Сейсмические Модернизация мост шарниры в Центральной США с углеродного волокна армированной полимерным композитам

Цели этого исследования были 1) для расследования отказов в железобетонный мост пучка колонки узлов при сейсмических нагрузок; и 2) предложить экономичное и эффективное использование модифицированной схеме композитов. Для выполнения этих целей два испытания единиц, назначенных в качестве единицы 1 и 2 были переоборудованы и протестированы. Группа 1 была модернизированная на различных уровнях ущерба и 2 группы была усилена в своей девственной условия в соответствии с почти такой же модифицированной схеме. Результаты испытаний показывают, что ремонт и модернизация схем, занятых в поврежденные или неповрежденные колонны были одинаково эффективны в предотвращении разрушение при сдвиге колонны. С другой стороны, тогда как ремонт поврежденного совместных пучка колонке в блоке 1 была неэффективной, модернизация неповрежденных совместной 2-го энергоблока была успешной. Аналитическая модель была разработана с учетом вклада подвижность суставов и гибкость в боковой ответ единиц. Результаты испытаний наряду с рекомендованные процедуры сейсмической разработке и реализации модифицированной схемы представляются и обсуждаются в данной работе ..

Ключевые слова: волоконно-армированные полимерные; сустава; железобетона.

(ProQuest-CSA LLC: ... означает формулы опускается.)

ВВЕДЕНИЕ

Многие мосты близ Нью-Мадрид сейсмической зоне (NMSZ) пострадают значительный ущерб в результате недостаточной пропускной способности пластичности из железобетона (RC) луча колонки компонентами. Таким образом, исследовательская программа была начата на: 1) изучение потенциальных видов отказов типичных мост RC пучка колонки узлов построено в NMSZ и 2) предложить экономичное и эффективное сейсмических модифицированной меры. В настоящее время обширные исследования имели дело с разработкой средств для расследования уязвимости существующих RC пучка колонки узлов (Пристли и др.. 1995; Маццони и Мол-2001) и модифицированной меры для обеспечения надлежащей пластичного поведения (Seible и др.. 1997; Pantelides и др. . 1999; Gergely и др.. 2000).

Эти и многие другие цитаты доклад по оценке многих и модернизации меры, которые были использованы для модифицированной существующего RC пучка колонки узлов построено с ненадлежащим сейсмических детализации и улучшения их производительности сейсмических после модифицированной меры были реализованы в строительстве. Хотя это и не исследовались в этой исследовательской программе, многие другие инструменты оценки были разработаны которые могут быть использованы для отслеживания отказов в других регионах, мостовых конструкций (яшинский и Karshenas 2003).

Использование также созданы инструменты оценки (Пристли и др.. 1995), 13 мостов построен в штате Миссури были исследованы в рамках RC пучка колонки узлов приводит к общему выводу, что существует высокая вероятность значительного ущерба в результате неадекватных колонке поперечной арматуры , наклонился крышка продольной и поперечной арматуры, а также совместные поперечной арматуры.

В рамках этой программы исследований, два пучка 4/5-scale монтаж колонки образцов, назначенного в качестве единицы 1 и 2 были переоборудованы и испытываться в соответствии моделирования сейсмических нагрузок. До подвергаясь никаким укрепления группы 1 было испытано до появления колонки провал сдвига. На этом уровне исполнения бюджета в столбце была усилена использованием углеродного волокна армированной пластмассы (углепластика) листах увеличить свою камеру и срез. После переоснащения, тестирование продолжалось до начала совместной провал сдвига. На этот уровень, наклонился крышка была укреплена листы углепластика. Тестирование продолжается до следующего отказов не наблюдается. Группа 1 Результаты испытаний показывают, что заключение и срез колонны были усилены путем укрепления столбец с листов углепластика в обруч направлении. Хотя арматурного проката разрушения наблюдается при усталости малоцикловой, отказов было лучше всего характеризует крепления провал колонке продольной арматуры благодаря совместным разрушение при сдвиге за перемещением пластичности 4 ..

