Деформация пропускной способности железобетонных колонн

Эффективным подходом представляется для оценки предельной деформации и грузоподъемности железобетонных колонн на основе принципов аксиально-сдвига изгиба взаимодействия. Обычные методы анализа разделе используются для моделирования изгиба механизм, и упрощенный модифицированной теории compression области осуществляется для моделирования поведения сдвига элементов. Средняя центроидальный штаммов и среднего конкретных штаммов, полученных из compression изгиб модель реализуется в сдвиговых модели, используемой для расчета сдвиговой деформации и деградации конкретных сил. Эта приближенная процедура может быть легко реализованы на ручной метод расчета, в несколько этапов. Этот подход применяется для оценки предельной деформации сдвига и изгиба доминируют армированные колонны конкретные апробированные ранее. Аналитические результаты сопоставлены с экспериментальными данными и последовательный характер, сильные соглашение будет достигнуто.

Ключевые слова: осевой деформации; осевого сдвига изгиба взаимодействия; displacementbased оценки; пластичность; конечной деформации, предел прочности.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Хотя поведение железобетонных колонн и балок изучается уже более 100 лет, проблемы оценки предельной деформации на предел прочности, или поперечной деформации при сдвиге провал, остается открытым. Экспериментальные исследования по различным authors1, 2 показал, что железобетонные колонны подвергаются осевой нагрузки и боковые нагрузки с аналогичной прочности может потерпеть неудачу в существенно различных конечных деформаций. Хотя это и согласились, что все большее отношение поперечной арматуры позволит повысить пластичность столбец, определяющий конечной деформации, при которой не удается элемент при сдвиге по-прежнему серьезной проблемой для инженеров. На основании недавно представил на основе оценки выполнения философии дизайна для ответа оценки структур, одна из основных эксплуатационных свойств в процессе проектирования является пластичность и деформируемость структуры. Чем больше вязкость структура обладает, тем выше производительность и более экономичные конструкции. Таким образом, важно иметь и применять соответствующий аналитический инструмент для точной оценки конечной деформации и пластичность железобетонных элементов бетонная колонна ..

Недавно была предпринята попытка включить эффекты сдвиговых деформаций в секционных анализ в рамках axialshear-прогиб взаимодействия (ASFI) method.3, 4 ASFI метод был разработан для улучшения не только ответ моделирования железобетонных элементов с преобладанием сдвиговой поведение , но и улучшить изгиб ответ расчета возможности подхода модели волокна. Это было сделано путем удовлетворения совместимости и условия равновесия для изгиба и сдвига механизмов, используемых в методе ASFI. В рамках подхода, изгиб механизм был смоделирован с применением традиционных методов анализа разделе, и сдвига поведения был смоделирован на основе модифицированной теории поля сжатия (MCFT) .5 подход был реализован и проверен в течение ряда железобетонных колонн протестирован на различных осевой нагрузки, поперечной отношения арматуры, соотношения продольных подкрепление, и весы от одной трети до полномасштабных образцов. Применение в качестве MCFT сдвига модели в рамках метода ASFI, однако, требует сравнительно интенсивных вычислений-вычислительного процесса с участием обращения 3 х 3 матрицы, а процесс итераций, сходящихся пять различных переменных, которые не может быть применимо к инженеров практике.

Учитывая тот факт, что колонны либо доминирующей изгиба или сдвига ответ fail, наконец, в сдвига, основная цель данного исследования заключалась в обеспечении простые аналитические модели, применимые для разработки на практике, для определения критических условий, которые приводят к сдвигу провал армированные железобетонные колонны и соответствующей прочности и деформации потенциала. В новом аналитическом процессе, напряжение сдвига провал всей трещины, потеря прочности бетона на сжатие, а сжатие сдвига недостаточности являются основными механизмами провал рассмотрен на предельное состояние для сдвига и изгиба доминирующими членами. Кроме того, дробление покрытия бетона, связи недостаточность, потеря устойчивости сжатия баров, и разрыв укрепление и другие потенциальные условия отказа и были проверены на предельное состояние.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Точная оценка предельной деформации и пластичность железобетонных элементов давно уже серьезной проблемой и цель исследователей. Новый подход был разработан для оценки как конечной деформации и несущей способности железобетонных колонн и балок. Предложенный метод может быть использован как эффективный аналитический инструмент для displacementand на основе оценки выполнения дизайна.

