Исследование Монотонные и циклические Ответ армированных волокном полимерные Укрепление Балки
Три разных армированных волокном полимера (FRP) укрепление схемы проверены на их эффективность в плане улучшения не только силы, но и пластичности существующих несоответствующей железобетонных балок. Восемь полного размера, два пролета прямоугольной пучков были рассмотрены в парах, испытан под монотонный или циклического нагружения. Один (контроль), пара была подробно с обычной арматурной стали только для пластичного изгиб ответ, а остальные были укреплены при изгибе использованием верхней, нижней или боковой поверхности FRP листов или поверхностного монтажа FRP стержней, а поперек пленку стекла FRP листы были применены в Все три пары предотвратить разрушение при сдвиге. Монотонно загружен пучков удалось при изгибе: в отличие от верхней и нижней лицо укрепить локаторы бокового укрепить пучков выставлены превосходную производительность сравнима с контролем, с точки зрения сверхпрочности, пластичность, способность и деформации. Циклически нагружаемых лучей, однако, не в первой петли критической области в нарушение сцепления поперечной FRP, диагональ сдвига растрескивание бетона и выпучивания продольной стали ..
Ключевые слова: циклические нагрузки; пластичность; волоконно-армированные полимерные, железобетонные балки; сейсмических дизайн, тестирование.
ВВЕДЕНИЕ
По настоящее время насильственного сейсмических процедуры проектирования, используются в том, что структура обладает локально адекватного поглощения энергии и пластичности потенциала. Существующие (несоответствующей) железобетона (RC) зданий, спроектированных в соответствии с взрослыми сейсмических положения, однако, являются недостаточными и в боковых сопротивления и в укреплении детали и склонны к неудачу в сдвига без пластичности или перераспределение потенциала внутренних моментов. Это недостаточный поведения выдвигает необходимость увеличения и силу, и пластичность запасов этих элементов к производительности уровня, сопоставимого с соответствующей конструкции; после производительность проектирования на основе подхода, сила зависит от местных неупругих производительности, которые должны быть достоверно известно. В последнее время применение fiberreinforced полимера (FRP) материалов была все чаще применяют для сейсмических укрепления и восстановления. В отличие от поперечной FRP обертывания, где в первую очередь ограничивается FRP бетона и увеличивает его осевой потенциала и пластичность, тесты flexurally укрепить элементы свидетельствуют о том, что не удается FRP при малых деформациях в хрупкой основе.
Кроме того, несмотря на использование в сейсмически укрепления, циклические испытания укрепление балок с низким коэффициентом сдвига службы по-прежнему остается предметом большой исследовательский интерес. По этой причине, в соответствии с МСА Комитет 440,1 сейсмических укрепления с FRP должна учитывать приведенного сечения вращательных емкости и изменение нагрузки ..
В этой связи восемь полномасштабного непрерывного FRP-упрочненного RC пучков с низким сдвига службы до вступления в силу, глубину соотношение (A / D) и несоответствующей детали были испытаны в монотонной или циклической реакции. Целью испытания было изучение гистерезисных характеристик, пластичность, и момент перераспределение потенциала FRP-RC укрепить балки, по сравнению с соответствующей RC пучков. Для этого шесть пучков были укреплены FRP, тогда как остальные два были разработаны и подробными соответствующей пластичных производительности и не повышение FRP прочность, обеспечивая контроль производительности для сравнения.
ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
FRP вклад в укрепление и сдвиговых пластических возможностей FRP-упрочненного пучков исследована в нескольких последних всеобъемлющий обзор литературы и параметрических исследований. Triantafillou и Antonopoulos2 при условии ограничения для аддитивного уравнения прочности на сдвиг принятой FIB-TG 9,33 и 440,1 ACI Комитет рассматривает вопрос о дополнительных экспериментальных результатов. Bousselham и Chaallal4 рассмотрел более широкой базе данных при их параметрическом расследования и поставили под сомнение использование таких аддитивных формуле, основанной на измерениях деформаций FRP, а также экспериментальные результаты. Кроме того, они определили чувствительность к сдвигу сверхпрочности / д и поперечной арматуры осевого соотношения жесткости. Боначи и Maalej5 коррелированных характеристики (например, FRP эффективности, сверхпрочности, и отсутствие формы) для укрепления отношений области сбалансированного области неудачи, образец силы к созданию сдвига и поперечных FRP к стальной арматуре осевой жесткости.
Bencardino др. al.6 монотонно испытания шесть прямоугольных балок с / д 6,7 и Pellegrino и Modena7, 8 монотонно испытания 11 и недавно, 12 опертой или неразрезных балок, с / д 3,0, предложив верхняя граница сдвига Вклад FRP по поперечной стали FRP rigidity.7 Alagusundaramoorthy др. al.9 испытания 14 опертой прямоугольной балки (/ д 5,4) при циклических первоначально, а затем монотонной нагрузки, уступая сверхпрочности отношения 160% ниже, но , анализ прогнозов. Грейс и др. al.10, 11 испытаны 20 прямоугольной шарнирно опертой балки (/ д 3,6) усилена с помощью новой гибридной FRPS, которые демонстрируют явное смягчение постепенно ответ похож на сталь уступая, кто в сторону применения. Пучков достигли большей емкости, чем обычно, но укрепить дали аналогичные пластичности, менее девственной образцов. Пластичности и перераспределение потенциала верхней и нижней FRP укрепить пучков изучались также Ашур аль др. 12, который монотонно испытания 16 неразрезных балок с / д 4,4.
