Эффект увеличения допустимых Прочность на сжатие при передаче предварительного напряжения
Преимущества и недостатки увеличения допустимых сжимающих напряжений на предварительное напряжение передачи, представленные в настоящем документе. Исторический фон допустимых снятие стресса при сжатии, в том числе резюме нескольких исследований, которые исследовали это напряжение ограничения, предоставляется. Простой пример дизайна используется для количественной оценки потенциального производства и дизайна выгоды от увеличения допустимого напряжения. Применимости этих пособий также обсуждается. Наконец, результаты испытаний 36 pretensioned пучков, которые были привлечены к сжатие максимальные напряжения на освобождение от 0.46f ^ ^ к югу CI к югу 0.91f ^ CI ^ 'сообщается и проанализированы. Экспериментальные результаты показывают, что увеличение допустимого снятие стресса при сжатии в середине пролета членов 0.65f ^ ^ к югу CI "или 0.70f ^ югу CI ^ 'это возможно. Преждевременная трещин от изгиба наблюдалось членов подвергаться в середине пролета релиз подчеркивает свыше 0.70f ^ ^ CI югу.
Ключевые слова: сжимающих напряжений; трещин от изгиба; предварительное напряжение передачи.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
В ACI-318-08, 1 допустимых сжимающих напряжений на предварительное напряжение передачи была увеличена с 0.60f ^ ^ к югу CI к югу 0.70f ^ CI ^ 'у концов предварительно напряженных железобетонных членов. В других критических местах, например, в середине пролета или удержание точек, допустимое напряжение еще 0.60f ^ ^ CI к югу. В AASHTO нагрузки и сопротивления фактор Дизайн (LRFD) мост проектной документации, 2 допустимых сжимающих напряжений на выпуск 0.60f ^ ^ к югу ДИ на всех разделах.
Наибольшее напряжение при выпуске может произойти в конце регионах, в середине пролета вблизи или в любой другой раздел pretensioned пучка в зависимости в первую очередь на профиле или нарушение сцепления преднапрягающей прядей. Если бы только прямо, fullybonded нити используются максимальные сжимающие напряжения при выпуске всегда будет в передаче разделе вблизи концов света (рис. 1 (а)). Если какие-то прямые нити debonded, расположение максимального напряжения могут перейти к разделу, где все нити связаны. Если твердили нити используются в сочетании с прямыми прядями, то сжимающих напряжений на удержание точки и вблизи концов пучка могут быть очень похожи (рис. 1 (б)). По сообщению натяжения приложений, в которых нити драпированные, наибольшее напряжение при выпуске может происходить практически на любом участке по длине члена (рис. 1 (с)).
В этой статье выгоды от повышения снятия стресса при сжатии, где максимальное напряжение возникает в любом месте вдоль члена, обсуждаются. Потом, результаты экспериментального исследования исследования проанализированы, в котором отрицательные результаты, увеличивая выпуск напряжение в середине пролета не наблюдалось.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
За последние десять лет, значительное количество исследований и дискуссий были опубликованы, связанные с увеличением допустимой снятие стресса при сжатии. Ни одно из предыдущих исследований, направленных на эффект увеличения допустимой нагрузки на изгиб исполнении члена. Кроме того, мало информации было опубликовано, что количественно потенциальные выгоды от повышения напряжения сжатия при выпуске. Информация из этого исследования помогут кода разработчики не имеют возможности надлежащим весом преимущества и недостатки увеличения этого допустимого напряжения.
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Первый индекс в США положения для предварительно напряженных железобетонных членов были приняты Американской ассоциации государственного дорожного хозяйства и транспорта должностных лиц (AASHTO) в 1961 году и американский институт бетона (ACI) в 1963.3,4 код положения в каждом стандартном были основаны на следующих два документа:? gCriteria для предварительно напряженных железобетонных мостов? ч опубликованные Бюро государственных дорог в 1954 году? gTentative Рекомендации для предварительно напряженного железобетона? ч опубликованные Объединенной ACI-ASCE Комитета 323 в 1958 году (спустя ACI Комитет 423) .5 , 6 В обоих документах, рекомендуется допустимых напряжений при сжатии релиз был 0.60f '^ ^ к югу CI для pretensioned членов и 0.55f ^ ^ к югу CI для пост-натянутой членов. Хотя происхождение этих ценностей не было прямо сказано, две ссылки ссылаются на их развитие. В докладе Е. Erickson, в котором "Критерии для предварительно напряженных железобетонных мостов" спецификация была описана, мнения нескольких "авторитетов" на соответствующие допустимые снятие стресса при сжатии была представлена (табл. 1) .5 Представляется, что значения перечисленных в таблице 1 основаны на исследованиях и опыте каждого человека.
Здесь производства предшествовали разработке рекомендаций и стресс 0.60fci?? уже широко создана в претензиозность промышленности. Нет вредного воздействия было сообщено в отношении прочности и производительности. Только развал оказалось трудно контролировать определенные здания members.8
Таким образом, 0.60f ^ югу предел CI ^ ', по всей вероятности, основанной на общественном обсуждении, экспериментальные исследования и эмпирические практике. Следует отметить, что из предварительно напряженного железобетона в настоящее время осуществляется и исследуется в Европе в течение нескольких десятилетий до разработки рекомендаций США дизайна. Весьма вероятно, что многие характеристики США на основе успешного опыта европейской практики и научных исследований.
Различие между pretensioned и пост-членов натянутый был сброшен в 2007 версии AASHTO LRFD.2 0.60f ^ югу предел CI ^ "остается для всех членов pretensioned AASHTO LRFD 2007.
Различие между pretensioned и пост-натянутой членов не было сделано в МСА 318. Допустимых напряжений при сжатии релиз был 0.60f '^ ^ к югу CI для всех членов с 1963 по 2005. В ACI 318-08, увеличение допустимого напряжения выпуска в компрессию 0.70f '^ ^ к югу ДИ на концах pretensioned членов было approved.1 допустимых напряжений релиз в других критических секций остается 0.60f' ^ ^ к югу CI. Исследования, проведенные в течение последнего десятилетия послужили основой для увеличения допустимого снятие стресса на члена целей и приводится в этом разделе.
