Pushover Анализ Shear-критические рамки: проверка и применение

Аналитические процедуры, недавно разработанное для нелинейного анализа железобетонных конструкций каркас из балок, колонн, стен и сдвига в монотонной и пустяковое нагрузки. Преимущество процедуры заключается в его собственных и точной рассмотрение сдвиговых эффектов и существенные механизмы второго порядка в простой процесс моделирования, пригодные для использования на практике. В этом, применение процедуры 33 уже протестированных образцов, две трети из которых сдвига критической, представлены для проверки разработанных алгоритмов. Важные соображения нелинейного моделирования обсуждаются также разработать руководящие принципы для общего применения моделирования. Процедура нашли для имитации поведения экспериментальных образцов рассмотрены с высоким уровнем точности. Экспериментальные сильные стороны, жесткости, ductilities и отказов, все рассчитано точно. Компьютерная параметры, такие как трещины шириной, усиление деформаций и деформаций членов были представлены также успешно.

Ключевые слова: рамка; моделирование; монотонной; нелинейного анализа, пустяковое дело, железобетонные; секционные; сдвига; моделирования.

(ProQuest: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы, компьютерная процедур нелинейного анализа для железобетонных конструкций кадра продвинулись в направлении становится практическим инструментом для использования в офисе инженеров. Эти процедуры нашли разнообразных приложений, в том числе прочности и безопасности оценки существующих структур и оценки эффективности планируемых сооружений. В то же время, научно-исследовательской деятельности на касательные поведения железобетонных продолжает вносить вклад в современные знания. Дизайн процедур код постоянно развивается, и в целом становятся все более жесткими. Это подтверждает тот факт, что сдвига критической структур неудачу в хрупких и катастрофическим образом практически без предварительного знак бедствия. Таким образом, методы анализа, которые точно рассмотреть сдвиговые эффекты имеют важное значение для безопасной и реалистичной оценки прочности и пластичности бетонных конструкций. Большинство имеющихся в настоящее время инструменты анализа, однако, продолжают игнорировать сдвига механизмов, связанных с по умолчанию. Использовать такие инструменты для практического применения, где структура может быть на самом деле сдвига критической, может привести к опасной unconservative оценки как прочность и пластичность ..

Возьмем, к примеру, подогревателем клинкера установки башенного показано на рис. 1. Разработанный в соответствии со спецификациями ACI код, башня была построена в сейсмической зоне в Центральной Америке в конце 1990-х. После его строительство, проектирование последующих обзоров выявленных недостатков в размерах и детали при условии укрепления в некоторых из балок и колонн. Эти недостатки возникают вопросы об ожидаемом исполнении здания под его проектное землетрясение, требующих всеобъемлющего переоценке. В частности, его груза и перемещения потенциала, отказов, и любой дефицитный члены должны быть проверены. Для целей анализа, три компьютерных программ были использованы: SAP2000 ® (CSI 2005), RUAUMOKO (Carr 2005), и TEMPEST (Vecchio 1987; Веккьо и Коллинз 1988). Рама была смоделирована с использованием только параметры по умолчанию и моделей, которые легко встроены в программы, то есть по умолчанию петли и все по умолчанию, моделей поведения материалов. Все три модели были созданы с использованием той же геометрии, материальных и условия поддержки.

Из этих анализов, неприемлемо иные результаты были получены, как показано на рис. 2. SAP2000 RUAUMOKO и предсказал, что рама не смогут при изгибе, а TEMPEST предсказать внезапный отказ сдвига в некоторых пучков. Большие расхождения были получены в пластичности прогнозы на раме; SAP2000 предсказал примерно в 5,6 раза большее смещение на пиковую мощность нагрузки, чем TEMPEST. Очень вязкий нагрузки отклонения от полученного прогноза SAP2000 и RUAUMOKO результате из предположения о чисто изгибных поведения. Иными словами, влияние сдвига механизмов, связанных с совершенно забытых в момент петель, которые используются по умолчанию. В TEMPEST анализа, с другой стороны, по умолчанию модели поведения материала считается неупругих эффектов сдвига и предсказал сдвига неудач для верхнего этажа балки, обеспечивая тем самым как минимум пластичного ответ. Отметим, что с TEMPEST анализа, ухудшение конвергенции и больших неуравновешенных сил сдвига стала очевидной после Force Base сдвига 6300 кН (1418 KIPS), что ставит под сомнение обоснованность кривой прогиба от нагрузки потом.

Если бы кто в состоянии предвидеть сдвига доминируют поведение до анализа, это было бы возможно создание пользовательских пользовательских петли сдвига в SAP2000 и RUAUMOKO моделей. Такой анализ, однако, потребовало бы экспертных знаний о сдвига поведение железобетона в дополнение к специализированным поддержку программного обеспечения для разработки сдвига шарнирно-модели и приняли бы значительных затрат времени и усилий инженерных ..

