Performance Evaluation стекла армированных волокном Укрепление Shear Полимер для бетонных балок
Использование армированных волокном полимера (FRP) арматуры в качестве основной арматуры для железобетонных конструкций в жестких условиях становится общепринятой решения для преодоления проблемы коррозии стали и связанных ухудшения. Благодаря относительно низкой стоимости стекла FRP (GFRP) бар по сравнению с другими коммерчески доступных FRP бары, использование баров GFRP из железобетона (RC) структур уже достаточно широко исследуются в последние несколько лет. В данной работе экспериментальные данные по прочности на срез бетонных балок, армированных GFRP стремена. В общей сложности четыре крупномасштабных RC пучков с общей длиной 7000 мм (276 дюйма) и Т-образные сечения были построены и испытаны до разрушения. Испытания переменных типа и соотношение поперечной арматуры (хомуты). Тест состоял из трех пучков пучков усилены с песком покрытием стремена GFRP 9,5 мм (3 / 8 дюйма) диаметр расположенных на д / 2, D / 3, г / 4 (где D представляет собой балку, глубина), а также ссылки балка усилена с обычными стремена стали 9,5 мм (3 / 8 дюйма) диаметр расположенных на д / 2.
Как конструировано, балки неудачу в сдвига из-за разрыва GFRP стремя или стальные стремена уступок. ACI 440.1R-06 и обновленная версия CAN / CSA S6-06 способны предсказать, прочность на сдвиг балок армированных стремена GFRP с достаточной степенью точности. Аналитический подход с использованием Ответ 2000 (r2k), которая основана на модифицированной теории сжатия поля (MCFT), предсказать мощность сдвига пучков армированные стремена GFRP, но переоценил свои сдвига ширина трещины ..
Ключевые слова: изгиб; растрескивания, армированных волокном полимеров; сдвига; стремена.
(ProQuest: ... означает формулы опускается.)
ВВЕДЕНИЕ
Использование армированных железобетонных конструкций / предварительно напряженных с армированной волокном полимера (FRP) композитных материалов растет для преодоления общих проблем, вызванных коррозией стальной арматуры. Климатические условия, в которых большое количество соли для удаления льда в зимние месяцы может способствовать ускорению процесса коррозии. Эти условия обычно ускорить необходимости дорогостоящего ремонта и может привести к катастрофическим провалом. Таким образом, заменив стальной арматуры с коррозионно укрепление FRP исключает потенциал коррозии и связанных с ухудшением. Прямая замена стали с FRP бары, однако, невозможно из-за различий в различных механических свойств материалов FRP по сравнению со сталью, особенно высшего прочность на растяжение, нижний модуль упругости, связь характеристик, а также отсутствие уступая плато в их характеристика отношений растяжения.
программы Обширные исследования были проведены расследования изгиб поведение конкретных членов армированные FRP reinforcement.1-4 сдвига поведение волокнита железобетонные (RC) пучков без поперечной арматуры, также изучается 5 Вместе с тем, использование в качестве сдвига FRP арматуры (хомуты) для конкретных членов не была достаточно изучена, чтобы обеспечить рациональную модель и дают удовлетворительные руководящие принципы для прогнозирования прочности на сдвиг конкретных членов армированные стремена FRP.
В связи с однонаправленной характеристики материалов FRP, гибка баров FRP в стремя конфигурации значительно снижает прочность на изгиб portions.6-8 сокращении численности стремя FRP на повороте связывается с местной концентрации напряжений на повороте из-за кривизны и собственной слабости волокон перпендикулярно их оси. Изгиб потенциала баров FRP зависит от процесса гибки, отношение радиуса изгиба до прутка диаметром (РБ / DB), а также тип укрепления fibers.9 последних изданий 440.1R ACI-069 руководящих принципов и CAN / CSA S6-0610, код 11, наряду с коммерчески доступных баров FRP согнуты, рекомендуется использовать стремена FRP.
В рамках совместного проекта между Университетом Шербрук, Министерство транспорта Квебека (MTQ), а также производителя FRP, новые FRP (карбон и стекло) стремена были недавно разработаны и классифицируются по B.5 B.12 и методы испытаний МСА 440.3R-04,12 поведение этих стремян в крупных образцов пучка, однако, не были расследованы. Для достижения этой экспериментальной программы было проведено расследование сдвига исполнении стремена FRP в крупных образцов пучка. На первом этапе оценка структурных производительности углерода FRP (углепластика) стремена в пучке specimens.13 Существует последнее время наблюдается рост спроса на стекло FRP (GFRP) бар из-за многих успешных приложений, в том числе мост палубы плит, 14,15 барьер стены , 16,17 парковки, 18 непрерывных тротуар, 19 и других бетонных конструкций. Кроме того, учитывая более низкие затраты на баров GFRP по сравнению с углепластика и арамидного FRP (AFRP), GFRP укрепление становится все более привлекательным для строительной отрасли.
Таким образом, на втором этапе было проведено с целью изучения поведения сдвига бетонных балок, армированных GFRP стремена. Результаты этого этапа будут представлены и обсуждены здесь ..
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Многочисленные исследования в последние годы были предприняты для расследования исполнения FRP в качестве первичного армирования для конкретных членов, однако, ограниченные исследования проводились на сдвиговых поведение конкретных членов армированные стремена FRP. Эта статья оценивает сдвига производительности и прочности крупного RC пучков армированные стремена GFRP рассмотрении различных сдвиг соотношения подкрепления. Кроме того, в документе рассматриваются точности недавно опубликовал дизайн положения, касающиеся FRP в качестве поперечной арматуры.