В 1997 году Рассел и Pang9 протестировали несколько сот цилиндров при сжатии, которые ранее были загружены в сжатия различных процент своих 1-дневный strength.9 авторы пришли к выводу, что увеличение допустимого напряжения выпуска в компрессию 0.70f ^ югу CI ^ ' было возможности.
В 1997 году Хо и Tadros10 провели простой аналитического исследования с целью проиллюстрировать поведение концентрически prestessed член подлежит освобождению напряжения свыше ^ югу 0.60f 'CI ^. Было установлено, что при использовании нелинейного анализа привело к снижению максимального напряжения на участке, чем при линейном анализе конкретных подчеркивается в неупругих диапазона.
В 2001 году Noppakunwijai др. al.11 представил strengthdesign подход для государств-членов предварительного напряжения конструкции при передаче. Основой для разработки подхода в том, что допустимое напряжение релиз предела прочности, что предотвращает дробление на передачу, а не ограничивать работоспособность. Нагрузка факторы были применены к предварительного напряжения сил и к моменту собственный вес. Сопротивление факторы применительно к осевой и изгибающий момент потенциал данного раздела. Четыре уравнения были разработаны, которые касаются соответствующего равновесия, совместимости и учредительными отношений pretensioned членов. Strengthdesign подхода позволило сжимающих напряжений при выпуске значительно выше, чем 0.60f '^ ^ к югу CI. Величина снять стресс был в зависимости от типа раздела и заданных значениях нагрузки и сопротивления факторов, используемых в анализе.
Кроме того, Noppakunwijai др. al.11 разработаны и изготовлены два перевернутой Т-образцов с использованием их предлагаемого подхода. Максимальная сжимающих напряжений на концах две образцы 0.79f '^ ^ к югу CI и 0.84f' ^ ^ к югу CI. Соответствующее напряжение в середине пролета составляла примерно 0.70f '^ ^ к югу CI. Нет визуальных признаков повреждений обнаружено не было. В течение примерно 100 дней, ползучесть, усадка и развал производительность двух членов были оценены и удовлетворительно по сравнению с традиционными методами прогнозирования. В результате, авторы рекомендовали принять их подход к конструкции прочность и последующего удаления текущего допустимых снятие стресса при сжатии.
В 2004 году Кастро и др. al.12 исследовали влияние увеличения допустимого снятие стресса при сжатии на кратко-и долгосрочных стрела 30 pretensioned пучков. Максимальное напряжение при выпуске на основе типичных проектных расчетах упругих варьировались от 0.46f '^ ^ к югу CI для 0.91f' ^ ^ к югу CI. Измеренные развала в 10 и 90 дней, по сравнению с несколько методов прогнозирования для всех образцов. В целом точность прогнозирования развала не было, пострадавших в результате увеличения допустимого снятие стресса. Величина развала, однако, увеличивается с увеличением напряжения сжатия при выпуске, как ожидалось. Авторы пришли к выводу, что увеличение выпуска внимание было допустимо, если в качестве долгосрочных развал адекватно предсказать. По завершении исследования, авторы рекомендовали рассмотрение живут нагрузки исполнении весьма напряженной балки до увеличения выпуска стресс approved.13 В результате проекта, описанного в работе не проводилось.
В 2006 году Хейл и Russell14 сфабриковано четыре pretensioned балок и следит за их предварительного напряжения потери на 1 год. Цель исследования заключалась в оценке? Gwhether потерь показывают, что аварийном состоянии существует в конкретных из-за чрезмерного напряжения сжатия при выпуске?. Ч максимальной сжимающих напряжений при выпуске на четыре луча 0.57f '^ к югу CI ^ 0.65f '^ ^ к югу CI, 0.69f' ^ ^ CI к югу, и 0.82f '^ ^ к югу CI. Для учета неупругих деформаций три образцов с максимальной сжимающие напряжения свыше ^ югу 0.60f 'CI ^ эффективный модуль бетона, используемые для расчета упругих потерь сокращение и преобразование свойств раздела. С этой перестройки, соотношение потерь предварительного напряжения снять стресс был примерно одинаковым для всех четырех балок. В результате авторы пришли к выводу, что допустимое напряжение освобождения ^ югу 0.60f 'CI ^ должен быть увеличен до ^ югу 0.70f' CI ^.
В 2007 году Долан и Krohn15 провела обследование предварительно напряженного железобетона институт? Фс (PCI? Фс) профессиональные и участников-производителей. Тридцать из 44 респондентов регулярно, используя сжимающих напряжений при выпуске свыше ^ югу 0.60f 'CI ^. Большинство респондентов отметили, никаких трудностей с высшим освобождения напряжений. Некоторые респонденты, однако, связаны со следующими проблемами с высшим релиз подчеркивает: чрезмерный изгиб, бетонные расщепления вокруг нити конец, чрезмерное скольжение нити, мелкие трещины на концах, и короткие горизонтальные трещины в верхней части Интернета. Кроме того, результаты обследования показали, что большего сжатия передачи напряжения, как правило, используется в строительной продукции, чем в мост продукции. Авторы рекомендовала увеличить допустимое напряжение в МСА 318 до 0.70f '^ ^ к югу CI. Кроме того, они заявили, что развал и изысканный предстрессовый методы расчета потерь могут быть необходимы в качестве результата.
Таким образом, почти все исследования и обсуждения в течение последнего десятилетия поддержал увеличение допустимого снятие стресса при сжатии. В результате, допустимых сжимающих напряжений на концах из предварительно напряженного бетона членов было увеличено до ^ югу 0.70f 'CI ^ в ACI 318-08.1 допустимое напряжение сжатия релиз везде по-прежнему член 0.60f' ^ ^ к югу CI. Экспериментальные результаты, описанные в этом документе будут рассмотрены возможности увеличения допустимой снятие стресса в середине пролета членов.