Chaallal др. al.13 изучал опертой в натуральную величину T-балки с / сут равен 2. Их результаты показали, что ACI 318-0514 unfactored возможности сдвига недооценивать экспериментальных силы до 80%, тогда как эффективный вклад FRP снизился на общее отношение сдвига арматуры. С другой стороны, Micelli и др.., 15 с статически испытаны 12 RC T-балки от существующего здания, с / г = 2,5, показали, что обычные дизайн FRP уравнения для сдвига переоценить экспериментальных прочности до 800% , в связи с преждевременным пилинг FRP; аналогичным образом, использование модели фермы дали unconservative прогнозы в области contraflexure статически неопределимых RC columns.16 Bre укрепить с продольными и поперечными FRPS, при статической нагрузке. Их испытания показали, что нарушение сцепления продольной FRP происходит при деформации от 0,8 до 1,1%, что свидетельствует конструкций на основе значений 0,7% приходится чрезмерно консервативной.
Deniaud и Cheng18 испытания восемь Т-балок с / г составляет примерно 3,0 на четыре точки монотонной нагрузки, применения побочных якорь FRP укрепления. Использование приборов тщательного стороны, они отметили, что в рамках сдвига диапазона, "плоскости сечения остаются плоскими" предположение не верно даже при малых уровнях нагрузки; затем они предложили модель для сдвига сопротивление полосы FRP после формирования дискретных сдвига трещины ..
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Обзор экспериментальных данных и существующих разработки предложений по укреплению сдвига пучков укрепить FRP указал, что дополнительные экспериментальные данные были необходимы прочность на сдвиг, в частности, для пучков с низким / сут отношений. Для этого вклада FRP стричь было исследовано в полный размер прямоугольной статически неопределимых RC пучков укреплены три различные формы FRP применения в изгиба и сдвига. В контексте укрепления до приемлемого сейсмические характеристики, как их монотонные и циклические частотной характеристики (пластичность, прочность и поглощение энергии) по сравнению с теми, контроля пучков разработан с обычной арматуры в соответствии с действующими нормами сейсмических дизайн для пластичности.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Образцы геометрии, испытания установки и загрузки
Восемь RC пучков в четыре группы были испытаны в составе одного (контрольную) группу, обозначается ДРК, которая была укреплена для пластичных поведение обычных арматурной стали только и три обозначенные СГФ, CFS, и CFR, недостатки в поперечной арматуры, которые изначально были укрепить FRP для неупругого изгиба ответ. Все лучи 200 х 400 мм (7,9 х 15,7 дюйма) прямоугольного поперечного сечения, усиленные продольном направлении, причем три 14 мм (0,55 дюйма) диаметра (рис. 1) из мягкой стали полосами вверху и внизу, в результате чего стали отношения 0,0065 или 28% от сбалансированного соотношения недостаточности (напряжение управления). Учитывается предел прочности при изгибе этого раздела (ФМН) был calculated14 на 49,3 кНм (436,8 кип в.) С использованием среднего значения предела текучести стали. Для сдвига пучков в группе ДРК были усилены поперечно для создания design14, 19 с F8 мм (0,31 дюйма) деформированного высокопрочного стремена на 100 мм (3,9 дюйма) не по центру, с закрытыми 135 градусов крючок. Группы CFS, СГФ и CFR, что получил FRP укрепления были усилены следующие рабочие нагрузки, характерные несоответствующей RC здания, с перекрытием 8 мм (0,31 дюйма) Диаметр мягкой стремена стали на 200 мм (7,9 дюйма) от центра в регионы АВ и CD, и на 100 мм (3,9 дюйма) от центра в регионе до н.э. (рис.
Все образцы были испытаны в качестве непрерывной два балок 3400 мм (133,6 дюйма). Каждый луч был поддержан на роликах, 125 мм (4,9 дюйма) с обоих концов (рис. 2 (а), точки А и D) и в третий внутренний код поддержки B, 1200 мм (47,2 дюйма) из точки А. загрузка был введен контролирующими поперечный изгиб г на Мидпойнт С Span Б.Д., 1950 мм (76,8 дюйма). По их относительные размеры, постоянный сдвиг Регионы AB, BC и CD выставки / д соотношения 3,30, 1,35 и 2,70, соответственно.
Первый экземпляр в каждой группе (обозначим _M) была проверена монотонно примерно максимальной Во всех случаях отклонения в обычных провал du85, на которых численность упала ниже 85% от максимального измерить, был превышен, за исключением образцов DRC_M. Этот луч был также использован для проверки статически неопределимых установки испытания, поэтому две клетки нагрузки были введены B и D (рис. 2), что делает необходимым прекратить испытания до того, как значительная потеря прочности может быть получена. Второй экземпляр в каждой группе (обозначается ° С) была проверена циклически в соответствии постепенно увеличивая поперечной истории отклонения. Первоначально три цикла были применены на 80% от теоретической нагрузки при растяжении стали уступая, а затем три цикла на выход (обнаружены в ходе испытания). Повышение амплитуды циклических пределы отклонения один пластичности прироста были впоследствии его вынесения, три цикла в рамках каждого отклонения предел, по крайней мере, пока сопротивление упала ниже 85% от измеряемой силы из испытаний _M ..
Бетон, сталь, арматура и FRP механических характеристик
Бетона была использована с указанной характерной прочностью на сжатие 20 МПа (2900 фунтов на квадратный дюйм). Во время тестирования через 2 месяца после отливки, тесты по семи цилиндров дал среднем сжатие ФК силу '26,7 МПа (3872 фунтов на квадратный дюйм) со стандартным отклонением 2,0 МПа (290 фунтов на квадратный дюйм). Средняя урожайность (ФГ) и конечного (фу) прочности стали, были следующие: 1) для 8 мм (0,31 дюйма) диаметр деформированных стремена (группа ДРК), 605 и 673 МПа (87,74 и 97,61 КСИ); 2) для 8 мм (0,31 дюйма) Диаметр мягкой стремена стали (для всех других групп), 370 и 520 МПа (53,66 и 75,42 КСИ) и 3) на 14 мм (0,55 дюйма) Диаметр мягкой бары стали использоваться в качестве продольной арматуры, 365 и 460 МПа (52,94 и 66,72 KSI), соответственно.