Процедура анализа был недавно предложен Guner и Vecchio (2010) в своей сути и точный учет сдвига эффекты, связанные в сочетании с осевой и изгиб механизмы нелинейного поведения кадра. Итерационная процедура использует нелинейный анализ секционные в жесткости основе линейно-упругой алгоритм анализа кадра с помощью несбалансированный подход силу. Слоистые (волокно) представление используется в нелинейной секционные анализ, в котором сечение дискретизации в число конкретных друга и стали напрягаемой слоев. Каждый слой затем анализировали на двумерной плоскости в условиях деформации в зависимости от равновесия, совместимости и учредительных требования возмущенной модели поля напряжений (DSFM) (Vecchio 2000). Равновесия требования включают баланса осевое усилие, поперечная сила и изгибающий момент вычисляется по рамке анализа, тогда как основные требования совместимости, что "самолет сечения остаются плоскими". Зажима напряжений в поперечном направлении принимается равной нулю.

Деформаций сдвига основе анализа параболического распределения используется, что позволяет продолжить анализ в регионе после пика. Процедура позволяет проводить анализ кадров с необычными или сложными сечений при большом диапазоне статические и тепловые нагрузки. В дополнение к строгим рассмотрение сдвиговых эффектов, процедура имеет свои преимущества по сравнению с другими с простыми требованиями моделирования, пригодные для использования в практике инженеров-строителей. Процедура не требует пользователю выбрать соответствующие опции анализа и значения параметров, не требует предварительного анализа подтверждающие расчеты, такие как поперечная сила сдвига отклонения ответов или петель определений, не требует аналитик прогнозировать поведение и механизм разрушения до анализа, а это быстро и численно устойчивы ..

В настоящем документе рассматривается применение предлагаемой процедуры 33 апробированные ранее структуры, состоящие из балки, рамы, и поперечных стен, чтобы проверить недавно реализованных алгоритмов. Как основной упор делается точно моделировать сдвига механизмов, связанных, две трети образцов выбранных выставлены сдвига доминирующее поведение в экспериментах. Важные соображения нелинейного моделирования обсуждаются также с помощью практических примерах, с целью разработки руководящих принципов для общего применения моделирования.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

В отличие от изгиба критически важных структур, которые обычно выставки пластичных видов отказов, сдвига критической структур неудачу в гораздо менее простить хрупких образом практически без предупреждения. При сдвиге механизмов, связанных с пренебречь в аналитической оценки таких структур, грубо unconservative расчеты прочности и пластичности предсказания результата. Большинство имеющихся средств, однако, игнорировать сдвиговых эффектов по умолчанию, а те, которые считают их зачастую трудно использовать и по-прежнему соответствуют действительности. Таким образом, совершенствование процедур не требуется сдвига критической структур по-прежнему можно найти в практике. Для устранения этого недостатка, процедуры анализа был недавно предложен Guner и Vecchio (2010). Эта статья описывает результаты исследований проверки точности предложенных формулировок и содержит руководящие принципы для общего применения моделирования.

Моделирование локализации сдвигов Важнейшие пучков

Первая группа рассмотрела образцы в том, что проверен Веккьо и Шим (2004), включая четыре набора из трех пучков серии подвергаются монотонно возрастающая точечные нагрузки. Пучков были разработаны для сдвига критической, со сдвигом соотношения усиление в диапазоне от 0,0 до 0,2%. Перемещение контролируемых загрузка была применена на midspans, производя сдвиг пролета углубленного отношения от 3,3 до 5,8. Сечения пучка была глубина 552 мм (21,7 дюйма) и шириной 305, 229 и 152 мм (12, 9 и 6 дюймов) для пучка Series A, B, и C, соответственно. Продольного укрепления отношений использоваться составлял от 1,4 до 3,2%; конкретные сильные сжимающие колебалась от 22,6 до 43,5 МПа (3,3 до 6,3 KSI).

При создании модели рамка, рамка элементы должны быть разделены на достаточно короткий членов (то есть сегментов) для того, чтобы средняя сил членов рассчитываются с достаточной степенью точности для использования в нелинейном анализе. Для достижения оптимальной точности, рекомендуемая длина члена в диапазоне от 50% от поперечного глубине разделе пучка и столбцов членов и 10% от поперечного глубине раздел для сдвига членов стены. Frame модели пучков были созданы только для одной половины каждого луча, пользуясь симметрии, как показано на рис. 3. Вертикальной степенями свободы на узел 1 был сдержан определить простой ролика; как горизонтальные, так и вращательных степеней свободы на 7 Узел и они перестали удовлетворять условию симметрии.

Для создания секционных моделей дискретизации от 30 до 40 конкретных слоев как правило, обеспечивает удовлетворительные результаты. Потому что продольное распределение деформации достигает максимальных значений в верхней и нижней части сечения, толщина слоя конкретные предпочтительно должны быть сокращены в этих регионах, особенно на стороне сжатия раздела. Для широкого применения, симметричное расположение для конкретной толщины слоя рекомендуется, так как была использована в настоящем исследовании.