ASFI МЕТОД и одноосного сдвига при изгибе МОДЕЛЬ

ASFI метод состоит из двух моделей: изгиб модели, основанной на традиционных принципов анализа одноосного раздела и сдвига модели, основанной на двухосных подход элемента сдвига. Общей боковой дрейф столбец между двумя частями, Кроме того, общая осевой деформации колонке между двух секций, (рис. 1), механизмы

Центроидальный осевых деформаций к югу х ^. С другой стороны, от сдвига модель для осевого сдвига элементов, сумма осевой деформации из-за осевой и поперечной механизмов определяется, В результате, чтобы получить (2),

Равновесие сдвига и осевых напряжений от axialflexure модели, на основе анализа. То есть

где сдвига в аксиально-прогиб механизм, Напряжения в осей, перпендикулярных осевых оси колонны, зажима напряжений

Рисунок 2 иллюстрирует две модели для осевого сдвига и аксиально-прогиба и их взаимодействий с помощью пружин в серии. На рисунке 3 показан метод для ASFI железобетонная колонна с двумя конце разделов, в том числе равновесия и условия совместимости. Общей осевой деформации рассмотрел в методе ASFI были осевой деформации разработанные осевые, сдвиговые и изгибные действия, а также выдвижной механизм.

В одноосном сдвига изгиб модель, применяемую в этом исследовании, совместимость выполнено и для среднего конкретных штаммов сжатия. Рассмотрим железобетонная колонна умеренной высоты, фиксированные в отношении ротации и перевода на дне и свободной в верхней части, подвергаются в плоскости поперечной и осевой нагрузки, как показано на рис. 4. Учитывая рисунок вдоль колонны (см. рис. 4 (а)), конкретных основных сжатия деформации элемента между двумя частями, результирующей силы бетонных блоков стресса.

Это основная гипотеза новым методом, предложенным здесь, это предположение упрощает сдвига модели существенно от двухосных для одноосного механизма. Для столбца на рис. 4, сжатие штамм получен из уравнения. (6) устанавливается равным средней деформации сжатия основного элемента между двумя частями я, и я 1.

ОБНОВЛЕНО СЖАТИЯ ПОЛЕВОЙ ТЕОРИИ

Сдвиговым механизмом в методе ASFI, а также в этот аналитический процесс, был смоделирован по MCFT.5 Это подходящее перемещения оценка, основанная на подход к прогнозированию нагрузки и деформации, ответ железобетонных элементов мембраны подвергаются касательных и нормальных напряжений. MCFT существенно размытым вращающейся трещины модели. Она включает в себя сжатие увлажняющее действие, напряжение жесткости эффекты, и с учетом местных условий на трещины. MCFT на основе ориентации основного среднего напряжения в элементе, ведущих к расчету основных среднего напряжений в бетоне с помощью конкретных учредительных отношений. Преобразование среднем конкретных главных напряжений в глобальной оси координат и добавление в средние напряжения в арматуре дает общее среднее напряжения в элементе. Есть две проверки в процессе расчета, связанных с трещиной зон. Во-первых, обеспечить, чтобы напряжение в бетоне может быть передана через трещины. Вторая заключается в обеспечении того касательное напряжение на поверхности трещины не превышает максимальное сопротивление сдвигу при условии совокупным блокировки.

Железобетонных элементов в рамках MCFT можно проиллюстрировать на свободный график тело мембранного элемента показана на рис. 5 ..