Выгоды от повышения допускаемое напряжение РЕЛИЗ
Некоторые потенциальные выгоды от увеличения допустимых напряжений при сжатии освобождения включают в себя:
* Сокращение времени цикла сборных объектов, сокращение внешнего лечения расходов и снижение общего содержания цемента;
* Отрицание увеличение времени цикла с использованием lowalkali цемента или замене цемента с других цементных материалов;
* Сокращение числа debonded или твердили нитей;
* Увеличение возможностей службы в связи с увеличением количества напрягаемой нити в данном разделе, а также
* Повышение эффективности предварительно напряженных железобетонных балок.
Следует отметить, что увеличение допустимых напряжений при сжатии освобождения может повлиять на производство и дизайн.
Для количественной оценки некоторых из вышеупомянутых пособий, дизайн при выпуске Техасского департамента Transporation (Тксдот) Тип балки C проводилось при помощи допустимых напряжений освобождения ^ югу 0.60f 'CI ^ и 0.70f' ^ ^ к югу CI. Для Тксдот стандартных балок, условия при выпуске обычно предусматривают верхний предел предварительного напряжения сил. Изгибных потенциала и проверяет служба нагрузки напряжения удовлетворяются через поперечные балки расстояние. Для этого, например, стандартный тип балки C с 8 футов (2,4 м) поперечной балке интервал был selected.16 использует стандартный дизайн твердили нити для контроля напряжений на концах элемента. Сравнение двух проектов изображен на рис. 2. Требуется прочность на сжатие при выпуске, е '^ ^ CI югу, был определен по отношению длины пролета. Соответствующее количество нитей была построена с пролетом длиной в силу их прямой взаимосвязи. Важно отметить, что сжимающие напряжения в освобождении передачи раздел и на удержание точки в пределах 5% от друга в этом разделе ..
На рис. 2, увеличение допустимого снятие стресса при сжатии не влияет на дизайн Тип балки C для пролета длиной менее 65 футов (19,8 м). На 65 футов (19,8 м), минимальная требуемая прочность выпуска 4000 фунтов на квадратный дюйм (27,6 МПа) регулируется дизайна. На 60 футов (18,3 м) и ниже, дизайн раздела регулируется растяжение предельного напряжения, 75 ... на передачу разделе.
Преимущества увеличения допустимых напряжений освобождении 0.70f '^ ^ к югу CI действительно существует для пролета длиной выше 65 футов (19,8 м). Например, на пролет длиной 75 футов (22,9 м), необходимую прочность при выпуске сокращена приблизительно с 5300 до 4500 фунтов на квадратный дюйм (36,5 до 31,0 МПа), при увеличении допустимых напряжений освобождение от 0.60f ^ югу CI ^ к 0.70f '^ ^ к югу CI, соответственно. Здесь преимущество в производстве существует в виде сокращения времени цикла, лечение расходов, или содержание цемента. Для этих выгод, которые будут реализованы, однако, конструкция балки нельзя изменить с увеличением допустимого снятие стресса. Только необходимые прочность на сжатие при выпуске может измениться.
Преимущества конструкции приведены на рис. 2 а. На необходимую прочность при выпуске 5000 фунтов на квадратный дюйм (34,5 МПа), балки разработаны с ^ к югу 0.70f 'CI предел ^ может иметь шесть дополнительных 1 / 2 дюйма (12,7 мм) диаметра нитей и увеличение его длины пролета на около 10%. По-видимому, максимально достижимая продолжительность службы данном разделе может быть увеличен таким образом, а также при условии, что все долгосрочные проверки напряжения являются допустимыми. В этих случаях, в интересах увеличения допустимых напряжений релиз используется в дизайне. Производство не влияет, поскольку аналогичные прочности бетона при выпуске требуется для балок, разработанными в соответствии 0.60f '^ ^ к югу CI или 0.70f' ^ к югу CI предел ^.
Еще одно преимущество увеличения допустимых напряжений при сжатии релиз включает в себя сокращение числа несвязанных или твердили нити используются для ограничения высоких сжимающих напряжений на концах предварительно напряженных железобетонных балок. Для этого выгоды, которые можно понял, увеличение допустимого напряжения релиз должен быть использован для сокращения числа твердили или несвязанных нитей, а не к увеличению длины пролета или уменьшить размер раздела.
Некоторые выгоды от увеличения допустимых напряжений при сжатии релиз все же существуют. Эти преимущества, однако, не всегда применимы. Избавиться от стресса при сжатии должен регулировать дизайн балки. Для Тксдот Тип балки C, это требование носит ограничительный характер по кратко-и умеренной длины пролета, когда растягивающие напряжения ограничения при выпуске регулируется дизайна. Кроме того, следует подчеркнуть, что производство пособий и дизайн выгоды могут противоречить одна другой. Производство выгоды от увеличения допустимых напряжений релиз максимизируется, когда расчетного сечения и длины пролета, остаются неизменными. Кажется разумным, по крайней мере в долгосрочной перспективе, что выгоды от увеличения допустимых напряжений релиз будет использоваться на этапе проектирования. Принимая решение об изменении избавиться от стресса на сжатие, необходимо взвесить эти выгоды и их применимость в любых негативных последствий, связанных с увеличением допустимого напряжения.
В 2006 году Спенсер и Chen17 сравнению конструкции из нескольких стандартных Пенсильвания Департамент транспорта (PennDOT) мост балки использованием допустимых напряжений освобождения ^ югу 0.60f 'CI ^ и 0.70f' ^ ^ к югу CI. Потенциальные выгоды дизайн повышения снятия стресса направлялись на учебу. Для прилегающих и распространения балок коробчатого сечения и просто поддерживается AASHTO Ibeams, несколько преимуществ использования дизайна ^ югу 0.70f 'CI ^ не наблюдалось. Дизайн этих членов, как правило, регулируется PennDOT? Фс строгого растяжение предельное напряжение при выпуске 3 ... вдоль члена. Таким образом, увеличение допустимого снятие стресса при сжатии, не способствовало улучшению их проектирования. Для непрерывного двутавровых балок и опертой лампа-ти, однако, дизайн выгоды не были отмечены. Дополнительные нити были помещены в непрерывный I-луч, что позволяет уменьшения его поперечного сечения. Кроме того, дополнительные нити были включены лампа-тавровых балок, что позволяет увеличивать их максимальная длина пролета около 5%. Результаты этого исследования решено положительно и в предыдущем примере дизайн ..
