Экспериментальное исследование заполненных железобетонных конструкций с отверстиями

Влияние стен отверстия сейсмических исполнении заполненных железобетонных конструкций, предназначенных в соответствии с действующими положениями кода, исследованы. Восемь 1/3-scale, одноэтажный, образцы одного отсека рама были протестированы в соответствии отменил циклические, квазистатических, горизонтальные нагрузки до дрейфа уровне 4%. Во всех рассматриваемых случаях, прочность на сдвиг колонн была выше, чем прочность на сдвиг крекинга твердых заполнения. Исследовали параметры включают форму и размеры проема. Оценка поведения кадров была попытка на основе наблюдаемых видов отказов, прочность, жесткость, пластичность, рассеяние энергии потенциала и деградации в результате на велосипеде. Экспериментальные результаты показывают значимость различных форм отверстий на снижение их прочности, жесткости и диссипации энергии возможностей для всех рассматриваемых случаях заполненных кадров. Непрерывной модели сила-деформация на основе эквивалентного подхода предлагается стойка для кладки панелей с заполнением проемов.

Ключевые слова: аналитическая модель, заполненных кадров; отверстия, железобетонные.

(ProQuest: ... обозначает формулу опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Заполненных конструкция рамы представляет собой общий вид строительства в городских areas.1 кадры средством осуществления тяжести нагрузки и сильных нагрузках землетрясения в то время как infills являются средством обеспечения оболочки здания и / или внутренних перегородок. В многоэтажных структуры, кадры, как правило, хорошо сконструирован в соответствии с уровнем знаний, днем и в строительную практику в каждой стране, в то время заполнения панели считаются бесструктурных. С другой стороны, отчеты после землетрясений часто плохо к сведению подробную железобетонных конструкций, которые не смогли в связи с локализованными сил, производимых заполнения. Взаимодействие с infills ограничивающие рамки, однако, может или не может быть полезным для выполнения этой структуры, 2 и стала предметом многочисленных дискуссий. В ранних исследованиях по вопросам взаимодействия между заполнением панелей и каркасов зданий под боковой загрузкой использоваться эквивалентный одной стойки представлять заполнения поведения. Позже понял, что такое упрощение не точно охватить все аспекты кадров / панели взаимодействия.

Поэтому некоторые нескольких стойкой методы анализа были proposed.3, 4 Несмотря на эти попытки расширить анализ заполненных раме с помощью нескольких стойкой подход, Есть еще недостатки-главным образом, неспособность к модели силу передачи скольжения на Каркасно-панельные интерфейсов. Нелинейные анализа конечных элементов, однако, были использованы, если такое уточнение необходимо, 5,6, но трудности остаются, в основном из-за вычислительных ограничений на анализе более чем одна панель на время ..

Первые исследования, которые исследовали сейсмическую исполнении заполненных рамки образцов использованием обратной циклической нагрузки сосредоточены в основном на разработку усовершенствованной сейсмически устойчивых проектирования, анализа и строительства новых структур, которые были разработаны в соответствии с действующим код provisions.7-11 простых аналитических модели и неупругих анализа конечных элементов, методы были разработаны и проверены с экспериментальными результатами. Для слегка железобетонных конструкций заполненных камнем стен, предназначенных в основном для тяжести нагрузки, упрощения аналитических процедур для оценки сейсмической исполнении описывается уязвимость кривые были представлены в качестве well.12, 13 Тем не менее, экспериментальные данные и методы анализа, которые могут быть использованы для оценки производительность таких структур, по-прежнему весьма ограничены.

На основании имеющихся экспериментальных результатов, роль из нескольких параметров был рассмотрен и представлен КСР: 9 геометрии и прочности заполнения; относительной жесткости заполнения по отношению к раме; прочность и жесткость каркасных элементов, количество заполнения арматуры; геометрии отверстий; обработки, тип и размер единиц; интерфейс состояние связи; первоначальное отсутствие соответствия между заполнением и рамы, а также связь между раствором и кирпича блоков.

