Предел высоких скоростей деформаций Поведение арматурной стали из существующего моста
В рамках исследования проекта, направленного на оценку взрыва мостов, динамические характеристики проводилось на арматурную сталь, принадлежащих к существующей структуры. Сталь из железобетона (RC) арочный мост, а именно Tenza мост, построенный в 1960-х годов на юге Италии. Поведение как бетон и арматура в условиях динамического нагружения номера исследованы, а результаты теста кампании по арматурной стали приведены в настоящем документе. Прочность неудачи испытания были проведены на стальных образцов на различных скоростях деформации с использованием модифицированного Хопкинсон бар устройства. Данные испытания были обработаны для получения напряженно-деформированного в различных условиях скорости деформации, и результаты были сопоставлены с существующими формулировками, обеспечивая динамических свойств арматурной стали.
Ключевые слова: динамические характеристики, динамический коэффициент увеличения; арматурной стали; скорости деформации.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Структурные дизайнеров гражданской инфраструктуры должны учитывать возможность того, что особенно высокие нагрузки может действовать от структуры в течение своей жизни. К числу событий, таких, как сильные землетрясения и случайных или преднамеренных взрывов должны рассматриваться как токовые нагрузки дизайн, дизайн этих нагрузках потребность конкретных научных фоне правильно управлять.
Хотя это, очевидно, для анализа основных сил, действующих на структуры в случае таких событий, эта задача может быть несколько трудным из-за неопределенности, связанной с определением нагрузки, особенно для взрыва действий. Второй важный вопрос для конструкции в экстремальных событий, несомненно, является поведение материалов: механические свойства в условиях острого динамические нагрузки могут быть очень отличаются от тех, выставлены в статических действия и конкретные исследования становятся необходимыми.
Динамические характеристики арматурной стали в Tenza моста в условиях высоких скоростей деформаций представлена в настоящем документе. Деятельность является частью более широкого исследовательского проекта, а именно проект Tenza, целью которого является выполнение взрыва оценки структуры. Tenza моста железобетонные (RC) выше моста арка образом (рис. 1) в южной Италии, когда-то частью шоссе разделе и в настоящее время покинуты. Мост представляет собой полнофункциональный раздел арки и ребристые плиты выше, связаны с аркой через причалы разной высоты. Пролета моста составляет 120 м (393,7 м), а максимальная высота над дном долины 40 м (131,2 м). Он был построен в 1960-е годы и слегка ребристые баров были использованы в качестве арматурной стали. Более подробную информацию о мост и проекта представлены в Список 1 и 2. Результаты подобной деятельности исследования динамических свойств бетона от моста представлены в номер 3.
Данные, полученные в экспериментальной деятельности, играет основополагающую роль в определении соответствующих моделей поведения структурных моста в экстремальных динамических нагрузок. Роль арматурная сталь RC поведения при таких динамических условиях является абсолютно необходимым. Более того, механизмы диссипации энергии важное значение в таких моделей погрузки и вклад пластичности предоставляемый стали должны быть правильно исследовал и учитывать при оценке структуры RC в экстремальных динамических нагрузок. Таким образом, анализ того, как стали механические свойства меняются от статического к динамическому условиях важно правильно оценить пластичность возможностей членов RC в экстремальных динамических нагрузок.
Будучи опытными со многими другими металлическими материалами, динамического механического поведения стали значительно отличается от выставлены в статических условиях нагрузки. Это обусловлено рядом явлений, связанных с чувствительностью стали скорости деформации, хотя основной причиной такого различия заключается в развитии динамических дислокаций затрагивающих микроскопических scale.4-6 имеющиеся научные данные свидетельствуют о том, как увеличение скорости деформации, следующие изменения механических свойств арматурной стали можно наблюдать: 4-8
* Увеличение урожайности финансового стресса;
* Увеличение предела прочности м стресса, а также
* Увеличение предела прочности
В отличие от этого, никаких изменений не имеют большой опыт в терминах Юнга.
