Железобетонная плита Конкурс прогнозов Shear: Записи и обсуждение
Восемь из 28 крупномасштабных сдвиговых испытаний железобетонных плит провел в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH) в Цюрихе, Швейцария, были использованы для международной конкуренции прогнозировать ожидаемые нагрузки и деформации, ответ. Эта статья представляет подробную информацию о конкурсе, а также полученных заявок, и он сравнивает и оценивает результаты соревнований. Авторов собственный анализ ручного расчета экспериментов, основанных на общих методов, описанных в литературе, также включены. Прогноз конкурс показал, что моделирование с трещинами железобетона по-прежнему создает значительные проблемы, даже для опытных исследователей, оснащенную современными аналитическими инструментами. В частности, значительное снижение жесткости в результате отклонения от основной момент (и в этом, сдвиг) направлении со стороны укрепления в плоскости и связанных с сокращением сдвигу членов без поперечной арматуры, а также существенное улучшение деформации потенциала за счет поперечной арматуры, не было предсказано большинством участников ..
Ключевые слова: деформации потенциала; железобетона; арматуры; сдвига; плитами, жесткость; стремена, прочность; тестирования.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В 2005 году международный конкурс был организован Институтом строительной техники из Швейцарского федерального технологического института (ETH) в Цюрихе, Швейцария, чтобы прогнозировать реакцию четыре крупномасштабных железобетонная плита сдвига опытных образцов, каждый испытаны два раза, без (Тест 1) и один раз (Тест 2) поперечной reinforcement1, 2 (см. рис. 1 и 2). Плиты и В 200 мм (7,9 дюйма) толщиной. Плиты C и D были геометрически подобны, но 500 мм (19,7 дюйма) толщиной. Для плиты и C, основные сдвига (и время) направления отклоняется Для плиты B и D, угол
Компаньон paper3 описывает информацию, представленную участниками и обобщаются и обсуждаются результаты тестов. Эта статья представляет подробную информацию о конкурсе, а также ответы и он сравнивает и оценивает результаты соревнований. Авторов собственный анализ ручного расчета экспериментов, основанных на общих методов, описанных в литературе ,4-12 также включен.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Два отдельных исследователей и шесть исследовательских групп, участие в конкурсе для прогнозирования нагрузки и деформации, ответ из восьми крупномасштабных испытаний аварии на железобетонные плиты, с использованием различных методов анализа. Прогноз конкурс показал, что моделирование с трещинами железобетона по-прежнему создает значительные проблемы, даже для опытных исследователей оснащены современное состояние аналитических инструментов. В частности, значительные потери жесткости из-за отклонения от основной момент (и в этом, сдвиг) направлении со стороны укрепления в плоскости и связанных с сокращением сдвигу членов без поперечной арматуры, а также существенное улучшение деформации потенциала за счет поперечной арматуры, не было предсказано большинством участников.
ПРОГНОЗ КОНКУРЕНЦИИ
Прогноз конкурс был объявлен в мае 2005 года выдумка симпозиум "Держите бетона Привлекательный" в Будапеште, Венгрия. Кроме того, члены ряда выдумка и МСА комитетов было предложено принять участие через своих председателей, и объявление о конкурсе прогноз был сделан на World Wide Web.
Ответ прогнозы должны быть представлены в виде файлов PDF на 30 сентября 2005 года и должен был включать:
1. Имя (имена) и адрес (адреса) автора (ов) прогнозирование;
2. Мет diagrams3 для всех восьми тестов с использованием данного шаблонов;
3. Чертежи моделей трещины на пике нагрузки для всех восьми тестов с использованием данного шаблонов;
4. Краткое описание предсказать ответ на все восемь испытаний, подчеркнув трещин и дробления бетона и податливость арматуры (ы), и
5. Краткое описание метода (ов) анализа используются.
Прогнозы выполнения всех вышеперечисленных требований были получены от двух отдельных исследователей и шесть команд из двух или более исследователей (табл. 1).
Результаты анализов и прогнозов были представлены и сравниваются на 7 июня 2006 на 2-м Международном конгрессе FIB в Неаполь, Italy.2 Все записи были месте (табл. 1 и обсуждения на следующей).
СТАТЬИ
Общий
На рисунке 3 показана экспериментально наблюдаемых и прогнозируемых МВт диаграмм. В таблице 2 приведены соответствующие значения в пиковые моменты, M1, прогибы в часы пик момента, W1, и связанные с ними (секущая) жесткости K = M1/w1. Мет диаграммы из трех топ-место записи будут показаны на рис. 4.
