Исследования по механически прикреплена армированных волокном полимерные Укрепление систем
В данной работе экспериментальные результаты испытаний 23 прямых сдвига на армированных волокном полимера (FRP) полос механически крепится (MF) к конкретным сообщается. На основании экспериментальных результатов одна молния FRP / конкретные связи, учитывая скольжения моделей, разрабатываемых для решения MF-FRP/concrete поверхностное поведение. модели конечных элементов затем представлены для решения поверхностное поведение между полосами FRP и бетонные основания для MF-FRP/concrete прямого сдвига образцов, а также для MF-FRP-упрочненного железобетона (RC) пучков. Результаты представлены в виде конечной грузоподъемности, нагрузки скольжение отношений и распределения деформации вдоль полосы FRP. Численных прогнозов сравниваются с экспериментальными данными, и очень хорошее согласие.
Ключевые слова: подшипник скольжения модель, внешние укрепления; армированных волокном полимер; анализ методом конечных элементов; интерфейс.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Новый метод укрепления недавно представил для железобетонных конструкций является использование механически крепится (MF) армированных волокном полимера (FRP) полос с близко расположенных порошок управляемыми pins.1-8 Этот так называемый ПВ метод использует готовый инструменты для приложить Pultruded FRP-полосок для бетона. Она характеризуется многими преимуществами, такими как быстрый монтаж, которая использует простой ручной инструмент; никаких специальных навыков труда необходимы, и не подготовка поверхности не требуется. С помощью этой системы можно также использовать усиленную структуру сразу после установки полос FRP укрепления. Иллюстрации установки полос FRP к конкретным использованием техники ПВ можно найти в Bank2 и др. Lammana al.3
С помощью данной методики, прилагаемый FRP лента обладает высокой несущей способности, а также высокой прочности продольной силы. Адекватное заливки из крепежа в бетоне, необходимых для обеспечения FRP strip.1 выстрел крепеж может быть встроен непосредственно в бетонную поверхность, или могут управляться в мелкую predrilled отверстия в бетон. Последний рекомендуется уменьшить первоначальный растрескивание поверхности и конкретные откола во время вождения крепежная деталь, а также увеличить вывода и сдвиг потенциала вложенной fastener.2
Немногие исследователи исследования были посвящены изучению возможности этой техники для внешнего укрепления железобетонных (RC) пучков. Балки укрепить с этим методом были протестированы, и результаты были сопоставлены с данными, когда обычным способом связи был использован. В одном из этих исследований, было отмечено, что выигрыш в силе для техники ПВ было 70%, что получил от условно связанных counterpart.3 В другом исследовании был сделан вывод о том, что, используя метод МП, можно было достичь отказов аналогична стандартной RC beam.1 Используя этот метод укрепления может увеличить грузоподъемность до 60% .4 При использовании этого метода на Tbeams, было установлено, что полоса разделение первичной отказов для всех пучков после развиваются очень высокими deformations.5 ряде тематических исследований были также проведены по решению анализ, проектирование, монтаж и тестирование на старых мостов недостаточным. MF-FRP Таким образом, система оказалась выгодное решение для укрепления основных поврежденных участков bridges.6-8.
Это исследование посвящено изучению реакции соединения MF-FRP/concrete подвергаться прямому сдвига для решения поверхностное поведение между MF-FRPS и бетона. Прямая реакция сдвига оказалась очень удобный способ понять этот тип поведения. Некоторые исследования были проведены на условно связанных FRP до конкретных соединений с использованием прямого сдвига tests.9-12 различных моделей местных облигаций скольжения были разработаны с целью представить FRP / конкретные поверхностное behavior.13-15 всеобъемлющем конечных элементов исследования были также представлены для решения внешне связанных FRP / конкретные поверхностное поведение на внешнем связанных applications.16, 17 Многие исследователи также пытались моделировать поведение углерода FRP (углепластика) или стакан FRP (GFRP)-RC укрепить пучков с использованием метода конечных элементов techniques.18 , 19 В целом, необходимо правильно модель FRP / конкретные поверхностное поведение для точного прогнозирования структурных мер реагирования и нарушение сцепления видов отказов из волокнита укрепить RC beams.15, 20 Стоит отметить, что аналитическая модель была введена для моделирования MF-FRP-упрочненного конкретные beams.21 Эта модель использовали штамм совместимости, равновесия, и определяющие соотношения материалов при условии, что нет относительного скольжения произошло на FRP / конкретный интерфейс ..
