Углерод из армированных волокном Полимер для непрерывности в существующих железобетонных зданий Уязвимости Свернуть
Углеродные волокна армированной пластмассы (углепластика) может обеспечить преемственность в железобетонных балок и тем самым уменьшить вероятность того, прогрессирующее обрушение при упоре были потеряны из-за чрезвычайной нагрузки (взрыва или удара). Семь половины масштаба образцах, представляющих два пролета железобетонные (RC) рамка с центром поддержки колонке удалены были протестированы. Потенциала уязвимых здания RC пучков с разрывными арматуры были оценены и сопоставлены с пучками углепластика, чтобы обеспечить преемственность, и с пучками разработан с непрерывным арматурной стали. Было установлено, что углепластика способен обеспечить достаточную преемственность выдержать потерю поддержки колонке либо через цепной (или кабель) действие, которое уменьшает использование материала, или изгиб действия, что снижает отклонения. Кроме того, балки с постоянным подкрепление не может быть в состоянии выдержать потерю центра поддержки столбец из-за ограниченного вращательной вязкости пучка.
Ключевые слова: углеродные волокна армированной полимерной; контактного действия, непрерывность; прогрессирующее обрушение; структурную целостность.
ВВЕДЕНИЕ
Прогрессивная распада определяется в США Администрации общих служб (GSA) 1 как "ситуация, когда локальное разрушение первичных структурных компонентов приводит к краху прилегающих членов, которые, в свою очередь, приводит к дополнительным распада. Таким образом, общий ущерб, нанесенный неадекватен к первоначальному делу ". Как правило, здания, не предназначенные для ненормальных условиях нагрузки, которые могут привести к постепенной collapse.2 При маловероятном случае погрузка осуществляется, однако, травм и гибели людей из-за прогрессирующее обрушение могут быть очень серьезными.
Чтобы противостоять прогрессирующее обрушение, некоторые правительственные учреждения (GSA и Министерства обороны) приступили к реализации руководящих принципов для решения issue.1, 3 Эти принципы применяются три вида подходов:
* Косвенные дизайн-подчеркиваем прочность, преемственность, избыточность и пластичность; опирается на комплексную систему связующих сил.
* Прямые дизайн-альтернативных пути загрузки: Анализ структуры для мгновенной потерей вертикальной несущей членов, обеспечить избыточные нагрузки или альтернативный путь к мосту через член не удалось, анализ можно объяснить пластика или больших деформациях в том числе цепной или мембранного действия.
* Прямые дизайн конкретных местных сопротивление: Каждый член, который устойчив к конкретной угрозы.
Альтернативный путь нагрузки процедура, используемая в этом исследовании. Чтобы противостоять прогрессирующее обрушение, структура должна пережить потерю несущей членов с нагрузкой в 2 (0,25 мертвым грузом временная нагрузка), применяемые в районе, прилегающем приток удалены member.1 счетов 2-кратный коэффициент динамического Характер падения нагрузки за счет потерял члена. Хотя количественная оценка динамического коэффициента усиления, выходит за рамки данного исследования, некоторые исследования показывают, что коэффициент усиления может быть сокращен до 1.5.4
Потеря поддержки столбце может оставить пучка не в силах противостоять гравитации нагрузки и может привести к краху пролетов по обе стороны потеряли колонке. Распад может продолжать ходе верхних этажах или в прилегающих пролетов, что приведет к еще большему ущербу. Примеры плохого дизайна, которые приводят к прогрессирующее обрушение включать Ронан-Пойнт Строительство в Великобритании и Мерра Строительство и L'Ambiance Плаза в US2 ,5-7, наоборот, дома с хорошим дизайном (непрерывность подкрепления, избыточность, альтернативные пути нагрузки , а также связей между структурными элементами), таких как Пентагон Строительство и Khobar Towers, смогли выдержать крупногабаритных грузов без прогрессивных collapse.2, 8
Железобетонные (RC) зданий могут быть уязвимыми к прогрессирующее обрушение из-за отсутствия преемственности в их усиления (или усиление порогов). Разрывные усиление является типичной для многих структур были созданы до выполнения требований по структурной целостности. GSA предписывает, что "обеспечение непрерывного нижней укрепление имеет важное значение для размещения двойной условия службы." 1 ACI кодекса первую осуществляется структурная целостность положений, которые требуют непрерывности армирования 1989,9 Чтобы обеспечить способность к выживанию прогрессирующее обрушение, существующих железобетонных балок могут необходимость изменений для обеспечения непрерывности их укрепления. Углеродные волокна армированной пластмассы (углепластика) могут быть использованы для повышения силы, обеспечивая непрерывность отсутствует и тем самым снижает вероятность прогрессирующее обрушение, если упор был потерян из-за чрезвычайной нагрузки (взрыва или удара). В этом исследовании методов применения углепластика в целях обеспечения достаточной преемственности противостоять прогрессирующее обрушение исследованы.