Беллетти и др..
Анализ методом конечных элементов проводили на нелинейных ортотропных model13 для равнинных и железобетонных подвергаются плоского напряженного состояния. После максимального главного напряжения достигли конкретных прочность на разрыв, трещина шаблон с фиксированной ориентации трещины и постоянный интервал трещины предполагалось. Размягчение треснувший бетон на сжатие, растяжение жесткости, совокупный блокировки, а также дюбель действий были рассмотрены. Мембраны модель была реализована в конечном элемента программы.
Бенц и Коллинз
Прогнозы основаны на изменение сжатия области theory14 и проводятся с нелинейного анализа секционных program15 для железобетонных элементов. Метод предполагает, что плоскости сечения остаются плоскими и нулевой зажима напряжения применяются с помощью пучка толщины. Сдвига распределения напряжений по линейной теории упругости, был рассмотрен. Расчет прогиба включены деформации из-за деформации сдвига и сдвига момента эффекты взаимодействия. Для плит с косой арматуры, стали жесткости при растяжении, упрочнения и предел прочности были в два раза до модели эффект усиления угол.
Бертшер и Вилл
Прогнозы сделаны с помощью нелинейного конечного элемента программы для железобетонных structures16 использованием элементов четырехугольника плоского напряженного состояния. Для плит с косой арматуры, модуля упругости и модуля упрочнения были снижены до 50% для рассмотрения различных ориентации бар. Изгиб и срез подкрепления были смоделированы как встроенные и размытым, соответственно. Для стали, билинейных характерные напряженно-деформированного был использован. После пика поведения бетона при сжатии моделировалась фиктивных модель самолета сжатия. После крекинга, конкретные растяжение поведение описывается экспоненциальным законом раскрытие трещины. Благодаря конвергенции проблемы после пикового момента испытаний 2, нагрузка-деформация ответ оценивается.
Сервенка и Pryl
Нелинейного анализа методом конечных элементов проводили на нелинейных конечного элемента программы для железобетонных structures.16 конкретные растяжение поведения была проанализирована на основе концепции размытым трещины и механики разрушения соображений. Конкретные прочности определяется обратной анализа, моделирования двойной удар летных испытаний, что метод конечных элементов program16 расчеты соответствуют нагрузки наблюдается провал. Подкрепления моделируется встроенный бар элементов в одноосных напряжений, предполагая, полилинейных материального права. Бонд проскальзывать между арматурой и бетоном был рассмотрен на изгиб подкрепление только в предположении идеальной крепления решетки на их концах.
Че и Vecchio
Анализ проводился с использованием нелинейного конечного элемента program17 для железобетонных оболочек и пластин, включающих основные положения изменение сжатия области theory14 на сжатие размягчения бетона, напряженность жесткости, а сдвига скольжение по поверхности трещины. Размытым, вращающихся трещины были рассмотрены. Метод основан на предположении, что нормали к срединной поверхности остаются прямыми, но не обязательно нормальный после деформации и напряжения, что результирующая нормали к срединной поверхности можно пренебречь.
Способствовать
Плиты были смоделированы с помощью нелинейного конечного элемента программы для железобетонных конструкций, 18 применения двух типов ячеек на основе элементов смазывается бар и бар дискретных элементов, связанных с конкретными через связи скольжения элементов с использованием определенных связей стресс-скольжения отношений. Укрепление косых был преобразован в пересчете на площадь подкрепления в х направлениях, и плита и C были смоделированы в двумерной аналогично Плиты B и D. Все прогнозы были проанализированы с геометрической нелинейности. Прочность на сжатие конкретных был взят 0,9 раза измеряли силу цилиндра, а также конкретные прочности принималось равным 0.33fcc 1 / 2 (в МПа), а в пси единиц, коэффициент 0,33 должна быть заменена на 4. Стальной арматуры была смоделирована как билинейные по измеренным динамических свойств.
Kollegger
Прогнозы были основаны на отношениях билинейных момент кривизны и выполняли простые расчеты вручную. Пиковый момент испытаний 1 был рассчитан путем определения поперечной силы, которые могут перевозиться в зоне сжатия. Соответствующие отклонения была рассчитана с помощью момент кривизны отношений и применения принципа виртуальной работы. Восходящей ветви до момента выхода испытаний 2 была рассчитана так же как и для испытаний 1. Отклонение на пике момент испытаний 2 оценивается на основе strutand галстук модели с наклоном После пика поведение приближается использованием информации, имеющейся в литературе.