Определение конкретных толщины слоя требует особого внимания на явную толщины покрытия и вне конфигурации укрепление плоскости. В качестве примера применения, рассмотрим луч VS-A1, который ясно крышка 38 мм (1,5 дюйма) и закрытые стремя, изготовленных из 6,4 мм (0,25 дюйма) диаметр бар. Ноги из стремян, распространяющегося во вне плоскости направлении являются вне укрепления плоскости, как показано на рис. 4. Рассмотрение вне плоскости укрепления особенно важно для слоев при сжатии. Приток площадь, ограниченная приблизительно 5,5 до 6,0 раза бар диаметр предложил для расчета вне отношение подкрепления плоскости следующим образом

... (1)

где ^ к югу Ь является площадь поперечного сечения из вне плоскости укрепления, ул это шаг вне плоскости укрепления в продольном (х) направлении, и т ^ о ^ к югу расстояние в поперечном (у) направление, в котором вне плоскости укрепления будет назначен.

Поперечной арматуры присваивается конкретных слоев между арматурой вне плоскости, отношение определяется следующим образом

... (2)

где п от общего числа ноги, распространяющаяся в поперечном направлении и б ширина слоя бетона, в котором задание должно быть сделано. В результате укрепления отношений приведены в таблице 1, где D ^ с ^ к югу является конкретным толщины слоя и N является общее число конкретных слоев с той же толщины и укрепление отношений. Для луча VS-A1, секционные модели используется рис. 5. Более подробная информация об моделирования и анализа процесса можно найти в Guner (2008) и Guner и Vecchio (2008).

Аналитически и экспериментально получены в середине пролета нагрузки отклонения ответов Веккьо и Шим (2004) пучков сравниваются на рис. 6. Пик грузоподъемностью лучей были рассчитаны с хорошей точностью, отношение расчетного к наблюдаемых предельной нагрузки для всех 12 пучков было в среднем 1,05, коэффициент вариации (COV) составил 6,1%. В середине пролета прогибов при максимальных нагрузках были рассчитаны с достаточной рассчитана до наблюдается среднее отношение 0,82 и COV на 12,8%. Общая тенденция в аналитических результатов было недооценивать прогибов, давая ответы жесткие по сравнению с экспериментальными ответов. Анализ этих пучков с более строгой конечных элементов инструмент также предоставил так же жесткие меры (Веккьо и Шим 2004). Мягкий экспериментальных поведения, возможно, объясняется нарушениями в тестовой системе.

Отсутствие смещения имеют особенно важное значение при определении пластичности структур. Для этих лучей, они были рассчитаны, в среднем 0,93 и COV на 18,3%. Более рассеянный характер этих результатов следует ожидать, так как после пика пластичности сдвига критической пучков, содержащих мало или вообще не поперечной арматуры в значительной степени регулируется с помощью механизмов, в значительной степени зависит от конкретных прочность на растяжение, само имущество подверженных большой разброс. Три различных видов отказов были зарегистрированы в экспериментальных исследованиях: диагональ неудачи напряжение для всех трех лучей, не содержащих поперечной арматуры; сдвига сжатия отказов для промежуточных балок содержащие поперечной арматуры, а также изгиб сжатия неудачи в долгосрочной балок содержащие сдвига подкрепления. Для всех двенадцать пучков, этих отказов было рассчитано точно на анализ.

Второй серии балок рассмотрел в том, что испытания "Аль Angelakos и др. (2001) с участием 12 балок, монотонно возрастающая точки нагрузок на их midspans в перемещения контролируемых режиме. Эти лучи отличаются от Веккьо и Шим (2004) пучков в три важных аспекта: пучка сечения с большим 1000 продольных суммы были меньше усиление с неровными распределений. При больших сечений и низкого соотношения поперечных усиление в диапазоне от 0,0 до 0,08%, размер эффекты, совокупный блокировкой, конкретную должность взлома растягивающие напряжения, а также трещины скольжения, как ожидается, будет значительным механизмов в поведении этих пучков. Кроме того, в нижней сдвига службы к глубине отношение, прямое действие конкретных стойка, которая не учитывается в расчетах секционные предлагаемой процедуры, будет играть более значительную роль в ответах. Некоторые из этих пучков были изготовлены с высокопрочного бетона, что представляет собой дополнительную проблему ..

Прочность балок, содержащих мало или вообще не подкрепление очень чувствительна к таким механизмам, как смягчение напряженности, напряженности жесткости, а также суммарные блокировки, все из которых имеют непосредственное отношение к прочности бетона. Прочности бетона, однако, не является постоянной по сравнению с прочностью на сжатие, но изменяется в зависимости от ряда параметров, таких как объем бетона, градиент продольной деформации, а также присутствие сдержанного штаммов усадка (Коллинз и Митчелла 1991). Снизу оценки прочности при растяжении, определяется формулой. (3) в соответствии с рекомендациями CSA A23.3-04, был использован для всех исследованиях в данной статье. Следовательно, при анализе образца с нет или мало арматуры, более рассеянной прогнозы должны, как правило предвидеть.

... (3)

Рама модели для этих лучей состоит из шести членов, пользуясь симметрией представлять одна половина длины балки, как показано на рис. 3. Секционные модели были созданы с использованием около 40 конкретных слоев в том же порядке, как Веккьо и Шим (2004) пучков. В соответствии с рекомендацией др. Angelakos и др. (2001), максимальный размер использоваться в ходе анализа было принято равным нулю для лучей, имеющих конкретные преимущества более 65 МПа (9,4 KSI) (то есть для Балки DB165, DB165M, DB180, а DB180M), а через трещины, , а не ходить по совокупности, в результате чего совокупный блокировки неэффективными.