Цель углепластика является предоставление пассажирам возможность вырваться из здания с помощью системы, которая не требует существенных изменений в конфигурации здания или в размерах членов. Это исследование не учитывает воздействия огня, которые могут произойти после того, как ненормальные нагрузки и может негативно сказаться на целостности углепластика в. Цель углепластика является снижение риска прогрессирующее обрушение сразу же после чрезвычайного события происходят так, что строительство присутствующим разрешается бежать до воздействию огня становятся существенными. Если решит, что инженер противопожарной важный вопрос (чтобы было достаточно времени для водителя и пассажиров покинуть здание после взрыва / столбец из-за отказа другой причине), такие системы существуют и должны использоваться с ремонтом FRP. Кроме того, в исследовании не рассматривать последствия фермы Вирендель действия, которые могут позволить верхние этажи, чтобы поддержать нижней поврежденных истории ..
Один из способов, который может позволить преемственности двойного пучка промежуток времени (в связи с потерей поддержки столбец), чтобы иметь возможность проводить два раза его дизайн мертвым грузом плюс 25% живут нагрузки путем контактного кабеля или действий. Контактных действий требует больших вертикальных прогибов для создания осевой напряженности, которая в состоянии противостоять вертикальных нагрузок. Другой метод состоит в изгибе действий, что потребует значительного увеличения момент потенциал пучка в несколько разделов, но ограничить его общей отклонений.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Прогрессивная коллапс крайняя форма распада, что является несоразмерной происходящих дело. Такие разрушается не только нанести значительный ущерб зданию, но и более гибели людей и возникновения травм. Прогрессирования распада структур могут быть ограничены, если имеются дополнительные преемственность обеспечивается между структурными elements.2, 5 В этой связи исследования сообщили в настоящем документе способствует технической литературы по разработке стратегии чтобы обеспечить преемственность в существующих железобетонных зданий и предоставление данных из семи половины масштабе опытных образцов использовались для расследования использования углепластика для обеспечения преемственности.
МЕТОДИКА
Цель данного исследования заключалась в определении укрепления схема, которая позволила бы пучка с разрывными подкрепление, чтобы выжить потери колонке. В общей сложности семь испытаний были проведены (табл. 1). Потенциала уязвимых здания RC пучков с разрывными арматурную сталь была оценена и по сравнению с ростом потенциала достигается за счет использования углепластика (рассчитан на двойной службы либо с помощью контактного изгиба или действий), а также возможностей существующих пучков с непрерывными укрепления стали.
Образцы дизайна
Испытания были призваны моделировать поведение соседних пролетов одного пучка после удаления столбца noncorner периметру (рис. 1). Опытный образец был разработан представляют собой двойное службы железобетонной балки типичных зданий, построенных в 1970-х. Три футов (0,9 м) участки на концах исследуемого образца были разработаны для имитации поддержки из столбцов и прилегающих пролетов. Поддержки со стороны структуры не включают влияние плиты или колонки выше удалить столбец. Опытный образец, как показано на рис. 2, была 30 футов (9,1 м) в длину и состоит из двух половины масштаба 12 футов (3,6 м) пролетов и дополнительные 3 футов (0,9 м) диапазон с каждой стороны, чтобы обеспечить сдержанность во время тестирования. Опытный образец был crosssectional размеры 6 дюймов (152 мм) в ширину и 12 дюймов (315 мм) глубиной.
Укрепление дизайн разрывными положительным моментом регионов в колонке линии и отрицательный момент в регионе midspans. Пучков были укреплены приблизительно 0,8% продольной области стали, на основе анализа типичных 1970-х годов здание practices.10 положительные и отрицательные моменты стали был разработан в соответствии с МСА 1971 Code.11 укрепления состояли из № 3 и № 4 (0,11 и 0,2 in.2 [71 и 129 мм2]) арматуры. Катофф местах для укрепления были основаны на типичные 1970-х годов здание практики и соблюдать 1971 ACI Code.11 пучка, содержащиеся поперечной арматуры, состоящий из № 3 закрытые стремена с 90-градусной крючки достаточно для предотвращения сдвига провала в пучке в ходе испытаний и обеспечить некоторые заключения вблизи концов пролета. Хотя уровень поперечной арматуры в тестовом образце может быть больше, чем обычные здания 1970-х годов практики, существующих аналогичных пучков могут быть укреплены, чтобы улучшить срез. Колонке окурок в центре пучка представлены остатки удалить столбец.
Незавершенная содержится одно стремя № 3 расположен в 3 дюйма (76 мм) выше, положительный момент бар ..