Стекло FRP (GFRP), углерод FRP (углепластика) листах, и углепластика стержней были использованы для укрепления со следующими номинальными характеристиками: 1) предел прочности фу силы * = 1700, 3450 и 2300 МПа (246,55, 500,36 и 333,57 КСИ) , 2) модуль Юнга Е = 65, 230 и 130 ГПа (9427, 33358 и 18854 КСИ) и 3) эфу деформацией разрыва * = 2,60, 1,50 и 1,80%. Номинальная толщина тс GFRP и углепластика листов был 0,23 мм (0,0091 дюйма) и 0,165 мм (0,0065 дюйма), соответственно, тогда как стержни углепластика были Эпоксидных насыщающий использоваться было номинальной силы 50,0 МПа (7,25 КСИ) и модуля 3,0 ГПа (435,1 KSI).
Прочность и сдвига дизайн укрепления
Группа CFS была условно укрепить при изгибе с одним продольным 200 мм (8 дюймов) в ширину листа углепластика в верхней и нижней по всей длине стержня (рис. 1). С учетом высокой осевой жесткости углепластика, низкий объем FRP была использована для достижения стали урожайность и никаких конкретных провал сжатия до достижения конечной FRP условиях. Обычные укрепить раздел analysis1 дал учитывается предел прочности при изгибе (F = 0,90) от 82,1 кНм (726,7 кип в.) (Табл. 1) при разрыве углепластика деформации эфу в 1,35%, а пик бетона на сжатие ес штамм 0,26%.
Кроме того, группы СГФ и CFR были укреплены при изгибе с продольными FRP по бокам по всей длине. Эта форма применения удобна в случае одинаковой ширины пучка колонки и избегает подготовки поверхности и крепления проблемы на верхней поверхности плиты. Количество FRP было выбрано такое, что учитывается предел прочности при изгибе была сопоставима с группой CFS. Группа СГФ был укреплен с тремя продольными листов с каждой грани 400 мм (15,7 дюйма) шириной в группы CFR, восемь стержней углепластика с кварцевым песком отделкой поверхности были помещены в предварительно пазы в крышке 30 мм (1,2 дюймов) в ширину и 25 мм (1,0 дюйма) глубокий, расположенной на расстоянии 50 мм (2,0 дюйма) с верхней и нижней лицо и друг с другом (рис. 1). После 440.2R МСА, 1 учитывается предел прочности при изгибе (ФМН) групп СГФ и CFR был 88,8 кНм (785,8 кип в.) И 101,4 кНм (897,4 кип в.) (Табл. 1), соответственно, на эфу от 1,25% и 1,04% (напряжение контролируемой поведение), и ЕС на уровне 0,003.
Все FRP-упрочненного пучков были дополнительно укреплены на сдвиг с непрерывной поперечной листов GFRP завернутый над продольной FRP (Рис. 1), чтобы избежать сбоев в связи с недостаточным крепление наблюдается в U-wraps.7, 8 дизайна поперечной силы V ^ к югу и ^ была получена из двух шарнирно-распределения на рис. 1 (б), заменив Мп unfactored изгибающий момент Mu0.6 приведены в таблице 1. Этот момент оценивается с использованием средних характеристик материала и номинального свойства FRP упоминалось ранее на предельное значение эфу на 0,6%, установленной несколько норм и технических утверждений быть нижний предел для FRP отшелушивающим на изгиб трещины (FIB-TG 9,3, Приложение A3). Несмотря на этот относительно низкий предел FRP, этот момент был лишь от 4 до 8% ниже, чем ФМН после 440.2R МСА, 1 оценкам, используя те же свойства материала (табл. 1). Фактическая емкость момент Му и соответствующие эфу, полученные в ходе испытаний, рассматриваются в анализе результатов испытаний.
Сдвига strength1, 3 равнялся сумме сдвига resistance19 обычной конкретные V ^ с ^ к югу, сила стальные стремена V ^ S ^ к югу, 14,19 и поперечного сопротивления GFRP Vf, следующие формулы. (1)
V ^ к югу е = ^ 2nt югу F ^ E ^ ^ е югу
где п число поперечных полос GFRP; тс, WF, и СФ являются толщины полосы, ширина и расстояние, соответственно, Е / GFRP модуль упругости и Помимо этих трех механизмов в конечном итоге сопротивление сдвигу по своей сути предполагает эти быть независимыми и вязкий характер, потому что они не происходят в то же деформации и перераспределение Поэтому это возможно. V ^ с ^ к югу и Vf хрупки, однако, в то время как все три взаимодействуют друг с другом (например, местные неудачи в Vf в нарушение сцепления покрова может ухудшать связь необходимые для V югу ^ S ^ разработки). Таким образом, надежность аддитивных концепция была questioned.8, 20 Тем не менее, он был принят здесь, чтобы исследовать ее применимости.
После консервативного предположения были представлены: 1) после положение в греческом сейсмических Дизайн кодекса, 21 V ^ с ^ к югу считалось 30% от дизайна value19 к ответственности за циклических эффектов деградации из-за нагрузки отмена смертной казнью; и 2 ) GFRP штамм V ^ S ^ югу 0.95Vf) после ACI 440.2R1 было 35% выше, чем дизайн силы предполагается здесь (табл. 1) во всех случаях. Сравнение с измеренной силы V ^ и ^ к югу, подкрепленные измерения
Все FRP листы были применяться с использованием мокрого метода layup в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя и стандартной практикой применения FRP. Чрезмерное конкретные выступы поверхности за счет опалубки суставы и выровнять края были округлены с диска измельчители до радиуса 25 мм (1,0 дюйма), которые впоследствии были очищены с помощью сжатого воздуха. В местах погрузки и поддержку, поверхности были сравниться с тонкий слой цементной замазкой. Углепластика прутья руку толкнул в пазы предварительно заполняется с nonshrink высокопрочных цементная шпаклевка и шпателем закончена. Поперечные GFRP непрерывно переносится на проектной толщины и сращиваются на узкое лицо по всей ширине. Нет FRP листы или стержни сращивания продольно.