ПОЛОЖЕНИЯ НОЖНИЦЫ ДИЗАЙН
В таблице 1 приводятся некоторые из положений сдвига дизайн для членов RC армированные стремена FRP. Эти конструктивные положения основаны на традиционных уравнения, что оценки прочности на срез конкретного члена, суммирование бетона и стремя взносов (Vc VFRP) для сдвига несущей способности. Тем не менее, уровень стресса в укреплении FRP поперечных (хомуты), как правило, ограничивается контроля сдвига ширины трещины, поддержание целостности сдвига бетона, а также избежать провала на изогнутой части FRP stirrup.9 Таким образом, растяжения в поперечном FRP укрепление ограничено обеспечить, чтобы такой подход applicable.9-11 дизайн положения, перечисленные в таблице 1, были использованы для прогнозирования сдвига несущей способности опытных образцов, а затем по сравнению с результатами экспериментов.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
Испытательные образцы
В общей сложности четыре крупномасштабных RC балки, в том числе три пучков армированные стремена GFRP и один со стальными стремена, были построены и испытаны. 7,0 м (275,6 дюйма) пучков были Т-образного сечения (имитирующих Новой Англии лампы Ти (NEBT) лучи, которые используются в Министерство транспорта Квебека [MTQ], Канада) измерить общий рост 700 мм (27,6 дюйма), ширина полотна 180 мм (7,1 дюйма), фланец шириной 750 мм (29,5 дюйма), а фланец толщиной 85 мм (3,3 дюйма). Кроме того, все лучи были предоставлены с той же продольной арматуры (три слоя три 15,4 мм [0,6 дюйма] диаметр нитей семь-стальной), чтобы дюбель эффект и продольная жесткость неизменной. Высокопрочной стали пряди и Т-образные сечения были отобраны, чтобы сделать изгиб вместимостью более прочность на сдвиг пучка. В этом случае разрушение при сдвиге Ожидается, что позволяет использовать весь потенциал из стремян. Рисунок 1 показывает, геометрии и укрепления деталей испытательные образцы ..
Поперечной арматуры состоит из 9,5 мм (3 / 8 дюйма) диаметр хомутов GFRP в течение трех пучков SG-9.5-2, SG-9.5-3, SG-9.5-4 и 9,5 мм (3 / 8 дюйма) Диаметр стремена стали четвертой света, SS-9.5-2. Расстояние между стремена "для трех лучей армированные стремена GFRP были 300, 200 и 150 мм (11,8, 7,9 и 5,9 дюйма), которые представляют собой д / 2, D / 3, г / 4, где А является эффективная глубина луча. Стальные стремена для луча SS-9.5-2, однако, расположенных на расстоянии 300 мм (11,8 дюйма) (D / 2). Потому что те пучка образцы являются частью обширной программы исследования, обозначение образца можно объяснить следующим образом. В первом письме, S, указывает на усиление продольного типа (S для стали), а вторая буква обозначает материал из стремян (G для GFRP и S для стали). Число в среднем, 9.5, показывает, диаметр стремена, а последняя цифра представляет собой шаг хомутов (2 на д / 2, 3 для д / 3; 4 по г / 4). В таблице 2 представлены на изгиб и поперечной арматуры, деталей испытательные образцы ..
Свойства материалов
Опытные образцы были отлиты в лаборатории Университета Шербрук помощью готовых смешанных normalweight бетона (конкретный тип V, MTQ) с 28-дневного целевого прочности на сжатие 35 МПа (5,08 KSI). В таблице 2 также представлены конкретные свойства образцов.
GFRP стремена, № 10 (9,5 мм [3 / 8 дюйма] диаметре), изготовленные из непрерывных продольных волокон стекла preimpregnated в термореактивной смолы винилового эфира и извилистыми процесс, содержание волокон в 78,8% (по весу), были использованы в качестве поперечной арматуры. GFRP стремена были песчаные поверхности, покрытой для повышения производительности связи между стойками и окружающих бетона. Стремена имеют общую высоту 640 мм (25,2 дюйма), ширина 140 мм (5,5 дюйма), а радиус изгиба РБ от 38,1 мм (1,5 дюйма) (4 дБ, где дБ бар диаметре). Рисунок 2 показывает подробную информацию стремена. Растягивающих потенциала и модуль упругости прямых участков, непосредственно, вырезанные из стремян GFRP были 664 25 МПа (96,31 +3,63 KSI) (COV = 3,8%) и 45 2 ГПа (6526 KSI 290) (COV = 4,4%), соответственно. Изгиб потенциала стремена определяли с помощью метода B.5 испытания, указанные МСА 440.3R-04,12 измеряется сила стремена GFRP на повороте было 15 387 МПа (56,13 +2,18 KSI) (COV = 3,9%), что составляет 58% от прочности на растяжение GFRP прямых участков ..
