Перфорация Испытания Плиты с низкой Укрепление коэффициенты

Результаты серии испытаний на пробивая поведение плиты с различной изгибной отношения усиление и без поперечного армирования представил. Цель испытаний заключалась в изучении поведения плит неудачу в пробивая сдвига с низким уровнем соотношения подкрепления. Размер образцов и совокупного также разнообразны, чтобы исследовать ее влияние на пробивая сдвига. Измерения на поверхности бетона, а также по толщине образцов позволило наблюдение явлений, связанных с развитием внутренней критической трещины сдвига до штамповки. Полученные результаты сравниваются с проектными коды и критической теории трещин сдвига. Из этого сравнения, показано, что разработка ACI 318-08 может привести к менее консервативным оценкам пробивая силы для толстых плит и для нижней арматуре, отношения, чем в результатах испытаний. Удовлетворительные результаты, с другой стороны, полученные с помощью Еврокод 2 и критической теории трещин сдвига.

Ключевые слова: совокупный размер; сдвига критической теории трещины, пробивая сдвига; армирования, размер эффекта.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Перфорация сдвига, как правило, регулирующих отказов для плоских плит, опирающихся на колонны, с или без столицах. Этот вопрос был тщательно исследован в прошлом различных исследователей, занимающихся теоретическими и / или экспериментальные аспекты phenomenon.1-6

Текущий дизайн код для проверки положения пробивая сдвига последующей формате, аналогичном формату, что и ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP (уравнение (1)), которая связывает пробивая прочность на сдвиг к югу V ^ R ^ эффективному изгиб глубину плиты Л и контроля периметра Ь к югу 0 ^ критической секции (на расстоянии D / 2 от лица колонке ACI 318-08 ^ ^ SUP 7) и конкретные прочность на сжатие е ^ с ^ к югу. По данным ACI 318-08,7 сила пропорциональна квадратному корню из указанных конкретных прочность на сжатие е '^ с ^ к югу. В течение приблизительно квадратные колонны, где отношение Ь к югу 0 ^ / г достаточно мало, сила штамповки сдвига

... (1)

где

Другие коды, такие как Еврокод 2,8 включить дополнительные параметры, такие как усиление изгиба соотношение Н или D толщиной пластинки

V ^ к югу EC2 = 0.18b югу ^ 0, EC2 ^ d

V ^ к югу EC2 = 5, b югу ^ 0, EC2 ^ d

где Ь к югу 0, EC2 ^ является контроль по периметру на расстоянии 2D с лица колонны, членов), величина которого может быть получено как

... (3)

1 приведены расчетной прочности плоских плит предсказал МСА 318-08 ^ ^ 7 SUP и Еврокод 2 ^ 8 ^ SUP в зависимости от соотношения продольных арматуры. Можно отметить, что сила штамповки сдвиг в соответствии со ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP (уравнение (1)) не включает суммы изгибных подкрепление, и таким образом приводит к постоянной силы (горизонтальное плато на рис. 1), Члены где пробивая сдвига управления. В случаях, когда соотношение изгиба подкрепление очень мала, изгиб потенциала плиты регулирует силу (показаны почти линейный рост с увеличением силы изгиба отношение укрепление на рис. 1). Изгибных потенциал прямо не указанным в Кодексе, но было решено, здесь на основе прямого метода дизайн ACI 318-08. ^ ^ 7 SUP соответствии с рис. 1, плит с армирования над колонной больше, чем приблизительно 0,3% должны быть в состоянии в полной мере развивать силы штамповки сдвига определяется ACI 318-08.7

Подход Еврокод 2 ^ 8 ^ SUP также ограничивает силу плита с малым отношения подкрепления. Потому что Еврокод 2 ^ 8 ^ SUP включает сумму изгиб арматуры и глубины плиту в его разработке пробивая сдвига (уравнение (2)), однако семья проектирования кривых для штамповки сдвига (пунктирные линии на рис. 1) получены с увеличением нагрузки, как количество изгиб увеличивается подкрепления.