Свойства материала, из углепластика и бетона определяется путем испытания на купоны углепластика (ASTM D3039), а цилиндры (ASTM C39), а также приведены в таблицах 2 и 3. Расчетная прочность бетона 4000 фунтов на квадратный дюйм (25,6 МПа), на основе расчетной прочности для Оклахома-Сити Мерра Building.12 № 3 и № 4 бара было текучести 63 KSI (434 МПа) и конечной пределом прочности на растяжение 100 KSI (690 МПа).
Испытательная установка
Схема испытания установки показана на рис. 3. Установка была разработана, чтобы моделировать вертикальной, осевые и вращательные сдержанность при условии на концах пучка остальные структуры (при условии, остальные структуры в состоянии обеспечить фиксированные ограничения), а также системы приложить нагрузки для пучка через большие отклонения. Момент и вертикальной сопротивление оказали два навесных поддерживает (петли устранения осевых сдержанность и обеспечить, чтобы осевой сдержанность может быть точно измерена). Осевой сопротивление оказали рамно-связевый каркас с обеих сторон образца. Осевое растягивающее сопротивления была оказана в рамках расширения баров с конца бетонной балки для передачи пластина с резьбой подключен к рамно-связевый каркас, который был привинчен к полу лаборатории (рис. 3). Ограничение нагрузки на сжатие была предоставлена заполнения пробелов в распорки из дерева и металла. Две клетки нагрузки измеряется сжатие и растяжение нагрузок. Пучка была испытана в перевернутом положении для удобства тестирования. Оборудование для испытаний включены три нагрузки клетки (два для осевого растяжения и сжатия, и один на месте удаленного колонке применяются вертикальные нагрузки), пять перемещения преобразователей (на каждом конце света и каждый погрузки), а также многочисленные деформации датчики на арматуры и углепластика ..
Дизайн равномерной нагрузки на пучок представляет собой максимальную нагрузку, что будут разрешены в рамках ACI 318-71 на размеры и армирование макета в пучке. Дизайн равномерной нагрузки на полномасштабное прототипа (1,4 DL 1,7 LL) составил 3,9 кип / фут (57 кН / м), которая представляет собой мертвый груз от Предполагается, 7 дюймов (112 мм) толщиной RC плиты и временная нагрузка от 100 фунтов/фут2 (4,7 кН/м2). Равномерной нагрузке 1,7 кип / фут (25 кН / м) на половину масштаба луч представляет собой 2 раза мертвым грузом плюс 25% живут нагрузки как это было рекомендовано в 2003 году руководящих принципов для представления GSA прогрессирующее обрушение conditions.1 три точечные нагрузки расположенных на расстоянии 6 футов (1,8 м) применяются для представления практически равномерной нагрузки настоящее время в прототипе структуры. Нагрузка 10 кип (45 кН) в месте погрузки представляет полный равномерной нагрузки рекомендовал руководящие принципы для представления GSA прогрессирующее обрушение conditions.1 мертвой и живой нагрузки дизайн включать собственный вес и нагрузки на притоке области плиты. Загружать данные сообщили в перевернутом испытательные образцы, однако, не учитывается собственный вес пучка (пучка собственный вес = 0,07 К / м [1 кН / м] или 4% от 10 кип (45 кН) точки нагрузки) ..
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ
В общей сложности семь пучков были построены и испытаны для оценки способности углепластика чтобы обеспечить преемственность. Результаты испытаний образцов семь приведены в таблице 4 и ниже.
Нет непрерывное укрепление
Образцы NR-2 не укрепила и продемонстрировал способность пучка без непрерывного подкрепления. Образца достиг 23% от требуемой нагрузки для прогрессивного сопротивления распада (10 кип [45 кН] в месте погрузки), когда петли развитых по обе стороны от колонны и на концах отрицательного подкрепления момент (рис. 4). После петли развитых, нагрузка упала примерно до 10% от требуемой нагрузки и оставался на этом уровне как деформации возрастает (рис. 5). Потому что подкрепление не перешли напряженности стороны петель местах, трещины продолжают открывать широко и луч отклоняется, как механизм, состоящий из жестких блоков, которые соединены в один слой арматуры. Вращения жестких блоков созданы осевого сжатия до прогибов составила около 17 дюйма (430 мм) по месту нахождения удалить столбец (смещение 5% от длины пролета) (рис. 5 и 6). Затем высокие прогибов пострадавших контактного (или кабель) действий, в результате чего осевые напряжения и увеличение вертикальной несущей способности балки.
Контактного напряжения было принято положительным моментом стали вблизи концов пучка, а затем перевели в стременах, чтобы отрицательные моменты стали в столбце строки. Максимальной вертикальной нагрузке 52% от нагрузки, необходимой противостоять прогрессирующее обрушение; кип 14,6 (64,9 кН) была измерена в осевом растяжении и 24,6 дюйма (625 мм) перемещения измерялась по месту нахождения удалить столбец. Тест был остановлен на данный момент из-за перекосов в тестовой системе из-за больших перемещений. Перевозимого груза через цепной действий почти в два раза нагрузки достигнуто до петли сформирована, но еще меньше, чем планировалось, чтобы противостоять прогрессирующее обрушение ..