Для целей оценки ущерба, ФЕМА 30610 определяет две категории заполненных компоненты панели на основе геометрической конфигурации. Во-первых, заполненных твердой компоненты являются те, которые полностью заполняют пространство плоской плотно в окружающие компоненты рамы и второй из них с открытием выставки, которые могут принципиально различное поведение. Эффект открытия экспериментально исследованы несколько researchers.7, 9 Хотя эти результаты получены от монотонного испытаний, авторы показывают, что деформации потенциала не нарушается, если отверстия существует. По литературным данным обследования, рекомендации силы анализа были сделаны для infills с широкими отверстиями, но они не были подкреплены экспериментальными studies.14, 15 для целей глобального анализа потенциала, подход по диагонали концентрических эквивалентной стоек недавно adopted16, которые могут быть использованы для заполнения включить жесткость панели в аналитических моделей для перфорированных панелей заполнения (например, infills с оконных проемов).

Анализ локальных эффектов, однако, необходимо рассмотреть различные возможные поля напряжений, которые потенциально могут развиваться в рамках заполнения. Теоретическая работа и экспериментальных данных для определения нескольких размещения стойки и стойки свойства, однако, не являются достаточными для создания надежных принципов, использование этого подхода требует решения на индивидуальной основе в каждом конкретном случае ..

В данном контексте, принимая во внимание, что многие аспекты не были прояснены, экспериментальное исследование было проведено, как будет показано в следующих разделах, а также аналитические модели для кладки заполнения отверстия была разработана воспроизводить поведение, которое наблюдается . Цель экспериментальной программы, представленные в настоящем документе, в два раза. Во-первых, он предназначен как параметрических исследований по оценке выполнения кладки-заполненных железобетонных конструкций с отверстиями, которые являются репрезентативными для современной практики строительства, в соответствии в плоскости боковых циклических нагрузок. Во-вторых, он предназначен для определения контрольных параметров предлагаемых непрерывной модели для нелинейного анализа больших зданий.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Среди наиболее заметных методов вмешательства в случаях ремонт и укрепление зданий, до и после землетрясения, является добавление заполненных стен. Сделаны выводы об эффективности стены из кирпичной кладки с окна или дверные проемы как сейсмические-стойких элементов.

Из-за высокой нелинейный характер заполнения отверстия рамки взаимодействия, правильного моделирования поведенческих характеристик лучше всего достигается путем тщательного анализа, тестирования материалов и моделирования нелинейных конечных элементов. Не имея ресурсов для такого подхода, предлагаемого непрерывная модель предоставляет универсальный и надежный инструмент моделирования для представления кладки панелей с заполнением проемов.

Экспериментальная программа

Испытательные образцы

Экспериментальная программа, как показано в таблице 1 и рис. 1, состоит из тестирования восемь одноэтажных, один залив, 1/3-scale образцов железобетонных конструкций. Каждый кадр только глиняный кирпич с заполнением центрального отверстия. Два параметра были рассмотрены: форма открытия и открытия размера. Описание образцов: голые рамы и рамы с твердой заполнения (опытных образцов); три образца с концентрическими открытия окна разных размеров определяется ла / л равное 0,25, 0,38 и 0,50, соответственно, и три образцов с концентрическими открытия двери различных размеров определяется ла / л равное 0,25, 0,38 и 0,50 соответственно, где L длина кладки заполнения, а также ла является ширина проема. Еще два испытания образцов были добавлены (табл. 1 и рис. 2). С помощью этих образцов, параметр открытия место в рамках был рассмотрен, определяемых х / л равное 0,167, где L длина кладки заполнения, а х расстояние между осевой открытия, к северу края заполнения ..