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Экспериментальная программа состояла из двух серий статических испытаний. В I серии, 24 масштабных прямоугольные, T и T перевернутой балок 15 футов (4,6 м) в длину, были протестированы. Во II серии, 12 полномасштабных Тксдот типа балок 40 футов (12,2 м) в длину, были протестированы. Нагрузки за счет первых трещин от изгиба Экспериментально оцениваются в каждом тесте. Измеряется крекинга нагрузки по сравнению с крекинга нагрузки оценивается с помощью двух процедур предварительного напряжения потери настоящее время в литературе. Сравнение измеренных и расчетной нагрузки крекинга был использован для оценки влияния увеличения допустимого напряжения сжатия при выпуске в середине пролета вблизи на живой груз исполнении pretensioned балки.
Материалы
Пять бетонных конструкций смеси были использованы для изготовления образцов в экспериментальной программе. Обычные материалы из Техаса были использованы. Конкретные детали бетонных конструкций смеси могут быть найдены elsewhere.18
Напрягаемой нить используется во всех образцах была 1 / 2 дюйма (12,7 мм) диаметром 270 KSI (1862 МПа) lowrelaxation пряди. Все мягкой стали было номинальным пределом текучести 60 KSI (414 МПа).
Испытательные образцы
24 серий I пучков состояла масштабных прямоугольные, Т и перевернутой T секции предназначен для представления стандартных Тксдот I, двойной-T и U-балки, respectively.12 максимальное номинальное напряжение сжатия на концах серии I пучков составляли от 0.46f '^ ^ к югу CI для 0.91f' ^ ^ к югу CI. Размеры масштабной типов разделе приведены на рис. 3 и в таблице 2. Все лучи 15 футов (4,6 м) в длину.
Серия I пучков были изготовлены Кастро и др. al.12 на Ferguson зданий и сооружений лаборатории при Университете штата Техас в Остине, Остин, штат Техас. Предварительное напряжение нити были подчеркнуты с однонитевых подчеркнув гнездо в прямой профиль. Напряжение в нити был сделан вывод электрических датчиков деформации при прядь и было подтверждено при давлении чтении в гидравлических барана. Бетонные материалы пакетном в лаборатории и помещены в опалубке. Матч отверждения технология была использована в соответствии с температурой 4 х 8 дюймов (102 х 203 мм), цилиндры с температурой увлажняющим пучков. Термопары в лучах были расположены вблизи геометрического центроиды пучка разделов. После выпуска, нити были огненно-вырезать в симметричном картины. Более подробный отчет о проектирование и изготовление серии I пучки могут быть найдены elsewhere.12
12 серии II пучков состояла полномасштабной Тксдот Тип балки. То же самое нестандартное картина прядь была использована во всех 12 образцов. Четыре из 14 нитей были твердили, чтобы удовлетворить напряженности стресс ограничения на концах балок. Удержание моменты 5 футов (1,5 м) по обе стороны в середине пролета. Единственной переменной контроля максимальное напряжение сжатия при передаче была пределом прочности при сжатии бетона при освобождении, е '^ ^ к югу CI. Целевых прочности бетона при передаче колебалась от 3900 до 5400 фунтов на квадратный дюйм (26,9 до 37,2 МПа). Соответствующие максимальные сжимающие напряжения при передаче варьировались от 0.75f '^ ^ к югу CI для 0.55f'
^ ^ К югу CI. Размеры и раздел свойства серии II пучков приведены на рис. 3 и в таблице 3. Все серии II пучков 40 футов (12,2 м) в длину.
Серия II пучков были изготовлены на заводе по производству сборного Техас завода в малых подчеркнув постели. Один луч был построен за один раз. Для достижения целевых прочности бетона при выпуске примерно двадцать четыре 4 х 8 дюймов (102 х 203 мм), цилиндры были отлиты в каждом пучке. Цилиндры были вылечены рядом образца под брезент, пока они не были протестированы в соответствии с ASTM C39-04. После первоначального набора, два цилиндра были проверены каждый час, чтобы карта набираются сил. При прочности бетона была в пределах 1000 фунтов на квадратный дюйм (6,9 МПа), целевых силы, два цилиндра были проверены все чаще, пока численность составляла в среднем как можно ближе к целевым значением насколько это возможно. На данный момент, нити были огненно-сокращение симметричной картины.
Порядок проведения испытаний
Образцы опертой (рис. 4 и 5) и были подвергнуты два сосредоточенных нагрузок с использованием гидравлического овна в середине пролета и жесткая балка распространитель. Постоянная область момент составлял примерно 5 футов (1,5 м) в длину, для всех образцов. Простые поддерживает были достигнуты благодаря сэндвич бар круглой стали ( Бар на один поддержка позволила свернуть свободно. Бар при поддержке других был сварен на дно тарелки. Увеличения нагрузки постепенно до уровня примерно на 30% выше, чем крекинга нагрузки, или пока не произошел сбой. На каждом этапе нагрузки, равной или превышающей крекинга нагрузка, нагрузка была сохранена, пучок инспекции, а также видимые трещины были намечены на пучок. Серия I пучков были испытаны в возрасте около 3 лет. Серия II пучков были испытаны в возрасте около 28 дней. Все лучи хранится на открытом воздухе, пока они не были протестированы.