В дизайне света, дополнительных возможностей, была представлена в поперечной арматуры (№ 3 на стременах 5 дюймов [127 мм] расстояние с 90-градусной крючков) за счет расширения вопросов (наименьший размер деформированной арматуры доступны не было . 3). Если конструкция стремена были корректно масштабируются, они, возможно, не смогли перенести контактной нагрузки напряжение с положительного на отрицательное подкрепление момент. Кроме того, конструкция из стремян для испытания образца предотвратить хрупкого разрушения сдвига, которые могут быть причиной прогрессирующее обрушение в фактической структуры.
Второй тест также продемонстрировали способность света с никакой преемственности для достижения контактного действия. Этот тест пришла после разрушения углепластика с образцами ПМ-2 (см. следующий раздел), привело к потере преемственности через положительное подкрепление момент. После углепластика сломана, образец вел себя так же, как образца NR-2, с широкими трещинами по обе стороны от колонны и на концах стали отрицательным моментом. В связи с изменениями на испытательной установке, образец удалось достичь высшего нагрузки и перемещения, чем NR-2. Образца в конечном итоге достиг 73% от требуемой нагрузки противостоять прогрессирующее обрушение с 24,3 кип (108 кН) в осевом растяжении и 28,9 дюйма (734 мм) смещения (рис. 5 и 7).
Из-за высокой осевой напряженности на предельный прогиб, записанных напряжений в арматурный прокат выходят за рамки доходности вдоль большей части длины балки. Одним из исключений было вблизи концов разрывными положительный момент стали у колонны линии, что свидетельствует о напряженности контактной силы были переданы через стремена негативным моментом стали. Наибольшее напряжение, 0,0085, был записан в середине пролета пучка, где все силы контактного напряжения везли через положительное подкрепление момент.
Хотя ПМ-2 удалось достичь высшего нагрузки и перемещения, чем NR-2, пиковая нагрузка по-прежнему меньше, чем суммы, рекомендованной принципов GSA, чтобы выдержать прогрессирующее обрушение. Если взносы от плиты силы и верхних слоев истории были добавлены пучка, возможно, достиг высшей нагрузки. Таким образом, пучки с разрывными подкрепление может развиваться достаточно сил прогрессивного ситуации краха, если поперечное армирование способна передавать напряжение сил с положительным моментом стало отрицательным моментом стали и если дополнительные силы из плиты и верхние этажи могут быть реализованы. Наконец, даже если света не может потерпеть крах, отклонения могут быть большим (10% от двойной длины пролета) и осевой напряженности, возникшей в контактных действий необходимо будет сопротивление со стороны остальных структуры.
Позитивные момент укрепления
Цель укрепления положительного момента заключалась в обеспечении непрерывности положительное подкрепление момент через колонку. Дизайн укрепление схем можно увидеть на рис. 8. Углепластика при условии непрерывности через две № 3 арматуры, что распространяется только 3 дюйма (76 мм) в колонку. Чтобы обеспечить некоторые пластичности, укрепления был разработан таким образом, что движущиеся будет контролироваться уступая в арматурный прокат, а не разрушения углепластика. Углепластика была привязана к конкретным использованием волоконно якорей. Якоря были изучены в ранней стадии этого исследовательского проекта и позволит использовать весь потенциал углепластика растяжение без необходимости хорошего склеивания FRP к конкретному. Более подробную информацию можно найти в рекомендациях 13 и 14. Якоря состояла из двух рядов якорей с площадью поперечного сечения каждой строки равна 1,33 раза площадь поперечного сечения продольной листа.
Для образца PM-1, 7 дюйма (180 мм) шириной листа ткани углепластика была прикреплена вдоль пучка, 9-1/2 дюйма (240 мм) шириной листа продлен до колонки, и 4,75 дюйма (120 мм), широкие полосы углепластика были использованы два якоря в каждой строке (рис. 8). Для обеспечения непрерывности углепластика через колонку, дыра была пробурена через колонку, а лист углепластика вытащили через то веером в верхней части балки на обе стороны (рис. 9). Переход рампы с 1 до 4 склона также применяются. В последней строке якоря был помещен на расстоянии 22 дюйма (560 мм) из колонки лицо, точка, после 14 дюймов (360 мм) длина развития № 3 арматурного проката для обеспечения полного перевода войск из углепластика для усиления.