Экспериментальная установка TEST и приборов
Каждый образец был поддержан три одинаковых кадров стали вдоль продольной оси, на якоре на сильный пол лаборатории на расстоянии примерно равна охватывает пучка элемента. Каждый образец с боков поддерживается в трех точках, а именно: два внешних роликовых поддерживает контактный и один внутренний поддержку штифт (рис. 2 (с)) сварные под нижнего фланца поперечной кадра пучков. Образцы были загружены в поперечно отклонения контроля с использованием двойного действия 500 кН (112,4 кип) создание МТС гидропривода крепятся к полу. Силы P, измеряется с помощью датчика нагрузки в серии с приводом, равнялась образец стойкости. Для проверки на испытательной установке, избыточных измерений реакции были получены два 300 кН (67,4 кип) нагрузка на клетки B и D пучка DRC_M, которые соответствуют внутренним распределения сил на рис. 2 (б). Для группы ДСБ, линейный датчик перемещения переменной (LVDT) показания были получены от отклонения
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ
Анализ результатов испытаний
Прогиба от нагрузки участков контролируемых С 3 по 6 для всех пучков испытания. Crack картины эскизы после удаления FRP приводятся на рис. 7 с характерным фотографии поврежденных участков, принятых после обследования. Измеренные P- Анализ реакции, используются на то, что под нагрузкой и поддержки установленных условий, статически неопределимых пучка образец формы его первый пластический шарнир нагрузки на Пойнт-C и, соответственно, за счет перераспределения внутренних изгибающий момент, вторая пластиковая Петля на нагрузки Point B (рис. 2 (а)), таким образом, превращается в механизм.
Предполагая, из жесткой пластмассы поведение в критических участках внутренних изгиб моментом М и поперечной силы V диаграмм на первой и второй петли образования выражаются в терминах размеров и охватывают данный момент раздел пластиковых Мп, как показано на рис. 2 (б). Следовательно, предсказал предельных Pu оценкам, заменив Мп unfactored изгиб Mn силы в два критических секций, равной в положительном и отрицательном результате изгиба симметричной раскладки арматуры. С другой стороны, измеренные значения нагрузки на первый выход напряженности стали P1y и предельной нагрузки Pu предоставить соответствующие изгибающего момента в напряженности стали выход, моя, в первый критический раздел, а затем и средней прочности при изгибе Му в две петли вместе с действующим внутренним поперечной силы V ^ и ^ к югу в регионах AB, BC и CD (а именно к югу V ^ и ^ А.Б., V ^ и ^ к югу, до н.э., и к югу V ^ и ^, CD) при нагрузке Pu.
Исходя из анализа измерений Ниже представлены в таблице 1 (экспериментальной): 1) нагрузки и прогиба в первый выход P1y и 3) нагрузку при формировании второго пластический шарнир, P2y, полученные от М1, 4) предельной нагрузки Pu и соответствующие внутренние силы сдвига VAB, VBC и VCD, от распределения V рис. 2 (б) в коллапс (испытания, как и _M ° С), 5) сверхпрочности предоставляемый FRP, равное отношение Pu над P1y (тесты _M) и Pu в предельной нагрузки образца DRC_M, обозначим PuDRC_M (тесты _M и ° С), 6) остаточной Pres силы; 7) максимальное отклонение приближении P-
3 (а) до 6 (а), была построена через P- отношения к В таблице 1 (Прогноз), эти измерения по сравнению с прогнозным значениям из раздела анализа с использованием среднем стали и бетона характеристики и свойства номинальной FRP следующим образом: 1) Моя, как только напряжение на выход стали и Mu0.6 на , 2) соответствующие силы на первый урожай, P1y = 2.67My, 3) = P2u0.6 3.07Mu0.6, причем оба критических секций достижения момент Mu0.6; и 4) на конечной, Pu = 3.07Mn использованием unfactored дизайн силу после ACI 440.2R.1.
Монотонные испытания: нагрузка-смещение характеристик, пластичности и разрушения режиме
Растрескивание структуры управления DRC_M образцов (рис. 7) подтвердили образование две петли на изгиб нагрузки Точки B и C, без сдвига изгиб диагональные трещины в любой другой части света. Тест был прекращен на Потому что ни существенного сокращения изгиб сопротивление было записано, фактические пластичности член был выше, чем записано. Как показано в таблице 1 и рис. 4 (а), предсказал нагрузок на первом урожайности и конечная, P1y и плутония, равное до 153 кН (34,4 KIPS) и 215,8 кН (48,5 KIPS), в пределах 5 из% учетной стоимостью 156,2 кН (35,1 KIPS) и 225,6 кН (50,7 KIPS), соответственно. Последняя сила, обозначается здесь как PuDRC_M, должны быть по меньшей мере равным после конечной остаточную прочность все лучи (или _M ° С) после провала FRP, если разрушение при сдвиге контролируется, потому что все они были усилены в равной степени.
