Детализация пластических шарниров в сейсмических Дизайн бетонных конструкций. Документ Rajesh П. Дхакал и Ричард C. Фенуик / авторов ЗАКРЫТИЕ
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
Обсуждение Abdelsamie Elmenshawi
Входящие в состав МСА, доктор наук, Инженер, Касьян Дейка
Пластичность является важнейшим фактором для структур, чтобы рассеять землетрясения вызванного энергии, однако большинство сейсмических коды лечить субъективно. Дизайн для достижения целевых пластичности вызов, и не простой процесс. Это происходит потому, пластичность, зависит от нескольких факторов, связанных со структурами и сейсмических событий, в которых имеется бесконечное количество неопределенности. Кроме того, слово "пластичности" само по себе не имеет общего определения и оценки среди исследователей и дизайну кодов. Таким образом, discusser оценивает работу, проделанную авторами и хотел бы прокомментировать некоторые вопросы:
1. Пластического шарнира длины, используемые в исследованиях для пучка столбцов элементов будет недооценивать способность вращательного потому пластического шарнира длина может достигать значения Н (общая глубина секция) .31,32 Для пучков, длина ч / 2 может быть рассмотрел снизу значение, а длина ч может быть достигнута, если сдвига спрос высок.
2. Исследований используются такие термины, деформации материала и кривизны пределы выявить тот же смысл. Они должны зависеть друг от друга, но это относится только для теоретического анализа и / или может быть для элементов при однонаправленной нагрузки. Поскольку традиционные предположения о линейной деформации распределения не может претендовать на обратном пластический шарнир, деформации материала и кривизны ограничения могут искажать друг с другом. Материал пределах деформации должны быть ограничены, составляющих материалы: бетон и сталь. Например, секции предполагается, номинально не удалось, если конкретный предел деформации достигается (например, ACI 318-0833 предполагает 0,003). Отказ может быть возбуждено, если усиление достигает предела до деформации concrete34 (например, МЧС 27335 пределах напряжения в подкрепление 0,05). На каждого значения этих пределов другое значение кривизны может быть определена теоретически из секционных анализа. Таким образом, discusser хотел бы предложить использовать термин "ограничение кривизны", чем "материальный предел деформации.".
3. Потому что максимальная кривизна была оценена как [прямая фи] ^ югу макс = K ^ Sub D ^ К ^ у ^ к югу [прямой фи] ^ у ^ к югу, то произведение к югу ^ D ^ ^ к югу у ^ представляет Значение полезной кривизны пластичности Значение кривизны пластичности сечения пучка не может достичь 17,5 (например, пластичного поведения; е ^ к югу у ^
4. Максимальной кривизны можно оценить, зная максимальный пластиковых вращения, что одна часть может испытать, как это показано в уравнении. (3). Для пучков в минуту сопротивление рамки, максимальное вращение пластик (как аккорд угол) составляет около 0,02 рад, 35,39 и кривизны в первый выход, как вычисляется по формуле. (6), максимальная кривизна
... (9)
Для текучести е ^ к югу у = 400 МПа (58 KSI), пучка опыт
... (10)
Таким образом, максимальная кривизна зависит от размера и соответствует определению кривизны. Для сравнения между уравнения. (10) и научных исследований, раздел с Н = 500 мм (20 дюймов), а / к югу ^ у ^ = 400 МПа (58 КСИ), как предполагается. Максимальной кривизны, в соответствии с формулой. (10), является 0,088 рад / м (3,465 рад / в.) И максимальной кривизны для пластичного света в соответствии с авторами, 17,5 .), что очень большое значение, которое discusser сомнения было достигнуто за счет действующих правил дизайна. Крекинга поведения и пересекающихся трещин в балке петли будет ограничить достижение высокой кривизной. В общем, максимальная кривизна зависит от соотношения чистого растяжения арматуры, поперечной отношение подкрепление, и сдвиг соотношения индекса (V ^ к югу и ^ / [квадратный корень из F] '^ с ^ к югу) 35 исследованных образцов в авторы высоких сдвиговых службы углубленного соотношение (нижняя сдвига спроса), так что влияние сдвига не существует, так как авторы упоминали.
