токио, Япония. Научные интересы: performancebased землетрясения инженерные и аналитические моделирования и сейсмической проектирование конструкций.
Входящие в состав МСА Ричард C. Фенвик ушел из Университета Окленда в 2002 году. Его научные интересы включают в себя разработку стандартов структурного проектирования и железобетону.