Деформированных стальных стержней, № 15M (15,9 мм [5 / 8 дюйма] диаметре) и № 10М (11,3 мм [0,44 дюйма] диаметре), были использованы для верхней части веб-и фланец арматуры, соответственно (рис. 1). Текучести и модуля упругости для тех, стальные прутья были 450 МПа и 200 ГПа (29007 65,27 и KSI), соответственно. Кроме того, 9,5 мм (3 / 8 дюйма) диаметр простой стальной прокат, были использованы для изготовления хомутов для контроля пучка (рис. 2). Текучести и модуль упругости были 576 МПа и 200 ГПа (29007 83,54 и KSI), соответственно. Прочность на разрыв и модуль упругости семь-жилы (15,4 мм [0,6 дюйма] диаметре) были 1860 МПа и 200 ГПа (29007 269,77 и KSI), соответственно
Измерительных приборов, испытания установки, а также порядок
Деформаций изгиба арматуры, бетона, а также находится в стременах сдвига службы была измерена с помощью датчиков электрического сопротивления деформации. Отклонение луча была измерена с помощью четырех LVDTs помещен в середине пролета, а при midshear службы. Сдвига ширина трещины контролируется в ходе испытания при визуальном осмотре, пока первая трещина, которая была первоначально измеряется ручной микроскоп с увеличительным власти 50 лет. Тогда, шесть высокоточных LVDTs (0,001 мм) были установлены в положение трещина сдвига (три на каждом сдвиге интервала). Формирования и распространения трещин на каждый пучок, и соответствующие нагрузки были отмечены и учтены в ходе испытания.
Пучков были протестированы в четырех пунктов, склонившись над опертой ясно службы 6000 мм (236 дюймов), в результате чего 500 мм (20 дюймов) с каждой стороны для предотвращения преждевременного выхода из строя крепления продольной арматуры. Сосредоточенная нагрузка находится на расстоянии 2000 мм (78,7 дюйма) с поддержкой, что соответствует сдвигу службы углубленного отношение 3,33. Нагрузки был применен по 1000 кН (224,81 кип) привода потенциала и разбрасыватель пучка. Нагрузки регулируемой скоростью 5,0 кН / мин (1,12 KIPS / мин) было использовано до 90% от ожидаемой нагрузки провал. После этого груз был применен при перемещении-регулируемой скоростью 0,6 мм / мин (0,023 дюйма / мин), чтобы избежать случайных проблем, связанных с внезапным и хрупких разрушение при сдвиге. Полное испытание установки показана на рис. 3. Во время испытания нагрузки, тензодатчики и LVDT показания были записаны с помощью двух систем сбора данных. Подробнее об испытательных образцов, материалов, измерительных приборов для образцов и процедуры испытаний могут быть найдены elsewhere.19
Результаты анализов и обсуждения
Резюме результатов тестирования относительно сдвига потенциала испытательных образцов, максимальные напряжения, угол сдвига основной трещины, и режим отказа приведены в таблице 3. Детальный анализ и обсуждение результатов, однако, будут введены в следующем разделе.
Объем и режим отказа
Потому что опытные образцы были направлены на неудачу при сдвиге, предел прочности на сдвиг испытательных образцов регулируется сила в стремя. Несмотря на разницу в уровень нагрузки, при которой разрушение при сдвиге балок армированных стремена GFRP (SG-9.5-2, SG-9.5-3, SG-9.5-4) занимает место, подобный механизм отказа не наблюдалось. Диагональ провал напряжения произошло неожиданно для трех лучей из-за разрыва GFRP стремена. Испытание образцов не удалось в соответствующих прикладных поперечная сила равна 259, 337 и 416 кН (58,23, 75,76 и 93,52 KIPS) для SG-9.5-2 и ИК-9.5-3, и SG-9.5-4, соответственно. Хотя SS-9.5-2 пучка (с стальные стремена) также не на сдвиг, сдвиг отказ был инициирован стремя уступок. Затем, сдвиговых трещин стали быстро расширяться нагрузку увеличился за счет postyielding пластического поведения стальной арматуры. И, наконец, конкретные дробления на верхний фланец пучка вблизи места погрузки произошло в силу сдвига 272 кН (61,15 KIPS). На рисунке 4 приведены фотографии испытания образцов на провал, а на рис.
5 схематически показаны окончательные модели трещины испытуемых балок на провал с плоскостью сдвига неудачи и его угол наклона выделены. Неспособность плоскости луча SG-9,5-2 был ближайшим к погрузке точки крутой угол наклона. Другие два луча усилены с более высокими коэффициентами из стремян GFRP (SG-9.5-3 и ИК-9.5-4) не в плоскости близкой к midshear службы. Основное различие в окончательных моделей щель между пучками три числа и частоты рождения диагональные трещины развивались в сдвиговом службы. Чем выше разрушающая нагрузка, тем больше число искусственных трещин сдвига ..
Отклонение
Как и ожидалось, разрушение при сдвиге был основным видом разрушения и все образцы не удалось при сдвиге до достижения их изгиб потенциала. На рисунке 6 показан сдвиг применяется сила-смещение соотношения для испытуемых балок в двух местах: в середине пролета, а в середине сдвига службы. Пучков показало, что подобное поведение и не было никакого существенного различия между пучками с разными стремена GFRP расстояния и опорного пучка с стальные стремена, за исключением SG-9.5-2, который показал выше отклонения значений, чем в других лучей.
Прочность штаммов
Отношения между приложенной силой сдвига и изгиба штаммов (продольной арматуры и бетона) в середине пролета все балки показаны на рис. 7. Как заметил в отклонении кривых (рис. 6), не было никаких существенных различий в изгибе штаммов среди испытуемых балок. Существовал также никаких доказательств податливость продольной арматуры или дробления бетона.