К сожалению, в доступной литературе сосредоточена на динамические свойства ряда сплавов стали, в основном для промышленного применения ,9-19 в то время как мало известно о арматурной стали properties.7, 8,20 Таким образом, дальнейшие исследования по арматурной стали появляться, необходимые для оценки реальных динамических поведение членов RC в случае удара или взрыва нагрузок.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Динамического поведения гражданской инфраструктуры становится очень важным вопросом для инженеров-строителей. Эта тема не может быть исследована, игнорируя при этом динамические свойства компонентов. Даже если внимание было сосредоточено на широко динамическое поведение сплавов стали, мало что известно динамических свойств арматурной стали использоваться для общей структуры RC. Значение этого исследования является оценка динамических свойств арматурной стали от существующей структуры, кроме того, полученные данные сравниваются с существующими формулировками предоставления динамических свойств арматурной стали.
Экспериментальная деятельность
Во время динамических испытаний растяжение кампании аварии на сталь из Tenza мост, стальной прокат 18 мм (0,71 дюйма) в диаметре, были собраны на базе арки и образцы были получены с использованием автоматического станка. Геометрии образцов показаны на рис. 2. В целом, 10 динамических испытаний на растяжение неудачи были проведены с штамм ставки в диапазоне примерно от 150 до 600 с-1; такие ценности, как правило, опытные и в случае удара или взрыва loading.7 Для проведения этих испытаний, изменение Хопкинсон Bar21 была использована на Laboratory22 Dynamat Университета прикладных наук в Южной Швейцарии. Три статические испытания на растяжение неудачи были также проведены в тот же типы образцов для сравнения динамических и статических результаты, проводить эти испытания, универсального электромеханического устройства был использован и контроля скорости перемещения 6 10-3 дюйм / с) был применен (рис. 3).
Динамические испытания установки
Оборудование Хопкинсон Бар состоял из трех продольно соответствие баров: предварительно напряженных бар, бар ввода и вывода стержня (рис. 4 и 5). Была проведена проверка введения образца между бар входе и выходе, бар. Упругой энергии хранится в предварительно напряженных бар статически потянув ее на величину напряжений ниже ее текучести, в частности, один конец предварительно напряженных бар заблокирован хрупких промежуточной части, а другой конец протягивается с помощью гидропривода максимальной грузоподъемностью от 600 кН (134,8 После упругой механической энергии был сохранен в предварительно напряженных бар, промежуточных кусок неудачно и напряженности волны с ростом времени около 30 мкс накапливаются и передаются по входной бар. Генерируемой волны напряжения достигает образец, вызывая его разрушение, и распространяется на выходе бар. Напряженности волны остается одноосного, поскольку продолжительность пульсовой волны, равной 12 м (39,4 м), значительно выше, чем бар диаметра (10 мм [0,39 дюйма]).
Предварительно напряженных бар, бар вход, и выход бар 6, 3 и 6 м (19,7, 9,8 и 19,7 м) длиной, соответственно. Стали образца, с диаметром 3 мм (0,12 дюйма), крепится на входе и выходе баров. Оба входных и выходных барах, приборами с датчиками полупроводниковых деформации, измерение падающей, отраженной и передаваемых импульсов, действующих на сечение образца ..
Когда хрупкая болт устройства блокировки не удается, претензия передается на вход через бар растягивающих механических импульсов длительностью 1200 мкс, характеризуется линейной скорости загрузки в течение времени нарастания. Импульса затем передаются на выход бар через образец, а следовательно, привели к провалу. На этом этапе тензометрических на входе бар записи падающего импульса Относительной амплитуды падающей, отраженной и прошедшей импульсы, связанные с механическими свойствами образца через отношения определены в результате применения обоснованных одноосных упругих волн напряжений theory.23, 24
На основе этого перечня
... (1)
... (2)
... (3)
где представляет скорости деформации в образце; Е0 модуль упругости баров; А0 площадь поперечного сечения стержней; это образец площадь поперечного сечения; Ь длины образца, а С0 скорость звука бар материала.