Первоначальный секущая жесткость усиленной пучков была ниже, чем образцов DRC_M с образцами CFS_M быть жестким из всех трех. С точки зрения эквивалентной жесткости билинейных однако, образцами CFS_M выставлены 10% больше по сравнению с образцами DRC_M, высокая степень между тремя укрепить групп. С точки зрения нагрузки на пороге выхода, P1y, прогнозируемых значений находились в пределах 4% от измеряемого во всех четырех образцах, несмотря на относительные различия в FRP изгиб укрепления. В связи с относительно низким количеством FRP использовании образцов CFS_M выставлены на незначительный рост P1y по сравнению с контрольной, по сравнению с 18% для обеих сторон укрепить образцов. Влияние FRP было более выраженным в отклонении Опять же, для образца CFS_M, только 10%-ное увеличение
Образцы CFS_M уступил 166 кН (37,3 KIPS) и соответствующие отклонения 7,2 мм (0,28 дюйма), а также кросс коррелированных из измерений деформации в месте напряжения арматуры. Мимо образования второго пластического шарнира на 198 кН (44,5 KIPS) пучок выставлены значительного упрочнения (рис. 4 (а)), до тех пор, взрывчатых неспособность разрыв углепластика, что произошло при нагрузке указывают на поддержку D на отклонение 16,4 мм (0,65 дюйма). Измеряется предельная нагрузка Ри 270 кН (60,7 KIPS), 163% от P1y и 7% выше, чем calculated.1 За точкой отказа FRP, численность резко упало до уровня, равного PuDRC_M, оставаясь неизменными до окончания испытаний на 74 мм (2,9 дюйма). С внутренней распределение момента на рис. 2 (б), средний изгибающий момент в две петли на Ри 88,0 кНм (778,9 кип в.), Которая, с задней анализ разделе, соответствует эфу в размере 0,010; этот штамм был 74% от дизайна эфу (= 0,0135) получены с помощью CE фактор сокращения в размере 1,0 и коэффициент связи. 0,90 м (в соответствии с МСА 440.2R1).
В отличие от образцов CFS_M, образцами GFS_M превысил конечной точки силу Pu с ярко выраженным постепенное снижение сопротивления (рис. 5 (а)) и, следовательно, более пластичным ответ: после перераспределения сил прошлом Pu, сопротивление остается выше 85% срока до 84,9 мм (3,34 дюйма), когда тест вывод объясняется тем, что продольные GFRP debonded в регионе AB.
В начале пика сопротивления, GFRP неудача за счет постепенного разрыва стороны продольной GFRP в форме молнии, от крайней напряженности outerrmost волокон и постепенно распространяется на столь же низко как половина разделе глубины. Несущая Pu составило 356 кН (80 KIPS) на 32 мм (1,7 дюйма), 208% от P1y и значительно выше нагрузка на формирование две пластиковые петли P2y. Это нагрузка 31% выше, чем теоретически expected1 из жесткой пластмассы анализ в связи с относительной закалка в двух важнейших регионах мобилизованы петли. Средний изгибающий момент достигается при Pu в два критических регионах 116,0 кНм (1026,7 кип в.), Что в разделе анализа назад, соответствовали максимальные растягивающие эфу на 1,6% (в среднем на 0,8%, с учетом линейной деформации распределение по сторон), 80% от стоимости принятых в 440.2R1 ACI (0.0195, установив CE = 1,0 и использования. т = 0,7481).
Максимальная поперечная сила V ^ к югу и ^ (регион до н.э.) был равен 238,1 кН (53,5 KIPS), что превышает учитываться дизайн strength1 в 213,4 кН (66,7 KIPS) и конструкции на 0,18% поперечной деформации GFRP, без каких-либо доказательств сдвига бедственном положении. Учитывая трещины моделей после испытания (рис. 7), как и образцы CFS_M GFS_M, так же усилена сдвига, разработанный сдвиговая трещина в регионе CD. В отличие от образцов CFS_M, однако, что не удалось резко в этом регионе, образцами GFS_M не только вели себя в пластичных образом, но и развитые неупругих поворотов и дополнительных мелких диагональные трещины как на шарнирах.
Аналогичные но не так пластичного ответ был выставлен на CFR_M образцов (рис. 6 (а)), достигнув предельной нагрузки плутония 312,7 кН (70,3 KIPS), 7% больше, чем расчетное значение P2u0.6 и идентичные силы получили от факторинговой изгиб strength1 в критических секций. Прошлое в конечном итоге, выставлены образцы остаточного потенциала 244 кН (54,9 KIPS), выше, чем PDRC_M, до конца испытания. Образца развитых два изгиба петли (рис. 7), что подтверждается также в ходе испытания поворотов при нагрузке Точки B и C, в результате чего боковым отверстием поперечной обертывания нормали к волокнам. Средний момент Pu над обеими петлями было 101,9 кНм (902 кип в.), Что соответствует эфу на 0,7%, 30% меньше, чем штамм принятых в МСА 440.2R.1 После снятия обертывания, не диагональные трещины сдвига или любой сбой растяжение стержней углепластика не наблюдалось. Цементные связи стержней в пазы предварительно был разрушен, подразумевая связь провал, в то время как часть поперечной GFRP бетона интерфейс не удалось по GFRP в балки, в регионе до н.э. ..
Пластичности потенциалом (как Образцы GFS_M демонстрировали высокие пластичность 8,70, или 4,40 эквивалентных билинейных ответ, сопоставимой с уровнем, указанным в соответствующей дизайн среднего класса вязкости; стороны укрепить образца CFR_M вели себя менее вязкий образом, но до приемлемого уровня, а также ( = 6,4, но С другой стороны, CFS_M образца, который не очень рано, достигли пластичности 3,1 (2,3 эквивалентной билинейной), ведет себя скорее как несоответствующей конструкции.
Монотонные испытаний: измерения деформации и поперечной силы сопротивление поперечной GFRP
Измеренные и рассчитанные поперечных сил рассматриваются более подробно в настоящем документе. На рис. 8, измеренные поперечной силы V, сдвига вклад поперечных GFRP (Vf) и стальные стремена V ^ S ^ к югу и (V ^ S ^ югу Vf) сравниваются при увеличении г на стороне укрепить Образцы GFS_M и CFR_M. Приборы с образцами CFS_M не было зарегистрировано, поэтому никакой информации может быть получена из измерений.