Группа 2 была усилена в соответствии с почти такой же схеме, как и модифицированной в группы 1, но укрепления были полностью завершены до начала испытаний. Группа 2 результаты тестов показывают, что: 1) как в блоке 1, сдвига и удержания потенциала колонны были усилены листы углепластика, а также (2) в отличие от группы 1, если модифицированной схеме осуществляется до разрушения суставов начали, укрепление сустава листами углепластика является достаточным для предотвращения деградации прочность в результате совместных провал сдвига. Провал Группа 2 характеризуется низким цикла усталостного разрушения колонки продольной арматуры с минимальным деградации прочности при повторил обращение циклического нагружения до перемещения пластичности 6. В обоих этих испытаний единиц, пост-тест исследование ясно показывает, что бар расположен на крайнем лица колонке разорванных при малоцикловой усталости.

Аналитическая модель была разработана с учетом вклада совместных гибкость и повреждений в боковой реакции теста единиц. Пристли (1993) и Маццони и Мол (2001) успешно использовали совместных моделей сдвига напряженно-деформированного внимательно прогнозирования сейсмической реакции незамкнутыми и только суставы, соответственно. Эти совместные сдвига напряженно-деформированного модели были изменены в этой исследовательской программе для учета гибкость суставов оснащаться композитов углепластика в прогнозировании ответа нагрузки деформации теста единиц, и, как описано в этой статье, аналитические результаты соответствуют также экспериментальные результаты. Результаты испытаний, а также рекомендованные процедуры сейсмической разработке и реализации модифицированной схемы, представляются и обсуждаются в настоящем документе.

ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Фундаментальные основы проектная мощность зависит от тщательного отбора и детализации регионах с целью разработки неупругих действия, а все остальные регионы призваны в основном остаются упругими при сейсмических нагрузок. Исследований, полученных от этой программы предлагается модифицированная схема углепластика, который может быть использован для смягчения дизайн недостатки, которые не отвечают современным требованиям проектной мощности. Кроме того, простой, но эффективный аналитический Предложена модель для объяснения гибкость суставов неармированных оснащаться композитов углепластика.

Экспериментальная программа

Два 4/5-scale единиц, назначенных в качестве единицы 1 и 2, были построены и испытаны в имитационных сейсмических нагрузок. Дизайн испытания единиц была основана на прототипе структуру, которая была выбрана из 13 мостов построено в NMSZ. Эти мосты были оценены в рамках RC пучка колонки узлов, используя давно созданные мост сейсмического анализа / оценки средств. Изогнутый мостик прототипа был выбран от одного из холмов, который был построен с недостаточной проектной мощности в рамках отдельных луча столбец узла и изображается на рис. 1 (а) с соответствующей установки показана на рис. 1 (б).

Испытательная установка

Общей установки испытания приведена на рис. 1, которая очень похожа на установку использоваться в исследовательской программе "Аль Наито и др.. (2002). Колонны 0,610 м (24 дюйма) в диаметре, с высоты от изогнутой крышкой интерфейс к высоте нагрузки применения 2,02 м (79,5 дюйма), что приводит к пропорции примерно 3,3. Изогнутых шапки 0,74 мм (21,1 дюйма) в ширину и 0,88 м (34,6 дюйма) по глубокой 5,18 м (17 футов) в длину, с четкой пролета между опорами в 4,57 м (15 футов), или формат кадра центре изогнутой крышкой 2,6. Обе колонны и изогнутой крышкой соответствовала длине примерно на расстоянии от средней членов сейсмической точки перегиба момент получить прототип изогнутого моста (Чена. 2005).