Тогда инженерных стресс-против-кривых деформации при растяжении были преобразованы в истинного напряжения по сравнению с истинным кривых деформации путем применения следующих соотношений
Правда стресса по сравнению с истинной деформации отношений обеспечить необходимые данные для прогнозирования поведения исследуемой стали в случае стрессовых условиях, кроме тех индуцированных одноосном растяжении. Следует отметить, что инженерные стресс не представляют фактические напряжения в материале в процессе испытания на растяжение, поскольку она рассчитывается как отношение приложенной нагрузки и первоначальной площади, которая отличается от реальной площади во время теста. Кроме того, инженерные штамм является неадекватным для описания фактической деформации материала, в частности, в пластической области, где большие деформации происходит. Таким образом, истинное напряжение по сравнению с истинным кривых деформации более информативным при изучении пластическое поведение и могут быть использованы при проведении исследований на материале, а также в разработке учредительных права для конечных коды элемента. В отличие от инженерных кривых обеспечить достаточную информацию для конструкции. Правда стресса по сравнению с истинной деформации отношений, однако, можно считать значительным до высшей точки напряжения, где начинается перетяжки, после этой точки, локализации и распространения разрушения регулировать поток кривую, которая более не является представительным однородных механических свойств материалов. .
Изображение также приобретенные после испытания наблюдать механизм разрушения в зоне перетяжки. Рисунок 7 изображает образец во время испытания, а на рис. 8 представляет собой микроскопические вид образца после испытания, выявить зоны разрушения. Более подробная информация о панели Хопкинсон, можно найти в отдельном study.3
Результаты испытаний
Результаты статических испытаний на растяжение на стальных образцов представлены в таблице 1, на рис. 9 представляет напряженно-деформированного отношения получены три испытания. Средняя пределом текучести 388 МПа (56,3 КСИ) определялась как среднее значение доходности напряжений, полученные в трех испытаниях, это находится в согласии с оригинальной проектной документации, которая дала значение 320 МПа (46,4 KSI) для характеристической текучести конкретные арматуры. Средний предел прочности напряжение 708 МПа (102,7 КСИ) был получен.
Данные от статического испытания на растяжение проводится на провал стальной арматуры также доступны. Такие испытания были проведены в барах, 18 мм (0,71 дюйма) в диаметре и 500 мм (19,69 дюймов) в длину и показал средний текучести и среднего предела прочности 400 МПа и 593 МПа (58,0 и 86,0 KSI КСИ) , соответственно. Сравнивая эти данные с данными, полученными на стальных образцов, обнаруживает некоторые различия, особенно в отношении предела прочности. Это, вероятно, из-за некоторых нарушений представил в черной металлургии в станок фазы и должна быть подробно изучены в дальнейших экспериментальных исследований.
Использование аппарата Хопкинсон-бар, 10 испытаний неудачи были выполнены. Подробная информация об итогах приобретения техники и процедур обработки данных представлены в Список 2 и 3. В таблице 2 приводятся основные результаты таких испытаний, в частности, динамические значения для выхода ф стресс, предел прочности м стресса, и предел прочности Следует отметить, что точное скорости деформации уровне, не могут быть определены до начала испытаний, но могут быть оценены только после обследования. Таким образом, в зависимости от скорости деформации значение, достигнутое в ходе испытаний, образцы делятся на две группы, группы А и группы B, характеризуется средней ставки штамм 174 с-1 и 562 с-1, соответственно. Таким образом, в группе тестов, средняя пределом текучести 547 МПа (79,3 КСИ) и средней конечной напряжение 789 МПа (114,4 KSI) были получены, в то время как в группе В, характеризуется более высокими значениями напряжений, средний пределом текучести 626 МПа (90,8 КСИ) и средней конечной напряжение 830 МПа (120,4 KSI) были получены. Следует отметить, что такие значения предела текучести были оценены как напряжений, соответствующих 0,2% постоянного напряжения.
Кроме того, средняя конечная штаммов 11% и 15% были получены для группы А и группы В, соответственно. Цифры 10 и 11 представляют собой стресс-versusstrain кривых группы А и группы В, соответственно ..
Такие данные были затем обрабатываются с точки зрения динамического коэффициента увеличения (DIF), определяемый как отношение динамического к статическому значение для каждого из анализируемых свойств. Для выполнения этого процесса, средние значения из таблицы 1 были использованы в качестве справочного статическое значение. Экспериментальных DIF для выхода ф стресс, предел прочности м стресс, и в конечном итоге растяжения Можно заметить, что DIF растет с увеличением скорости деформации, для всех трех свойств. Кроме того, предел текучести экспонаты более высокие значения по сравнению с DIF, связанные с предела прочности.