Внутренние силы сдвига V был рассчитан путем установления зарегистрированных нагрузки P на внутреннем распределении силу соответствующих диаграмм состояния на рис. 2 (б): до P1y распределения для одной петле, и, до уровня Pu и за ее пределами, за две петли. Точность этих распределений была проверена с помощью избыточных измерений с образцами DRC_M. Поперечных сил сопротивление поперечной GFRP (Vf) и стальные стремена (V ^ S ^ к югу) были рассчитаны на основе измеренного штаммов GFRP EFM зарегистрированных С. 9, С. 10 во время испытаний. Значения Vf была получена из уравнения. (1), заменив ОСЕ измеряется EFM и использования номинального значения Ef и тс. Значение V ^ югу S ^ вычисляется по формуле. (2) 19
V ^ к югу ы = (0.9d) ^ ^ к югу З E ^ югу S ^ ^
помощью стремени области ПЛО и интервал с на рис. 1 и номинальной модуль упругости Es из 200 ГПа (29000 KSI). Кроме того, было предположить, что стали стремя штамм был также равен ЭМП в то время как верхняя граница по югу V ^ S ^ был введен на основе fyw, средняя численность поперечной стали.
На основании сопротивления сдвигу аддитивной модели, принятой в сдвиговых дизайн, разница между поперечной силы V а прочность на сдвиг (V ^ S ^ югу Vf) на рис. 8 объясняется V ^ с ^ к югу, а именно трения, совокупный блокировки, а также действия продольной шпонкой стали, в том числе 14, в данном случае, дюбель действия стержней углепластика и, в первую очередь, продольное сопротивление FRP к диагональному раскрытия трещины. Это значение должно быть по сравнению с unfactored V ^ с ^ к югу (равной 2,0 bd14), что равно 61,8 кН (13,9 KIPS), используя средний ь '. Сравнение распределения между Vf С. 9, С. 10 для образцов GFS_M и CFR_M показывает, что существуют различия в мобилизации GFRP из двух образцов в рамках региона до нашей эры. В образце GFS_M, С. 10 зарегистрированных очень мало по сравнению с С. 9, как было показано также тот факт, что С. 9 был найден только один пересечь сдвиговая трещина. В образце CFR_M, практически идентичных измерения деформации были зафиксированы в обоих С. 9, С. 10 в связи с тем, что круче сдвиговая трещина перешли под GFRP, мобилизации и ИК (см. рис.
Распределение сдвиговых между различными компонентами также существенно отличались в два образцов (см. рис. 8). Максимум (Vf V ^ S ^ к югу) было достигнуто на различных отклонений, а после Pu было записано. Для образца GFS_M до отклонение 20 мм (0,8 дюйма), остальные механизмы способствовали 150% (Vf V ^ S ^ к югу), причем этот термин становится только сопротивлялись компонента при больших прогибах, чтобы максимальное значение 186 кН (41,8 KIPS), давая ОСЕ полученных от 0,31% (или меньше, если ужесточение стремена считалось) под дизайн предел 0,4% .1 На пике спроса в сдвига , поперечная FRP и стали (Vf V ^ S ^ к югу) сопротивление 106,8 кН (24 KIPS) из общего объема спроса на сдвиг 238 кН (53,5 KIPS), сопротивление бетона и продольной FRP (см. рис. 8). Для образца CFR_M, более половины от общей численности сдвига в рамках региона до н.э. сопротивлялись до неспособности другим компонентам, кроме поперечных GFRP и стали, в том числе V ^ с ^ к югу, и, в первую очередь, продольные штанги углепластика через диагональные трещины.
В этом случае максимум (Vf V ^ S ^ к югу), записанные было 65 кН (14,6 KIPS), только 30% образцов GFS_M, в соответствующих производных Следует отметить, что ни в одном случае максимальной проектной limit1 от 8,0 BD превысила в ходе испытаний ..
Циклические результаты испытаний: нагрузка-смещение характеристик, пластичности и разрушения режиме
Референтного образца DRC_C не достигают того же плутония, и не следовать в тот же конверт, как прочность образцов DRC_M поскольку конкретные прочность на сдвиг к югу V ^ с ^ была уменьшена на циклические нагрузки. В этом случае, отказ был сдвига изгиб, с диагональные трещины формирования снова в регионе до н.э. (рис. 7). Из-за наличия сдвига, сильно ущипнул гистерезисных ответ был записан после шестого цикла (рис. 3 (б)) Испытание было прекращено на максимальное отклонение ( Образца удалось сформировать два изгиба петли, с узкими диагональными сдвига изгиб трещины по обе стороны от нагрузки точки C (с выдержкой из стремян) и, в меньшей степени, справа от нагрузки Point B (см. рис. 7). Unfactored прочность на сдвиг стремена V ^ югу S ^ 14 был 202,5 кН (45,5 KIPS), или 149% от максимальной зарегистрировано V ^ и ^ к югу в регионе до нашей эры. Несмотря на очевидное влияние сдвига, эквивалентных билинейных
Образцы CFS_C был испытан на общее количество 13 циклов до (рис. 4 (б)). Это значение было 85% от монотонной коллегой и соответствует средней изгибающий момент в двух петель практически равна Mu0.6. Следовательно, углепластика на критических участках достигает, в среднем, Жесткость луч был похож на образцами CFS_M только в первом трех циклов. Мимо циклических предел отклонения 34 мм (1,34 дюйма), сильно ущипнул гистерезисных ответ был получен, пучок круговорота 80% от PDRC_M. Образца разрушенного при сдвиге, при деформации концентрации в сдвига петли при нагрузке Точка С в сторону региона до нашей эры, где сосредоточено две трещины сложились 0.4d друг от друга и стали пряжками (рис. 7). Следует отметить, что минимальный запас прочности на сдвиг в пучке после 440.2R ACI 1, а именно к югу V ^ и ^ / OVN, находился в регионе до н.э., равный 143%, так что сдвиг перенапряжения не будет регулировать реакции. .