Как показано на рис. 7, пик грузоподъемностью лучей были рассчитаны достаточно хорошо, в среднем 1,07 и COV на 16,7% за расчетный к наблюдалось соотношение сил. COV несколько выше, чем обычно ожидается с нелинейными анализ по причинам, отмеченным ранее. Отказов всех пучков были точно рассчитаны, как диагональные напряжения неудач. Для образцов, не содержащих поперечной арматуры, аналитически определить сбои произошли вдруг в зоне компрессии 5 членов, аналогичных по своему характеру экспериментальной поведения. Для пучков содержащие поперечной арматуры, рассчитанные ответы, обычно участвующие в неспособности членов 2 со значительно более диагональных трещин до неудачи, по сравнению с лучами, не содержащих поперечной арматуры. Диагональные напряжения отказов наблюдалось также в опытах с диагональные трещины по длине между точечную нагрузку на середине пролета и поддержку.

МОДЕЛИРОВАНИЕ FRAMES

Первый образец кадра рассмотрел в том, что испытания "Аль Дуонг и др. (2007), включая один залив, два этажа рамы, показанной на рис. 8 (). Испытания каркаса была разработана для имитации детали башни подогревателем клинкера, описанной ранее, воспроизводя сдвига недостаточным характеристик пучков: пучков пролетных глубине отношение, сдвига и продольной суммы подкрепления, и материальные преимущества. Тестирование рамках была проведена в два этапа: первый этап на один цикл, состоящий из прямого и обратного загрузки и фазы B, для последовательности полных циклов за рамки были восстановлены с помощью армированных волокном полимера (FRP) обертывание. В обеих фазах монотонной боковой нагрузки был применен второго этажа пучка перемещения контролируемых режиме, в то время как два постоянных нагрузках колонке были применены во тестирования для имитации эффектов осевой силой высшего истории.

Рама модели структуры был создан с помощью члена длиной примерно равна половине креста глубинный разрез, то есть, 200 мм (7,9 дюйма). Потому что рама модели обычно основаны на оси размеров, застыл конце зоны обычно используются для учета перекрытия части балок и колонн в совместном регионов, как это показано с жирными линиями на рис. 8 (б). Одним из способов достижения этой цели заключается в повышении как продольная и поперечная арматура суммы в конечных членов зоны. На основании ограниченного исследования, множитель 1,5 или больше было найдено выполнения работы для этой цели; 2 раза была использована в настоящем исследовании. Болты, используемые в ходе эксперимента зафиксировать базу луч сильного пола были представлены простые поддерживает. Шесть членов типа были использованы для создания модели секционных пучка, столбцов и базы членов. Дополнительные шесть типов членов были использованы для застывших членов зоны конца. Как правило, 30 бетонных слоев были использованы, как показано на рис. 8 (с). Обратитесь к Guner (2008) для более подробной информации о секционных моделей ..

В экспериментальных исследованиях, когда значительный ущерб сдвига произошло, кадр был выгружен чтобы не допустить полной неудачей; кадр был быть модернизированы и повторно в программе Фаза B. Из определения неисправности жаждали этой аналитической оценки, однако, кадр был загружен на провал. Как показано на рис. 9, максимальная грузоподъемность рамы была рассчитана с хорошей точностью, имея рассчитанные до наблюдаемых отношение 1,06. Постепенное снижение поперечную жесткость в препик регионе был взят в плен хорошо. Кроме того, уровни боковых нагрузка, вызывающая уступая первое из нескольких компонентов укрепления были оценены разумно. Расчетная ширина трещины также показали сильную корреляцию с экспериментальными ширины трещины, как зафиксировано в Guner (2008). Ущерба режиме рамки экспериментально классифицируется как прогиб сдвига со значительным сдвига повреждения пучка 1N сопровождается изгиб механизмов с участием трещин от изгиба и укрепление уступок. Аналогичный механизм отказа была определена аналитически.

Первое падение грузоподъемность рамы, на 48 мм (1,9 дюйма) перемещения, было вызвано разрушение при сдвиге пучка 1S. Из верхнего этажа пучка была цела, рамка продолжали увеличилось до деформации сдвига провала Луч 2S, на 68 мм (2,7 дюйма) перемещения, в результате чего второе падение на рис. 9. После этого, единственный оставшийся нагрузка сопротивления механизма консольные колонке ..

Второй экземпляр кадра исследовали, что проверен Веккьо и Эмара (1992). Этот фрейм отличается от др. Дуонг и др. (2007) кадра в три важных аспекта: кадр был изгиб важных с хорошо только сечений; пучков службы углубленного отношения были больше на 8,75 и, наконец, более высокая колонна осевых нагрузок были применены, как показано на рис. 10.

Рама модели для этого образца была создана с помощью членов длины в пределах от половины креста глубинный разрез, то есть, 200 мм (7,9 дюйма). Затвердевший зон конца были использованы по причинам, изложенным выше. Три члена типа были использованы для создания модели секционных пучка, столбцов и базы членов, три дополнительные типы членов были использованы для застывших зон конце этих членов. Как правило, 40 бетонных слоев были использованы в секционных моделей (см. Guner [2008] для деталей каркаса и секционных моделей). Кадр был загружен бокового смещения 155 мм (6,1 дюйма), а затем выгрузки к чистому боковые нагрузки нуля, как это было сделано в эксперименте.