ВЫВОД аналитической модели

Учитывая свободное схема тела мембранных элементов на рис. 6, условия равновесия требуют, чтобы MCFT

где, для балок и колонн, принимается равным нулю; е ^ ^ к югу сх и / ^ ^ к югу су являются напряжений в бетоне в х (осевой) и у (поперечных) направлениях, соответственно, к югу в х (осевой) и у (поперечных) направлениях, соответственно, е ^ ^ к югу SX и / ^ ^ к югу си являются напряжения в основной полосы (осевое направление) и поперечной арматуры (у-направлении), соответственно .

Круг Мора для конкретных стресс дало следующие равновесные отношения

е ^ ^ к югу сх = F ^ югу c1 ^ - ^

е ^ ^ к югу су = F ^ югу c1 ^ - ^

е ^ ^ к югу с2 = F ^ югу c1 ^ - ^

где / ^ ^ к югу c1 является конкретным основные растягивающие напряжения, е ^ ^ к югу с2 является конкретным основным сжимающих напряжений,

С другой стороны, уравнение совместности на основе круга Мора для деформации требует, чтобы

... (12)

, где

При (9), (10), (12) и (13) дали две полезные уравнений для оценки

, где

...

где E ^ S ^ к югу является модуль упругости поперечной арматуры. При деформации в поперечном укрепление больше, чем доходность деформации (15) может быть применена

... (15)

где / ^ ^ к югу SYY является пределом текучести поперечной арматуры и / ^ ^ сх югу определяется на основе формулы. (7). На конечной государств, формулой. (15), как правило, определяющего уравнения. Учитывая, (14) и (15), предполагая, напряженности и жесткости модели среднего растяжения (16) основаны на верхней границе

... (16)

, где MCFT пределах напряжения сдвига передается совокупного блокировки всей поверхности трещины,

... (17)

где W = S ^ к югу си и являются средними расстояниями трещины в х-и у-направлениях, соответственно, и ^ ^ г югу это максимальный размер.

Равновесие в у-направлении трещины требует, чтобы

F ^ югу sycr = (

где / ^ ^ к югу sycr поперечное напряжение подкрепление в щель, и Таким образом, для / ^ к югу sycr = е ^ ^ к югу SYY уравнение. (18) дает

Прогиб МЕХАНИЗМ

Традиционный метод анализа разделе удобный и удобный подход для оценки изгибных исполнении железобетонная колонна или балка. Потому что анализ осуществляется предполагая одноосного поля напряжений, моделирование материалов и аналитических вычислений простые и решение может быть достигнуто с адекватной сходимости в несколько этапов. На рисунке 7 показан изгиб разделе колонки. Силы деформацией в разделе при одноосном изгиба могут быть выведены из равновесия осевой нагрузки, как следует

где P является прикладная осевой нагрузки. Другие компоненты

г) к югу Абэ ^ C ^ 0,5 (а) (21, б)

где E ^ югу S ^ = F ^ S ^ к югу / ^ /

... (22)

Решая. (20) для

... (23)

Определяя F ^ S ^ к югу, к югу F ^ S ^, а / ^ с ^ к югу, изгибающий момент в разделе "получается путем подачи заявления равновесия в разделе

M = 0,5 (г '- г) ^ к югу S ^' е ^ к югу S ^ '0,5 (г-д') ^ к югу S ^ е ^ ^ к югу с 0,5 (ах) BaF ^ к югу с ^ (24)

Если M является конечным моментом столбца, как на рис. 3, а затем изгибных напряжений сдвига (25)

... (25)

где D

ПРОЦЕДУРЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ предельной деформации

Основной механизм отказа для сдвига и flexuredominated балок и колонн является разрушение при сдвиге. Рисунок 8 показывает образцы 12 и 15 из таблицы 1, сдвига и изгиба ответы, соответственно, однако, как удалось на сдвиг при конечной деформации. Бонд недостаточность, потеря устойчивости сжатия баров, разрыв на растяжение, бары и дробление охватывать конкретные и другие критерии отказа для железобетонных колонн и балок. Аналитические процедуры, представленные здесь основывается на предположении разрушение при сдвиге в качестве основного механизма отказа, и проверять другие критерии отказа.