Цифры от 12 до 14 настоящего истинного напряжения по сравнению с истинным кривых деформации для трех скоростей деформаций режимов. Следует отметить, что истинное напряжение по сравнению с истинным кривых деформации рассматриваются с точностью до точки максимального напряжения, где перетяжки начинается, после этой точки, локализации и разрушения распространения регулировать поток кривую, которая более не является представительным однородных механических материального свойства. Кроме того, используя микроскопии измерений, сокращение площади (РА) на трещину
... (6)
где А0 начальной площади поперечного сечения, а АФ площадь поперечного сечения разрушенной секции. Разрушения деформации Таблицы 4 и 5 доклада основные данные от истинных напряжений по сравнению с истинным кривых деформации, в частности,
Анализ результатов испытаний
Эти данные были сопоставлены с теоретическим предсказанием динамических свойств исследуемой стали, проводились с использованием отношения нашли в другом месте. В частности, две различные формулировки были рассмотрены: 1) КСР Информационный бюллетень № 187 formulation7 и 2) Малвар formulation.8
КСР бюллетене представлены несколько формулировок для различных видов стали, обеспечивая DIF для текучести и предел прочности. В случае горячекатаную сталь арматурная, следующие выражения при условии
... (7)
... (8)
где Диффи является DIF для предел текучести; диффузии является DIF для окончательного стресса; у, дин это динамический предел текучести; ф статический предел текучести; м, дин это динамичный предела прочности; фу статического конечной растягивающие напряжения, это напряжение номера и ... является константой, равной 5
В отличие от работы Малвар, представления обзор имеющихся исследований, исследования скорости деформации чувствительность арматурной стали, предлагает следующие формулировки
... (9)
... (10)
где Ф требуется KSI.
Используя такие формулировки, данные в таблице 6 были получены. Сопоставление Численно рассчитано DIFs и результатами, полученными из результатов эксперимента показывает, что выражение КСР слегка занижает текучести DIF, а формулировка Малвар слабо переоценивает его. С другой стороны, оба выражения подходят экспериментальных DIFs хорошо предел прочности.
Затем результаты представлены на рис. 15 и 16, где эти сравнения хорошо заметны. Следует отметить, что и в случае с КСР и Малвар формулировки, справочные данные, которые используются для создания численного выражения, от растяжения кампании испытания неудачей, скорости деформации значения до 10 с-1. Несоответствие между экспериментальными данными и численные оценки могут быть рассмотрены в этом отношении.
ВЫВОДЫ
Это исследование имя динамических свойств арматурной стали от существующей структуры. В частности, акцент был сделан на высокий уровень скорости деформации, от 150 до 600 с-1, которые могут быть вызваны взрывом или ударных нагрузок. Для проведения этого исследования, испытания на растяжение аварии на стальных образцов проводились с помощью модифицированного Хопкинсон бар (МОИ) машины и результаты были сопоставлены с существующими формулировками, обеспечивая DIF выхода и конечной напряжений для арматурной стали. Результаты позволяют сделать следующие выводы:
1. Арматурную сталь оказалась скорости деформации чувствительных с точки зрения текучести, предел прочности и предельной деформации;
2. С увеличением скорости деформации, повышение урожайности стресса более чем предел прочности. Действительно, предел текучести предполагает максимальное DIF значение 1,62 для скорости деформации 629 с-1, а предел прочности достигает DIF 1,17, при том же уровне скорости деформации;
3. Оба КСР и Малвар численных прогнозов достаточно подходят экспериментальных данных, в частности, выражение КСР недооценивает текучести с максимальной разницей процентов -24%, в то время как выражение Малвар переоценивает его, представляя максимальная разница процентов 38%. Кроме того, в случае конечной стресса, оба выражения воспроизвести экспериментальные данные, даже более надежно, с процентами различия около 2%, а
4. В данном случае, небольших образцов были использованы некоторые различия были опытными между статическими испытаниями таких образцов и образцов стальной прут, показывая, что некоторые нарушения, вероятно, внес в подготовке образцов динамического через автоматический станок. DIFs, однако, были получены при обработке динамических и статических испытаний, проведенных на тот же тип образца. Вместе с тем необходимо отметить, что наиболее существенные различия были получены в условиях предел прочности, тогда как предел текучести, более полезным для конструкторских расчетов, был лишь слегка затронуты такие различия. Тем не менее, дальнейшие исследования по этому вопросу представляется необходимым, чтобы проверить достоверность полученных данных.