Как видно из рис. 11, максимальная грузоподъемность кадр был оценен с отличной точностью, имея рассчитанные до наблюдаемых отношение 0,98. Поперечную жесткость каркаса была рассчитана с достаточной степенью точности. После разгрузки полностью кадр, остаточное смещение было рассчитано 14% завышенной. Общая энергия, рассеиваемая кадра была рассчитана с высокой точностью: 44,6 кНм (32,9 KIPS-м) по сравнению с экспериментальным значением 44,4 кНм (32,7 KIPS-м). Экспериментально ущерб режиме рамки участие пластичного пластиковых движущиеся как концах бруса (1N луча, 1С, 2N, и 2С) и оба столбца базы (BN и BS), в том числе уступая как растяжение и сжатие арматуры и некоторые конкретные дробления . Аналитический режим ущерба было вызвано главным образом пластиковые движущиеся колонны базы, в том числе уступая как растяжение и сжатие арматуры и дробления бетона, особенно в области BS. Первого и второго этажа пучков концы были вычислены серьезные повреждения с шириной раскрытия трещин достигает 9,0 мм (0,35 дюйма) и деформации растяжения укрепление достижении 47

Особый интерес в поведении этой системе является влияние эффектов второго порядка (то есть P- Для примера, анализ повторил без учета геометрической нелинейности на основе малых предположение перемещений. Как показано на рис. 11, чистый боковые нагрузки, продолжало увеличиваться с увеличением бокового перемещения, в результате чего переоценкой сил блока. Из другой интерес представляет влияние сдвиговых деформаций на реакцию этого кадра. В результате расследования, Веккьо и Эмара (1992) сделан вывод, что деформации сдвига вклад в общее деформации этого кадра на 20%, несмотря на преимущественно разрушение при изгибе режиме.

Третий кадр исследовали, что проверен Веккьо и Balopoulou (1990). Этот кадр был почти идентичен Веккьо и Эмара (1992) рамы, показанной на рис. 10. Единственное существенное различие, кроме состояния нагрузки, в том, что верхний подкрепление сократить до двух № 20 баров в центре 500 мм (19,7 дюйма) длина первого этажа пучка. Загрузки этого кадра участие применения монотонно возрастающей вертикальной нагрузки в центре первого этажа пучка до произошел сбой.

Пользуясь симметрией тестовой системе, только одна половина кадра был смоделирован с государствами-членами длины в диапазоне от половины креста глубинный разрез, то есть, 200 мм (7,9 дюйма). Четыре члена типа были использованы для создания модели секционных пучка, столбцов и базы членов. Три дополнительных типов членов были использованы в застывших зон конце этих членов. Бетонные усадки штаммов -0,5

Аналитически и экспериментально получить первый этаж в середине пролета нагрузки отклонения ответы сравниваются на рис. 12. Экспериментальных ответ прогиба от нагрузки сообщили Веккьо и Balopoulou (1990) было прекращено еще до отказа рамки по причинам безопасности оборудования, следовательно, штрих-отклонение ответ на полную проверку, измеряемый погрузчик, включая гибкость машины, также в сравнении с аналитической ответ прогиба от нагрузки на рис. 12. Аналитический ответ прогиба от нагрузки показали хорошее согласие с экспериментальными ответ. прочность рамы, жесткость, и отсутствие отклонения, причем особенно важно при расчете пластичность кадра, были рассчитаны точно. Максимальная ширина трещины изгиба были также рассчитаны с достаточной степенью точности, как показано в таблице 2. Экспериментальном режиме отказа рамки участие сочетание изгибных механизм распада (то есть, три шарниром механизма формируются на концах и в середине пролета первого этажа пучка) и окончательный провал сдвига вблизи середине пролета первого- История пучка.

Особый интерес в поведении этой раме осевой эффекты сдержанность вызвана колонны, широко известный как "мембранного действия". Подвергаясь монотонной нагрузки, первый луч-этажного каркаса из-за удлиненной средней растягивающие нагрузки на напряжение лица намного больше, чем по величине сжимающей нагрузки на противоположной лицо. Колонны, однако, при условии осевой сдержанность и, следовательно, индуцированных осевой силы сжатия в пучке. Точный расчет этого второго порядка осевое усилие необходимо для точного моделирования поведения, потому что рамка осевое усилие может значительно увеличить сдвига и прочность на изгиб балки. Чтобы показать значение этого эффекта первого порядка пластический анализ рамках был проведен с простыми три петли механизма предполагается для первого этажа, балки. Для применяться в середине пролета нагрузки P ^ и ^ к югу от 380 кН (85,4 KIPS) и использования линейно-упругой кадра анализа, осевое усилие в пучке определялась как -12 кН (-2,7 KIPS), поперечная сила, как 190 кН (42,7 KIPS), а также тот момент, в середине пролета, как 190 кНм (140,1 KIPS-м).