Дизайна для голые рамы (отсчета) приведены на рис. 1 (а). Луча и колонки сечения 100 х 200 мм (3,9 х 7,8 дюйма) и 150 х 150 мм (5,85 х 5,85 дюйма), соответственно. Указанные размеры соответствуют 1/3-scale прототипа кадра разделов, 300 х 600 мм (11,7 х 23,4 дюйма) для пучка и 450 х 450 мм (17,55 х 17,55 дюйма) для столбца. Столбец имел более тесные связи по всей длине. Пучка было больше поперечной арматуры в критических регионах. Каждая балка-колонна совместных пять горизонтальных стремена запретить хрупкого разрушения сдвига. Продольной арматуры диаметром , прототипа кадра. В образцах, бары низкой прочности равнине были использованы (табл. 2), хотя правила для строительства практикой является использование высокопрочных деформированной решеткой. Железобетонный каркас представляет собой типичный пластичного бетона, построенный в соответствии с используемым в настоящее время кодексов и стандартов в Греции, которые очень похожи на EC2 и EC8 ..

Кирпичный заполнения в модели имел высоту 800 мм (31,2 дюйма) и длиной 1200 мм (46,8 дюйма), как показано на рис. 1 (с) и (г), что представляет собой внешние стенки прототипа строение высотой 2,40 м (93,6 дюйма) и длиной 3,60 м (140,4 дюйма) (высота-длина отношение H / L = 1 / 1,50). В экспериментах, кирпич с размерами 60 х 60 х 93 мм (2,34 х 2,34 х 3,63 дюйма) был использован и получить путем сокращения определенных кирпича с размерами 60 х 90 х 185 мм (2,34 х 3,51 х 7,22 дюйма). Экспериментальная установка кирпича соответствует 1/3-scale единичного кирпича прототип с размерами 180 х 180 х 300 мм (7,02 х 7,02 х 11,7 дюйма), который используется в наружной перегородки. Кирпич форма показана на рис. 1 (б). Раствор соединений не масштабируется. Раствор смеси, используемые для infills содержал часть 1:1:6 (цемент: известь: песок) и производства механических свойств, аналогичных типа М1 раствора в соответствии с EN 998-2.17 заполнения плотно построен в отношении кадра, заполнив совместно с раствора. Этот метод строительства является общей практикой, возможно, позволяют стене, и кадр будет в полный контакт, и дает преимущества по сравнению с интегральной конструкции стены (до кадра литья), или на сдвиг связи между рамой и стеной.

Кирпичный свойства были выбраны таким образом, чтобы получить желаемый слабых кладки боковых сил. Крекинг сдвига твердого заполнения без заключения предложил окружающим was18 кадра.

V ^ к югу W, U = F ^ югу V ^ TL = 27,3 кН (6,16 KIPS) (1)

где FV является прочность кладки сдвига кровать соединений под действием нормального напряжения / п от диагональной испытаний полноразмерных голые infills (бс / / п = L / H = 1,5 / 1, как показано в таблице 2); м длина заполнением стен и Т толщина стен заполнения. Если предположить, что пластические шарниры произошло в нижней и верхней части колонны, изгиб сопротивление голыми кадра was18

... (2)

где ПДК пластиковых момент колонна с учетом эффекта осевое усилие, Н = H - Л. П., Н-высота стен заполнения и LP является пластиковая петля длиной, равной 0,5 раза колонке depth.18 Vw, U была ниже, чем FF. Это тесно представляет собой фактическое строительство в Греции.

Свойства материалов

Дополнительный материал испытания были проведены на каменной кладки, бетона и арматурной стали образцов. К ним относятся сжатие кубов раствора, 19 испытаний на сжатие из штучных материалов, 20 сжатие стен горизонтальной (перпендикулярной к полостей) и вертикальные призмы (параллельно полостей) призмы, 21 тестов для угла внутреннего трения, 22 сдвигу (сцепление) в нуле предварительное сжатие tests23 и диагональных испытания сжатия кладки панелей с различной длиной Li высоты Привет отношений и полноразмерных панелей, well.7, 24 последних испытаний определить прочность на сдвиг в постели суставов, бс , под действием нормального напряжения / п (бс / / п = Li / Привет). Кроме того, сжатие стандартных конкретные cubes25 проводились на конкретных кадра и растяжение tests26 проводились на стальной арматуры. Основные результаты представлены в таблице 2.