Образцы GFS_C был испытан на общее число девять циклов до Измеренные Pu в данном случае 354,6 кН (79,7 KIPS) в течение третьего цикла на соответствующие отклонения 30 мм (1,18 дюйма) (см. рис. 5 (б)). В отличие от образцов CFS_C (и образцами CFS_M, если на то пошло), Pu была сравнима с образцами GFS_M, превышающих в течение до Как и в CFS_C образца, однако, этот луч, также показали сильные щипать за счет сдвига и постепенный упадок сил, за этот момент. В самом деле, за третий цикл, деформации сосредоточены в регионе до нашей эры вблизи нагрузки точки С, как сдвига петли, в то время как выпучивание GFRP было отмечено в шарнире области из-за больших нагрузок, вызванных на шарнире. При увеличении прогиба, поперечной GFRP удалось нагрузки на точки C на пучке углы скалывания сжатия бетон из-за больших сил сдерживать порожденных выпучивания продольной стали (см. рис. 7).
Образцы CFR_C себя аналогичные образцы GFS_C, отличаясь в режиме FRP провал и после конечной сопротивления. Пучка устойчивого 11 полных циклов, достигая плутония 311 кН (69,9 KIPS) на 61 мм (2,4 дюйма) в течение третьего цикла (см. рис. 6 (б)). Максимальное отклонение введенных был 60,6 мм (2,4 дюйма), при котором остаточная прочность ниже PDRC_M на обращение было получено. Пучка проявляли более высокий уровень после сокращения предельной нагрузки с езда на велосипеде, неизменно ниже конверт реакции образца CFR_M и значительно ниже P2u0.6. С третьего цикла на, неупругих деформаций концентрируется в узкой области, ограниченной двумя широкими пересекающихся трещин, на каждой стороне нагрузки точки, где полный провал развития углепластика бар и бар обычных наблюдались изгиб (см. рис. 7). После удаления FRPS, что свидетельствует о боковой разрыв и последующее типа кисти отказа одного стержня углепластика было отмечено на этом месте на одной из трещин. Циклической пластичности выставлены за счет усиления балок бедных по сравнению с контрольной пучка, которая достигла 4,2 пластичности.
Среди трех сторон укрепить пучков показывают лучшие результаты, с образцами GFS_C достижения сопоставимого уровня ( Худшем исполнении была выставлена на условно укрепить пучка, которые достигли циклических пластичности 1,7 (см. таблицу 1) ..
ВЫВОДЫ
Монотонные и циклических испытаний были представлены два пролета неразрезных балок с несоответствующей детализации, укрепить FRP по три схемы усиления. На основе экспериментальных измерений и анализа полученных результатов, можно сделать следующие выводы:
1. В монотонно возрастает поперечная деформация, все укрепления пучков смогли разработать полный изгиб механизм, с помощью формирования двух петлях, как и ожидалось в дизайне. Оценки в разделе прочность на изгиб, основанные на моделях плоского сечения по сравнению с экспериментом;
2. По измеренным изгиб потенциала, эффективный вклад FRP стержней, ниже конструкция деформации в ACI 440.2R.1 Создание дизайна для волокнита укрепить пучков необходимо использовать аналогичные или более FRP уровней деформации мобилизации при сдвиге. С другой стороны, консервативные изгиб оценки, основанные на ограничении
3. Тот факт, что монотонно испытания FRP-упрочненного пучков полным разрывом вверх / вниз углепластика, постепенно разрыв (более половины пучка глубина) продольной стороне листов GFRP, облигаций провал щечки углепластика, и нарушение сцепления поперечной FRP листов в шарнире при нагрузке точки. При больших прогибов прошлом обычных провал образца, FRP-бетонных нарушение сцепления произошел сбой во второй пролет, в случае поперечной обертывания не применялись;
4. Образца, который был условно укрепить верхний и нижний листы углепластика выставлены учтены прочность на сдвиг 213,4 кН (66,7 KIPS), что приводит к теоретической прочности из 252 кН (56,7 KIPS). Резкий перелом неспособность FRP произошло на 270 кН (60,7 KIPS) из расчета предельной деформации 1,1% -80% от дизайна деформацией разрыва в ACI 440.2R1 с последующей потерей всего изгиб сверхпрочности и мало возможностей для перераспределения. Под циклической нагрузки образец не удалось в циклическом сдвиге при максимальной силы сдвига 70% от факторинговой сдвига strength1;
5. Сопоставимые ответ наблюдался два sidestrengthened пучков. В обоих случаях остаточная прочность никогда не падало ниже численность управления лучом, даже на прогибы достигать 85 мм (3,35 дюйма) и пластичность 8,0. Средний штаммов FRP
6. Все образцы при увеличении амплитуды циклических ответ были не в состоянии развивать монотонный потенциал изгибных механизма. Циклические поведение, демонстрируемое постепенное прочность и жесткость, деградация и тяжелые сжать, независимо от способа укрепления FRP;
7. Отказ в условиях циклического ответ регулируется поперечной нарушение сцепления GFRP на веб, а затем в одном случае перелом поперечных GFRP по углам, обусловленного силами выпучивания продольной стали, где стремена были широко расставленные. Такие силы должны быть рассмотрены при разработке FRP несоответствующей элементов. В отличие от монотонного случае, никаких переломов продольного FRP был получен в условиях циклического действия до обычных недостаточность;
8. Измеряется Окружающая среда для Европы до отказа и относительный вклад (Vf V ^ S ^ к югу) и продольной стороне FRP противостоять диагональному сдвига отличались способ укрепления. Продольная GFRP листов в конце концов перестал вносить свой вклад в сопротивление сдвигу. Пика измеряется Окружающая среда для Европы в этом случае достигнут 0,31%, 75% проектных рекомендовал value.1 Напротив, продольной стороне FRP стержней внес значительный вклад в сопротивление диагональных трещин, на целых 150% (Vf V ^ югу S ^ ), а также
9. Учитываться дизайн поперечных сил принятой в 440.2R1 ACI были выше, чем максимальная поперечная сила действует во всех случаях. Это обстоятельство не помешало разрушение при сдвиге, особенно в циклических испытаний, несмотря на тот факт, что штамм FRP Окружающая среда для Европы в этом случае только 40% от дизайна предполагается, в 0.004.1 Следовательно, меньшее значение должны быть приняты для разработки сопоставимых с выход деформации поперечного стали, действующих в параллельных FRP.