Нелинейного анализа секционных затем выполняется, находя сдвига и момента потенциала, а 220 кН (49,5 кН) и 186 кНм (137,2 KIPS-м), соответственно. Таким образом, разрушение при изгибе было предсказано в P ^ ^ и к югу = 380 кН (85,4 KIPS), 30% меньше, чем фактическая нагрузка провал. Эта недооценка произошло потому, что линейно-упругая рама анализа рассчитаны осевое усилие сжатия в пучке, гораздо меньше, чем экспериментальное значение. Кроме того, механизм разрушения была определена неправильно будет разрушение при изгибе от среднего сечения в самом деле, разрушение при сдвиге было отмечено около середине пролета. Это свидетельствует о необходимости анализа нелинейных кадра процедур, включающих эффекты второго порядка, такие, как мембранного действия для точного simulationsof поведение кадра ..

Моделирование локализации сдвигов СТЕНЫ

Сдвига образцов стены здесь были рассмотрены Тип стен II проверен др. Lefas и др. (1990), с сдвига службы углубленного отношения 2,1, как показано на рис. 13 (а). Стены были подвергнуты монотонно возрастающая горизонтальных нагрузок, применяемых на вершине разбрасыватель пучков. Постоянное осевых нагрузок применяются на некоторых из стен, а также. Обратите внимание, что сдвиг стены со сдвигом службы углубленного отношения менее 2,0 подвержены значительным прямого действия стойки и, таким образом, не подходят для моделирования процедур на основе слоистых секционные анализа.

Рама модели стены были созданы с разной длины члена. Длина 58,5 мм (2,3 дюйма) (приблизительно 10% от ширины стены) было использовано к основанию стены, где концентрация пластической деформации ожидалось. Член длины, постепенно увеличить к вершине, как показано на рис. 13 (б). Базы пучка не моделируется, а, скорее, на стенах были предполагается фиксированным на базе. Один из членов типа дискретизации в 48 конкретных слоев (10,0 мм [0,4 дюйма] 13 (с), был использован для секционных модели. Для моделирования верхней балкой нагрузки, типа искусственного члена была создана путем умножения укрепление отношений первого типа в 2 раза. Местные условия в регионе, через который вводится нагрузка не особенно важно в секционных расчетов. Вне плоскости укрепления был назначен слоев, составляющих скрытые столбцы на фланце ребер и поперечной арматуры был назначен на все слои, за исключением 10 мм (0,4 дюйма) в толщину слоев покрытия ясно ..

Как показано на рис. 14, сильные стороны стены были рассчитаны достаточно хорошо, в среднем 0,93 и COV на 5,5% по расчетным к наблюдалось соотношение сил. Незначительное занижение сильные стороны, вероятно, связано с какой-то мере прямого действия, стойки, которые произошли в стенах, с учетом их сдвига службы углубленного отношения 2,1. Боковой жесткости стен были рассчитаны также достаточно хорошо. Общая тенденция к недооценке несколько экспериментальных отклонений, тем самым слегка жесткой реакции. Отметим, что в экспериментах, усиление деформаций проникновения в стену базы может заметно повлиять на боковой жесткости стенок. В анализах, однако, базы пучков не были включены в модель; фиксированной предположение базы было сделано. Заметим, что для стен с постоянной осевой силы (то есть, SW22, SW23, SW25 и), аналитические недооценкам отклонения минимальны. Это может быть связано с меньшей деформации проникновения в базы данных в этих экспериментах ..

Боковые нагрузки вызывает первый уступая продольной арматуры, были рассчитаны с достаточной рассчитана до наблюдаемых среднем 0,92 и COV на 7,7%. Несоответствие низкой стороне могут быть связаны с смягчающее действие базового пучка в эксперименте. Экспериментальных поведения стены, обычно участвующие в изгибе механизмов окончательного сбоев, вызванных дробления бетона сжатия ног, который был инициирован вблизи вертикальных трещин, идущих ног. Аналогичные изгиба доминируют поведения были получены все стены в аналитическом исследовании.

Существующие ограничения и РЕКОМЕНДАЦИИ В ОТНОШЕНИИ БУДУЩЕЙ РАБОТЫ

Как обычно с рамкой анализа такого рода процедуре используется осевой размеры сечений вместе с застывших совместных членов зоны панели, поэтому отказов, связанных пучка колонки совместных зон панели не могут быть захвачены в плен. Такие сбои характерны для соединений с подробным ненадлежащего укрепления или недостаточной заключения. Нелинейные уравнения типа члена пучка колонки суставов, необходимой для дальнейшего улучшения возможностей предлагаемой процедуры; будущем работа будет направлена в этой области. В настоящее время, однако, в случае необычного или неправильного совместного укрепления зоны панели детализации, или в тех случаях, когда результаты анализа указывают на возможные совместные бедствия, подробные нелинейного анализа методом конечных элементов совместного должна производиться. Секционные сил определяется по предлагаемой методике могут быть важным активом для такого анализа, что обеспечивает более реалистичные оценки пограничной зоне сил, чем было бы получить от линейной упругой анализов. Подробное обсуждение вопроса о применении процедуры конечных элементов для каркасного соединений можно найти в Sagbas (2007) ..