В настоящем исследовании, серия 23 прямых испытаний сдвига были проведены по решению руководящих поверхностное поведение специальных гибридных GFRP / ПВ углепластика полосе бетона. Оба выстрела и резьбовой крепеж, были использованы для установки FRP композиционных материалов на бетонные блоки. Сравнения между использованием обоих типов крепления представил. FRP / конкретные модели интерфейс был разработан для обоих типов молний, и численной реализации были проведены для модели экспериментальных испытаний с использованием этих моделей. Предлагаемые модели успешно моделируемых нагрузки скольжение отношений и различных видов отказов в очень хорошем согласии. На основании этого соглашения дальнейшего численного моделирования были проведены предсказать реакцию MF-FRP-упрочненного балки, в том числе Т-лучи. Сравнение численных прогнозов, а результаты испытаний показали хорошее согласие с точки зрения конечной грузоподъемности, отказов, и загрузить его отклонения отношений.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Это исследование пытается решить поверхностное поведение между MF-FRP композиционных материалов и бетонных оснований путем экспериментальных испытаний и моделирования конечных элементов. Моделей, предлагаемых здесь обеспечить точные численные инструментов, которые могут быть использованы для понимания и прогнозирования поведения MF-FRP-RC укрепить балки, в частности те аспекты, связанные с FRP / конкретные интерфейсы.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Экспериментальные результаты, поступающие с прямым использованием испытания сдвига довольно простой экспериментальной установки спроектированы и изготовлены в лабораторных условиях. В общей сложности 23 образцов были протестированы с различными конфигурациями, чтобы исследовать эту систему. В следующих разделах, подробное описание материалов, испытательных образцов, укрепление процедуры испытания установки и процедуры испытания представил.
Материалы
Бетонной смеси был предназначен для среднего целевого цилиндра прочности на сжатие 35 МПа (5076 фунтов на квадратный дюйм), после 28 дней. Средняя фактическая прочность цилиндра сжатия была 42,1 МПа (6106 фунтов на квадратный дюйм) со стандартным отклонением 0,46 МПа (66,7 фунтов на квадратный дюйм). Средняя прочность на растяжение от стандартных тестов изгиба threepoint было 3,5 МПа (+508 фунтов на квадратный дюйм) со стандартным отклонением 0,16 МПа (23,2 фунтов на квадратный дюйм). Смеси, изготовленные из обычного бетона с плотностью максимальный размер 14 мм (0,55 дюйма).
Гибридная (карбон и стекло) FRP полосы были использованы в этом расследовании. Тип продукта FRP характеризуется высокой несущей способности и состоит из углерода подъемников между двумя слоями стекловолокна маты и жгутов. Материалов, соединенных вместе высоко коррозионностойких винилэфирные смолы. Углеродные волокна увеличили жесткость полосе, а стекловолокна условии, что соответствующие силы подшипника. Толщина полосы FRP была 3,2 мм (1 / 8 дюйма). Полосы были испытаны в лабораторных условиях в соответствии с ASTM D3039.22 напряженно-деформированного отношения практически линейна до разрушения. Средний модуль упругости было установлено, что 60,3 ГПа (8702 КСИ) со стандартным отклонением 3,56 МПа (516 фунтов на квадратный дюйм). Предел прочности на разрыв оказался 834,5 МПа (121 КСИ) со стандартным отклонением 50,9 МПа (7382 фунтов на квадратный дюйм).
Два типа крепления, выстрелил и зажмурил, были использованы в настоящей работе, как показано в Таблице 1. Крепеж выстрел был 47 мм (1,85 дюйма) длиной и хвостовик 3,73 мм (0,15 дюйма) диаметра голени и отвезли в конкретных блоков с использованием порошка приводом пистолет. Эти крепежа были сделаны из закаленной стали и оцинкованной обеспечить устойчивость к коррозии. Система крепления этого крепежная типа был похож на те, которые использовались в предыдущих works.1-8 резьбовой крепеж был 37 мм (1,45 дюйма) длиной и хвостовиком 4,76 мм (0,19 дюйма) диаметра голени и были установлены в конкретные использованием бурового инструмента. Эти крепежные были изготовлены из нержавеющей стали и покрыт специальным материалом покрытия, также обеспечивают защиту от коррозии.
Испытательные образцы
В таблице 2 приводятся различные конфигурации опытных образцов. Размеры FRP Газа 650 х 50 х 3,2 мм (25,6 х 2 х 0,125 дюйма) и были прикреплены к бетонных блоков с размерами 150 х 150 х 400 мм (5,9 х 5,9 х 15,4 дюйма), как показано на рис. 1. Полосы были сосредоточены и зажимается в верхней части бетонного блока. Крепеж были изгнаны или забивают в бетон в premarked местах. Четкое расстояние 75 мм (2,95 дюйма) был оставлен на каждом конце квартала, чтобы избежать конкретных откола во время установки крепежа, как показано на рис. 1 (а). Постоянная крепится длина 250 мм (9,84 дюйма) был сохранен для всех образцов, как показано на рис. 1 (а). Для условно связанных образцов, связанных длина также до 250 мм (9,84 дюйма), как показано на рис. 1 (б).
Бетонных блоков были определены коды, перечисленные в первом столбце таблицы 2. SH идентификации и SC были использованы для образцов крепится выстрел и прищурил крепления, соответственно, в то время как ЦБ был использован для условно связанных образцов. Номера в образце идентификации представляют количество крепежных элементов.
Укрепление процедуры
В следующих двух разделах, процедура FRP привязанность объясняется. Обычно используется метод крепления съемки крепеж могут приводить к локальным трещин, отслаивание конкретные и местные повреждения полосы FRP вокруг крепежа. Для преодоления этих проблем, новая система крепления предлагается здесь на основе завинчивания, а не стрельба крепежная деталь в бетон. Сравнения между использованием обоих типов крепления системами. Кроме того, два образца были изготовлены с использованием такого условно связанных метод сравнения.