Пренебрегая эффект от суммы подкрепления, как и в МСА кодекса, 7 является консервативным больших отношениях подкрепление, как показано на рис. 1. Для плит с низким уровнем соотношения подкрепление, где сила штамповки сдвига управления, однако, дизайн ACI equation7 прогнозирует сильные стороны, которые явно более крупные и менее консервативными, чем определяется Еврокод 2 ^ ^ SUP 8, 9 (заштрихованная область на рис. 1). Это завышение увеличивается с толщине пластины. Исследование пробивая прочность плит с низким уровнем соотношения подкрепления (указано заштрихованная область на рис. 1), таким образом, представляет большой интерес, поскольку она охватывает проекты в соответствии с прямым методом проектирования (или аналогичных подходов), для которых ACI 318-08 ^ SUP 7 ^ могут переоценить силы штамповки.

Экспериментальное тестирование в штамповка плиты с низким укрепление отношений, были недостаточными и в прошлом, как исследователи обычно пытаются избежать разрушение при изгибе в ходе их испытаний и, следовательно, большинство тестов были проведены на образцах с достаточно большим количеством изгиб арматуры. Хотя это может быть значимым для целей тестирования, 10 он должен сопровождаться соответствующими требованиям дизайна коды, указав столько же изгиб подкрепление в реальной конструкции. Как показывает рис. 1 показывает, однако, практические проекты обычно используют нижнюю изгибных усиление над колоннами плоских плит.

В данной работе представлены результаты испытаний кампании на поведение плит без перфорации поперечной арматуры неудачу в пробивая сдвига с низким уровнем отношений арматуры (заштрихованная область на рис. 1) и сравнение этих результатов с теми, плит с большим отношения подкрепления. В дополнение к действию армирования, серия также изучает влияние размерного эффекта по перфорации сдвиге, включая испытания три образца размеров плиты толщиной колеблется от 0,125 до 0,5 м (4,9 до 19,7 дюйма). Влияние совокупного размера и пластичности подкрепление также исследуются в этой серии испытаний. Полученные результаты сравниваются с результатами дизайн кодексов и трещины сдвига критической theory9, 11,12 (основы которой приведены в приложении).

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В данной работе представлены результаты экспериментального кампании по проведению испытаний на прочность штамповки сдвиг плит, в котором усиление соотношение толщины пластины, а максимальный размер менялись. Испытания сосредоточены главным образом на плиты с низким уровнем соотношения арматуры (а, значения которых, как правило, встречается на практике), где скудные экспериментальные данные в настоящее время. Результаты показывают, что конструкция кодов, которые не учитывают на сумму изгиб отношение арматуры и размер эффекта может привести к значительно небезопасных оценки силы сдвига штамповки для таких случаев.

Экспериментальная программа

Серии испытаний был задуман главным образом расследовать заштрихованная область на рис. 1, при этом некоторые испытания изучают области больших укрепление отношений и др. очень низкие уровни армирования, расследование режим отказа в присутствии осадка изгиб арматуры.

Испытательные образцы

Испытательный цикл состоит из 11 железобетонных плит квадратных представляющие внутренние соединения плит колонки без поперечного армирования. Пропорции плоская плита представляет образцов (рис. 2), с радиальным момент равна нулю по периметру (расположен примерно в 0.22l от оси столба), соответствуют плоская плита с пролетом до глубины отношение л / ч около 27. Колонны были четырехугольные, и стороной квадрата с немного больше, чем толщина ч плит.

Таблица 1 показывает, основные параметры и характеристики каждого образца. Три основные параметры были различными:

* Размеры испытанных образцов: шесть образцов полный размер (Н = 0,25 м [9,8 дюйма]), один экземпляр двойного размера (Н = 0,50 м [19,7 дюйма]), а также четыре половинного размера образцов (Н = 0,125 м [4,9 дюйма]). Изменения в шкале образцов было сделано для всех геометрических размеров (рис. 2). Двойной размер образца (рис. 3), вероятно, одна из крупнейших (45 тыс. т [100 KIPS]) когда-либо тестировали в лаборатории;

* Сумма изгиб укрепление между 0,22 и 1,5% (сослаться на усиление схема на рис. 4). Укрепление была представлена на сжатие лицо в размере приблизительно 0,2% для всех плит, за исключением половины размера образцов, а также

* Максимальный размер: 16 мм (0,63 дюйма) для всех плит, независимо от их толщины, за исключением образцов ПГ-4, для которых она была 4 мм (0,16 дюйма).