Деформации в стременах GFRP
Максимальные напряжения стремя для различных пучков в таблице 3, а рис. 8 показывает, применяются силы сдвига среднего стремя деформации отношений рассмотрении штаммов из стремени находится в конце, где пучка сдвиговых произошел сбой. Средний штаммы были рассчитаны из стремян расположены на расстоянии, равном 0,7 сдвига службы, измеряемая от места погрузки (четыре, шесть и восемь тензорезисторов для пучков с стремя расстояние равно D / 2, D / 3, и д / 4 соответственно). Стремена близко к поддержке, были исключены из средней, потому что их штамм был очень мал по сравнению с остальными стремена сдвига службы. Кроме того, любой сдвиговых трещин пересекающих эти стремена обычно появлялись при загрузке этапах близко к провалу. Вообще, чем больше расстояние между стремя, тем выше напряжение стремя на всех уровнях загрузки. Максимальное напряжение в стремя прямолинейном участке стремя GFRP, измеренная в связи с тем, было 13400, 13600 и 13100 микродеформации для SG-9.5-2, SG-9.5-3, и SG-9.5-4, соответственно.
Эти деформации значения соответствуют приблизительно 92% прочности GFRP прямо в часть. Максимальное напряжение на повороте, однако, с 8000 микродеформации Луч SG-9.5-4, что соответствует 93% от силы изгиба. Это хорошо согласуется с поворотом силы стремена GFRP определяется на основе метода испытания B.5 12, которая была 387 МПа (56,13 KSI) (соответствует 8600 микродеформации). Стоит отметить, что, хотя все условия испытания все лучи были идентичными, то была небольшая разница между средней штаммов стремя в два сдвига пролетов одного и того же луча. При этом, чем средняя штаммов стремя получить от сдвига службы, где сдвиг произошел сбой был рассмотрен ..
Из сравнения представлены на рис. 8, то можно заметить, что все лучи показали такое же поведение на ранней стадии загрузки. После сдвиговых трещин и с увеличением нагрузки, ширина SS-9.5-2 (с стальные стремена при Л / 2) показал наименьшее среднее напряжение значения по сравнению с другими пучков армированные GFRP стремена. Это могут быть переданы на более высокий индекс сдвига арматуры (fyEfy / Es) для этого потока по сравнению с другими с GFRP стремена. Индекс сдвига укрепление SG-9.5-4 составляет примерно 50% от SS-9.5-2 (0,12 и 0,26 для SG-9.5-4 и SS-9.5-2, соответственно), но не показывают существенные различия в средние значения деформации до податливость стальные стремена. Это указывает на зависимость сдвига поведение не только по модулю упругости, но и на другие механические свойства, такие как связь характеристик поперечной арматуры. Этот вопрос требует дальнейшего изучения.
Соответствует средняя нагрузка на стременах GFRP равной 2500 микродеформации (штамм предела, указанного в CHBDC, CSA S6-0610), приложенных сил трения на 173, 185 и 218 кН (38,89, 41,56 и 49,01 KIPS) для С. -9.5-2, SG-9.5-3, SG-9.5-4, соответственно (рис. 8). Эти ценности представляют 67%, 55% и 52% наблюдаемых нагрузки провал испытаний образцов, соответственно. Они также представляют собой 122%, 116% и 122%, соответственно, предсказал сдвига потенциала с использованием CHBDC provisions.10 С другой стороны, рассчитанные штаммов стремя на основе CHBDC CSA S6-06 (2006) 10 (формула ( 17)) являются 2500 (код верхний предел), 2104 и 2013 микродеформации соответствующие средние напряжения в 112,5, 94,7 и 90,6 МПа (16,32, 13,74 и 13,14 KSI), соответственно. Эти средние напряжения составляет 17%, 14% и 14% прочности GFRP стремя параллельно направлению волокон и 30%, 24% и 23% изгиба силу стремена для SG-9.5-2, SG-9,5 -3, и SG-9.5-4, соответственно. Поэтому ограничение предельной деформации в стремя FRP в 2500 микродеформации приводит к чрезмерно консервативных прогнозов сдвига потенциала конкретных членов армированные стремена GFRP ..
Увеличение этого предела штамма 4000 микродеформации, как это рекомендовано 440.1R ACI-069 и обновленный CHBDC CSA S6-06 (2009), 11 наблюдается сдвиг применяется сила 193, 225 и 257 кН (43,39, 50,58 и 57,78 KIPS ), что соответствует 75%, 67% и 62% от разрушающей нагрузки для SG-9.5-2, SG-9.5-3, SG-9.5-4, соответственно. Указанные ограничения деформации составляет примерно 25% от деформации потенциала большинства коммерчески доступных продуктов GFRP.
Распределения деформаций сдвига службы, где произошел сбой, готовится помощью тензометрических чтения по сравнению с стремя положение луча SG-9.5-2, как показано на рис. 9. Это можно заметить, что напряжение в стременах вдоль сдвига службы зависит от растрескивания картины и позицию обеих стремя и тензометрических в связи с трещиной. Рядом с трещиной, измеренное напряжение выше, чем в среднем. Некоторые из стремян не показывают очень высокий уровень стресса на ранних стадиях загрузки до сдвиговых трещин были стабилизированы. Самые высокие уровни стресса были измерены в стременах GFRP находится в середине третьей сдвига службы в среднем штамма 8890 микродеформаций.