Тензодатчика и датчика давления были использованы для измерения приложенной нагрузки. Оба документа при условии согласованных результатов. Нагрузки сообщили в настоящей работе были измерены в середине пролета на динамометр. Midpsan отклонение было зарегистрировано в течение каждого испытания с использованием либо потенциометр строки или линейный потенциометр. За 24 серий I образцов, четыре линейных переменным преобразователей (LVDTs) и электрические тензометрических прилагается к каждой пряди предварительного натяжения измеряется применяться в середине пролета штаммов в разделе. Для 12 образцов серии II, только нагрузки и прогиба в середине пролета были контролироваться.
В каждом тесте, измеренные крекинга нагрузка была получена путем визуального осмотра и изучения прогиба от нагрузки и нагрузки деформации участков. Нагрузка, при которой изменения в жесткости было видно в этих участков было названо измеряется крекинга нагрузки. В общем, трещин нагрузки определяется с прогиба от нагрузки или нагрузки деформации участков были равны или чуть меньше, чем те, которые определяются путем визуального осмотра. В некоторых из серии I балки, шероховатой состояния бетонной поверхности препятствует способности обнаруживать первые трещины. Нагрузка на первый крекинга для этих пучков, полученных с прогиба от нагрузки и различных участков нагрузки деформации. Участок образца прогиба от нагрузки для серии I пучков осуществляется на рис. 6. Для серии II балок, растрескивание нагрузки определяется путем визуального осмотра и прогиба от нагрузки участки были очень последовательны в связи с гладкой поверхности бетона. Loaddeflection участок для испытания образца серии II приводится на рис. 7. Дополнительная информация о программе эксперимента можно найти elsewhere.18.
Аналитическое исследование
Нагрузки, необходимые для первого трещин от изгиба были оценены с использованием обычных методов проектирования. Во-первых, предварительное напряжение потери до момента испытания были аппроксимированы две различные процедуры потери предварительного напряжения. Две процедуры включали Национальный кооперативный шоссе исследовательской программы (NCHRP) доклад 496 Подробная предварительного напряжения Потеря метод (2003) и AASHTO LRFD Уточненные потери предварительного напряжения Оценка (2005) .19,20 AASHTO LRFD приняла рекомендации NCHRP Доклад в 496 2005 спецификаций. Таким образом, две процедуры предварительного напряжения потери очень похожи. Основные отличия включают предложил использовать трансформированных раздел свойства, а не валового свойств раздела и различные уравнения для модуля упругости бетона в порядке NCHRP. Эти процедуры были выбраны потому, что они дают оценку потерь в любой момент в жизни балки, а не только общие потери, что единовременное методы дают. Из серии II пучков были только 28 дней на момент проведения теста, на этот раз зависит от функции требуется ..
С предварительного напряжения потери оценки каждой процедуры, по оценкам момент крекинга была рассчитана. Чтобы оставаться в соответствии с каждой из этих процедур, то же геометрическими свойствами (брутто или преобразованных), используемых в расчетах потери были также использованы в расчетах крекинга момент.
По оценкам момент крекинга, в соответствии с процедурой предварительного напряжения потери AASHTO, предоставляется по формуле. (1). Эффективного преднапрягающей силы рассчитывается как первоначальный преднапрягающей силы минус потери из-за сокращения упругой, ползучести бетона, бетонных усадки и стали релаксации. Валовой свойства раздела, используются во всем как это обычно делается на дизайн инженеров.
... (1)
Переменных в формуле. (1), определенных в разделе обозначения этого документа.
По оценкам момент крекинга, в соответствии с процедурой предварительного напряжения потери NCHRP, предоставляется по формуле. (2). Упругие потери сокращения были автоматически приходилось с использованием первоначальной предварительного напряжения сил и превращаются в разделе свойства release.19 Долгосрочные потери из-за ползучести, усадки и релаксации приходилось с чистого свойства раздела, согласно NCHRP доклад 496.
... (2)
Переменных в формуле. (2) определены в разделе обозначения этого документа.
Примеры расчетов потерь предварительного напряжения для каждой процедуры и последующее растрескивание момент оценки могут быть найдены elsewhere.18
Сравнение прогнозов и экспериментальные результаты
С крекинга моментов по формуле. (1) и (2), соответствующая нагрузке midpsan была рассчитана статика. Это предсказал крекинга нагрузки, то по сравнению с измеренными крекинга нагрузок, полученных от каждого пучка испытания. Для облегчения сравнения, формула-процентная разница была использована для сравнения двух значений (уравнение (3)). Оценивается и измеряется крекинга нагрузки для всех исследованных образцов приведены в таблицах 4 и 5.
... (3)
где P ^ ^ к югу измеряется является растрескивание нагрузки измеряется в статических испытаний (KIPS или кН) и P ^ ^ к югу предсказал это крекинга нагрузки оценкам аналитически (KIPS или кН).
Для каждой процедуры, значение по формуле. (3) для всех исследованных образцов был определен по отношению сжимающих напряжений при выпуске в критической секции (Обь в таблицах 4 и 5). Критическая секция была определена в качестве места вдоль луча с высокой прикладной момент, который ранее был подвергнут высшей сжимающих напряжений на предварительное напряжение передачи. Для всех исследуемых образцов, в критический раздел находится прямо под одной из двух симметричных точек нагрузки. Здесь, сжимающих напряжений при выпуске было несколько выше, чем в середине пролета каждого образца из-за воздействия статической нагрузки. Сравнение участков с прогнозируемыми данными, согласно потери NCHRP метод предварительного напряжения и потери предварительного напряжения AASHTO метода, приведены на рис. 8 и 9, соответственно.
Же общая тенденция существует на рис. 8 и 9. Как сжимающих напряжений при выпуске увеличить выше определенного предела, балки трещины при более низких нагрузках, чем прогнозировалось. Основное различие между этими двумя участками сдвиг вверх данных в участок AASHTO в отношении участка NCHRP. Этот сдвиг в первую очередь за счет использования валового свойства раздела крекинга момент уравнения первого.