5. Потому что авторы использовали экспериментальные значения из-за измерений аккорд вращения, деформации сдвига будет способствовать перемещению и, следовательно, влиять на максимальную кривизну, а авторы обсуждали. До максимальной силы, наличие сдвига распространяется длина доходности регионов, в результате чего, из-за кривизны изгиба деформация должна быть меньше, чем измеренная от хорды вращений. Разница между максимальной кривизны из-за деформации изгиба только, однако, что из-за вращения аккорд, составляет около 15%, которые могут быть практически приемлемым для neglect.32 Таким образом, уравнение. (3), которая изначально основана на относительной пластиковых оборотов, может быть продлен до включать повороты аккорд пластиковых до максимальной прочности. Значение сдвига на пост-конечной стадии выше, и не может пренебречь. В размягчения, экспериментальных измерений кривизны раздел из-за изгибных деформаций может быть сложным вопросом. Таким образом, использование кривизны предел соответствует пределу прочности может быть правильное решение на данном этапе ..
6. Хотя уравнение. (1) и (2) предложить разница между необходимыми поворотами пластика для балок и колонн, исследований не проводит различия между необходимой пластичности пластического шарнира в пучке, и что в столбце (табл. 3), который может быть неправильным из-за значения сдвига в пучки и осевые нагрузки в колонках.
7. Усиление является источником пластичности в железобетонных элементов. Таким образом, замена потенциала элемента сжато-изогнутого стержня зависит от укрепления postyield характеристики при циклической нагрузке (например, эффект Баушингера). Таким образом, усиление необходимо рассматривать в качестве простого инструмента оценки пластичности.
Ссылки
31. Пэ, S., и Байрак О., "Пластик Длина петли железобетонных колонн," Структурные ACI Journal, V. 105, № 3, май-июнь 2008, с. 290-300.
32. Elmenshawi, A., "пластичность сверхвысокой прочности бетона на изгиб элементов, подвергнутых сейсмических сдвига", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Калгари, Калгари, провинция Альберта, Канада, 2008, 360 с.
33. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-08) и Комментарии (318R-08)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2008, 465 с.
34. Panagiotakos, туберкулезом и Fardis, MN, "Деформации железобетонных членов на урожайность и Ultimate," Структурные ACI Journal, В. 98, № 2, март-апрель 2001, с. 135-148.
35. МЧС 273 ", NEHRP Руководящие принципы для сейсмических реабилитации зданий и сооружений", по сейсмобезопасности строительства, Вашингтон, DC, 1997.
36. Elmenshawi А., Браун, T., "Определение параметров, влияющих на пластичность железобетонных балок", 1-я Международная конференция Структурные специальности, СБСЕ, Калгари, провинция Альберта, Канада, 2006, с. ST-009-1: 10.
37. Парк Р., Ruitong Д., "пластичность дважды железобетонных Sections Beam," Структурные ACI Journal, В. 85, № 2, март-апрель 1988, с. 217-225.
38. Сакаи, К., и Шейх, SA: "Что мы знаем о конфайнмента в железобетонных колонн? (Критический обзор предыдущей работы и положения Кодекса)," Структурные ACI Journal, В. 86, № 2, март - Апрель 1989, с. 192-207.
39. Ichinose, T., "Дизайн Shear уравнения для пластичных R / Члены C", сейсмостойкого строительства
Авторов ЗАКРЫТИЕ
Авторы хотели бы поблагодарить discusser за его интерес к работе. Ниже приводятся ответы авторов на вопросы, поднятые discusser:
1. Discusser спутал понятие эффективной длины пластического шарнира "с термином" пластичного подробно длину ". Как указано в документе, эффективного пластического шарнира длины используется для определения номинальной кривизны максимум в пластическом шарнире, а пластичного подробно длина длина, на которой может принести укрепление, сопровождаться конкретными дробления, и именно это расстояние, в которой вязкий подробно не требуется. Tests8 показали, что в зоне пластического шарнира, усиление штаммов изменяться примерно линейно от максимального значения в критическом сечении пластического шарнира к выходу деформации при низких конце момента, как показано на рис. 4 и 5. Потенциальные возможности вращения пластических шарниров, как правило, рассчитывается на основе единой максимальной кривизны, действующее на эквивалентные (эффективные) пластического шарнира длины, 7,40,41, который принимается как половина длины пластичного подробно для получения той же пластиковой ротации, с линейно распределенных фактического профиля деформации арматуры. Хотя многие факторы влияют на расстояние, на котором усиление дает для тонких лучей, как правило, ближе к глубине пучка, ч.