Три сдвига условиях недостаточности определяется на основе MCFT как разрушение при сдвиге на трещины (Несоблюдение режима 1), неудачи из-за потери прочности на сжатие (Отказ режим 2) и сдвига при сжатии (Несоблюдение режима 3). Shear провал на трещину, которая, как правило, регулирующих случае для столбцов с низкой поперечной укрепление отношений, определяется по формуле. (19) и (25). Shear из строя, когда

... (26)

, где г ^ е югу = D. Колонны под большим усилием сдвига, например, краткое колонках, если не подведет через режим 1, потеряет прочность на сжатие F2 из-за деформации сдвига и не до пика, Эта неудача состояние, режим 2, определяется по формуле. (11) и (25), когда

... (27)

где й = ч на короткий промежуток колонны с углубленной соотношение меньше 1,0 и д = д для столбцов со службы углубленного отношения более чем 1,5; для отношений между 1,0 и 1,5, д, определяется методом интерполяции.

Колонны и балки с пластичной производительности изгиба, при наличии достаточных поперечной арматуры и относительно низкие напряжения сдвига, не удастся при сдвиге при

... (28)

где Наконец, для изгиба балок и колонн с очень низким напряжением сдвига, особенно при тяжелых циклических нагрузок, сжатия размягчения фактором может быть ограничена Иными словами, если Ни один из столбцов в таблице 1 достигла этого предела в пределах

На основе сдвига критерии отказа описано ранее, аналитические процедуры могут быть построены для оценки конечной деформации железобетонная колонна с изгиба раздела в раздел с максимальным моментом, таких, как колонке показано на рис. 3. В шаг за шагом образом, процедура выглядит следующим образом:

1. Пусть начальное значение для конкретных сжатия деформации изгиба разделе

2. Использовать уравнение. (21) через (23), чтобы определить штамм центроидальный раздела, Пусть начальное значение

3. Определение осевых деформаций в точке перегиба с нулевой момент,

4. Вычислить средний конкретных основных сжатия деформации

... (29)

... (30)

5. Используя формулу. (13) через (15), определить Поскольку эта проблема решается для условий, в предельное состояние, как правило, поперечное армирование дало, и только уравнения. (15) необходимо применять;

6. Использовать уравнение. (12), чтобы получить tan

7. Используя формулу. (26) через (28), проверьте, разрушение при сдвиге. Если нет, произошел сбой, то увеличение Если, например, уравнение. (26) показывает сдвиг провал на трещины, а затем

8. Проверить для дробления покрытия бетоном. Это не является неисправностью модели, но осевая нагрузка будет уменьшаться; упрочнения иногда поможет смягчить падение. Проверить коробление сжатия баров, связи провал, разрыв растягиваемых стержней, а также смягчение фактором сжатия

9. Определение окончательной деформации по формуле. (1), где

...

и

...

10. Наконец, конечной боковой нагрузкой получается

V ^ к югу и ^ =

Если в столбце или пучок имеет достаточной поперечной арматуры, то начальное значение для ЕС могут быть выбраны как ^ югу Затем проверьте других отказов и повреждений. Если это доминирующая отказов, а затем определить конечную дрейфа.

Конфайнмента последствия могут быть приняты во внимание для сдвига и изгиба модели, основанные на уравнениях предоставляемые Парк al.2 др. Заметим, что оба фактора родов и сжатия смягчения фактора,, применяются в учредительных закон сжатия конкретного сдвига модели . Для изгиба модели, однако, только лишение свободы фактор рассматривается и используется в конкретных отношениях растяжения.

Численные примеры

Аналитические процедура была использована для образцов 12, приведены в таблице 1, с сдвига доминирующей ответ.

1. В качестве первоначальной стоимости, предположим,

2. Чтобы удовлетворить уравнению. (23), итерационная процедура может быть применена в несколько этапов. Сначала рассмотрим

...

или

...

Из уравнения. (22), (23) дает Через три-четыре итерации,

3. Осевой деформации в точке перегиба с нулевой момент может быть определена как

...