Материалы

Механических свойств бетона держали постоянной, как это возможно. Обыкновенные бетон со средней цилиндра прочности на сжатие 33 МПа (4890 фунтов на квадратный дюйм) в возрасте от тестирования был использован (табл. 1).

Во всех образцах, кроме одного, горячекатаный стальной прокат (с выраженным плато, выход) были использованы. Для образца ПГ-5, наоборот, холодной работал стальной арматуры (без четко определенных уступая плато) были использованы для исследования влияния этого параметра.

Испытание установки и приборы

Полноразмерные образцы были загружены через восемь сосредоточены силы, действующие по периметру образца; нагрузка была введена с помощью четырех гидравлических домкратов размещен под сильным полом лаборатории (рис. 5 (б)). Двойной размер образца была нагружена гидравлических домкратов размещаются непосредственно под колонки (Рис. 5 ()); плиты сдерживало восемь сильных баров по периметру. Малых образцов половинного размера (рис. 5 (с)) были размещены с ног на голову и просто поддерживается на восемь баллов; нагрузка на колонну было введено растянутого стержня, проходящего через отверстие в центре образца и действуя на стальной пластине ; силы применили гидравлический домкрат размещен под сильный пол. Для простоты, все образцы, описанные в следующем, как если бы они были испытаны в нормальное положение для плиты на колонке (верх поверхностного натяжения и дно сжатия лицо). Влияние собственный вес приходится на значений приложенной нагрузки.

Более 100 документов были размещены на двойной размер образца для измерения в реальном времени приложенных сил, вертикальные смещения в верхней части (рис. 6) и в нижней части образца, плиты поворотов, конкретных штаммов поверхности (рис . 7 ()), и изменения в толщине слоя (Рис. 7 (б)). Последний Измерения проводились LVDTs измеряя изменение толщины пластины между фиксированной точке midheight и сверху, repspectively нижней поверхности плиты, эти два значения были добавлены. Они дают информацию о развитии наклонных сдвиговых трещин внутри образца, которые отвечают за пробивая провал. Расположение приборов показано на рис. 6 и 7 соответствует двойной размер образца. Некоторые измерения были сняты для полноразмерных образцов, тогда как число измерений, резко сократилось на половину размера образцов. Более подробную информацию можно найти в тестовом reports.13-15

Погрузка

В пробивая испытания, увеличения нагрузки на постоянной скорости загрузки до разрушения. Она занимает примерно 1 час от начала погрузки на провал пробивая каждого образца.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Перемещения и деформации поверхности

На рисунке 8 показана нагрузка-смещение кривых для всех исследованных образцов. После короткого линейных упругих отрасли, тангенциальные и радиальные крекинга сильно снижает жесткость образцы, которые затем существенное влияние на изгиб отношение подкрепления. Для образцов с низким уровнем соотношения арматуры и поменьше глубины, пластиковые плато можно наблюдать на больших отклонений.

Рис 9 () показывает, отклоненных форму образца PG-3 в радиальном направлении на разные уровни нагрузки. Как наблюдалось ранее другими исследователями, отклоняются формы в основном в конической части плиты, что лежит за критической трещины сдвига (Рис. 9 (б)).