Влияние стремя интервал
В общем, балки с меньшими стремя расстояние показали выше срез и нижние поперечные деформации в любой нагрузке. Основываясь на традиционной 45 градусов фермы модели, напряжение в стремя FRP в связи с тем, FFV, определяется по следующей формуле, 9 учитывая сокращение множитель, равный 1,0
... (18)
AFV, где есть площадь стремена FRP, с это расстояние за стремя, г является эффективная глубина луча. На рисунке 10 показано эффективное напряжение в стременах FRP в связи с тем по отношению к конечной ffuv силы для разных расстояний стремя с использоваться в данном исследовании. Эффективного FFV стресс стремя в связи с тем, в отношении предела прочности на стременах, ffuv, (параллельно направлению волокна) была 105%, 99%, и 95% для Балки SG-9,5-2, SG-9,5-3 , и SG-9.5-4, соответственно. Меньшее расстояние между стремена FRP, тем меньше эффективная стремя напряжения, потому что выше вероятность диагональные трещины сдвига пересекаются изгиб зон стремена FRP, как это видно на рис. 10. Это было продемонстрировано в исследовании Шехата и др. al.7, что использовать три других пучков армированные стремена углепластика с разных расстояний. Эффективное напряжение стремя в связи с тем по отношению к пределу прочности на стременах, ffuv, в этих пучков 76%, 67% и 56% соответствует стремена расстояние равно D / 2, D / 3, г / 4, соответственно.
Основной причиной разницы между этими двумя результатами (в настоящее время исследования по сравнению что Шехата и др. al.7) могут быть переданы на изгибе прочность по отношению к прямой силы части. В текущем исследовании, изгиб силы стремена GFRP было 58% от GFRP прямой силы часть, однако это соотношение составляло 46% на работу и др. Шехата al.7 использованием углепластика стремена. Можно сделать вывод о том, что предоставление FRP стременах, с такой силой, соотношение изгиба-tostraight часть fbend / ffuv. 0,6 результаты в достижении полного потенциала как прямые, так и изгиб части одновременно. Другими словами, используя FRP стремена с меньшим поворотом силы приводит к неспособности регулируется поворотом силы, и возможности прямых участков из стремян FRP не могут быть использованы. Другие факторы, которые могут сказаться на эффективности значения напряжений конфигурации из стремян, модуль упругости и ценных бумаг, характеристики ..
Shear трещины
В железобетонных секций, ширина трещины изгиба ограничивается в большинстве правила проектирования для защиты стальной арматуры от коррозии и поддержания эстетической формы структуры, однако, Есть нет установленных лимитов для сдвига ширина трещины. В отличие от стальной арматуры, FRP noncorridible является по своей природе и, следовательно, ограничения на трещины шириной волокнита железобетонные элементы могут быть напрямую связаны с эстетической рассмотрения. Как и стальная конструкция положений, положений FRP дизайн и принципы указать расслабленной ограничения по ширине изгибных трещин, не имея конкретных ограничений для сдвига ширина трещины. положения FRP дизайн, однако, ограничить значения напряжения в стременах FRP в качестве метода контроля сдвига ширина трещины.
На рисунке 11 показана взаимосвязь между приложенной силой сдвига и измеряется максимальное касательное трещины (трещины провал сдвиг). Из рис. 11, можно видеть, что луч SG-9.5-2 (GFRP при Л / 2) показал очень большие трещины, по сравнению с другими трех лучей. Меньшее расстояние между стремена GFRP, тем меньше ширины трещины на том же уровне нагрузки. Хотя SG-9.5-3 и СС-9.5-2 не имеют аналогичный показатель усиление сдвига, оба пучка показал почти такой же нагрузки сдвига поведения трещины шириной до уступая стали стремя. Это называется хорошей гарантией исполнения песка покрытием GFRP стремена, а также ближе стремя расстояния.
Сравнение прогнозов и экспериментальные результаты
Сдвига положения дизайн, перечисленных в таблице 1, были использованы для прогнозирования прочности на срез испытуемых балок. Таблица 4 представляет собой сопоставление экспериментально прочность на сдвиг и предсказал сильные стороны. Из таблицы 4, ясно, что оба CSA-S6-06 (2006) 10 и JSCE21 положений сдвига сильно занижены сдвиговой прочности образцов. Это связано с общей концепцией, используемой при расчете вклада FRP стремени (VFRP). Стремя силы лишь наименее изгиба силу стремена FRP или результаты уравнения. (16) и (17) для CHBDC CSA S6-06 (2006), 10 или уравнения. (4) и (5) для JSCE.21 верхний предел уравнения. (17), 2500 микродеформации, что является очень консервативной, а само уравнение часто приводит к деформации значение меньше этого предела, особенно для стремян FRP с высоким модулем elasticity.13 С другой стороны, JSCE21 ослабило верхний предел этого уравнения (уравнение (4)) до поворота потенциала стремена FRP, но само уравнение прежнему регулируются дизайна.