Наконец, можно отметить, что экспериментальные результаты представляют собой интересные сведения об очень высокой скорости деформации поведения арматурной стали, которые могли бы быть очень полезным для оценки дальнейшего численного формулировки, обеспечивающие динамическую механических свойств арматурной стали. Для этого, однако, дополнительные кампании пробная важное значение: последние типы арматурной стали требовать расследования для обеспечения надежной формулировки дизайн для прогнозирования динамических механических свойств арматурной стали в тяжелых условиях динамической нагрузки.
Авторы
Авторы хотели бы поблагодарить научный центр AMRA ("Анализ и мониторинг экологического риска), которые поддержали мероприятий, описанных в документе. Помощь со стороны М. Дотта и Д. Форни в проведении экспериментов и сокращение данных благодарностью.
Ссылки
1. Asprone, D.; Козенца, E.; Manfredi, G.; Occhiuzzi, A.; PROTA, A.; и Devitofranceschi, A., "Caratterizzazione dinamica ди strutture да Понте: ил PROGETTO Tenza," Национальная Труды конференции "Sperimentazione су Materiali электронной Strutture ", Италия, декабрь 2006, с. 621-631.
2. Cadoni, E.; Asprone, D.; и PROTA, A., "Структурные Оценка Tenza моста в условиях экстремальных нагрузок: роль материала при высоких характеристик скорости деформации," Структура в экстремальных Загрузка: Материалы PROTECT 2007, бумага ID SWI03, Уистлер, Британская Колумбия, Канада, август 2007.
3. Asprone, D.; Cadoni, E.; и PROTA, A., "Экспериментальный анализ на растяжение динамического поведения существующих бетонных при высоких скоростях деформации", ACI Структурные Journal, В. 106, № 1, январь-февраль 2009, с. 106-113.
4. Ли, W.-S., и Лю, C.-Y., "Влияние температуры и скорости деформации о динамике поведения потоков из различных сталей," Материалы науки и техники, 426, 2006, с. 101-113 .
5. Майнстон, RJ, "Свойства материалов при высоких скоростях деформирования или Загрузка: современное состояние доклад о воздействии загрузка конструкций, часть 4", материалов и конструкций, т. 8, № 44, с. 102 - 116.
6. Uenishi А., Teodosiu А., "Учредительный Моделирование поведения высокого скорости деформации межузельных свободной Сталь," Международный журнал пластичности, V. 20, 2004, с. 915-936.
7. Комитет Евро-International-дю-Beton ", железобетонных конструкций при ударных и импульсных Идет загрузка", КСР бюллетень № 187, Лозанна, Швейцария, 1988, 184 с.
8. Малвар, LJ, "Обзор статических и динамических свойств арматуры", ACI журнал Материалы, В. 95, № 5, сентябрь-октябрь 1998, с. 609-616.
9. Ли, W.-S.; Лин, C.-F. и Chen, B.-T., "Предел свойства и микроструктуры аспекты 304L нержавеющей стали Сварные конструкции в зависимости от скорости деформации и температуры," Известия учреждение инженеров-механиков, часть C: Journal механических инженерных наук, В. 219, 2005, с. 439-451.
10. Couque, H.; Leung, CP, и Хадак, SJ младший, "Влияние плоских Размер и динамических Оценить Погрузка на инициировании и распространении ударной вязкости по умеренным Твердость стали," Инженерная Механика деформируемого твердого тела, т. 47, 1994, с. 249-267.
11. Drar, H., "О прогнозировании температуры и скорости деформации в зависимости трещиностойкости сталей равнины", материаловедения, V. 31, 1993, с. 91-97.