Испытание установки и приборы

Расположение всех приборов, используемых в ходе испытаний представлены на рис. 1 (с) и (г). Боковые нагрузки был применен при помощи двойного действия гидравлического привода. Вертикальной нагрузки, действующей со стороны гидравлических домкратов через четыре нити в верхней части каждой колонки, были постоянными и поворачиваться во время испытания. Уровень этой осевой сжимающей нагрузки на колонну равным 50 кН (11,24 KIPS) (среднее напряжение сжатия равна 0,1 прочности на сжатие). Один линейный преобразователь напряжения смещения (LVDT), измеренные боковой дрейф рамы и камеры нагрузки измеряется боковой силы гидравлического привода. Тензометры, от 1 до 8, были помещены в центр стальной арматуры членов в их критических секций непосредственно наблюдать за поведением арматурной стали в ходе испытаний. Dial датчиков (9 до 12) и цифровых датчиков (13 и 14) были размещены на критических участках кадра, чтобы оценить относительный ротации членов. 3 приведены образца do4 на стадии тестирования.

Загрузки программы включен полный пересмотр постепенно увеличивая перемещений, включающий семь амплитуда смещения комплекта двух циклов нагружения за комплект. Циклов с начала пластичности уровне 0,8 соответствующая амплитуда примерно ± 2 мм (0,079 дюйма) (смещение доходности начала система рассматривается как пластичность м уровне = 1) и были затем постепенно пластичности уровня 2 , 4, 6, 8, 10 и 12 соответствующих амплитудам 6, 12, 18, 24, 30 и 36 мм (0,236, 0,472, 0,709, 0,945, 1,181 и 1,417 дюйма). Результаты пустяковое анализа были использованы для оценки доходности смещение начала системы, которая подвергается примерно ± 2,5 мм (0,098 дюйма).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основным результатом экспериментальное исследование нагрузки по сравнению с кривой перемещений для каждого кадра, показанной на рис. 2 и 4 к 6, где деформация равна 36 мм (1,417 дюйма) соответствует дрейф 4,0%. Первоначальный жесткости, критических нагрузках и диссипации энергии потенциала, а также критические перемещений, достигнутые в ходе испытаний восемь образцов были рассчитаны на основе экспериментальных данных. Появление и распространение трещин было также зарегистрировано и для заполнения и рамка в ходе каждого испытания и представлена на рис. 2 и 4 до 6.

Образца B является ссылка голые рамы. Первые трещины образуются в нижней части наветренной столбца, как показано на рис. 4 (б), где были моменты крупнейших осевом сжатии и был маленький-на дрейф 0,4%-следуют растрескивания пучка у колонны лицом в дрейф 0,6%. Откола и дробления бетона колонны были замечены в дрейф 2,8%.

Образца S имеет прочную заполнения, как показано на рис. 4 (г). Нелинейного поведения был инициирован растрескивания заполнения. Эти трещины начало в виде наклонной трещины в верхних углах сжатия примерно с угла 45 градусов, и позже присоединились горизонтального скольжения трещины развивались вдоль русла суставов у midheight коллегии в дрейф 0,3%. Затем, пластиковые петли, разработанных на верхней и нижней части колонны на дрейф 1,1%. Разрушение образца доминируют диагональные дробления в заполнения, в дрейф 1,9%.

Образцы WO2, WO3 и WO4 было infills с оконными проемами, как показано на рис. 5. Первый крупный диагональный / скользящая трещины в заполнения наблюдалась на дрейф от 0,3 до 0,4%. Пластиковые петли, разработанных на верхней и нижней части колонны в дрейф от 0,3 до 0,9%. Тот факт, что кладка зон сверху и снизу окна преобладали сдвига скольжения по дну суставов. Диагональ дробления причалов от сдвига провал наблюдался в дрейф от 1,3 до 2,7% и / или угол дробления опор из разрушение при изгибе одной или обеих опорах наблюдается дрейф 2,0 до 3,5%.