При испытаниях образцов PM-1, петли начал формироваться на концах листов углепластика и концы отрицательного подкрепления момент у испытания опор. В конце концов, № 3 положительный момент барах дали, а затем перелом на месте только после окончания листы углепластика на 55% от требуемой нагрузки и перемещения 10 дюймов (254 мм) (рис. 10). Используя уравнения разработан Корли, 15 раздела только после окончания листы углепластика должны вращательных потенциала 0,098 рад. Разработать контактного (или кабель) действий (нашли начинать перемещению приблизительно 18 дюймов [460 мм] в большинстве тестов), вращения 0,13 радиан потребуется. В соответствии с выводами по Regan16 и Сасанидов и Sagirgoglu, 17 бар перелом может произойти до развития контактного действия, и света не только потребности прочность на растяжение, но он также должен иметь достаточную пластичность для достижения контактного действия.
После разрушения арматурного проката, нагрузка упала, и пучок в конечном итоге пошли в контактной действие, аналогичное образца NR-2, но с петлями на конце листа углепластика, а не на колонке. Тест был остановлен на 24 дюйма (610 мм) смещения при вертикальной нагрузке баранов стали неправильно из-за избыточного вращения центральной колонки.
Для образца ПМ-2, лист углепластика был продлен до разработки дополнительных положительных № 4 бар момент. 12 дюймов (305 мм) шириной листа ткани углепластика была прикреплена вдоль пучка, 15,5 дюйма (394 мм) шириной листа продлен до колонки, и 7,75 дюйма (197 мм) в ширину полос углепластика были использованы две якоря в каждой строке (рис. 8). Три ряда якорей были использованы вместо двух в связи с увеличением длины листа углепластика.
Как образца ПМ-2 был загружен, петли начал формироваться на концах листов углепластика. На 60% от требуемой нагрузки, лист углепластика перелом в конце перехода склона. Штамм чтении в арматурного проката по 0,0018 (рядом с выходом измеряется штамм 0,002) на 66 дюйма (1676 мм) из колонки лица указывают, что петля была близка к формированию только после окончания лист углепластика (56 дюйма [1422 мм] из столбца лицо) до разрушения углепластика. Если углепластика не сломана, расчеты показывают, что петля продолжала бы создавать и арматурного проката, возможно, сломана, как и в PM-1, примерно в 68% от требуемой нагрузки.
Углепластика-упрочненного пучков только достигли 55% и 60% нагрузки рекомендовано GSA противостоять прогрессирующее обрушение. Хотя unstrengthened образцов удалось достичь высшего нагрузки (73%), чем положительное укрепление момент (60%), укрепление положительного момента сократили перемещения при максимальной нагрузке около 10 дюймов (254 мм). Основная проблема с положительным моментом является укрепление ограниченные возможности ротации конкретные разделы, которые привели к разрушению арматуры и утраты преемственности до контактного действия могут быть реализованы.
Отрицательный момент укрепления
Цель негативных укрепления момент заключается в обеспечении непрерывности через отрицательный момент арматуры. Применение углепластика для негативных побочных момент светового пучка может позволить сформировать петли от участках ограниченной вращательной пластичностью и может избежать разрушения арматуры. Кроме того, после пучка достигает контактного действия, уступая подкрепления под контактной напряженность может улучшить способность вращательного раздела. Проекты схем углепластика укрепления приведены на рис. 8. Для первого образца (NM-1), количество углепластика был применен на основе разрушения силы две № 4 бара для того, чтобы растяжение потенциала углепластика сможет превышать усиление под контактной действий. 10 дюймов (254 мм), широкий лист (двойной слой 5 дюймов [127 мм] широкого листа) из углепластика была применена в отрицательную сторону момента пучка с якоря, состоящей из 6,75 дюйма (171 мм), широкие полосы в 5 / 8 дюйма (16 мм) диаметра отверстия. Расположение и расстояние между якорями была основана на развитии длины с №
4 бар (19 дюймов [483 мм]), чтобы обеспечить полный переход войск из углепластика для усиления ..
В ходе тестирования, широкий трещина рядом с колонкой незавершенная и № 3 бара вытащил из колонки из-за отсутствия преемственности положительное подкрепление момент через колонку. Образца достигла примерно 40% от требуемой нагрузки, когда петли начали формироваться на опорах. После примерно 17 дюйма (432 мм) перемещения образца пошел в контактных (или кабель) и действий удалось достичь 100% от требуемой нагрузки в 30,6 дюйма (777 мм), перемещения и 32,4 кип (144,1 кН) осевой нагрузки (рис. 5). На пике осевой нагрузки, резьбой, соединяющей конец образца в рамно-связевый каркас раздробленной и испытания были остановлены.
В альтернативной схеме для обеспечения преемственности путем отрицательного подкрепления момент (NM-2), по сути тот же дизайн был использован, но с уменьшенной области углепластика. Сильнее резьбой на конце образца была установлена для предотвращения сбоев в тестовой системе. По этой схеме, количество углепластика был применен скорректированы с учетом формирования петли вблизи поддерживает, которые будут ограничивать данный момент в конце листа углепластика, поэтому ширина углепластика лист 6 дюймов (152 мм) была использована. Якоря, состоящий из 4 дюйма (102 мм) шириной полосы в 1 / 2 дюйма (13 мм) диаметр отверстия на якоре лист углепластика. Расположение и расстояние между якорями так же, как для образцов ЯМ-1. Общая площадь углепластика применяется для NM-2 был 12 ft2 (1,1 м2) по сравнению с 16 ft2 (1,5 м2) на NM-1.