Учитывая обновленный вариант CHBDC CSA S6-06 (2009), 11 предсказал сдвигу по формуле. (17-1) (то же самое, что и ACI 440.1R-069, см. формуле. (9) в таблице 1) находится в хорошем согласии с экспериментальными значениями. Средний Vexp. / Vpred. составляет 1,77 со стандартным отклонением 0,09 и COV только 5% (табл. 4). Это свидетельствует о том, что нынешняя 440.1R ACI-069 уравнение, которое будет принят CHBDC CSA S6-06 (2009) 11 за стремя FRP деформации при конечной, обеспечивает приемлемый уровень консервативности прогноза сдвига потенциала членов RC с GFRP стремена. С другой стороны, CHBDC CSA S6-06 (2006) 10 занижает угол наклона трещины сдвига для балок армированных GFRP стремена.
MCFT ОСНОВЕ НОЖНИЦЫ ПРОГНОЗ НА ПРОЧНОСТЬ
Три луча армированные стремена GFRP были смоделированы с помощью Ответ 2000 (r2k), 22, основанный на теории поля, изменение сжатия (MCFT) .23 Оба члена анализ ответа и секционных анализа были использованы в r2k предсказать поведение пучков . В отличие от стальной арматуры, FRP стремена имеют два различных значений: растяжение параллельных сил волокна направлении (прямых участков), а также прочность изгиба. При анализе раздела ответ был использован, изгиб прочность была определена в качестве руководящего предел прочности на стременах GFRP. Это предположение основывается на экспериментально наблюдаемые значения деформации (изгиб прочность стремян GFRP была достигнута, а соответствующее напряжение в прямых участков не было достигнуто). С другой стороны, когда полный ответ член был использован, предел прочности прямолинейном участке стремена GFRP был определен в качестве руководящего прочности материала. Сопоставление предсказал и экспериментальные значения с использованием обоих методов представлены на рис.
12. Видно, что оба метода, позволяющих прогнозировать прочность на сдвиг пучков армированные GFRP стремена. Тем не менее, исчерпывающий ответ дал член консервативной прочности на сдвиг в среднем Vexp. / Vpred. равна 1,15 0,12 и соответствующие COV равна 10%. Стоит отметить, что, когда данный метод анализа используется, важно, чтобы выбрать раздел, на котором расчеты. Это управляется через минуту / сдвига (M / V) отношение, так как и начальные значения момента М и поперечной V являются данные пользовательского ввода. Bentz22 рекомендуется использовать раздел находится на расстоянии от DV погрузки, которая была использована в данном исследовании. Когда полный ответ член работал, предельная нагрузка на стременах был записан 664 МПа (96,31 KSI), и, по результатам соответствующей нагрузки сдвига провала, среднее напряжение в стременах GFRP было 325 МПа (47,14 KSI), а напряжений в стременах GFRP на пересечении с сдвиговая трещина была 664 МПа (96,31 KSI) (стремя мощности).
Напротив, на секционных анализ и соответствующее напряжение равным 387 МПа (47,14 КСИ) в стременах GFRP напряжение в стременах GFRP превысил 664 МПа (96,31 КСИ) на пересечении с сдвиговая трещина, которая является прямой части силы. Сдвига ширина трещины рассчитывается на основе анализа MCFT показано на рис. 13. Хотя MCFT предсказать сдвиговой прочности RC пучков армированные GFRP балки, она не в состоянии точно предсказать сдвига ширина трещины ..
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Экспериментальные результаты, касающиеся поведения сдвига крупных пучков армированные GFRP стремена будут представлены и обсуждены. Основные переменные типа и соотношение поперечной арматуры. GFRP стремена, 9,5 мм (3 / 8 дюйма) в диаметре и песчано-покрытием, были использованы в качестве поперечной арматуры в трех пучков с разных расстояний стремя. Для сравнения, один экземпляр был усилен стальные стремена. GFRP стремена были пределом прочности на растяжение 664 МПа (96,31 КСИ) и модуль упругости 45 ГПа (6526 КСИ), и сила была изгиб 387 МПа (47,14 KSI). Экспериментальных и предсказал результаты были сопоставлены учетом сдвига положения разработанной МСА 440.1R-06, 9 CAN / CSA S6-06, 10,11 и JSCE.21 поведение сдвига опытных образцов также предсказал использование MCFT и по сравнению с результатами экспериментов. Основные выводы этого исследования можно резюмировать следующим образом:
1. Наличие стремена GFRP в пучке образцы, аналогичные стальные стремена, повышает конкретный вклад после образования первых трещин сдвига. Меньшее расстояние между стремена GFRP, тем больше сдвиг повышения сопротивления вследствие заключения, который контролирует сдвиговых трещин и повышает совокупный блокировки.
2. На разрушение при сдвиге, угол наклона сдвига трещины в бетонных балок, армированных стремена GFRP находится в хорошем согласии с традиционными 45-градусная модель фермы.
3. Балка усилена стальными стременами показали наименьшее напряжение на том же уровне загрузки в сравнении со своими коллегами армированные GFRP стремена. Это может быть связано с высоким индексом усиление сдвига (fvEfv / Es) для стальных хомутов. Пучка с стальные стремена, однако, не показал наименьшее сдвига ширина трещины. Это может быть связано с различием в связи характеристики стали и GFRP.
4. Использование FRP стремена с такой силой, соотношение изгиба-tostraight часть, fbend / ffuv. 0,6 дает возможность использовать потенциал прямых участков из стремян FRP в пучке образцов. Нижняя отношения вызовет изгиб силы управляют стремя, независимо от прочности на растяжение прямой порция.