Крепление FRP композиционных материалов на бетонные блоки-широко используются крепежные были расстреляны в бетон использованием порошка приводом пистолет. До съемки крепежные детали, отверстия predrilled на глубину 10 мм (0,39 дюйма) в конкретных как это было рекомендовано Ламанна др. al.1 predrilled отверстия пилот снизил размер первоначального трещины и отслаивание конкретные и позволяет более глубокого проникновения крепеж. После этого, крепеж были расстреляны в конкретных использованием пороха привода. Тринадцать мм (0,51 дюйма) шайбы были использованы с каждым крепежная деталь для предотвращения FRP от повреждения крепежных голову и повышения несущей способности путем предоставления зажимного давления на полосе FRP вокруг крепежа. Это сводит к минимуму давления в местах возможных проскальзывать между молния, и полоса FRP. Местные трещин не наблюдалось сразу после съемки крепеж в бетон. Местные повреждения FRP полос вокруг крепежа часто возникают при использовании этого метода.
Для общего использования резьбовых крепежных изделий в бетоне или каменной кладки, производитель рекомендует забуривание отверстия на глубину не менее 6,35 мм (1 / 4 дюйма) в конкретных больше крепежная деталь длиной предоставить помещение для перемещенных материала при завинчивании крепежная деталь. Рекомендуется также, что диаметр отверстия predrilled быть меньше, чем молния. Следовательно, для применения MF-FRP, отверстия predrilled на глубину 45 мм (1,77 дюйма) в конкретных диаметром 3,97 мм (5 / 32 дюйма). После забуривание, крепеж резьбовой были внутри конкретной помощью завинчивания инструмент. Шестнадцать мм (0,63 дюйма) шайбы были использованы в данном случае. Ни местные, ни трещин конкретные откола не наблюдалось. Кроме того, ни местные ущерб был нанесен в полосе FRP, когда крепеж были ввинчивается в бетон.
Сцепление FRP-полосок для бетонных блоков-Two дополнительные образцы были подготовлены, где FRP полоски наклеивают на бетон. Связанных длина находился на 250 мм (9,84 дюйма), такой же длины, как крепится длины в системе М.Ф., как показано на рис. 1 (б). Бетонную поверхность земли была первой и взорвали, а затем очищается. Двухкомпонентный эпоксидный клей паста используется для связи FRP-полосок для бетона. Минимум относительно равномерную толщину 1,0 мм (0,04 дюйма) в слой клея была использована. Стыковых соединений вылечить за 7 дней до начала испытания.
Испытательная установка
Испытаны образцы помещались в обычных растяжение кадра загрузки, как показано на рис. 1 (с). Собрания было поддержано таким образом, что существует прямая сдвига в FRP / конкретных интерфейс, используя настройки, описанной в Bizindavyi и Neale.12 Специальные меры предосторожности были приняты для обеспечения надлежащего согласования. Линейные преобразователи переменного смещения (LVDTs) были построены в прибор для измерения деформации. Нагрузка применяться с использованием перемещения контроль, чтобы избежать неконтролируемого провал на максимальных нагрузках. Скорость перемещения была 0,5 мм / мин (0,02 дюйма в минуту). Электрическое сопротивление тензорезисторов, 5 мм (0,02 дюйма) в длину, с сопротивлением 120 ± 0,3% и калибровочных фактор 2,070 ± 0,5% были использованы для измерения деформаций вдоль полосы FRP. LVDTs и электрические датчики деформации связаны через мастер-панели для системы сбора данных с интерфейсом карты оборудованных компьютером. Приложенной нагрузки было зарегистрировано в качестве выходного испытательной машины. Система была создана, чтобы постоянно сканировать приборов во время тестирования и сохранить исходные данные в файл на 0,5-секундными интервалами.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ
Прямая сдвига тесты для MF-FRP полосы только одна молния и несколько крепежных проводили исследование поведения на FRP-застежка-бетонных соединений. Это поведение характеризуется, главным образом, как взаимосвязь между приложенной нагрузки и деформации на молнию. В следующих разделах, влияние этих деформаций будет называться скольжения провести аналогию между MF-FRP системы и обычно связаны FRP системы. В этом, скольжения, представляет собой сочетание различных деформаций, это отношение деформации, крепежная деталь вращения горизонтального деформация, связанная с застежкой на выводе, а также местных конкретных дробления. В следующих разделах подведение итогов закрепить и связанных прямых испытаний сдвига.
FRP / конкретного соединения с одним крепежная
2 приведены средние экспериментальные ответы нагрузки скольжения, полученных для образцов SH01 (за три испытания в таблице 2) и образцов SC01 (за шесть испытаний в таблице 2). Несущей способности образца SC01 была почти на 80% выше, чем у образца SH01, а также показано в Таблице 2. Это различие было ожидать в связи с использованием большего диаметра голени и больших шайбу в случае резьбового крепежа. Чем больше диаметр хвостовика увеличить площадь контакта подшипника при FRP-молния связи, что, в свою очередь, привело к снижению отношение напряжений, в FRP. Чем больше диаметр шайбы увеличить прижимную давления на полосе FRP вокруг молния, и таким образом увеличить численность опорная плита.
Было отмечено, что нагрузка скольжения отношения нелинейной до достижения максимального уровня нагрузки. После того как максимальная нагрузка была достигнута, нагрузка была почти постоянной для дальнейшего роста черенков. Три типа деформации были замечены во время испытаний, а именно, имея в своей тарелке FRP, гибка молния, и дробления в бетон вокруг крепежа.