ОБСУЖДЕНИЕ
Данные, представленные на рис. 8 и 9 были проанализированы, предполагая, что растрескивание точность прогнозирования нагрузки ± 5%, является приемлемым. Такой уровень точности казалось, в соответствии с методами для определения первого крекинга нагрузок и предположения, встроенные в процедуры предварительного напряжения потери. Нижняя граница пересекает данные .5% точность линии примерно 0.65f '^ ^ к югу CI и 0.70f' ^ ^ к югу ДИ на рис. 8 и 9, соответственно. Таким образом, для пучков в этом исследовании, увеличение допустимого сжимающие напряжения в середине пролета при выпуске либо 0.65f '^ ^ к югу CI или 0.70f' ^ ^ к югу CI может быть оправданным. Данные на рис. 8 и 9 не поддерживает увеличение допустимого предела свыше ^ югу 0.70f 'CI ^. Выше этого уровня преждевременной изгиб растрескивания предварительно напряженных балок был более распространен.
Преждевременное растрескивание пучков подлежит освобождению напряжения свыше ^ югу 0.70f 'CI ^ связана с нелинейного поведения бетона при сжатии на предварительное напряжение передачи. Как показано на рис. 10, на предварительное напряжение передачи тонких лучей, линейного профиля деформации накладывается на балке разделе. Если материал эластичный, как предполагается, по всей обычных предварительного напряжения потери расчетов линейного профиля Подчеркну также, не существует. Если материал является неэластичным, как и в случае весьма напряженного бетона, нелинейные профиля стресса не существует. Для highlystressed балок в этом исследовании, крайнего стресса нижней волокна был завышен на линейно-упругой расчеты потерь предварительного напряжения. При расчете крекинга момент, это напряжение должно быть overcome.after потери subtracted.to производить изгиб трещин. Таким образом, с помощью традиционных методов, первая крекинг высоко подчеркнул балок был завышен.
Возможно, для учета нелинейного деформирования весьма напряженной балки с помощью эффективного конкретного модуля или неупругих кривой деформирования бетона при сжатии как и другие suggested.10, 11,14 Это изменение, однако, добавляет, дополнительные осложнения в и без того сложные расчеты потерь предварительного напряжения. Кроме того, для учета неупругих деформаций не смягчать наличие внутренних повреждений, которые одновременно с уходом кривой деформации от упругой области, то есть первоначальный касательной.
Уже в 1929, и др. Ричарт al.21 обнаружил, что отъезд кривой деформации конкретных загружены на сжатие от начальной, упругой области является результатом внутреннего микрорастрескивания. Совсем недавно, это внутреннее микрорастрескивания была количественно оценена в двух исследованиях научных материалов. В обоих исследованиях прочности бетон предварительно загруженный с высоким уровнем сжимающих напряжений измерялась. Gettu al.22 др. Установлено, что конкретные кубов загружены до 80% своих сил и поддерживается на этом уровне в течение 15 минут выставлены растяжение сокращения численностью приблизительно 12%. Для подобного уровня стресса и нагрузки длительность, Делиба Liniers23 сообщили растяжение потери численностью приблизительно 17%. Хотя эти силы растяжения сокращения способствовать лишь на несколько процентных пунктов к растрескиванию расчеты момент они количественно внутренние повреждения, которые могут возникнуть в результате загрузки бетона высокого уровня напряжения сжатия.
Нелинейные деформации ползучести могли способствовать преждевременному растрескиванию пучков подлежит освобождению подчеркивает, намного превышающие ^ югу 0.70f 'CI ^. Материал исследования, исследования исследовали предел ползучести пропорциональности, или напряжение предела упругой деформации ползучести, как для нормальной и высокопрочных бетонов (> 9000 фунтов на квадратный дюйм [62 МПа]). Из уравнения для предварительного напряжения потери вследствие ползучести на основе упругого предположения, что превышает предел ползучести пропорциональности может привести к дополнительным потерям ползучести не учитываются в расчетах потерь. Ngab др. al.24, 25 и др. Smadi al.26, 27 определяется предел ползучести пропорциональности для высокопрочного бетона для 0.70f ^ с ^ к югу и к югу 0.65f ^ с ^ ', соответственно. Для нормальной прочности бетона, предел ползучести пропорциональности от 0.30f к югу ^ с ^ к югу 0.50f ^ с ^ 'exists.25 Хотя результаты этих исследований не являются непосредственно применимыми к предварительно напряженного железобетона, они обеспечивают руководство, потому что Образцы были загружены с устойчивым стресс после конкретные, по крайней мере 28 дней.
Кроме того, следует отметить, что предварительное напряжение потери вследствие ползучести является функцией сжимающие напряжения в месте предварительного натяжения нитей. В зависимости от напряжения градиента, эти проблемы могут быть значительно меньше, чем в нижних волокнах. Исходя из этих соображений, можно предположить, что нелинейные деформации ползучести только способствует преждевременному трещин от изгиба из самых напряженных членов при выпуске ..
Допустимое напряжение сжатия в середине пролета на выпуск работоспособности предела. Она должна обеспечить удовлетворительные показатели деятельности предварительно уплотненных растяжения из предварительно напряженного железобетона членов. По этой причине, подвергая этой зоны неупругих деформаций (в связи с начальными напряжениями и нелинейной ползучести) или потенциальные внутренние повреждения, не рекомендуется. Таким образом, увеличение допустимого сжимающие напряжения в середине пролета при выпуске свыше ^ югу 0.70f 'CI ^' не является оправданным. Результаты этого исследования показывают, однако, что рост в этом допустимое напряжение на уровне между ^ югу 0.60f 'CI ^ и 0.70f' ^ ^ к югу CI это возможно. При этом важно, чтобы потенциальные преимущества и недостатки увеличения допустимых напряжений при сжатии освобождения надлежащим весил с целью использования в pretensioned членов.