Другие интересные особенности деформированной плиты приведены на рис. 9: переход между регионами, разделенных критической трещины сдвига отличается в верхней и нижней граней образца. На верхней грани, где критическая трещины сдвига открывается вместе с горизонтальной трещины вдоль арматуры (рис. 9 (б)), переходный период характеризуется локальным изменением кривизны (примерно между I-W2 и I-W4). В нижней части лица, местные положительной кривизны развивается близко к колонке за счет местного изгиба сжатия зоны (в месте примерно соответствующие I-W1 для I-W3). В результате этого местные кривизны, бетон на поверхности распаковывает у колонны. Это подтверждается измерениями радиальных напряжений на нижнюю поверхность образца, как показано на рис. 10. Это явление имеет также сообщили другие researchers.2

Касательные напряжений на бетонной поверхности дна, показаны на рис. 11. Их приблизительно соответствует гиперболического распределения вдоль оси у (рис. 11 (а)). Сильный рост конкретных штаммов в тангенциальном направлении наблюдается в нижней поверхности близко к предельной нагрузки (рис. 11 (б)).

Растрескивание

Крекинг наблюдалась на верхней поверхности образца и трещины были отмечены без остановки процесса загрузки. На рисунке 12 показана картина наблюдается окончательное трещины на верхней поверхности образца ПГ-3.

Развитие внутренней критической трещины сдвига не видно. В его открытии был впоследствии следуют регистрация изменений толщины пластины с использованием локальных измерений, как показано на рис. 7 (б). Результаты приведены на рис. 13 за шесть случаев представитель показывают, что развитие внутреннего трещины не начнется до 50 до 70% от предельной нагрузки, открытие после этого вплоть до значений от 1,0 до 1,5 мм (0,04 до 0,06 дюйма). Это согласуется с данными наблюдений прогибов и деформаций при конкретной поверхности (например, декомпрессии на поверхности бетона вблизи column9, 11 из-за местного изгиба сжатия зоны [рис. 9 (б)]). После неудачи, каждая плита распилили, что позволяет наблюдение за окончательный рисунок трещин на рис. 14. Можно заметить, что большое отношение укрепление образцов PG-1 (1,5%) привели к гораздо склонность льстить критической трещины сдвига по сравнению с образцами PG-2b и PG-5 (0,25 и 0,33%).

Несоблюдение режима

Для всех образцов, окончательный отказов бил сдвига, с четко разграничены пробивая конусом (рис. 12 и 14). Возможны две ситуации могут, однако, следует различать: для испытаний с более крупными укрепление отношений (образцы PG-1, ПГ-6, ПГ-7, и PG-11), произошел сбой, хотя некоторые из усиление дали над колонной, а остальные часть была еще упругой. В прогиба от нагрузки кривой на рис. 8, эти образцы не удалось, не достигли своей пластиковой плато. Напротив, для испытаний с более низким укрепление отношений (образцы PG2b, ПГ-4, ПГ-5, PG-8, ПГ-9, и ГУ-10), образцы пластиковых достигли плато и штамповки произошел сбой при больших пластических деформаций в начале механизм выхода он-лайн.

Двойной размер образца PG-3 представляет собой интересное исключение: если он малое количество арматуры (

Влияние типа арматурных

Образцы PG-10 и П-5 были идентичны, кроме того, что последний используется в холодном состоянии бары стали без четко определенных текучести. Бывший, как и все другие образцы, используемые стали с четко определенными плато. Нет существенной разницы в поведении (прочностных и деформационных на отказ) было отмечено, однако (рис. 8).

Сравнение с дизайном КОДЫ

Таблица 2 суммирует результаты испытаний на изгиб, где потенциал V ^ ^ к югу гибкого достигнуто не было. Полученные результаты сравниваются со значениями, предсказывает пробивая сдвига формулировки ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP (рассчитывается с закругленными углами и прямо по периметру критического сечения) и 2,8 Еврокод

Для плит с большой отношения арматуры (в отсутствии перфорации до достижения текучести в loadrotation кривая), прогноз определяется ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP, как правило, консервативное. Для двойного размера образца ГУ-3 (также не дойдя до текучести), однако, сила штамповки сдвиг в соответствии со ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP завышены почти на 30%, если по периметру с закругленными углами считается, и почти на 36%, если упрощенной периметру с прямыми углами рассматривается. Эти существенные различия связаны с тем, что перфорации ACI сдвига разработке счетов ни на роль армирования (хотя номинальной прочности на сдвиг перфорации уменьшается для уменьшения соотношения изгибных подкрепление, как ясно видно из результатов тестирования, представленные в данной работе), ни на размер члена (хотя номинальной прочности на сдвиг перфорации уменьшается для увеличения размеров своих членов, как ясно видно из образцов PG-3 по сравнению с образцами PG-10 и PG-5) ..