FRP / конкретного соединения с несколькими крепеж
Другие тесты проводились с помощью нескольких крепеж для подключения полосы FRP к бетонному блоку, как показано в таблице 2. В этой таблице сравнений между выстрелом и прищурил MF-FRP/concrete суставов по грузоподъемности и способы отказа представлены.
Рис 3 () показывает нагрузки скольжение отношений для разных образцов (SH01 через SH06) с различным числом выстрел крепеж. Ясно, что, как и количество крепежных элементов, увеличилось, нагрузка возросла. Все опытные образцы подшипника режим отказа при достижении несущей способности полосы FRP. Кроме того, после достижения максимальной нагрузки, нагрузки скольжения отношения были ветви, что можно наблюдать на рис. 3 (а). Это наблюдение было не ясно, в случае использования только одного крепежа. Это может быть вызвано двумя причинами. Во-первых, более чрезмерными трещины были созданы, как количество крепежных была увеличена. Эти трещины сократили связь между крепежа и окружающей бетона, в результате которого крепеж выйти из бетона. Во-вторых, на высоких уровнях деформации, шайбы, как правило, отдельно от крепежа, тем самым снижая давления в местах вокруг крепежа, а затем снижения несущей способности конструкций. Для SH03 образца, после достижения максимальной нагрузки, нагрузки спустились быстро, как показано на рис.
3 (а). Это связано с выводом последних крепление за разгрузки конца. Это произошло за счет вывода на поперечных трещин индуцированной при съемочного процесса. Образцы SH05 также показали относительно низкую прочность и небольшой грузоподъемности, как показано на рис. 3 (а), из-за большой трещины индуцированный момент во время съемок крепеж ..
Рис 3 (б) показывает нагрузки скольжение отношений в случае резьбового крепления для образцов SC01 SC06 в. Кроме того, как более крепеж были использованы, большей емкостью, но нагрузки были получены. В этих случаях, ни по убыванию части было отмечено, после достижения максимального уровня нагрузки. Это объясняется тем, что не произошло и вывода полосы FRP еще хорошо подключенный к бетонной поверхности до конца испытания. Цифры 4 (а) и (б) показывают образцы SH06 и SC03 после аварии. Очевидно, что опытные образцы SH06 вывода крепежная деталь, однако, опытных образцов SC03 разрыв в полосе FRP без крепежных вывода.
Цифры 5 (а) и (б) показывают, тензометрических чтения на различных уровнях нагрузки для представителей Образцы SH06 и SC06, соответственно. Из этих показаний деформаций, распределение тенденция соответствует линейно большее распространение от нуля при выгрузке конец максимального значения при загруженной конца. Значения деформаций FRP возросла нагрузка была увеличена. Как правило, передача длина определяется как расстояние от конца загружены до такой степени деформации в нуль. Для всего диапазона уровней нагрузки, деформации значения наблюдались вдоль полосы FRP, что свидетельствует о том, что для суставов MF-FRP/concrete, передачи длина равна длине закреплен. Кроме того, напряженность в случае использования резьбовой крепеж на 25% выше, чем на выстрел крепеж за счет повышения потенциала резьбовой крепежной системы, однако при том же уровне нагрузки, деформации значения для обоих образцов SH06 и SC06 была почти равны.
Было очевидно, что промежутки не более 50 мм (2,0 дюйма) не может быть уменьшен в случае выстрел крепеж из-за трещины в индуцированной крепления процесса. Таким образом, еще два были подготовлены образцы (SC02 серии), чтобы изучить возможность сокращения этого расстояния в случае винтовых крепежных элементов. В этих образцах, два винта были укреплены в той же строке, перпендикулярной к направлению нагружения, с поперечным шагом 25 мм (0,98 дюйма), как показано в таблице 2. Нагрузка была почти в два раза больше образцов SC01. Как и следовало ожидать, для образца SC02, подшипник начато на значение нагрузки 200% выше, чем у образца SC01, потому что площадь контакта подшипника в два раза, соответствующее значение скольжения была та же (примерно 2,0 мм [0,08 дюйма]). Этот результат привел к разработке других образцов с более высокими номерами резьбовых крепежных оптимизировать технику МП. Таким образом, еще два образца были готовы (образцы SC09 и SC12), как показано в таблице 2, с использованием девяти и 12 резьбовой крепеж, соответственно.
И продольных расстояние 50 мм (1,97 дюйма) и крепится длина 250 мм (9,84 дюйма) были сохранены такие же. На рисунке 6 показан нагрузки скольжение отношений по Образцы SC06, SC09 и SC12. Грузоподъемности для SC09 SC12 образцов и увеличился на 206% и 258% соответственно, за этот образца SC06. Образцы SC09 опытных прорезая FRP вокруг крепеж связанные с разрывом FRP, в то время образцов SC12 удалось в основном за счет FRP разрыв из-за превышения максимально допустимого предела прочности FRP. Так как количество крепежных была увеличена, повышена грузоподъемность была получена, но отсутствие пластичности наблюдается, потому что отказов было переведено с FRP подшипник FRP разрыва ..