где 2fp/ считается равным

4. Средний конкретных основных

...

и

...

5. Предполагая, уступая поперечных баров, уравнение. (15) может быть использован для получения

...

где 28 = 0,77 МПа (111,7 фунтов на квадратный дюйм), следовательно,

6. Уравнение (12) работает, производя результате tan

7. Проверка на разрушение при сдвиге на трещины по формуле. (26), сейчас получается формула. (24).

...

где (17).

Результат показывает, что разрушение при сдвиге на трещины произошло, следовательно,

Выбор

...

Таким образом, разрушение при сдвиге на трещины (то есть, сбоев 1) определен в качестве руководящего механизма разрушения этого образца в предельном состоянии.

8. Из теста, нет никаких признаков покрытия конкретных дробления или других критериев отказа управления. Как правило, режим 1 дает сбой низкой конечной отношение дрейфа.

9. На основании кривизны распределение показано на рис. 9, сдвига и прогибы определяются

...

10. Наконец, расчет конечной боковые нагрузки приводит к V ^ ^ и к югу =

Предельной нагрузки и деформации, полученные для этого образца задачи сравниваются на рис. 10 экспериментальных результатов, демонстрируя хорошую корреляцию. Фотография образца на предельное состояние показано на рис. 8, изображающие выраженный провал сдвига на лицевой стороне колонки. В качестве второго примера, конечной деформации и нагрузки определяются для образцов 16 в таблице 1.

Итерации для этого примера приводит к югу

...

в то время как другие условия отказа не будут удовлетворены. В результате окончательной деформации определяется как: Результат, как видно на рис. 11. Обратите внимание, что несколько итераций, необходимых для Шаг 2 аналитической процедуры. Для всех исследованных образцов столбца в данном исследовании, только два или три итераций, необходимых для достижения сходимости. Чтобы избежать итерационного процесса, это также можно решить уравнение. (23), получив различные уравнения зависит только от состояния выхода на сжатие и растяжение баров. Тем не менее, авторы нашли формулу. (23) более эффективно применять в качестве общего уравнения и применимы для всех напряженно-деформированного состояния.

Конечная оценка деформации подход был применен для всех образцов в таблице 1. Сопоставление экспериментальных и анализа приведены на рис. 11, с указанием точной корреляции последовательно. Поскольку срез, полученные из анализа, на основе раздела момент мощность без учета геометрической нелинейности, P-эффект за счет дрейфа определяется и используемых для изгиба колонны, что снижает потенциал рассчитывается сдвига. Отказ моды и приведены в таблице 1 для всех образцов железобетонных колонн.

ВЫВОДЫ

Аналитический подход был разработан для оценки предельной деформации и несущей способности железобетонных колонн на основе упрощенного осевого сдвига изгиба взаимодействие подхода. Shear неудача основных критериев для отказа изгиба и сдвига доминирующих особей. В рамках этого подхода, конкретные сжатия размягчения фактор был использован только в пределах MCFT основе сдвига модели. Осевой деформации и конкретные сжатия штамма две основные параметры, общие для обоих сдвига и осевые модели. Три режима отказа были определены в качестве основных конечных состоянии: разрушение при сдвиге на трещины, потеря прочности бетона на сжатие до пика, и, наконец shearcompression сбой при Предельной деформации и грузоподъемность результаты, полученные нового подхода были проверены на экспериментальных данных; последовательной взаимосвязи между аналитических и экспериментальных результатов для ряда железобетонных колонн были достигнуты.

Ссылки

1. Элвуд, KJ, а Мол, ДП, "Drift пропускной способности железобетонных колонн с легкими поперечной арматуры," Землетрясение Spectra, сейсмостойкого строительства Научно-исследовательского института, В. 21, февраль 2005, с. 71-89.

2. Парк, R.; Пристли, MJN и Джилл, WD ", пластичность площади замкнутых железобетонные колонны," Журнал структурной отдела ASCE, В. 108, № 4, 1982, с. 929-950.