Процедура предполагает безупречную связь между бетона и арматуры, поэтому связь скольжения арматуры пренебрегают. Кроме того, изгиб продольной арматуры положения в настоящее время не включены в процедуру, предложенную. Дальнейшая работа будет направлена в том числе таких важных механизмов.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Принимая во внимание все 33 структур моделирования, две трети из которых сдвига критической, в среднем 1,03 и COV 11,9% были достигнуты рассчитанные до наблюдается соотношение сил. Что касается неспособности перемещений, в среднем 0,85 с COV на 20,7% были получены. Принимая во внимание проблемы, связанные с моделированием сдвига критической структур, эти отношения можно считать удовлетворительным, в частности, потому, что несколько структур рассматривается под влиянием сложных механизмов второго порядка. Отказов и полной диссипации энергии структур образцу были рассчитаны точно. Кроме того, вычисляются параметры, такие как усиление деформации ответов, ширины трещин, деформаций и член показали сильной корреляции с экспериментальными результатами. Жесткостей структур рассмотрели были захвачены достаточно хорошо с несколько жестких аналитических ответов по сравнению с экспериментальными ответов.

Подогревателем цементного клинкера башни обсудил с самого начала было переосмыслены с предлагаемой процедурой (VecTor5), чтобы оценить достигнутый за улучшение предшественника процедуры (TEMPEST). Как и прежде, рассчитанные ответ рама регулируется сдвига неудач некоторых из верхних этажей пучков примерно на том же уровне верхнего этажа бокового смещения (0,47 м [1,5 м]). Расчетная сила бокового сдвига (5693 кН [1280 KIPS]), однако, было 27% меньше, чем найти из TEMPEST; напомнить, что TEMPEST расчетов выставлены некоторые численные нестабильности и отсутствия сходимости на заключительном этапе нагрузки, вследствие чего она несколько перелета разрушающей нагрузки. На протяжении всего анализа VecTor5, отличные факторы сближения и незначительным неуравновешенных сил были реализованы, обеспечивая уверенность в правильности ответа нагрузки отклонения вычисляется. Более подробная информация об этом сравнении предоставляются Guner (2008).

Следует отметить, что все анализы в настоящем докладе были выполнены с использованием материала по умолчанию моделей поведения и анализ вариантов. Никаких решений в отношении ожидаемого поведения, неспособность режиме, или выбор соответствующего значения параметров были сделаны до анализа. Никаких дополнительных расчетов, например, момент-осевой силы или поперечная сила-деформация сдвига ответы сечения, были выполнены. Кроме того, анализ требуется немного времени вычислений. Для пучков проанализированы, примерно 1 минуту требуется, самый длинный время анализа около 6 минут, используя портативный компьютер, была необходима для др. Дуонг и др. (2007) кадра.

Вновь внедренной сдвига алгоритм защиты, что примерно принимает во внимание увеличение преимуществ D-регионы, работал хорошо. Преждевременная сдвига неудачи разделов, прилегающих к луч-панели колонки зон, областей указывает загрузки приложений, а также поддерживает были предотвращены. Вновь внедренной сдвига алгоритм проверки неудачи также неплохо. Внезапная сдвига неудач несколько структур (например, DB0.53M, DB140M и др. Дуонг. (2007) кадра) было обнаружено, что в противном случае остались незамеченными со значительным неуравновешенных сил сдвига и постепенно снижается нагрузка-смещение ответов.

РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ

Аналитические процедуры, разработанные для нелинейного анализа железобетонных конструкций раме под пустяковое дело и монотонной нагрузки. Процедура использует нелинейный анализ в рамках секционных жесткости основе линейно-упругой алгоритм анализа кадра с помощью несбалансированный подход силу. Нелинейного анализа секционных сделаны для захвата сдвига механизмов, с помощью моделирования, основанного на DSFM. Проверка правильности процедуры была проведена путем проведения анализа для 33 главным образом сдвига критической уже протестированных образцов. Результаты проведенных исследований поддерживает следующие выводы:

1. Рассмотрение сдвиговых эффектов является необходимым условием безопасности и реалистичной оценки прочности и пластичности железобетонных конструкций, поскольку сдвига критической кадров по-прежнему отмечался на практике.

2. Большинство имеющихся средств либо игнорируют сдвиговых эффектов в целом, используют элементарный модели сдвига, или чрезмерно сложный, требующий предвычислить сдвига петли свойств при помощи отдельных программ и выбор множество вариантов анализа. Как правило, они приводят к тяжелым завышенным прочности и пластичности при сдвиге критически важных структур.

3. Классическая жесткости основе алгоритмов анализа кадра обеспечить простой, быстрой и точной аналитической базы для реализации нелинейных моделей секционных волокна.

4. Осуществление несбалансированный подход силу, сочетая упругой кадра анализ алгоритмов нелинейной секционные процедуры анализа, обеспечивает надлежащую основу для точного моделирования нелинейного поведения рамных конструкций.

5. Осуществление DSFM в секционных процедуры анализа дает простой и точной имитации поведения нелинейных секционные каркасных элементов, особенно те, которые сдвига критической.

6. Аналитические процедуры, разработанные точно имитирует экспериментальных ответы ограждающих конструкций подвергаются пустяковое дело и монотонной нагрузки с высоким уровнем точности. Сильные стороны, жесткости, ductilities, и неспособность режима захватили точно. Компьютерная параметры, такие как трещины шириной, усиление деформаций и деформаций членов моделируется также хорошо.