Таким образом, эффективное пластического шарнира длина, как правило, по заказу ч / 2 для балок. Для колонны подвергались заметным осевой нагрузки, пластичных длина подробным может быть значительно больше, чем час, однако, как предполагается, эффективного пластического шарнира длины (то есть, л ^ к югу р = Л / 2) используется как в создании номинальной кривизны , которые будут использоваться в качестве индикатора состояния деформаций в пластическом шарнире и при расчете предельной кривизны от результатов испытаний, никакой разницы между предполагаемой и фактической длины пластичного подробно будет несущественным ..
2. Термин "материал штамм" используется, как указано в документе, должны соответствовать Землетрясение Действия Standard (NZS 1170,5), 1, который используется в сочетании с различными стандартами на материалы для бетона, стали, дерева и алюминия. Как указано в довольно подробно в статье, трудно вычислить арматуры и бетона деформаций в пластическом шарнире зон, а также такие расчеты, безусловно, подходит для практического дизайна. Как discusser упомянул, а также о чем говорится в документе (см. рис. 5 и связанные с текстом), в предположении, что плоскость сечения остаются плоскими не применяется для изменения пластических шарниров. Кроме того, о чем говорится в статье, многие tests10 пучка показали, что пластиковые петли подвергаются положительные и отрицательные неупругих поворотов удлиненное. Удлинение пластических шарниров не позволяет трещин в зоне сжатия, образующихся при предыдущих циклов нагружения, чтобы закрыть и причины деформаций в зоне компрессии для растяжении. Кроме того, есть дополнительные сложности деформации сдвига в пластических деформаций, что, как отмечалось в документе, может быть весьма заметной, а не просто вычислить.
В настоящее время конкретные Новой Зеландии code3 определяет пределы деформации материала для номинально пластичного пластические шарниры и кривизна пределы пластичности для пластичных и пластичных ограниченной пластических шарниров (см. таблицу 3). Для номинально пластичного пластические шарниры, ограничивая бетона и арматуры штаммов предоставляются, как эти зоны разрешен только для поддержания очень ограниченный неупругие деформации, и мало неупругих циклического нагружения, вероятно, произойдет в них. Как отмечается в документе, однако, конкретные и членов укрепление пластичного может выдержать большие деформации, которые трудно быть надлежащим образом назначены по двум причинам: ограничение деформации уровней в зависимости от уровня заключения, и сдержанность в отношении потери устойчивости, а также реалистичные штаммов не может быть вычислен, если реалистичных учете влияния деформации сдвига и относительного удлинения в пластиковых петель. По этим причинам, номинальная пределы кривизны были созданы из экспериментальных результатов для пластичных и пластичных ограниченной пластические шарниры.
3. Несмотря на возражения discusser, авторы утверждают, что кривизна пластичности (как объясняется в бумажном носителе) является 17,5 соответствующие предельным нагрузкам. Этот уровень кривизны была превышена в большинстве тестов, вязко пластиковые петли. Discusser показывает, что кривизна предел 5 уместно, и он справочниках 10 tests32 пучка, что он проводится. Авторы изучили эти результаты тестирования и они не согласны с выводами discusser сделал из них. Прежде чем рассматривать эти результаты тестирования, следует отметить, что кривизна пределы, указанные в документе, были предложены для использования в Нью-Standard3 Зеландии бетона и, следовательно, должны применяться только к пластиковой петли удовлетворяющих подробные требования этого стандарта. Среди положений Standard3 Новой Зеландии для изменения пластических шарниров, следующие имеют отношение к деталям, используемых в 10 пучков проверен discusser: 32
* Ограничение максимального на прочность бетона 100 МПа (14503 фунтов на квадратный дюйм), если не большее значение оправдано рецензируемых исследования. Таким образом, где большие бетон используется значение 100 МПа (14503 фунтов на квадратный дюйм) предполагается в расчетах;
* Максимально допустимое расстояние между хомутами в изменении пластиковые петли ограничена меньшее шесть раз превышает диаметр продольного стержня, или 1 / 4 от эффективной глубины пучка;
* Если касательное напряжение превышает предельный уровень 0,25 (2 г) [квадратный корень из F] '^ с ^ к югу, диагональ усиление требуется для предотвращения деградации в силу из-за скольжения сдвига (г -1,0 за равный вверх и вниз ножницы);
* Минимальный отношение продольной арматуры сжатия totension в пучке не может быть меньше, чем в 0,5 пластичный и 0,38 в ограниченных районах пластичного пластика, и
* Усиление соблюдает соответствующие комбинированного Австралии / Новой Зеландии стандарта.