Образца осуществляется практически одинаково с NM-1, и удалось достичь 108% от требуемой нагрузки в 32,3 дюйма (817 мм), перемещения и 36,6 кип (162,8 кН) осевые напряжения (рис. 5). На 36,6 кип (162,7 кН) осевого напряжения, углепластика перелом (рис. 11). Углепластика удалось достичь по крайней мере 90% ее потенциала деформации, подтверждающие дизайна волокна якоря разработанных в ходе крепления tests.13, 14
Вертикальной увеличение нагрузки от 40% до 100% от требуемой нагрузки примерно через 17 дюйма (430 мм) перемещения до конца испытаний является результатом развития цепной действий в пучке. Штаммы оцениваются по максимальной нагрузки и прогиба в положительных и отрицательных баров момент были намного выше доходности. В пик вертикальной нагрузки, трещины присутствовали во всей глубине бетонная балка. Что приносит в положительном и отрицательном моменте подкрепление под контактного действия, то это вряд ли пучок будет в состоянии поддерживать дополнительные вертикальные нагрузки без существенных отклонений. На рис. 5 и 6, уступая подкрепления могут быть основанием для выравнивания вертикальных и осевых перемещений loadversus кривых в конце испытания образцов NM-1 и NM-2.
Укрепление отрицательную область момент удалось достичь требуемой нагрузкой противостоять прогрессирующее обрушение, заставляя шарнирное крепление происходит в местах больших вращательных пластичность и имела возможность использовать гораздо меньше углепластика материала. Прогибов по месту нахождения удалить столбец, однако, значительный (11% от двойной длины пролета), указав, что в то время как укрепление отрицательную область момент может быть в состоянии ограничить прогрессирующее обрушение, здание будет нанесен серьезный ущерб.
Прочность укрепления
Прочность укрепление двойной луч пролетом исследованы в качестве средства ограничения отклонения луча. Ограниченная прогибов важны при высших целей исполнения требуют структуры остаются работоспособными после ненормального нагрузки. Дизайн углепластика для изгибных укрепления требует проведения многочисленных слоев листы углепластика и ряды якоря почти в два раза момент потенциал некоторых участках (рис. 8). Общая площадь углепластика, примененные на этом пучка 54 ft2 (5 м2), или в 4,5 раза сумму, необходимую для СС-2.
Образцы FR-1 удалось достичь 109% от требуемой нагрузки всего в 6 дюймов (152 мм) отклонения (рис. 12). На этом уровне, якоря в конце положительный момент углепластика лист трещину. (Якоря на этом месте были разработаны лишь для 6 дюймов [152 мм] широкий лист, а не 10 дюймов [254 мм] стороне листа, которая была использована.) После якоря перелом, вертикальная нагрузка вновь возрос до 94% на 9 дюймов (228 мм) перемещения, когда отрицательный момент углепластика лист трещину. На данный момент, нарушение сцепления присутствовал на протяжении большей части листа углепластика.
Изгибных схема укрепления удалось добиться требуемой нагрузкой противостоять прогрессирующее обрушение на низком уровне, перемещения, однако требует гораздо большего количества углепластика.
Непрерывное укрепление
В последнее испытание, CR-1 считается пучка был разработан для более ACI 318-05 главе 7 руководящих принципов для непрерывного reinforcement.18 дизайн для пучка содержал 18 дюйма (457 мм) от сращивания № 3 барах столбце и в midspans (рис. 13). Сумму, превышающую ACI 318-05 требуемой непрерывности стали nonseismically предназначен кадров момент не было. Одна половина положительный момент стали (два бара № 3) был непрерывным через колонку, в то время ACI требует 1 / 4 подкрепления быть непрерывным. Одна четвертая часть негативных момента стали (одна № 3 бар) был непрерывным по midspans пучка; ACI требует 1 / 6, быть непрерывным.
Пучка достигла 50% от требуемой нагрузки, когда образуются петли рядом с колонкой незавершенная. На 10,5 дюйма (267 мм) перемещения, положительные баров момент дала трещину. Как и PM-1, арматура перелом в связи с высоким спросом вращения этого раздела. Неудача в ТЧ-1 и CR-1 показывают, что в разделе не хватает вращательных потенциала для достижения отклонения, при которых цепная (или кабель) действий в силу.