Сусетьо и Vecchio
Анализ был проведен с использованием нелинейного конечного элемента программы для анализа двумерных железобетонных мембраны structures.17 программа, используемая размытым, вращающейся трещины разработки для железобетона на основе модифицированного сжатия области theory.14 сжатия смягчение за счет поперечной крекинга, напряженность жесткости, сдвиг скольжение по поверхности трещины, дюбель действий, а также других механизмов были рассмотрены. Усиление изгиба был смоделирован дискретно использованием элементов фермы бар, а поперечной арматуры, был смоделирован как размывается. Значение 0.5fcc1 / 2 (в МПа) был использован для прочности бетона, в пси единиц, коэффициент 0,5 должен быть заменен на 6. Укрепление косых лечился за счет уменьшения эффективного модуля упругости и модуля упрочнения.
Сопоставление и оценка
Для облегчения сравнения восемь записей, предсказал пик моменты М1 и связанных с секущей жесткости K = M1/w1 были связаны с экспериментально наблюдаемых значений, как показано на рис. 5, представляя коэффициентов
... (1)
... (2)
и
... (3)
где / и с нормированы меры для отклонения прогнозируемых из экспериментально наблюдаемых гибкости и силы, соответственно. Согласно формуле. (1), KEXP соответствует наклон 45 градусов в нормированной диаграммы МВт, а f. В фс схема, г равна расстоянию от начала координат, что позволяет решения общего качества прогнозирования. Рейтинга приведены в таблице 1 на основе средних значений т (табл. 3).
В таблице 3 приведены F-, S-и R-значения для всех прогнозов и обеспечивает среднее значение и стандартное отклонение для каждого теста и каждую запись. 6 и 7 показывают, фс диаграммы для каждого теста и запись соответственно. Очки выше (ниже) абсцисс соответствуют предсказаниям силы, которые являются слишком сильным (слишком слабо). Кроме того, указывает на левый (правый) ординаты соответствуют жесткости прогнозы, которые являются слишком жесткими (слишком мягкие). В идеале, предсказание точки должны совпадать с происхождением диаграмм.
Что касается прочности, лучшие прогнозы были получены для тестов B-2 и Д-2 (с поперечной арматуры и В ходе испытаний, без поперечной арматуры ( Худшие прогнозы были получены для тестов-1 и С-1 (
Что касается жесткости, разброс прогнозов в целом больше, чем силы, а различия между отдельными испытания были не столь выражены. Для
Принимая во внимание три одними из ведущих позиций (табл. 1 и рис. 4), рис. 7 показывает, что 7 Вступление имел маленький разброс и в целом недооценили прочность и жесткость. Вступление 3 характеризуется очень хорошими прогнозами в среднем, но проявляли значительно больше разброс в отношении жесткости, чем Вступление 7. Вступление 4 характеризуется отличной предсказания силы, но прогнозы, как правило, слишком жесткая и пластичного поведения тесты с поперечной арматуры не предсказал (рис. 4).
Сравнения и оценки, представленные здесь ограничивается пиковые моменты и связанные с ними секущая жесткость. Потому что весь ответ МВт было предсказать, другие функции, такие как деформации потенциала можно было бы включить в сравнение и ранжирование различных могли быть получены. Тем не менее, анализ фс представил здесь, как полагают, обеспечить справедливое сравнение. Она захватывает две основные черты структурного поведения, то есть прочность и жесткость (или гибкость), и она может быть полезна для подобных сравнений других экспериментов и теоретических подходов.
Авторов АНАЛИЗ
Учитывая ограниченный объем информации вместе с одними из ведущих въезда Kollegger, авторы мысли его как достойного и справедливого представить полный расчет руку на основе общих методов, описанных в literature.4-12 Как видно из таблицы 4 и 5 , этот расчет вполне сопоставим с результатами Kolleggers. Авторы собственных models19 не включены в настоящем документе.
Что касается силы потока в опытных образцах, нижеследующий анализ расчетов стороны, основан на сэндвич model.4 деформации рассчитываются на основе распределения кривизны, как показано на рис. 8, предполагая, что напряженно-деформированное и другие характеристики обсудили следующим образом.
Для бетона при сжатии, параболических stressstrain отношения
... (4)
является used.4, 5 фунтов на квадратный дюйм в единицах, коэффициент 2,7 должен быть заменен на 14,2. Штаммы на пике напряжения сжатия,
После откола от конкретных с крышкой, трехосного напряженного состояния предполагается в зоне сжатия, с учетом эквивалентных сжимающих напряжений Коэффициент 2,7 (ГЦК) 2 / 3 в формуле. (4) заменяется
FC3 = 2,7 (ГЦК) 2 / 3 4
и вместо того,
... (6)
является used.7 Опять же, в пси единиц, 2,7 факторов в уравнении. (5) и (6) должны быть заменены на 14,2.