Для участников, которые не предназначены для трещины в эксплуатации (например, класса U пучков в МСА 318 главы 18 и балок моста разработан в AASHTO LRFD), увеличивая допустимое напряжение освобождение должно быть сделано prudently.1, 2 Преждевременное трещин от изгиба может ускорить усталости проблем, связанных и может создавать будущее касается долговечности. На основании результатов этого исследования, увеличение допустимого напряжения на середине пролета на 0.65f '^ ^ к югу CI является оправданным. Проведения испытания образцов под этот уровень стресса при выпуске был сопоставим с тех, кто подвергается текущего допустимого напряжения в середине пролета ^ югу 0.60f 'CI ^ (рис. 8 и 9). Кроме того, незначительное увеличение на 0.65f '^ ^ к югу ДИ будет оказывать некоторую страхования с условием предварительно уплотненных растяжения в случае, если член непреднамеренно переоценить при передаче.
Для сотрудников, которые позволили пробить дыру в услугу (например, класса С и Т пучков в МСА 318 главы 18), выше допустимого напряжения на середине пролета ^ югу 0.70f 'CI ^ является justified.1 Для этих членов, преждевременной изгиб растрескивание не так критично. Кроме того, незначительные разработки или производства иллюстрированных ранее выгоды могут компенсировать негативные последствия повышения допустимой снятие стресса.
Из-за озабоченности по поводу ограниченного числа полномасштабных образцов в изучении и крайней изменения в конкретных свойств, дополнительных полномасштабных образцов должна быть проверена на дальнейшую оценку результатов этого исследования. В то время национальные нормы код может быть изменен соответствующим образом.
ВЫВОДЫ
Основываясь на результатах этого аналитические и экспериментальные исследование, следующие выводы:
1. Сжимающих напряжений на пределе предстрессовый передача должна управлять дизайн pretensioned членов добиться значительного производства и дизайна выгоды от увеличения допустимого напряжения.
2. Изготовление и дизайн выгоды от увеличения допустимого напряжения сжатия при выпуске не может быть максимально одновременно.
3. Увеличение допустимого сжимающие напряжения в середине пролета при выпуске свыше ^ югу 0.70f 'CI ^ не рекомендуется.
4. Увеличение допустимого сжимающие напряжения в середине пролета при выпуске на 0.65f '^ ^ к югу CI является оправданным для членов предназначены для без трещин в процессе эксплуатации. Для сотрудников позволили пробить дыру в службе, увеличение допустимого напряжения к 0.70f '^ ^ к югу CI является оправданным. Дополнительные испытания на коммерческой основе сфабрикованных полномасштабных образцов рекомендуется до внесения изменений в дизайн кодов. Таким образом, дополнительных бетонных конструкций смеси и различные методы производства могут быть рассмотрены.
Авторы
Авторы хотели бы выразить свою искреннюю признательность Техас Департамента транспорта за поддержку этого исследования. Неустанные участии Ю. Котов в этом исследовании был действительно ценят. Предложения ACI подкомитета 318-G также с благодарностью. Завершение этого проекта не было бы возможным без помощи А. Кастро, Р. Tuchscherer, а также многочисленных помощников в Ferguson зданий и сооружений лаборатории.
Нотация
^ ^ К югу г = площадь брутто разделе in.2
^ К югу NT ^ I ^ к югу Л ^, у ^ к югу BNT ^
и е ^ к югу ПНТ = чистая свойства раздела во время испытаний
^ ^ Ти к югу, к югу I ^ ^ ти, у ^ ^ к югу БТИ,
и е ^ к югу PTI = превращается свойства раздела на момент релиза
е ^ к югу р = эксцентриситет предварительного натяжения нити, дюйм
е ^ с ^ к югу? = Прочность на сжатие бетона, фунтов на квадратный дюйм
е ^ ^ к югу г = предел прочности бетона рассматриваться как 7.5/1000 ... KSI
I ^ к югу г = момент инерции брутто разделе in.4
I ^ ^ к югу TT и у ^ к югу БТТ = превращается разделе свойств во время испытаний
M ^ югу г = момент, связанный с мертвым грузом, дюйм-KIPS
P ^ югу эфф = напрягаемой силу после всех потерь, KIPS
P ^ югу я = первоначального предварительного напряжения сил накануне освобождения, KIPS
у ^ к югу BG = расстояние от геометрического центра тяжести в крайней нижней волокна, дюйм
Ссылки
1. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-08) и Комментарии" Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2008, 465 с.
2. AASHTO ", LRFD мост характеристики Дизайн", Американская ассоциация шоссе государства и перевозки должностных лиц, Вашингтон, DC, 2007.
3. AASHTO, "Стандартные спецификации для автодорожных мостов", восьмое издание, Американская ассоциация государства дорожного хозяйства и транспорта должностных лиц, Вашингтон, округ Колумбия, 1961, 345 с.
4. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к железобетона (ACI 318-63)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1963, 144 с.
5. Erickson, EL ", Бюро по критериям общественной дороги" для предварительно напряженных железобетонных мостов, "Труды, Всемирная конференция по предварительно напряженного железобетона, Сан-Франциско, штат Калифорния, июль 1957, с. A9-1-A9-8.
6. Совместное ACI-ASCE Комитет 323 ", предварительные рекомендации для предварительно напряженного железобетона", ACI ЖУРНАЛ, Труды V. 54, январь 1958, с. 545-578.
7. Совместное ACI-ASCE Комитет 323 ", Литература по предварительно напряженного железобетона", первое издание, американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, август 1954, 83 с.
8. Совместное ACI-ASCE Комитет 323 ", предварительные рекомендации для предварительно напряженного бетона Закрытие-комитета", ACI ЖУРНАЛ, Труды V. 54, часть 2, декабрь 1958, с. 1291-1299.
9. Расселл, BW, и Пан, ДП, "Исследование допустимые напряжения сжатия обеспечивает высокую прочность, предварительно напряженного железобетона," Известия PCI / ФДА Международный симпозиум на высоком конкретных действий, Новый Орлеан, Луизиана, октябрь 1997, с. 554-565 .