Таможенный FRP / конкретных соединений
Два одинаковых условно связанных образцов (CB в таблице 2), были подготовлены для сравнения результатов между закрепить и связанных методов с точки зрения конечной несущей способности. Средняя нагрузка облигационного образцов 50,12 кН (11,24 KIPS), как показано в таблице 2. Режим неудача FRP нарушение сцепления на клей / бетон интерфейс по всей длине связаны. Было отмечено, что тонкий слой бетона был прикреплен к полосе FRP после аварии. Наблюдаемых отказов подобна тем, которые поступали из других экспериментальных investigations.11, 12
Аналитическое исследование
В аналитической части данной работы состоит из двух-(2D) плоского напряженного состояния конечных элементов для анализа образцы прямого сдвига, а также других MF-FRP-упрочненного лучами. Приняв решение позиционное управление, это позволяет моделировать поведение целых нелинейных нагрузки и деформации, для обоих приложений. Численный анализ производится с помощью программного обеспечения конечных элементов package.23 При анализе программного обеспечения формулировки для бетона, арматуры и FRP работают. Они подробно описаны в теории и моделирования руководства, 24 и приведены в модели Материал для бетона, стали и FRP разделе настоящего документа.
Геометрического моделирования
Типичные 2D конечных элементов сетки, используемые в данном исследовании как для прямого сдвига и укрепить приложений пучка приведены на рис. 7. Для представления конкретных, четыре узла 2D твердых элементов с двумя степенями свободы в каждом узле и четыре точки интеграции для каждого элемента были использованы. Размер элемента, используемых в анализе было 10 х 10 мм (0,4 х 0,4 дюйма) для конкретных соединений и 25 х 25 мм (1 х 1 дюйма) для пучков. Аналогичный анализ был осуществлен Абдель Баку и др. al.25 на внешнем связанных FRP-упрочненного лучами. На основе этого анализа, с ячейками размером 25 х 25 мм (1 х 1 дюйм) было признано целесообразным для пучка приложений. Таким образом, в данном исследовании, тот же размер ячейки принимается. Только одна половина пучка образца была смоделирована из геометрических и загрузки симметрии. Стальной арматуры в продольном и поперечном направлениях были представлены с помощью двух узлов элементов ферм. Каждый элемент имел два поступательных степеней свободы в каждом узле. Полосы FRP был смоделирован с помощью двух узлов элементов фермы с двумя поступательными степенями свободы в каждом узле ..
Трасс элементы используются для представления FRP / конкретного интерфейса. Каждый элемент имеет двух узлов, каждый с двумя степенями свободы. Внутренние деформации этих элементов представляет собой поверхностное скольжение и осевое усилие сдвига представляет собой силу в крепежа. Полная совместимость деформации Предполагается, между узлами FRP и конкретных узлов в нормальном направлении путем применения подходящих уравнений ограничений. Площадь каждого элемента интерфейса представляет собой область подшипника между молния, и полоса FRP. Это площадь равна толщине пластины FRP умножается на застежку диаметре. На рисунке 7 показана ферма элементы, используемые в конечно-элементного анализа. Как показано на рис. 7, ограничение уравнения применяются в направлении сдвига между первым интерфейс узла Н.И. (я), а также конкретных узлов NC (я), а также между вторым интерфейс узла Н.И. (я 1) и FRP Узел NF (я). Обозначим узлы на FRP, интерфейс, а также конкретные на границе, как NF (я), Н. И. (я) и NC (я), соответственно.
... (1)
... (2)
Перемещения в элемент интерфейса, соединяющего узлы Н.И. (я) и Н.И. (я 1),
... (3)
Следовательно, дифференциал перемещения между узлами Н.И. (я) и NC (я) равны скольжения значения элементов интерфейса присоединения узлов Н.И. (I 1) и Н. И. (I). Впоследствии межфазного напряжения сдвига, вызывающие эти дифференциальных черенки эквивалентно напряжений в элемент фермы присоединения узлов Н. И. (я 1) и Н. И. (я). Вышеупомянутой техники моделирования интерфейса преодолеть некоторые проблемы, возникающие в связи с использованием интерфейса элемент с непрерывных функций интерполяции. Напряженно-деформированное "для ответа на элементы интерфейса в горизонтальном направлении разработаны и описаны в следующем.
Материал модели для бетона, стали и FRP
Hypoelastic модель используется для описания нелинейной зависимости напряжения от деформации для concrete.24 одноосного сжатия нелинейных отношений использовалась до максимальной конкретной характеристики силы F ^ с ^ к югу было достигнуто за которой поведение смягчает до конкретных дробление происходит. Конечная одноосного сжатия вс стресс был взят 0.85f ^ C ^ к югу и конечной одноосной деформации сжатия В случаях, когда значения конкретных прочности е ^ т ^ к югу и модуль упругости E ^ с ^ к югу не сообщается, они были оценены в соответствии с CSA-A23.326 уравнений следующим
... (4)
... (5)
коэффициент Пуассона
Общие многоосных отношений напряженно-деформированного были взяты из нелинейной одноосного зависимость напряжения от деформации. Отказ конверты были использованы для создания одноосной stressstrain права учета многоосных условиях стресса и определить, были ли растяжение или дробление неудач конкретных произошли.