Для арматурной стали, билинейных ответ напряженно-деформированного характеризуется модулем упругости Es = 205 ГПа (29733 КСИ) и модуля упрочнения
... (7)
предполагается. Напряженность жесткости и трещиностойкости расстояние учитывается по напряженности аккорд model8 и трещины мембраны модели, 5,9, соответственно.
Таким образом, напряжения и деформации перпендикулярно трещины на related10
где фиктивные геометрической армирования
Видно, что для 17 и связанных с обсуждения спутник paper.3
Пластического шарнира длина LPL показано на рис. 8 считается равным 2dm, где дм это средняя эффективная глубина. В конце испытаний 2, глубина откола бетона и пластический шарнир длины, как предполагается, выросли на 50%, то есть, L'пл = 3dm и с '= 1.5c.
Сопротивление сдвигу установлен в зависимости от модели, лежащие в основе структурных швейцарских конкретный код, то есть 11,12
VR =
для членов с поперечной арматуры и
... (11)
для членов без поперечного армирования, 12, где
... (12)
и
... (13)
Использование дюймов и фунтов на квадратный дюйм, коэффициенты 0,3 и 2,5 в формуле. (11) должны быть заменены на 3,6 и 63,5, соответственно, и значения 48 и 16 в формуле. (13), чтобы заменить на 1,89 и 0,63, соответственно.
На рисунке 9 показано экспериментально наблюдаемые и расчетные диаграммы МВт. В таблице 4 приведены соответствующие значения в пиковые моменты, M1, прогибы в часы пик момента, W1, и связанные с ними (секущая) жесткости K = M1/w1. В таблице 5 приведены соответствующие F-, S-и R-значения для всех испытаний наряду с средние значения и стандартного отклонения.
В целом, расчеты хорошо согласуются с экспериментами. В ходе испытаний, B-1 и Д-1 без поперечного армирования и . Для всех тестов с поперечной арматуры, пиковые моменты немного недооценили. Что касается деформаций, рассчитанных и экспериментально жесткость, хорошо согласуются для плит B и D с После пика поведение тесты с поперечной арматуры моделируется удовлетворительно анализа.
Анализ, представленный в настоящем документе, основаны на общих методов, описанных в literature.4-12 изысканных анализ, основанный на недавно разработала передовые модели сэндвич дается elsewhere.19
ВЫВОДЫ
1. Прогноз конкурс показал, что моделирование железобетонных по-прежнему создает значительные проблемы, даже для опытных исследователей, оснащенную современными аналитическими инструментами;
2. Существенное повышение потенциала деформации за счет поперечной арматуры успешно предсказать лишь несколько участников;
3. Предсказания для испытаний с отклонением
4. Отклонение главный момент (и здесь, сдвиг) направлении в плоскости направления укрепления причин значительного снижения жесткости, а это, в свою очередь, снижает прочность на сдвиг членов без поперечного армирования. Кодекс правила должны быть пересмотрены с учетом этого влияния;
5. Прогноз конкурс показал, что относительно простые расчеты рука по-прежнему вполне оправданным. Разумное применялись, они дают результаты, которые выгодно отличаются от полученных в результате применения самых современных компьютерных программ.
Авторы
Финансовая поддержка со стороны Ассоциации швейцарских производителей цемента (Cemsuisse), а также из ETH Zurich с благодарностью признана.