10. Хо, X., и Тадрос, М., "Допустимые Прочность бетона на предварительного напряжения Release-Открытый форум Проблемы и решения", "PCI журнал, т. 42, № 1, январь-февраль 1997, с. 95-99.
11. Noppakunwijai, P.; Тадрос, МК; Ма, З. и мачты, РФ, "Сила Дизайн Pretensioned Прочность бетона на членов предварительного напряжения передачи," PCI Journal, V. 46, № 1, январь-февраль 2001, с. 34-52.
12. Кастро, A.; Крегер, ME; Байрак, O.; Брин, JE, и Вуд, SL, "Допустимые выпуска дизайна подчеркивает по Pretensioned Бетонные балки," Научно-исследовательский доклад 0-4086-2, Центр транспортных исследований, Университет Техас в Остине, Austin, TX, август 2004, 142 с.
13. Крегер, ME, и Байрак О., "Проект 0-4086: допустимые выпуска Дизайн подчеркивает Pretensioned для бетонных балок," Проект итогового отчета 0-4086-S, Центр транспортных исследований, Университет штата Техас в Остине, Austin, TX , июль 2005, стр. 4.
14. Хейл, WM, и Рассел, BW, "Влияние допустимые Прочность на сжатие при выпуске на Потери предварительного напряжения и об исполнении сборных, предварительно напряженного бетона балок," PCI Journal, V. 51, № 2, март-апрель 2006, с. 14-25.
15. Долан, CW, и Крон, JJ, "Дело для увеличивая допустимое напряжение сжатия релиз для предварительно напряженного железобетона," PCI Journal, В. 52, № 1, январь-февраль 2007, с. 102-105.
16. Техас Департамента транспорта, мост Отдел Стандартный Рисунки, 2005. (<a Target="_blank" href="http://www.dot.state.tx.us" rel="nofollow"> www.dot.state.tx.us </ A>.)
17. Спенсер, JW, и Чэнь, Ю. Г. Влияние на сжатие границам стресса на предварительно напряженного железобетона Дизайн балки, "Труды Национальной конференции PCI мост, Грейпвайн, Техас, октябрь 2006, 20 с.
18. Birrcher Д., и Байрак О., "эффект увеличения допустимых Compresssive Стресс при выпуске из предварительно напряженного бетона балок," Научно-исследовательский доклад 0-5197-1, Центр транспортных исследований, Университет штата Техас в Остине, Austin, TX , январь 2007, 226 с.
19. Тадрос, МК "Аль-Omaishi, N.; Seguirant, SJ и Gallt, JG," предварительного напряжения Потери в Pretensioned высокопрочного бетона балок моста ", NCHRP Доклад 496, транспортным исследованиям, Вашингтон, округ Колумбия, 2003, 73 с.
20. AASHTO ", LRFD мост характеристики дизайна," Промежуточная 2005 Edition, Американская ассоциация шоссе государства и перевозки должностных лиц, Вашингтон, DC, 2005. 1334 с.
21. Ричарт, ИП; Brandtzaeg, A.; и Браун, RL, "Отказ от равнины и спирально железобетона в сжатия", бюллетень № 190, Университет штата Иллинойс опытная станция инженерия, Urbana, IL, апрель 1929, стр. 1. -74.
22. Gettu, R.; Агуадо, A.; и Оливейра, О ", ущерб в высокопрочного бетона В связи с монотонным и циклические сжатия исследование, основанное на расщеплении Предел прочности" ACI Журнал материалы, V. 93, № 6, Ноябрь-декабрь 1996, с. 519-523.
23. Делиба Liniers, A., "микрорастрескивания бетона при сжатии и его влияние на прочность на растяжение", материалов и конструкций, V. 20, № 116, с. 111-116.
24. Ngab, AS; Нильсон, AH и Шифер, ПО ", усадки и ползучести бетона высокой прочности" ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 78, № 4, июль-август 1981, с. 255-261.
25. Ngab, AS; Шифер, ПО и Нильсон, AH ", микрорастрескивания и зависящими от времени штаммов в средней прочности бетона", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 78, № 4, июль-август 1981, с. 262-268.
26. Smadi, MM; Шифер, ПО и Нильсон, AH ", высоко-, средне-и низко-прочности бетонов учетом устойчивого Перегрузки-штаммов, сильные и механизмов разрушения", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 82, № 5 , сентябрь-октябрь 1985, с. 657-664.
27. Smadi, MM; Шифер, ПО и Нильсон, AH ", усадка и ползучесть высокого, среднего и низкого прочности бетонов, в том числе перегрузок," ACI журнал Материалы, В. 84, № 3, май-июнь 1987 , с. 224-234.
Входящие в состав МСА Дэвид Б. Birrcher является кандидат кандидат в Университете Техаса в Остине, Остин, штат Техас. Он получил диплом бакалавра в области гражданского строительства Тулэйн университет, Нью-Орлеан, Луизиана, и степень магистра по структурной инженерии в Университете штата Техас в Остине. Его научные интересы включают в себя совершенствование конструкции и изготовления предварительно напряженных и железобетонных конструкций.
Входящие в состав МСА Огузханского Байрак является адъюнкт-профессор в Департаменте по гражданским, архитектуры, и инженерной экологии и занимает Чарльз Элмер Роу стипендий в инженерии в Университете штата Техас в Остине. Он служит в качестве директора Phil М. Ferguson зданий и сооружений лаборатории. 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.
Michael E. Крегер, ВВСКИ, является профессором в Школе гражданского строительства, а также директор Боуэн Лаборатория большой гражданской Engineering Research в университете Purdue, Западный Лафайет, IN. Он является членом Комитета по техническим ACI деятельности; комитетов МСА 215, Усталость бетона, 318-C, безопасность, удобство обслуживания, а также анализ (Железобетона Строительный кодекс), и 374, основанным на показателях деятельности проектирование сейсмостойких зданий и сооружений бетона, а также Совместной ACI-352 ASCE комитетов, узлов и соединений в монолитных железобетонных конструкций, а также 441, железобетонных колонн.