Поведение трещины конкретные считает системе ортогональных трещин. После трещина возникает в любом направлении, я, материал считается ортотропных с направлениями ортотропии, определяются основные направления стресса. Крекинг конкретные происходит, когда основные растягивающие напряжения лежит за пределами конкретных конверт трещины. Модуль упругости бетона сведена к нулю в направлении, параллельном основной растягивающие напряжения направлении, после чего перераспределения напряжений происходит. После растрескивания, сдвиг фактором сокращения линейно уменьшается с 1,0 на раздел без трещин до 0,5 за трещины в разделах уровень деформации в восемь раз растрескивания деформации после чего оно остается неизменным.
Для пучка приложений, стальной арматуры была смоделирована как билинейную упруго-пластического материала, с касательной модуля в упрочнения режима считать onehundredth модуля упругости. Полной связи между предполагалось, бетона и стальной арматуры. FRPS моделировались в виде линейных эластичных материалов до отказа. Свойства слоистого материала были приведены в конкретные ссылки или в соответствии со спецификациями завода-изготовителя.
FRP / конкретного интерфейса
Поверхностное поведение между конкретным и MFFRP композитов оказывает существенное влияние на общую производительность усиленного членов. Экспериментальные исследования показали, что общее поведение MF-FRPstrengthened пучков пластичный из местных отказа подшипника, происходящих в FRPS на застежку-5 locations.1 такое поведение следует, что относительное скольжение происходит между конкретным и FRPS. В результате, при условии полного связь между двумя подложки не реально и может привести к искажению результатов. Это предположение приводит к завышенным прогнозам через деформации FRP и член жесткости. Таким образом, соответствующие модели, которые могут описать FRP / конкретные поверхностное поведение сильно нужно.
Новые модели интерфейса предлагаемые в настоящем документе были созданы из средней экспериментальной ответы нагрузки скольжения, полученных для образцов SH01 (на три испытания в таблице 2) и образцов SC01 (за шесть испытаний в таблице 2). Предложенная модель интерфейса для каждого случая были получены с помощью простых регрессионного анализа. Рисунок 8 показывает предложенной модели для каждого вида крепежа. Регрессионный анализ был использован для получения хорошее согласие между аналитических моделей и экспериментальных данных. Механического поведения FRP / конкретных интерфейс моделируется как соотношение между местной подшипника O-S отношения, как показано на рис. 8, предлагается следующее
... (6)
... (7)
... (8)
... (9)
где
... (10)
В этих выражениях . Переменных 8 (а) и (б). Из значение равно 335 МПа (48,6 КСИ) и 385 МПа (55,8 КСИ) для выстрела и прищурил крепления, соответственно. По данным экспериментальных наблюдений, S ^ ^ е югу было принято равным 9 мм (0,35 дюйма). Факторы Эти факторы были определены таким образом, чтобы наиболее соответствовать могут быть получены от модели и экспериментальные кривые, полученные для одной застежкой. Эти предлагаемые модели интерфейса, которые называются в качестве несущих скольжения моделей в следующем, справедливы для случая normalweight бетона и Pultruded полосы FRP использоваться в данном исследовании.
ЧИСЛЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В последующих разделах приводится сравнение между экспериментальными и численные результаты для обоих соединений MF-FRP/concrete и MF-FRP укрепить балки.
FRP / конкретных соединений
Для проверки предлагаемой модели интерфейса, численные результаты сравниваются с экспериментальными данными. Сравнения представлены в виде конечной грузоподъемность, деформационных характеристик и деформации профиля вдоль полосы FRP.
Нагрузки, и деформационных характеристик рис-9 (а) (г) показывают сравнения расчетных и экспериментальных результатов с точки зрения нагрузки скольжение отношений представительных образцов SH01, SC01, SH04, и SC04. Обе нагрузки и скольжения были измерены на пластинки, конец. Видно, что предсказать тенденции находятся в очень хорошем согласии с экспериментальными данными. В таблице 2 кратко предсказал и экспериментальные результаты с точки зрения грузоподъемности и способы выхода из строя FRP / конкретных соединений, как выстрел, и резьбовой крепеж. Средний численного к экспериментальной грузоподъемностью отношений и их стандартные отклонения 0,98 и 0,046, соответственно.
MF-FRP-упрочненного бетонных балок
Численные прогнозы теперь будет по сравнению с об экспериментальных данных для изгибных MF-FRP укрепить RC пучков. Экспериментальные результаты 18 образцов разделены на четыре series1 ,3-5 используются для проверки результатов анализа конечных элементов. Эти лучи имеют переменную геометрическую и свойствах материала. Это изменение в геометрической и свойств материала позволяет проверки конечного элемента для различных случаев. Все лучи были протестированы в соответствии четыре точки погрузки. Во всех случаях, толщиной FRP полоски 3,2 мм (1 / 8 дюйма) и FRP свойства были одинаковыми, как показано в таблице 3, за исключением случая образцов, испытанных на Ламанна др. al.3 Для этого множества образцов, отношение предела текучести не дали. Таким образом, значение для подшипников текучести интерполировали так, что было бы пропорционально заданному значению FRP прочности рассматривает другие наборы образцов, где оба выхода FRP стресс подшипников и прочности даны. Во всех случаях, крепеж обладают теми же свойствами и равномерно распределены вдоль пластины FRP.