Нотация
= сдвига службы
B = ширина плиты
с = бетона
с '= глубине покрытия откола в конце испытаний 2
да = максимальный размер
дм = средняя эффективная глубина
д \ = эффективная глубина при сдвиге
Es = модуль упругости арматурной стали
Эш = модуль упрочнения арматурной стали
F = применяется разъем силу
F = гибкость отклонение
FC3 = трехосных бетон прочность на сжатие
ГЦК = цилиндра сила сжатия конкретных
СНГ = (динамический) предел прочности укрепления
FSY = (динамический) текучести укрепление
Н = толщина плиты
K = предсказал секущая жесткость на пике момент
KEXP = экспериментально секущая жесткость на пике момент
ка = коэффициент для учета максимального совокупного размера
LPL = длина пластического шарнира
ЛПИ '= продление срока пластического шарнира
M = изгибающий момент при поддержке
M1 = предсказал пик момента при поддержке
M1, ехр = экспериментально наблюдаемый пик момента при поддержке
Му = пик момента при поддержке
Мой выход = момент при поддержке
р = результирующая отклонение
S = сила отклонение
VR = сопротивление сдвигу
прогиб =
У = отклонения в часы пик момент
щ = прогиб в момент выхода
w1 = предсказал отклонение при пиковой момент
W1, ехр = экспериментально наблюдаемые отклонения в часы пик момент
гс = толщина зоне компрессии
8
деформации
напряжений
Ссылки
1. Jaeger, T., и Марти, П., "Versuche Zum Zum Querkraftwiderstand унд фон Verformungsverm , февраль 2006, 358 с.
2. Jaeger, T., "железобетонная плита Конкурс прогнозов Shear," Структурные Бетон, V. 7, № 4, декабрь 2006, с. 174-175.
3. Jaeger, T., и Марти, П., "RC Слэб Конкурс прогнозов Shear:" Опыты ", ACI Структурные Journal, В. 106, № 3, май-июнь 2009, с. 300-308.
4. Марти П., "Проектирование бетонных плит на поперечный сдвиг", ACI Структурные Journal, V. 87, № 2, март-апрель 1990, с. 180-190.
5. Кауфман У., "Сила и деформации Железобетона подвергавшимся In-Plane касательных и нормальных сил, Доклад № 234, Институт строительной техники, Цюрих, Швейцария, июль 1998, 147 с.
6. Muttoni, A., "Die Anwendbarkeit Plastizit .
7. Сигрист В., "Zum Verformungsverm
8. Марти, P.; Альварес, M.; Кауфман, В. и Сигрист В., напряженность аккордов Модель Железобетона, "Структурные Engineering International, IABSE, V. 8, № 4, ноябрь 1998, с. 287-298.
9. Кауфман У., и Марти, П., "Структурные Бетон: треснувший Мембрана Модель" Журнал строительной техники, ASCE, В. 124, № 12, декабрь 1998, с. 1467-1475.
10. Гамбарова, П. ", по сумме двух матчей блокировки механизма в железобетонных плит с большим крекинг", IABSE Коллоквиум по современным механики железобетона, Международной ассоциации мостостроения и строительной техники, заключительный отчет, IABSE, В. 34, № 6, 1981, с. 99-120.
11. SIA "Кодекс SIA 262-железобетонных конструкций", издание 2003 года, Швейцарское общество инженеров и архитекторов, Цюрих, Швейцария, 2003, 90 с.
12. Muttoni, A., "Schubfestigkeit унд фон Durchstanzen Платтен оне Querkraftbewehrung (прочность на сдвиг и штамповки плит без поперечной арматуры)," Бетон-унд Stahlbetonbau, В. 98, № 2, февраль 2003, с. 74-84.
13. Беллетти, B.; Cerioni, R.; и Иори, I., "физического подхода для железобетона (PARC) мембранных элементов," Журнал строительной техники, ASCE, В. 127, № 12, декабрь 2001, стр. . 1412-1426.
14. 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.
15. Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, <a target="_blank" href="http://www.ecf.utoronto.ca/~bentz/r2k.htm" rel="nofollow"> http://www.ecf.utoronto.ca/ <~ bentz/r2k.htm / A>.
16. Сервенка Консалтинг, Прага, Чешская Республика, <a target="_blank" href="http://www.cervenka.cz" rel="nofollow"> http://www.cervenka.cz </ A>.
17. Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, <a target="_blank" href="http://www.civ.utoronto.ca/vector/Software.html" rel="nofollow"> HTTP : / / www.civ.utoronto.ca / вектор / Software.html </ A>.
18. Фостер, SJ, "Применение метода Arc Длина Вовлечение растрескивание бетона," Международный журнал "Численные методы в инженерии, В. 33, № 2, январь 1992, с. 269-285.
19. Jaeger, T., "Querkraftwiderstand унд фон Verformungsverm
Входящие в состав МСА Томас Джагер, старший научный сотрудник в Институте строительной техники в Швейцарском федеральном технологическом институте (ETH) в Цюрихе, Швейцария. Его исследовательские интересы включают сдвига и деформации проблемы пропускной способности по железобетону.
Петр Марти, ВВСКИ, является профессор строительного проектирования и заведующий кафедрой гражданского, экологического и GEOMATIC инженерии ETH. Его исследовательские интересы включают структурные бетона и кирпичной кладки.