5. Ограничение предельной деформации в стремя FRP как указано 440.1R ACI-069 и обновленный CHBDC CAN / CSA S6-06 (2009) 11 позволяет проводить более точный, но до сих пор консервативная прогнозирования прочности на сдвиг конкретных членов армированные стремена GFRP .
6. Подробный анализ с использованием r2k 22, которая базируется на MCFT, предсказать срез балок армированных стремена GFRP, однако она не в состоянии точно предсказать трещины этих пучков.
Авторы
Авторы хотели бы выразить свою признательность и искреннюю благодарность естествознания и техники Научно-исследовательский совет Канады (СЕНТИ), Канадская сеть центров передового опыта по интеллектуальным зондирования для инновационных структур (ISIS Канада), Fonds qubcois де-ла- научно-исследовательский Сюр-ла-природы и др. Ле технологий (FQRNT), Pultrall Инк (Тетфорд мин, QC, Канада) и Министерства транспорта Qubec (MTQ) для финансирования этого исследования работы. Авторы хотели бы поблагодарить технического персонала в структурных лаборатории Университета Шербрук за их помощь в изготовлении и испытания образцов.
Нотация
AFV = общая площадь поперечного сечения поперечной арматуры, мм2
Ag = общая площадь сечения члена, мм2
As = площадь поперечного сечения из стали или FRP арматура, мм2
= сдвиг пролета, мм
B = ширина пучка, мм
с = нейтральной оси глубина, мм
D = расстояние от крайней волокна сжатия тяжести напряжения арматуры, мм
DB = бар, мм
д \ = эффективная глубина сдвига для продольной арматуры, мм
Efl = модуль упругости продольной арматуры, МПа
ЭТС = модуль упругости поперечной арматуры, МПа
Es = модуль упругости стали, МПа
ФК "?? = Прочность на сжатие бетона, МПа
fbend = прочность изогнутых часть FRP-бар, МПа
FCR = крекинга прочность бетона, МПа
ffuv = прочность на растяжение прямой части поперечной арматуры, МПа
FFV = вертикального напряжения в стремена FRP, МПа
F?? MCD = дизайн сжатие прочность бетона учетом размерного эффекта, МПа
А = общая глубина членов, мм
к = ...
Md = дизайн изгибающий момент, Н? Мм
Mf = учитываться момент раздела, N? Мм
Мо = декомпрессии момент, Н? Мм
Nd?? = Дизайн осевой сжимающей силы, N
Nf = учитывается осевой нагрузки нормали к сечению, происходящие одновременно с Ф., в том числе последствия напряженности вследствие ползучести и усадки, N
п = модульной отношение
Кв = внутренний радиус изгиба стремена FRP, мм
ы = шаг поперечной арматуры, мм
SZ = параметр трещины интервал
Цзе = эквивалентный трещины интервал параметра, не должно приниматься менее 0.85sz
Vc = учитывается сопротивление сдвигу при условии бетоном, N
Vf = учтены силы сдвига в разделе N
VFRP = учитывается сопротивление сдвигу предоставляемый FRP поперечной арматуры, N
г = расстояние между точками действия растягивающих и сжимающих результирующей силы, равной d/1.15, мм
S = угол между поперечной арматуры и оси пучка (в градусах)
FV = напряжение в стремя FRP
х = продольной деформации при midheight сечением
Ь = коэффициент безопасности = 1,3
MFB = коэффициент запаса прочности для изготовления гнутых часть = 1,3
= Угол наклона главной диагонали напряжение при сжатии (в градусах)
П = соотношение изгиба арматуры для баров FRP
FV = коэффициент сдвига арматуры для хомутов FRP
S = коэффициент сдвига арматуры для стальные стремена
N = напряжений в бетоне в связи с осевыми нагрузками, МПа
Ссылки
1. Benmokrane, B.; Chaallal, О. и Масмуди Р., "Ответ на изгиб бетонных балок Усиленный FRP арматура," Структурные ACI Journal, V. 93, № 1, январь-февраль 1996, с. 46-55.
2. Интеллектуальные зондирования для инновационных структур (ISIS), "Усиление железобетонных конструкций с Fibre Железобетонная полимеров (ISISM03-07)," Канадская сеть центров передового опыта по интеллектуальным зондирования для инновационных структур университета Манитоба, Виннипег, MB, Канада, 2007, стр. . 10.1-10.12.
3. Эль-Salakawy Э., Benmokrane, B., "Работоспособность железобетонный мост Железобетонная плита с палубы армированных волокном композитных полимерных бары," Структурные ACI Journal, В. 101, № 5, сентябрь-октябрь 2004, с. 727-736.
4. Gravina, RJ, и Смит, ST, "Поведение при изгибе неопределенного бетонных балок Усиленный FRP бары," Журнал инженерных сооружений, В. 30, № 9, 2008, с. 2370-2380.
5. Эль-Сайед, АК; Эль-Salakawy, EF и Benmokrane, B., "Прочность на сдвиг из волокнита железобетонных балок без поперечной арматуры", ACI Структурные Journal, В. 103, № 2, март-апрель 2006, с. 235-243.
6. Маруяма, T.; Honama, M.; и Okmura, H., "Экспериментальные исследования по прочности на растяжение Бент Доля FRP стержнях", волокнита Арматура железобетонных конструкций, SP-138, американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI , 1993, с. 163-176.