7. На основании общей нагрузки разработке секущей-жесткость, аналитические процедуры, разработанные демонстрирует превосходную сходимости и числовые характеристики устойчивости, требующие мало времени расчета.

8. Необходима дальнейшая работа точно моделировать поведение кадров в значительной степени зависит от совместных бедствия панели связи скольжения, или сжатия бар деформации.

Ссылки

Angelakos, D.; Бенц, ЕС и Коллинз, М., 2001, "Влияние прочности бетона и минимального Stirrups Прочность на сдвиг на больших членов", ACI Структурные Journal, В. 98, № 3, май-июнь, с. 290-300.

Карр, AJ, 2005, "Руководство пользователя для 2-мерных Версия Ruaumoko2D", Кентерберийский университет, факультет гражданского строительства, библиотека программ для ЭВМ, 87 с.

Коллинз, член парламента, и Митчелл Д., 1991, предварительно напряженных железобетонных конструкций, борьбе с публикации, Канада, 766 с.

A23.3 CSA, 2004, "Проектирование железобетонных конструкций", Канадская ассоциация стандартов, Mississauga, ON, Канада, 214 с.

CSI, 2005, "Анализ Справочное руководство по SAP2000 ®, ETABS ® и SAFE (TM)," Компьютеры и сооружений, Inc, Беркли, Калифорния, 415 с.

Дуонг, кВ; Шейх, S.; и Vecchio, FJ, 2007, "Сейсмическая Поведение Shear-критических железобетонный каркас: экспериментальное исследование", ACI Структурные Journal, В. 104, № 3, май-июнь, с. 304 -313.

Guner, S., 2008, "Показатели оценки Shear-критических железобетонных плоских рам", кандидатская диссертация, Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, 429 с. (<A HREF = "http:/ / www.civ.utoronto.ca/vector/ "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> http://www.civ.utoronto.ca/vector/ </ A>) (доступ 10 октября 2009)

Guner, S., и Vecchio, FJ, 2008, "Руководство пользователя по VecTor5". (<a Target="_blank" href="http://www.civ.utoronto.ca/vector/" rel="nofollow"> http://www.civ.utoronto.ca/vector/ </ A> ) (доступ 10 октября 2009)

Guner, S., и Vecchio, FJ, 2010 ", Pushover Анализ Shear-критические рамки: Формулировка", ACI Структурные Journal, В. 107, № 1, январь-февраль, с. 63-71.

Lefas, ID; Kotsovos, MD и Ambraseys Н.Н., 1990, "Поведение железобетонных Структурные Стены: Сила, деформационные характеристики и механизм разрушения", ACI Структурные Journal, V. 87, № 1, январь-февраль , с. 23-31.

Sagbas, Г., 2007, "Нелинейные анализа методом конечных элементов пучка-Column Элементы конструкции", MASC тезис, Департамент строительства, Университет Торонто, Toronto, ON, Канада, 181 с.

Vecchio, FJ, 1987, "Нелинейная Анализ железобетонных конструкций, подвергнутых термической и механической нагрузки", ACI Структурные Journal, В. 84, № 6, ноябрь-декабрь, с. 492-501.

Vecchio, FJ, 2000, "Disturbed модели напряженного железобетона: Формулировка" Журнал строительной техники, ASCE, В. 126, № 9, сентябрь, с. 1070-1077.

Vecchio, FJ, и Balopoulou, S., 1990, "О нелинейных Поведение железобетонных конструкций", Canadian Journal гражданского строительства, V. 17, № 5, с. 698-704.

Vecchio, FJ, и Коллинз, М., 1988, "Прогнозирование Ответ железобетонных балок, сдвига с использованием модифицированных Теория сжатия поле" ACI Структурные Journal, В. 85, № 3, май-июнь, с. 258-268 .

Vecchio, FJ, и Эмара, MB, 1992, "деформации сдвига в железобетонных конструкций", ACI Структурные Journal, В. 89, № 1, январь-февраль, с. 46-56.

Vecchio, FJ, и Шим, W., 2004, "Экспериментальное и аналитическое пересмотра классического бетона Тесты Beam," Журнал структурной инженерии, ASCE, В. 130, № 3, с. 460-469.

Входящие в состав МСА Serhan Guner является структурным конструктором Моррисон Хершфилд Limited, Toronto, ON, Канада. Он получил докторскую степень в 2008 году из Университета Торонто, Toronto, ON, Канада. Его исследовательские интересы включают нелинейного анализа и оценки эффективности железобетонных конструкций, сдвиг эффекты в железобетонных и структурной динамики и сейсмического отклика.

Фрэнк Дж. Vecchio, ВВСКИ, является профессор гражданского строительства в Университете Торонто. Он является членом Совместного ACI-441 ASCE комитетов, железобетонные колонны, и 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций. Он получил 1998 ACI структурных исследований и премии 1999 ACI зданий и сооружений Award. Его исследовательские интересы включают расширенный учредительных моделирования и анализа железобетона, оценка и восстановление структур и реагирования в экстремальных условиях нагрузки.