Максимальный момент мощностей и отказов
Таблица 5 кратко предсказал максимального потенциала момент и способы выхода из строя различных образцов. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов, также приводятся в данной таблице, и они показывают очень хорошее согласие между численных прогнозов и результатов испытаний. Средняя точность (численное к экспериментальных предельных соотношениях момент) и соответствующие стандартное отклонение 1,015 и 0,043, соответственно. Рис 10 (а) и (б) показывают, предсказал и экспериментальные кривые прогиба от нагрузки для образцов представитель FRP-3 и A5-1, проверенная банка и др. al.4 Ламанна и др.., 5 соответственно. Предсказал режим отказа для всех образцов конкретных дробления в зоне сжатия, это согласуется с экспериментальными наблюдениями об.
ВЫВОДЫ
Экспериментальных и аналитических исследований было проведено с целью понимания механизмов передачи, когда MF-FRP композиты используются для укрепления бетонных конструкций. Оба выстрела и резьбовой крепеж были рассмотрены. Для выстрела крепежные детали, было видно, что момент трещины индуцированной при крепления процесса. Эти трещины ослабили окружающего бетона, в результате чего в конечном итоге выводе крепеж с бетоном. Использование резьбового крепежа оказалась более эффективной за счет установки верхней застежкой, которая не повредить или бетона или полосы FRP. Было также установлено, что регулирующие режим отказа в случае выстрела крепеж нес неудачи связаны с застежкой на выводе. В случае резьбового крепежа, неспособность нес в полосе FRP, и этот режим отказа может быть переключен из FRP отношение к разрушению FRP путем увеличения количества крепежных элементов.
С аналитической точки зрения, соответствующие модели подшипника скольжения были предложены в этом исследовании, которые описывают поведение интерфейса MF-FRP/concrete как отношения между относительной поверхностное скольжение и несущей способности в полосе FRP. С помощью этих подшипников скольжения модели, анализ конечных элементов были проведены, чтобы имитировать поверхностное поведение как суставы MF-FRP/concrete и MF-FRPstrengthened RC пучков. Конечных результатов элементов согласуются с экспериментальными данными. Сравнение численных прогнозов, а результаты испытаний показали хорошее согласие с точки зрения конечной грузоподъемности, отказов, и загрузить его отклонения отношений. Интеллектуального возможности этого инструмента численного Таким образом, можно и дальше для более глубокого понимания роли других факторов на выполнение MF-FRPstrengthened конкретных членов, и тем самым способствовать оптимизации FRP укрепления конфигураций.
Авторы
Это исследование было профинансировано естествознания и техники Научно-исследовательского совета Канады (СЕНТИ) и Канадская сеть центров передового опыта по интеллектуальным зондирования для инновационных структур (ISIS Канада). КВт Нил является Канада заведующая кафедрой Расширенный Engineered материальных систем и поддержки данной программы является благодарностью.
Ссылки
1. Ламанна, AJ; банка, LC, и Скотт, DW, "Прочность Укрепление RC Балки механически Прикрепление армированных волокном полимерные полосы," Журнал композиты для строительства, ASCE, V. 8, № 3, 2004, стр. 203. -210.
2. Банк, LC, "механически прикреплена FRP (MF-FRP)-жизнеспособной альтернативой для укрепления RC Участники", FRP композиты в гражданском строительстве, CICE 2004, Аделаида, Австралия, 2004, с. 3-15.
3. Ламанна, AJ; банка, LC, и Скотт, DW, "Прочность Укрепление RC пучками, крепеж из армированных волокном полимерные полосы", ACI Структурные Journal, В. 98, № 3, май-июнь 2001, с. 368 - 376.
4. Банк, LC; Олива, М.; Arora, D.; и Borowicz, DT, "Быстрое усиление железобетонных мостов," Доклад WHRP 03-06, штат Висконсин шоссе Программа исследований, 2003, 148 с.
5. Ламанна, AJ; банка, LC и Borowicz, ДТ ", механически прикреплена FRP Укрепление Крупномасштабные RC T мостовых балок," Достижения в области строительной техники, V. 7, № 6, 2004, с. 525-538.
6. Лопес, A.; Риццо, A.; Галац, Н., и Нанни, A., "Таможенные и механически прикреплена FRP Укрепление системы: Пример", армированных волокном полимера (FRP) Арматура железобетонных конструкций, SP-230 , т. 2, CK щит, JB Бусел, SL Прогулочная зона, и Д. Гремел, ред. американские бетона институт Farmington Hills, MI, 2005, с. 1217-1234.
7. Риццо, A.; Галац, Н., и Нанни, A., "Укрепление Off-системы мостов с механическим Крепится предварительного отверждения FRP слоистый пластик", армированных волокном полимера (FRP) Арматура железобетонных конструкций, SP-230, V 2., CK щит, JB Бусел, SL Прогулочная зона, и DD Гремел, ред., американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 2005, с. 1157-1176.
8. Borowicz, DT; банка, LC; Нанни, A.; Arora, D.; Desa, У. и Риццо, A., "Ultimate Load Testing и эффективность моста укрепляясь армированных волокном композитных материалов и порошковой-приводных Крепежные изделия", Труды 83-го ежегодного совещания Совета по исследованиям Транспорт, Вашингтон, DC, 2004. (CD-ROM)
9. Джонс, R.; Swamy, Р.; Блоксхем, J.; и Bouderbalah А., "Композит Поведение бетонных балок с эпоксидной Таможенный Укрепление внешних," Международный журнал цементных композитов, т. 2, № 2, 1980, стр. . 91-107.