Предсказания Еврокод 2 ^ 8 ^ SUP гораздо ближе к измеренных значений, чем ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP с меньшим коэффициентом вариации (0,13). Для крупных образцов ГУ-3, однако, сила также переоценить.

ОЦЕНКА критерия разрушения критических скалывающих ТЕОРИИ ТРЕЩИН

Результаты испытания серии, наряду с 88 другими пробы, взятые из научной пособия1-3 ,16-21 сравниваются на рис. 15 к провалу критерием критической трещины сдвига theory9, 12 (см. Приложение). Абсцисс пропорционально открытия критических трещин сдвига, для учета толщины г плиты и ее вращения в связи с тем Этот рисунок показывает очень хорошее согласие между измеренным нагрузок и поворотов на провал, и провал критерием критической теории трещин сдвига, на результаты текущей серии испытаний (Рис. 15 (а)), а также ранее опубликованные результаты ( Рис. 15 (б) и (с), которые включают в себя тесты из литературы, а также настоящей серии испытаний). Интересно отметить, что большинство результатов испытаний имеющихся в научной литературе соответствуют образцов неудачу в пробивая сдвига при малых значениях по оси абсцисс, как правило, с большим отношения арматуры (рис. 15 (б)) и малых размеров (рис.

15 (с)), в то время как немногочисленные данные найдены большие значения на этой оси абсцисс (соответственно низкие уровни усиления или большой толщины). Результаты настоящей кампании по проведению испытаний (в основном с большими значениями по оси абсцисс) покрытия этой зоны и, следовательно, утверждать критерия разрушения в таких случаях ..

Таблица 3 сравнивает силу и способность вращения предсказания теории критических трещин сдвига (с помощью формулы подробно изложены в Приложении) к 11 испытаний, представленные в настоящем документе. Очень хорошее согласие с точки зрения прочности (с безопасного предсказания для образца ГУ-3 и с достаточно малой величины коэффициента вариации) и удовлетворительным с точки зрения прогнозирования вращения емкости. Результаты таблицы 3 и рис. 15 подтверждают, что отказ критерий также подходит для плит претерпевает значительные пластические деформации в изгибе усиление до перфорации. Это обусловлено тем, что критическая трещина сдвига теории приходится уменьшение номинальной прочности на сдвиг для повышения отверстия критических трещин сдвига (который в свою очередь, может быть выражена как функция вращения пластинки [см. Приложение ]). Таким образом, хотя плита может иметь достаточную прочность на сдвиг, чтобы достичь своей прочности при изгибе, а повороты плиты увеличение пластиковых плато, пробивая его прочность на сдвиг уменьшается, и это в конечном итоге приведет к банкротству пробивая сдвига, что снижает ее деформации мощности ( см., например, пробивая сдвига конусов рис.

Кроме того, можно отметить, что отказ критерий правильного счета за влияние совокупного размера. Это подтверждается в отношении 88 пробы, взятые из научной литературы осуществляется в различных агрегатных sizes1-3 ,16-21 и образцы ГУ-2b и ГУ-4 в настоящем документе. Эти два испытания иметь одинаковое количество арматуры и того же размера, но различной максимальный размер 16 мм (0,63 дюйма) для образцов PG-2b и 4 мм (0,157 дюйма) для образца ГУ-4. Деформации при выходе из строя плита с меньшим совокупности меньше, чем у плиты с более крупными совокупности. Дополнительные исследования по этой теме (в центре внимания и на образцах с большой изгиб отношения арматура) Необходимо, однако, прежде чем последовательное выводы могут быть сделаны.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

Серии 11 пробивая испытаний на плоских плит были выполнены. Испытания полезно дополнить имеющиеся серии испытаний штамповки производится в прошлом, так как испытания, представленные в настоящем документе систематически исследовать область плит с низкой изгибной отношения подкрепления.