Из 10 пучков ссылается discusser, 32 четыре были сильные в диапазоне от 150 до 175 МПа (21755 в 25381 фунтов на квадратный дюйм) и, следовательно, при рассмотрении этих подразделений, прочность бетона был взят 100 МПа (14503 фунтов на квадратный дюйм). Трех пучков содержит три 10 мм (0,394 дюйма) баров на дне и три 20 мм (0,787 дюйма) баров на вершине, что приводит к нижней до верхней отношение укрепление области 0,25, что не согласуется с обоими Новой Зеландии и ACI структурных кодов. Кроме того, в промежутках между стремена в этих пучков соответствует 10 раз превышает диаметр продольного стержня (10d ^ югу Ь), а код Новой Зеландии дает предельное значение 6D ^ югу Ь (соответствующие ограничения в МСА 318 является 8D ^ югу Ь). В семи из балок, расстояние между стремена превысил лимит д / 4, а в четыре балки, ограничения на скользящих сдвига был превышен. В один луч, нагрузка-смещение кривых показал, нет сил деградации и, следовательно, предельный кривизны не может быть рассчитан. Продольной арматуры использовались в лучах был высокий потенциал деформационного упрочнения с отношением максимальной силы текучести порядка 1,6.
Несмотря на все эти недостатки, расчеты авторов показали, что кривизна пластичности выдержал испытания на пучках discusser32 и превысил предложенный предел 17,5. Авторы рассчитали предельный кривизны от сообщила прогиба от нагрузки кривые шесть из этих лучей, за исключением четырех пучков, которые вообще не деградации силы, в которых соотношение нижней к верхней области подкрепления 0,25. На основе методологии, применяемой в данном документе, упругих смещений и перемещений достигается максимальная прочность до деградировали до 80% от максимальных касательных были измерены от нагрузки перемещения цифры для каждого теста. Как показано в Таблице 4, средняя предельная кривизны шесть пучков 21,7, при минимальных и максимальных значений, 18 и 26,5, что в свете некачественные подробно разумно в соответствии с ценностями предлагается в документе, и значительно превышает предлагаемых ограничить discusser от 5.
4. Расчет основан на максимальной вращения пластиковых Как видно из таблицы 4, пластиковые ротации пучков проверен discusser, хотя и не удовлетворяющих всем подробные требования для пластичных вспять пластические шарниры, больше, чем 0,04, за исключением одного пучка. Даже для пучков подробным, номинально пластичного петли пластик, пластиковые вращения измеряется в tests42 более чем на 0,02. Авторы были свидетелями гораздо выше, пластиковые вращения поддерживается пластичного вспять пластических шарниров. Если более высокие значения используются для пластиковых вращений в формуле. (3), рассчитывается максимальная кривизна будет в том же диапазоне кривизны пределов, предложенных в документе.
5. Авторы соглашаются, что взнос деформации сдвига может быть значительным, и это был обсужден более подробно в разделе Обсуждение в документе.
6. Discusser не так поняли рамки формулы. (1) и (2). Оба эти уравнения для развивающихся пластических шарниров в пучках, то есть они соответствуют рис. 2 (а). В случаях, когда пластиковые петли развиваться в колонны, пластиковые вращения может быть получен как 2 (б). Даже для пучка пластического шарнира случае, если высота и дрейфует в два этажа считаются равными и L '/ L = Н' / ч для упрощения, сочетая формулы. (1) и (2) также приведет к югу Следовательно, имеющих одинаковую кривизну пластичности пределы пучка и шарниры пластиковые колонки не неправильно.
7. Авторы согласны, что усиление свойства, в частности, влияние на пластичность, понесенные железобетонных элементов. Именно по этой причине различные ограничения предусмотрены три категории пластических шарниров (в частности, вязкий, пластичный ограниченным, и номинально пластичного), которые классифицируются на основе количества и расположения продольной и поперечной арматуры. Кроме того, даже для данного вида пластического шарнира, уступая свойства подкрепления (
Ссылки
40. Парк Р., Paulay, T., железобетонных конструкций, John Wiley
41. Пристли, MJN; Seible, F.; и Кальви, ГМ, сейсмических Дизайн и модернизации мостов, John Wiley
42. Уокер, Ф. и Дхакала, RP, "Оценка Материал Штамм границам для определения Пластиковые регионов в бетонных конструкциях," Вестник Новой Зеландии общества сейсмостойкого строительства, т. 42, № 2, июнь 2009. (В печати)