Грузом, то упала на 30% и продолжает расти к перемещению до 16 дюймов (406 мм) смещение было достигнуто и отрицательные баров момент перелом на месте сразу за концы дополнительных № 4 бара. Для секций в поддержку петля на 420 кип в. (47,4 кН-м) (как в СС-1, Н. М.-2), в разделе как раз за № 4 бара необходимо разработать момент 200 кип в. (22,6 кН-м). Потенциала один раздел с № 3 бар только 92 койка в. (10,4 кН-м). Если площадь укрепление было больше (0,32 in.2 [206,5 мм2]), чтобы сформировать петли на поддержку, укрепление не будет сломана, а образец может быть достигнуто цепной поведение аналогично NM-1 или NM-2 . Чтобы достичь желаемого нагрузки противостоять прогрессивных условиях краха, однако, напряженности потенциала арматура должна быть примерно 30 кип (133 кН) (см. Образцы NM-2, которые имеют емкость от 30 углепластика кип [133 кН] ). Если упрочнения рассчитана на сталь с численностью 100 KSI (690 МПа), только 0,32 in.2 (206,5 мм2) потребуется, что соответствует немногим более половины отрицательного подкрепления момент непрерывен (1 / 4 была представлена 1 / 6 требуется МСА 318-05).
Результаты CR-1 показывают, что, хотя пучков с непрерывными укрепление выполнить лучше, чем без, а только несли тяжесть нагрузки, или примерно 50% от суммы, необходимой в рассмотрении положения прогрессивных условиях краха. Увеличение суммы непрерывного отрицательного подкрепления момент может привести к поведению похожа на NM-2.
Дальнейших исследований
Проведение этих исследований было предположить, что для достижения статической нагрузке соответствует 2 (DL 0,25 LL) было достаточно, чтобы противостоять прогрессирующее обрушение, как описано в GSA guidelines.1 статический уровень нагрузки может и не соответствуют реальным прогрессивным предотвращения краха и более глубокое понимание конструкции требованиям, необходимым для противостоять прогрессирующее обрушение не требуется. Кроме того, будущие испытания для оценки контактного кабеля или действий по созданию железобетонных элементов должны быть проведены, и эффект цепной силы натяжения на остальной структура должна быть оценена. Понимание такого поведения является важным для определения способности здания ограничить прогрессирующее обрушение. Дополнительные методы для обеспечения непрерывности в существующих зданиях, также должны быть исследованы.
ВЫВОДЫ
Было установлено, что стратегии обеспечения непрерывности арматуры в бетонной балки использованием углепластика может быть успешным, но может быть или не быть достаточно ограничиться прогрессирующее обрушение. Кроме того, преемственность стали необходимы в текущем ACI положения Кодекса, не может быть достаточно ограничиться прогрессирующее обрушение.
* Балки без постоянного укрепления удалось достичь 73% от нагрузки, необходимой на 2003 GSA, если положения контактного (или кабель) действие развивается. Силу путь, используемый поперечной арматуры для передачи напряжения сил от положительного к отрицательным моментом стали. Такие пучки могут выжить прогрессивных ситуации краха, если некоторые дополнительные силы можно получить у плиты или верхних этажа колонки. Отклонения, однако, может быть порядка 10% от двойной длины пролета.
* Углепластика листы используются для обеспечения непрерывности положительное подкрепление момент, а 55% и 60% от требуемой нагрузки GSA достигнуто не было. Однако ограниченные возможности ротации положительный момент разделы привести к разрушению арматуры. Таким образом, обеспечивая преемственность путем положительного подкрепления момент не может привести к улучшению прогрессивных сопротивление рухнет, если луч не имеет достаточных вращательной вязкости достичь контактного действия.
* Углепластика листы используются для обеспечения непрерывности отрицательного подкрепления момент, и 108% от требуемой нагрузки GSA достигнуто не было. Улучшение поведения в связи с развитием петли на более пластичного разделы, что приведет к улучшению вращательной вязкости, что позволило достичь пучка контактного кабеля или действий. Отклонения при пиковой нагрузке, однако, 11% от двойной длины пролета.
* Углепластика листы, были использованы для улучшения прочности при изгибе балки, а также 109% от требуемой нагрузки GSA достигнуто не было. Прогибы были ограничены лишь 2% от двойной длины пролета и может удовлетворить более высокую производительность цели. Изгибных укрепление, однако, требовала 4,5 раза больше, чем углепластика обеспечения непрерывности отрицательного подкрепления момент.
* Пучков с непрерывными подкрепление (превышение требований МСА 318) были в состоянии нести груз тяжести или 50% от требуемой нагрузки GSA. В этом случае лучи не могут достичь контактного действия до арматуры разрушения из-за ограниченного вращательной вязкости. Увеличивая количество непрерывного отрицательного подкрепления момент (примерно половину отрицательного подкрепления момент поддержка), поведение аналогично достигается путем предоставления непрерывности отрицательного подкрепления момент листами углепластика могут быть достигнуты.