1. Испытания подтвердили, что из-за размерного эффекта, пробивая сила уменьшается с увеличением толщины плиты. В то же время, в связи с тем деформации уменьшается;

2. Детальные измерения на верхней и нижней граней образцов позволили описание развития критической сдвиговая трещина приводя к остановке штамповки и плиты кинематики. Исходя из этого, условия критической теории трещины сдвига основан on9, 12 подтверждены;

3. Для толстых плит с низким уровнем соотношения арматуры, ACI 318-08 ^ ^ 7 SUP менее консервативной, чем показано образцов PG-3 этой кампании (плита толщиной, равной 0,5 м [19,7 дюйма]). Коэффициент вариации испытаний достаточно велико, а (0,29). Значений, приведенных Еврокод 2 ^ 8 ^ SUP в лучшем соотношении с экспериментальными результатами. Разрушающая нагрузка прогнозируется образцов PG-3 является небезопасным, а также и

4. Серии испытаний показывают, что провал критерием критической трещины сдвига theory9, 12 применим как для плит и без значительных пластических деформаций при изгибе арматуры (то есть, с низкой или больших отношениях подкрепление), корректно описывающих как силу, так и деформации при разрушении.

Авторы

Работа, представленная в данной работе был профинансирован Ассоциацией швейцарских цементной промышленности (cemsuisse) и цемента Holcim и конкретных поставщиков. Авторы признательны за поддержку, оказанную.

Нотация

B = размер стороны испытываемого образца

V = поперечная сила

V ^ к югу ACI = номинальной прочности на сдвиг перфорации в соответствии с МСА 318-08 ^ SUP 7 ^

К югу V ^ CSCT = номинальной прочности на сдвиг перфорации в соответствии с теорией критических сдвиговых трещин

V ^ к югу EC2 = номинальной прочности на сдвиг перфорации в соответствии с Европейским 2 ^ 8 ^ SUP

V ^ к югу гибкого = сдвига сила, связанная с изгибной способность плит

V ^ к югу R = номинальной прочности на сдвиг перфорации

V ^ к югу испытания экспериментальных = предел прочности на сдвиг перфорации

Ь к югу 0 = периметр критической секции для штамповки сдвига измеряется на расстоянии D / 2 из колонки лицо круговыми по углам прямоугольных колонн

Ь к югу 0, EC2 = периметр критической секции для штамповки сдвига в соответствии с Европейским 2, измеренные при расстоянии 2D из колонки лицо круговыми по углам прямоугольных колонн

с = размера колонки

D = расстояние от крайней волокна сжатия тяжести продольного растяжения укрепление

г ^ к югу г = максимальный диаметр совокупного

г ^ к югу G0 = ссылка совокупного размера (16 мм [0,63 дюйма])

E ^ югу ы = модуль упругости укрепление

F ^ к югу с = прочность на сжатие бетона (цилиндр)

е '^ ^ к югу с = заданная прочность на сжатие бетона (цилиндр)

F ^ югу ск = характеристика прочности сжатия бетона (цилиндр)

F ^ югу у = текучести укрепление

F ^ к югу и ^ = прочность на растяжение подкрепления

Н = толщина плиты

л = пролета плиты (л ^ 1 ^ к югу и к югу л ^ 2 ^: пролетов по ортогональным направлениям)

м ^ к югу R = номинальная мощность момент на единицу ширины

г, к югу д = радиус нагрузки введения по периметру

г, к югу ы = пластиковых радиуса вокруг колонны

W = прогиб плиты испытания, которое измеряется между центре колонны и реакции точках по периметру

W ^ югу с = открытия критических сдвиговых трещин

W ^ суб бот = отклонения нижней поверхности плиты

W ^ югу верхней = отклонения верхней поверхности плиты

X, Y = координат

деформации