Как показано на рис. 1, в верхней части нагрузки пенек, гидравлический домкрат был использован для моделирования применяются нагрузки тяжести. Это осевой нагрузки затем был переведен в изогнутой крышкой через I-секций, которые были расположены на нижней части изогнутой крышкой на расстоянии 1,83 м (6,0 м) для имитации положение балок моста в прототипе. Общей осевой нагрузкой на колонну 710 кН (160 KIPS), что соответствует, по оценкам, соотношение осевой нагрузкой 8%.

Загрузка протокола

Протокол для загрузки две единицы испытания приведена на рис. 2, где показано, что группы 1 был испытан в три этапа. Группа 2 была усилена в соответствии с почти такой же схеме, как и модифицированной группы 1, но укрепления были полностью завершены до начала испытаний и некоторые изменения были введены в целях улучшения его сейсмической деятельности.

Этап I-Unit 1 первоначально был испытан в своей девственной состоянии до начала первого отказов, которая была характерна разрушение при сдвиге колонны. Эта неспособность режима были подтверждены предварительные исследования, которые показывают, что разрушение при сдвиге может произойти между смещением пластичности уровней 2 и 3. Тестирование было прекращено, а колонна была усилена за сдвига и удержания использованием углепластика листов.

Фаза II-главная цель этого этапа было обоснование выводов и созданы аналитические модели в литературе, что в следующем режиме неудача совместными провал сдвига. Таким образом, циклическое испытание возобновил до этого отказа не наблюдалось. Вновь тестирования был прекращен, и изогнутый колпак / сустава укрепился по отношению совместных провал сдвига.

Фаза III-Опять же, циклические испытания образца возобновил до следующего отказов было отмечено, которая должна была быть достигнута при смещении уровня, который будет либо вводить совместную провал сдвига или малоцикловой усталости колонны продольного армирования. В любом из этих отказов, структуры был рассмотрен достигла своей конечной состоянии, и тестирование было прекращено. Благодаря модифицированной в колонну и изогнутой крышкой, ожидается, что никакие другие виды отказов будет отмечаться в тестовом единиц.

Как построенных размеры и армирование макета

4/5-scale модель была усилена в соответствии с тем же соотношение подкрепление в качестве прототипа и подробно показано на рис. 3. Колонна была усилена 14 № 9 баров с четким крышка 50,8 мм (2 дюйма), что привело к укреплению соотношение приблизительно 3%. Укрепление колонке поперечной состояла № 4 обручи с шагом 244 мм (9,6 дюйма) для укрепления объемное соотношение примерно 0,40%. В изогнутой крышкой, продольной арматуры в верхней части (интерфейс колонка) и нижний слой состоял, соответственно, пять № 8 и № 10 8 с четким крышка 38,1 мм (1,5 дюйма) по всему, ведущие для армирования примерно 0,40 и 0,80% соответственно. Изогнутых усиление сдвига крышки состояла п. 5 стремена расположенных на 184,2 мм (7,25 дюйма).

АНАЛИЗ И СООБРАЖЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ДИЗАЙН

As-встроенные колонки нагрузки и деформации, оценки

Момент кривизны анализы для столбца и изогнутой крышкой проводились с использованием геометрии сечения и укрепление схема показана на рис. 3 вместе с материалом, свойства представлены в таблице 1. Момент анализа кривизны для столбца и изогнутым крышка проводились с использованием осевой нагрузки коэффициент от 0 до 5%, соответственно. Теоретических колонке верхней прогиба на основе модели показаны на рис. 4, что приводит к

... (1)

где. V и я. D я это дополнительные колонки боковые нагрузки и верхней отклонения, соответственно. Обращаясь к рис. 4, ЖК высота колонны (то есть, LC = 2,02 м [79,5 дюйма]), а также второе слагаемое. (1), центра вращения изогнутой крышкой был установлен на расстоянии LC ПП / 2, где ро глубина изогнутой крышкой. Кроме того, из уравнения. (1), Канзас-Сити, я мгновенное тангенциальными жесткости изгиба колонке изгиба ответ, и КБ, я мгновенное тангенциальными вращательной жесткости изогнутой крышкой вклад в столбец верхнего отклонения, выраженные

... (2)

где LB это длина изогнутой крышкой показан на рис. 4 (то есть, LB = 4,57 м [15 футов]), Л. П., С и Lp, B являются колонны и изогнутой пластиковой крышкой петли длины (Пристли и др.. 1995).