Авторы
Финансирование от Национального научного фонда для данного исследования является благодарностью. Композиционные материалы были щедро пожертвовал на Файф сотрудничества LLC. Все исследования были проведены в Университете штата Техас в Остине Ferguson зданий и сооружений лаборатории (FSEL) и многое выражаем признательность всем сотрудникам и сотрудникам FSEL, особенно И. Кима, который участвовал в строительстве и испытания образцов.
Ссылки
1. Управление служб общего назначения (GSA), "Прогрессивные Свернуть Анализ и проектирование Руководства" Администрация общих служб июня 2003 года.
2. Национальный институт стандартов и технологий (NIST), "Best Practices для снижения возможного для прогрессирующее обрушение в зданиях", NISTIR 7396, февраль 2007, 194 с.
3. Министерство обороны (DOD), "Проектирование зданий противостоять прогрессирующее обрушение," Единый Критерии и оборудование (UFC) 4-023-03, сентябрь 2004.
4. Руфь, P.; Маршан, KA; и Вильямсон Б., "Статическая эквивалентности в прогрессирующее обрушение альтернативный анализ Путь: Снижение консерватизм Хотя переподготовки структурную целостность," Журнал Выполнение сооружений, V. 20, № 4, 2006, стр. . 349-364.
5. Брин, JE, "Краткий отчет Research Workshop на прогрессирующее обрушение строительных конструкций", Austin, TX, ноябрь 1975, 97 с.
6. Корли, GW, "Уроки по повышению сопротивления зданий на террористические акты," Журнал Выполнение сооружений, май 2004, с. 68-78.
7. Мартин Р., Делатт, NJ, "Другой взгляд на L'Ambiance Свернуть Plaza," Журнал Выполнение сооружений, V. 14, № 4, ноябрь 2000, с. 160-165.
8. Млакар, PF; Дасенберри, DO; Харрис, JR; Haynes, GA; Phan, LT и Sozen, MA, "Спектакль Пентагона Строительство доклад" Американское общество гражданских инженеров, Рестон, В. А., 2003, 59 с.
9. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-99) и Комментарии (318R-99)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1999, 391 с.
10. ACI Комитет 315, "Руководство по стандартной практики детали железобетонных конструкций (315-74)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1974.
11. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к железобетона (318-71)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1971, 78 с.
12. Sozen, MA; Торнтон, CH; Корли, РГ и Млакар, PF, "взрыва в Оклахома-Сити: Структура и механизмы Мерра строительство" Журнал исполнения построенных объектов, V. 12, № 3, 1998, стр. . 120-136.
13. Ортон, SL, "Развитие системы углепластика, чтобы обеспечить преемственность в существующих железобетонных зданий Уязвимости прогрессирующее обрушение", диссертация, Техасский университет в Остине, Austin, TX, 2007, 363 с.
14. Ортон, SL; Jirsa, JO, и Байрак О., "Использование углепластика обеспечивать преемственность в железобетонных зданиях Уязвимости прогрессирующее обрушение", 8-й Международный симпозиум по армированного волокном полимера (FRP) Арматура железобетонных конструкций, Патры, Греция, Июль 2007.
15. Корли, GW, "Вращательный Пропускная способность железобетонных балок," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 92, № ST5, октябрь 1966, с. 121-146.
16. Риган, PE, "контактных действий в поврежденных железобетонных конструкций," Индустриализация в бетоне строительство, SP-48, американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 1975, с. 191-225.
17. Сасанидов М., Sagirgoglu С., прогрессирующее обрушение железобетонных конструкций: лежащие в перспективе ", ACI Структурные Journal, V. 105, № 1, январь-февраль 2008, с. 96-103.
18. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-05) и Комментарии (318R-05)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2005, 430 с.
Входящие в состав МСА Сара Ортон является профессором в Университете Миссури Колумбия, Колумбия, Миссури. Она получила бакалавра и доктора философии в Университете Техаса в Остине, Austin, TX, и степень магистра в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, Урбана, Иллинойс. Она является членом комитетов МСА 369, сейсмическая ремонту и реконструкции, а 440, армированного волокном полимерные усиление. Ее исследовательские интересы включают укрепление структурных, экстремальных явлений на структурах, и инновационные материалы.
ACI почетный член Джеймс О. Jirsa проводит Джанет С. Кокрелл столетия кафедра инженерии в Университете штата Техас в Остине. Он Экс-президент МСА и бывший председатель Технического комитета деятельности. Он является членом комитета ACI 318, Железобетона Строительный кодекс, а также конкретные научно-исследовательского совета.
Входящие в состав МСА Огузханского Байрак является адъюнкт-профессором в Университете штата Техас в Остине и член Клайд Е. профессора Ли наделена. Он является членом комитетов МСА 341, сейсмостойкость железобетонных мостов; E803, факультет сети Координационного комитета и совместных ACI-441 ASCE комитетов, железобетонные колонны, и 445, сдвига и кручения.