10. Triantafillou, TC, и Plevris, N., "Укрепление RC пучков с эпоксидной Таможенный Волоконно-композиционных материалов", материалов и конструкций, V. 25, № 4, 1992, с. 201-211.
11. Chajes, МДж; Финч, WW; Jaunszka Т.Ф., Thomson, A., "Бонд и силы для передачи композитного материала Плиты связан с бетона", ACI Структурные Journal, V. 93, № 2, март-апрель 1996, с. 208-217.
12. Bizindavyi Л., и Нил, KW, "Передача длины и прочности связи для композитов связан с бетона," Журнал Композитный для строительства, ASCE, В. 3, № 4, 1999, с. 153-160.
13. У, З. и Ню, H., "сдвиг по передаче FRP / бетона на изгиб в интерфейс Участники", журнал материалов, железобетонных конструкций и тротуаров, JSCE, V. 49, № 662, 2000, с. 231-245 .
14. Дэн, JG; Лу, XZ; Е., Л. и Цзян, JJ, "Последние исследования о ракетах средней Crack индуцированных нарушение сцепления в FRP-Укрепление RC Балки," Расширенный композиционных материалов в мостов и сооружений, М. Эль-Бадри и L. Dunaszegmi, ред., Канадское общество по гражданскому строительству, 2004, p. 5.
15. Лу, XZ; Дэн, JG: вы, Л. П. и Цзян, JJ, "Бонд-Слип модели FRP лист / Plate к бетона интерфейсы," Расширенное композиционных материалов в мостов и сооружений, М. Эль-Бадри и L. Dunasazegi, ред., Канадское общество по гражданскому строительству, 2004, p. 8.
16. Лу, XZ; Ян, JJ; Wei, H.; Е., Л. и Цзян, JJ, "Дискуссия по ключевым Трудности анализа методом конечных элементов для интерфейса между FRP листа и бетона", Труды Второй национальный строительный форум аспирантов Китая, 2004, с. 134-137.
17. Ebead, UA, и Нил, KW, "Механика FRP-Бетон интерфейсы," Canadian Journal для гражданского строительства, В. 34, № 3, с. 367-377.
18. Песок, Б. и Remlo, H., "RC пучков с внешней Таможенный углепластика: конечных элементов, моделирование Отсутствие расслоения", документ нет. NTAS F2001-32, Interreg Nordkaotten институт, 2001.
19. Вонг, RSY и Vecchio, FJ, "К Моделирование Железобетонная членов Бетон с внешней Таможенный армированных волокном полимерные композиты", ACI Структурные Journal, В. 100, № 1, январь-февраль 2003, с. 47-55.
20. Нил, кВт; Ebead, UA; Абдель Баку, ТМ; Эльсайед, МЫ и Godat, A., "Анализ нагрузки и деформации, поведение и нарушение сцепления для FRP-Укрепление железобетонных конструкций," Прогресс в области строительной техники, т. 9, № 6, 2006, с. 751-763.
21. Банк, LC, и Aroraa, D., "Анализ и проектирование RC пучков с механически прикреплена FRP (MF-FRP) Полосы", составных структур, В. 79, № 2, 2007, с. 180-191.
22. ASTM D3039, "Стандартный метод испытаний для прочностных характеристик полимерной матрицы композиционных материалов", ASTM International, Запад Коншохокен, PA, 2000, 13 с.
23. АДИНА, "Автоматическая Динамические дополнительных нелинейный анализ, программное обеспечение конечных элементов", версия 8.2, АДИНА R
24. АДИНА, "Теория и моделирование Guide: Том I, Глава 3," Версия 8,4, АДИНА R
25. Абдель Баку, ТМ; Ebead, UA, и Нил, KW, "Прочность и межфазного Поведение FRP-Укрепление железобетонных балок," Журнал композиты по строительству, ASCE, V. 11, № 6, 2007, с. 629 - 639.
26. Канадская ассоциация стандартов (CSA) A23.3-04, "Проектирование железобетонных конструкций зданий", Рексдейл, ON, Канада, 2004, 240 с.
ACI членов Валид Е. Эльсайед является лектором в гражданской технический отдел, Хелуанский университет в Каире, Египет. Он получил докторскую степень в Университете Шербрука, Шербрук, Квебек, Канада, в 2008 году. Его исследовательские интересы включают усиление железобетонных конструкций с применением композиционных материалов и конечных элементов моделирования волоконно-армированные полимерные укрепить структуры.
Усама А. Ebead является профессором в гражданской и экологической инженерии Департамента Университет Объединенных Арабских Эмиратов, ОАЭ. Он получил степень доктора наук из Мемориального университета Ньюфаундленда Сент-Джонсе, NL, Канада, в 2002 году. Его исследовательские интересы включают экспериментальной отработки и моделирования конечных элементов железобетонных конструкций укрепить традиционные и современные композитные материалы.
ACI членов Кеннет Нил является профессором и Канады заведующая кафедрой передовых инженерных систем материалов в Департамент строительства, Университет Шербрук. Он является членом комитета ACI 440, армированных полимерных усиление. Его исследовательские интересы включают восстановление и укрепление структур с использованием композитных материалов, микромеханики, механики деформируемого твердого тела, конструкционные материалы, и численное моделирование.