7. Шехата, E.; Морфи, R.; и Rizkalla С., армированного волокном полимерные поперечной арматуры для бетона Участники: Поведение и дизайн Руководства "Canadian Journal гражданского строительства, V. 27, № 5, 2000, с. 859-872.
8. Эль-Сайед, АК; Эль-Salakawy, E.; и Benmokrane, B., "Механические и структурных свойств новых углеродных FRP Stirrups для бетона Участники", журнал композиты для строительства, ASCE, V. 11, № 4, 2007, с. 352-362.
9. ACI Комитет 440 "Руководство по проектированию и строительству железобетонных с FRP бары (ACI 440.1R-06)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2006, 44 с.
10. Канадская ассоциация по стандартам (CSA), "Канадский Автодорожный мост Дизайн кодекса (CAN / CSA S6-06)," Рексдейл, ON, Канада, 2006, 733 с.
11. Канадская ассоциация по стандартам (CSA), "Канадский Автодорожный мост Дизайн кодекса (CAN / CSA S6-06)" (приложение), Рексдейл, ON, Канада, 2009, 13 с.
12. ACI Комитет 440 "Руководство по методам испытаний армированных полимеров (FRPS) для укрепления или усиления железобетонных конструкций (ACI 440.3R-04)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2004, 40 с.
13. Ахмед, EA; Эль-Salakawy, EF и Benmokrane, B., "Shear Выполнение RC балок моста Усиленный углерода FRP Stirrups" Журнал мостов, ASCE. (В печати)
14. Benmokrane Б., Эль-Salakawy, EF; Эль-Ragaby, A.; и Лакей, T., "Проектирование и тестирование железобетонный мост Палубы Усиленный стекла FRP бары," Журнал мостов, ASCE, V. 11, № 2, 2006, с. 217-229.
15. Benmokrane Б., Эль-Salakawy, E.; Эль-Гамаля, SE и Sylvain Г., строительство и испытания инновационных бетонных настилов мостов Всего Усиленный стекла FRP бары: Val-Ален моста на шоссе 20 Востоке, "Журнал мостов, ASCE, V. 12, № 5, 2007, с. 632-645.
16. Эль-Salakawy, EF; Benmokrane, B.; Масмуди, R.; Brire, F.; и Бомьер Е. "железобетонный мост барьеров Усиленный GFRP составных стержней", ACI Структурные Journal, В. 100, № 6, ноябрь-декабрь 2003, с. 815-824.
17. Эль-Гамаля, S.; Benmokrane, B.; и Гуле, S., "Испытание железобетонного моста барьеров Усиленный Новые стекла FRP бары," Труды 37-й ежегодной конференции СБСЕ, Квебек Сити, Квебек, Канада, 2008, 10 с. (CD-ROM)
18. Benmokrane Б., Эль-Salakawy, EF; Эль-Ragaby, A.; и Висман А., "Реабилитация структурной плиты Лорье-Тач Parking Garage (Гатино, Квебек) Использование стекла FRP бары," 35 СБСЕ Ежегодный Конференции, Калгари, провинция Альберта, Канада, 23-26 мая 2006, 9 с. (CD-ROM)
19. Benmokrane, B.; Eisa, M.; Эль-Гамаля, S.; Эль-Salakawy, E.; и Thebeau, D., "Первая Использование GFRP бары в качестве подкрепления для непрерывного железобетонных Pavement", Труды 4-й Международной Конференция по композиты FRP в строительстве (CICE2008), Цюрих, Швейцария, июль 2008, стр. 6. (CD-ROM)
20. Ахмед, EA; Эль-Salakawy, E.; Массикотт, B.; и Benmokrane, B., "Shear Поведение NEBT балок моста Усиленный углерода FRP Stirrups", технический отчет Фаза 2-B, который был представлен в Министерство транспорта Квебека , Квебек Сити, Квебек, Канада, март 2008, стр. 49.
21. Японское общество гражданских инженеров (JSCE), "Рекомендации по проектированию и строительству железобетонных конструкций использованием непрерывного волокна армирующих материалов," Бетон инженерно серии 23, А. Мачида, под ред. Токио, Япония, 1997, 325 с.
22. Бенц, ЕС, "Секционные расчету железобетонных Участники", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, 2000, 184 с.
23. Коллинз, член парламента, и Vecchio, FJ ", модифицированной теории сжатия поля для железобетонных элементов, подвергнутых сдвига", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 2, март-апрель 1986, с. 219-231.
Входящие в состав МСА Ehab А. Ахмед Кандидат в Департаменте строительства, Университет Шербрук, Шербрук, Квебек, Канада. Он получил степень бакалавра и магистра в области гражданского строительства университета Menoufiya, Menoufiya, Египет. Его исследовательские интересы включают структурный анализ, проектирование и тестирование волоконно-армированные полимерные железобетонных конструкций.
Ehab F. Эль-Salakawy является адъюнкт-профессор и заведующий Канада исследований в перспективных композитных материалов и мониторингу гражданской инфраструктуры в Департамент гражданской инженерии в Университете Манитобы, Виннипег, MB, Канада. Его исследовательские интересы включают крупномасштабных экспериментальных испытаний и моделирования конечных элементов железобетонных конструкций.
Брахим Benmokrane, ВВСКИ, является СЕНТИ профессор Председатель исследований в области инновационных композитных материалов FRP для инфраструктур в Департамент гражданской инженерии в Университете Шербрука. Он является членом комитета ACI 440, армированных полимерных усиление.