12. Ван, GZ, и Ван, YL, "Действие Скорость загрузки, вырез геометрия, и загрузка режима на местных напряжений разрушения Расщепление стали C-Mn," Международный журнал разрушения, В. 146, 2007, с. 105 - 121.
13. Ян, З., Ким, C.-B.; Чо, N.; Бом, HG, и Ren, B., "статических и динамических испытаний разрушения от X70 Трубопроводный Сталь" Основные материаловедение, В. 340-341 , 2007, с. 441-446.
14. Uenishi, A.; Такахаси, M.; и Kuriyama Ю., "высокопрочных стальных листов размещения высокого поглощения энергии при ударе Мощность," Ниппон стил "Технический отчет, В. 81, 2000, с. 17-21.
15. Оливер, С., Джонс, туберкулезом и Fourlaris Г., Двойной фазы от TRIP Газа стали: сравнение динамических свойств для автомобильной Crash производительности, "Материаловедение и технологии, V. 23, 2007, с. 423-431.
16. Чой, удостоверяющий личность; Брюс, Д., Ким, SJ, Ли, CG; Парк, SH; Matlock, DK, и Шпеер, JG, "Деформация Поведение Низкий стали TRIP углеродного листа при высокой скорости деформации", ISIJ International, В. 42, 2002, с. 1483-1489.
17. Блек, W., и Schael И., "Определение Краш-соответствующие материалы параметров динамических испытаний на растяжение," Сталь исследований, В. 71, 2000, с. 173-178.
18. Mihalikova М., Янек, J., "Влияние Загрузка и скорости деформации на прочность и пластичность листовой повышенной прочности", Metalurgija, V. 46, 2007, с. 107-110.
19 Бурсак М., Mamuzic И., "Влияние скорости нагружения на механические свойства Рисунок стальной лист", Metalurgija, т. 45, 2006, с. 57-60.
20. Filiatrault А., Холлеран, М., "напряженно-деформированного Поведение арматурной стали и бетона при сейсмических скоростей деформаций и низких температур", материалов и конструкций, 34 В., 2001, с. 235-239.
21. Montagnani, M.; Альбертини, C.; Buzzi, У. и Форлани, М., "диспозитив де Contrainte Накопление m Управление в Лондоне, патент № 1.473.68, 1974; итальянский Патент № 50008A, 1973.
22. Cadoni, E.; Амаро, W.; Дотта, M.; Альбертини, К. и Джорджетти П., "Dynamat: Лаборатория механических характеристик материалов при высоких скоростей деформаций," Структурные бетона в Швейцарии, FIB-CH, 2006, с. 35-38.
23. Линдхольм, США, "Высокие Тесты скорости деформации в измерениях механических свойств," Методы исследования металлов, т. 5, 1971, с. 199-271.
24. Кольский, H., "Исследование механических свойств материалов на очень высокие темпы погрузки," Труды Физического общества, раздел B 62, 1949, с. 676-700.
25 Бриджмен П., исследования в крупных пластического течения и разрушения, Harvard University Press, Кембридж, MA, 1964, 362 с.
Доменико Asprone является аспирант университета Федерико II, Неаполь, Неаполь, Италия, где он получил степень магистра в строительстве. Его исследовательские интересы включают поведение конструкций при высоких динамических нагрузок и связанных с ними методов модернизации.
Эцио Cadoni является профессором в Университете прикладных наук в южной Швейцарии. Он получил степень магистра в сфере гражданского строительства университета города Кальяри, Кальяри, Италия, и его кандидат от Туринский политехнический, Турин, Италия. Его исследовательские интересы включают воздействие и динамические характеристики материалов и конструкций, прочность и неразрушающих методов.
Андреа PROTA является доцент структурной инженерии в университете Неаполя Федерико II. Он получил диплом магистра в области гражданского строительства в Университете Миссури-Ролла, Rolla, MO, и защитил докторскую диссертацию в структурной инженерии в университете Неаполя Федерико II. Его исследовательские интересы включают поведения железобетонных и каменных конструкций при техногенных и природных экстремальных нагрузок, использование современных материалов для нового строительства, и модификация существующих структур с использованием инновационных технологий.