3. Mostafaei, H., и Kabeyasawa, T., "аксиально-Shear-изгиб Взаимодействие подход для железобетонных колонн," Структурные ACI Journal, В. 104, № 2, март-апрель 2007, с. 218-226.

4. Mostafaei, H., "аксиально-Shear-изгиб Взаимодействие подход для перемещения оценка, основанная на железобетонных элементов", кандидатскую диссертацию, Инженерный факультет, Арчитраве Департамента, Токийский университет, Токио, Япония, 2006, 255 с.

5. Vecchio, FJ, Коллинз, депутаты ", модифицированной теории сжатия поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 2, март-апрель 1986, с. 219-231.

6. Ousalem, H.; Kabeyasawa, T.; Tasai, A.; и Ивамото, J., "Влияние гистерезисных Восстановление на латеральной и аксиальной Мощности железобетонных колонн," Труды Института Японии бетона, V. 25, No 2, 2003, с. 367-372.

7. Коидзуми, H., "Исследование нового метода лист Укрепление предупреждении осевой Крах RC Столбцы во время землетрясений", тезис мастера, Инженерный факультет, Арчитраве департамента Университета Токио, Toyko, Япония, 2000, 94 с. ( на японском языке)

8. Линн, AC; Мол, JP; Махин, SA, и Холмс, WT, "Сейсмическая оценка существующих железобетонных колонн строительство" Землетрясение Spectra, V. 12, № 4, 1996, с. 715-739.

9. Сезен, H., "Оценка и тестирование существующих железобетонных колонн," CE 299 доклада, Департамент гражданской и экологической инженерии, Университет Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния, 2000, 324 с.

10. Накамура, T., и Иосимура, М., "Гравитация Крах железобетонных колонн с Режимы хрупкому разрушению," Журнал азиатских архитектурно-строительная техника, т. 1, № 1, 2002, с. 21-27.

11. Umemura, H.; Аояма, H.; и Ногучи, H., "Экспериментальные исследования железобетонных членов и композитных стальных и железобетонных Участники", т. 2, Инженерный факультет, Факультет Архитектуры, Токийский университет, Токио, Япония, 1977, с. 113-130.

12. Матаморос, AB, "Исследование дрейфа лимиты Столбцы высокопрочного бетона", Департамент строительства, Университет штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, Urbana, IL, октябрь 1999.

13. Танака, H., и парк, Р. Г. Влияние бокового Ограничиваясь Армирование ковкого Поведение железобетонных колонн, "Доклад 90-2, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, июнь 1990, 458 с.

14. Сакаи, Ю.; Hibi, J.; Отани, S.; и Аояма, H., "Экспериментальное исследование на изгиб Поведение железобетонных колонн Использование высокопрочного бетона," Труды Института Японии бетона, V. 12, 1990 , с. 323-330.

15. Коно, S., и Ватанабе, F., "Ущерб Оценка железобетонных колонн под Мультиаксиальные циклических нагрузках," Второй американо-японского семинара по практическим вопросам методологии сейсмостойкого строительства Методология железобетонных строительных конструкций, 2000, с. 221-231 .

Хосейн Mostafaei является Докторантура сотрудник в департаменте строительства в Университете Торонто, Toronto, ON, Канада. Он получил докторскую степень в структурной / землетрясение технике в Университете Токио, Токио, Япония, в 2006 году. Его исследовательские интересы включают перемещения основе методологии, аналитического и численного моделирования железобетонных элементов, оценки сейсмической производительность и восстановление железобетонных конструкций.

Фрэнк Дж. Vecchio, ВВСКИ, является профессор кафедры строительства в Университете Торонто. Он является членом Совместного ACI-441 ASCE комитетов, железобетонные колонны, и 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают нелинейного анализа и проектирования железобетонных конструкций; учредительных моделирования и оценки, ремонта и восстановления конструкций.

Тосими Kabeyasawa является профессором Института исследований землетрясений Токийского университета. Его исследовательские интересы включают железобетонных конструкций, сейсмической оценки производительности, модернизация уже существующих структур, и структурной динамики.