Образцы DO2, do3 и do4 было infills с открыванием дверей, как показано на рис. 6. Первый крупный диагональный / скользящая трещины в заполнения наблюдалась на дрейф 0,3%. Пластиковые петли, разработанных на верхней и нижней части колонны в дрейф от 0,4 до 0,6%. Кладки сегмента над дверью не удалось при сдвиге скольжения по дну суставов. Простенке между дверью и растяжение колонке раскачивается и не избытке на сжатие и прочности на растяжение, как на верхнее и нижнее ребра на дрейф 1,2% до 2,0%. Другие простенке между дверью и сжимающих колонна подошла к диагональному дробления в дрейф от 1,5 до 2,7%.

Пластиковые петли во всех пучков были разработаны в сугробы выше, чем 0,9%, или они не развиваются вообще. Обычно сдержанный infills пучков изгиба и, следовательно, отложил развитие пластических шарниров в пучках. В случае данного исследования, разрушение при сдвиге колонн не наблюдалось, как и ожидалось в дизайне, так как заполнение был слаб по отношению к железобетонных конструкций.

Интерпретировать экспериментальные результаты

Нагрузки перемещения конверты

Для каждого отдельного образца, гистерезисных конверте ответ был разработан и представлен на рис. 7. На основании конверты, максимальная сила ответы Vmax из заполненных рамки были определены, и их соотношение с максимальной силой ответ Vmax, B соответствующих голая рама были рассчитаны (V) и представлены в таблице 3. Можно сделать вывод, что для всех случаев, боковые сопротивление заполненных рамки с отверстиями было от 1,25 до 1,50 раз выше, чем соответствующие голые рамы, а сопротивление твердых образцов заполнения был 1,84 раза больше, чем голые рамы.

Остаточного сопротивления измерялась при максимальной деформации, равной 36 мм (1,417 дюйма) (соответствующий дрейф 4,0%), а впоследствии, его отношение к остаточное сопротивление голыми рама была рассчитана ( . Из обследованных случаев остаточного сопротивления остается столь же высокой, как 1,06 к 1,30 раза сопротивление голыми кадра, а, казалось, не зависит от открытия размера, потому что было больше, в случае с окнами, чем в случае, если двери.

В дизайне, дрейф пределах (то есть снос история / история высота) могут быть использованы для контроля степени структурных и неструктурных повреждений в здании. Как можно заметить из таблицы 3 во всех образцов, испытанных, первая крупная трещина заполнения произошло на Ай дрейфа между 0,27% и 0,39%, что можно рассматривать как предельное состояние работоспособности для данного типа конструкции. В большинстве случаев этот дрейф был меньше, чем 0,34% наблюдается в случае голые рамы. Дрейфа Au, на котором бокового сопротивления был снижен до 85% от максимальной боковой сопротивление заполненных кадров варьировались от 1,87% до 3,48% (табл. 3). Этот дрейф уровня может рассматриваться в качестве конечной предельное состояние, потому что это дрейф на котором деградации структурных сопротивление начинает ускоряться в большинстве образцов заполненных кадра. Следует отметить, что удержание заполнением стен предложил окружающим рама значительно повлияли дрейф infills на провал. В самом деле, хотя дрейфа твердых голые кладки в связи с тем почти 0,09%, когда же кладка была использована для заполнения железобетонных конструкций, ее дрейф в связи с тем стало 0,92%.

Работоспособность ограничение не кажется, зависит от размера открытия, в результате очень низкого качества infills, которая привела к преждевременному растрескиванию стен вдоль кровать суставов. Большие открытия, тем выше высший предел, в результате более медленного силы деградации и в случае больших отверстий, чем в случае малых отверстий ..