Авторы
Помощь сотрудников RC Лаборатория Национальный технический университет Афин благодарностью. Работа выполнена при финансовой поддержке организации сейсмостойкости планирования и защиты в Греции.
Ссылки
1. ACI Комитет 440 ", внешне Таможенный FRP системы для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2002, 45 с.
2. Triantafillou, T., и Antonopoulos, C., "Дизайн бетона на изгиб членов Укрепление в Shear с FRP," Журнал композиты для строительства, ASCE, Т. 4, № 4, ноябрь 2000, с. 198-205.
3. FIB-TG 9,3, "Разработка и использование внешней Таможенный арматуры полимера (FRP EBR) для железобетонных конструкций," Вестник 14 июля 2001, 138 с.
4. Bousselham А., Chaallal О., "Shear Укрепление железобетонных балок с армированной волокном полимерные: Оценка влияния параметров и необходимых исследований", ACI Структурные Journal, В. 101, № 2, март-апрель 2004, с. 219-227.
5. Боначи, J., и Maalej, М., "Поведенческие тенденции RC Балки укрепляясь Внешне Таможенный FRP," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 5, № 2, май 2001, с. 102-113.
6. Bencardino, F.; Spadea, Г. и Swamy Р., прочность и пластичность железобетонных балок Внешне Усиленный из углеродного волокна ткани, "Структурные ACI Journal, В. 99, № 2, март-апрель 2002, с. 163-171.
7. Пеллегрино, C., и Модене, C., "армированного волокном полимерные Shear Усиление железобетонных балок с поперечным арматуру," Журнал композиты для строительства, ASCE, V. 6, № 2, май 2002, с. 104 - 111.
8. Пеллегрино, C., и Модене, C., "FRP Shear Укрепление RC Балки: экспериментальное исследование и аналитического моделирования", ACI Структурные Journal, В. 103, № 5, сентябрь-октябрь 2006, с. 720-728.
9. Alausundaramoorthy, P.; Харик И., Choo, C., "Прочность Поведение RC Балки Укрепление карбона Железобетонная Полимерные Листы ткани", журнал композиты для строительства, ASCE, т. 7, № 4, ноябрь . 2003, с. 292-301.
10. Грейс, Ньюфаундленд; Абдель-Сайед, Г. и Рагеб, WF, "Усиление бетонных балок, используя новаторские пластичные армированных волокном полимерных тканей", ACI Структурные Journal, В. 99, № 5, сентябрь-октябрь 2002, с. 692-700.
11. Грейс, Ньюфаундленд; Рагеб, WF и Абдель-Сайед Г., изгиб и сдвиг Усиление бетонных балок Использование Triaxially Плетеный пластичные ткани, "Структурные ACI Journal, В. 100, № 6, ноябрь-декабрь 2003, с. 804-814.
12. Ашур, AF; Эль-Refaie, SA, а также Гаррити, S., "Прочность Укрепление RC неразрезных балок Использование углепластика слоистый пластик", цементных и бетонных композитов, V. 26, № 7, октябрь 2004, с. 765-775 .
13. Chaallal, O.; Shahawy, M.; и Хасан, М., "Выполнение железобетонных балок-T укрепить Shear с углеродной ткани из армированных волокном полимер," Структурные ACI Journal, В. 99, № 3, май- Июнь 2002, с. 335-343.
14. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-05) и Комментарии (318R-05)", Фармингтон, М., 2005, 430 с.
15. Micelli, F.; Raghu, A.; и Нанни, A., "Укрепление короткое Железобетонные Балки T С волокнита композиты" Журнал композиты по строительству, ASCE, V. 6, № 4, ноября +2002, с. 264-271.
16. Vougioukas, E.; Zeris, C.; и Kotsovos, М., "На пути к эффективной и безопасной эксплуатации ФРП для ремонта и усиления железобетонных конструкций", ACI Структурные Journal, В. 102, № 4, июль- Август +2005, С. 1-10.
17. Bre Февраль +2003, С. 36-46.
18. Deniaud, C., и Cheng, JR, "Железобетонные балки Т-Укрепление в Shear с волокном полимерные листы," Журнал композиты для строительства, ASCE, т. 7, № 4, ноябрь 2003, с. 302 - 310.
19. Европейский комитет по стандартизации ", Еврокод № 2-Дизайн бетонных конструкций, часть 1: Общие правила и правила для зданий", PrEN-1992-1-1, 2004, Брюссель.
20. Стратфорд, T., и Бэргойн, C., "Shear Анализ Бетон с хрупкого Усиление" Журнал композиты по строительству, ASCE, т. 7, № 4, ноябрь 2003, с. 323-330.
21. Министерство охраны окружающей среды, планирования и общественных работ, "Греческий сейсмостойких кодекса Дизайн", Афины, Греция, 2000. (По-гречески)
22. МЧС 440, "Улучшение нелинейных статических сейсмических процедур анализа," Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, Вашингтон, округ Колумбия, 2005, 392 с.
Входящие в состав МСА Христос Zeris является доцент кафедры гражданского инженерного Национальный технический университет Афин, Афины, Греция. Он получил BScEng из Имперского колледжа в Лондоне, Великобритания, а также степень магистра и докторскую степень в Университете Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния. Он является членом комитета ACI E803, факультет сети Координационного комитета. Его исследовательские интересы включают анализ, проектирование, реконструкция и усиление железобетонных конструкций при статических и динамических нагрузок.
Джон Anastasakis является практикующим Инженер в Греции. Он получил степень бакалавра и магистра Национального технического университета в Афинах.
Джон Kyriakidis является практикующим Инженер в Греции и на Кипре. Он получил степень бакалавра в Национальном техническом университете в Афинах.