Жесткость условий показано в формуле. (2), были разработаны на основе однокомпонентной нелинейной модели Гиберсон (Carr 2000; Cheng 2001). Кроме того, в формуле. (2), т, С и Р. И., Б столбца и наклонился крышка мгновенной соотношения жесткости, которые были оценены на основе

... (3)

В уравнении. (2), когда колонна находится в упругой области, т, C является лишь одним, и выражение для KC, я возвращается к изгибной жесткости кантилевера членов. Другие эффективные подходы в литературе, которые зависят от конечной фу и выход / У кривизны, соответственно, и являются (Пристли и др.. 1995)

... (4)

Прямое сопоставление этих двух подходов является то, что в то время как в формуле. (4) как в конечном счете и выход кривизны, использованные при расчете пластической деформации. Р, порядок определяется формулой. (1) может быть реализован без необходимости знать урожайности и конечные условия заранее, что делает его пригодным для оценки сейсмической системы с несколькими членами ответы, в неупругих диапазона. Предварительное расследование показало также, что уравнение. (4), как правило, переоценивают пластических деформаций весьма ограничены колонны, а также для плохо только колонки, два подхода дали почти идентичные результаты. Еще одной привлекательной чертой такого подхода определяется формулой. (1) является то, что процедура легко реализуется в смещении контроля. Кроме того, в обсуждении экспериментальных результатов разделе, будет показано, что влияние неупругих деформаций в совместных регионе легко обрабатываются с помощью данного подхода.

As-встроенные колонки сдвига потенциала в области оценки

Две разные модели были реализованы в оценке сдвига потенциала тест единиц, а результаты этого анализа приведены на рис. 5 (а). Из этого рисунка видно, что, в соответствии с МСА 426 сдвига модели (ACI Комитет 318 2002) разрушение при сдвиге колонны вряд ли. С другой стороны, уровень перемещения пластичности показано на рис. 5 () показывают, что разрушение при сдвиге, скорее всего, развиваться по модели UCSD сдвига (Пристли и др.. 1995) на уровне перемещения пластичность ниже 3. Это означает, что разрушение при сдвиге колонны ожидается вблизи начала дробления покрытия бетона, а также получить надежные пластичности перемещения, важно, установленного в колонны. Результаты тестов ясно показывают, что разрушение при сдвиге в колонку контрольный режим отказа в течение первого этапа, который обсуждается более подробно в разделе экспериментальных результатов. С другой стороны, разрушение при сдвиге по изогнутой крышкой никто не ожидал и не соблюдается во время тестирования, и результаты представлены в другом месте (Чена.

Укрепление схемы удержания колонны

Обширные исследования выходов в литературе, которая четко разграничивает проблем, связанных с циклической нагрузки колонн построен с недостаточной поперечной арматуры, а также преимущества модернизации RC колонны с куртками углепластика для повышения пластичности перемещения и сдвига потенциала членов RC (Seible и др. . 1997). Для выполнения выражения, используемые в литературе для расчета модифицированной куртку толщины, уровень перемещения пластичности 12 была реализована в конструкции. Преобразование кривизне пластичности мкФ (Пристли и др.. 1995) дает кривизны пластичности около 20. Из анализа кривизны момент выхода кривизны нейтральной оси в конечной были, соответственно, 0,0075 / м и 200 мм (0.00019/in. И 7,88 дюйма), в результате чего конечная необходимые конкретные штамм экю = 0,0075 200 = 300 мм / м (0,00019 Далее, толщина т углепластика куртке вычисляется по формуле (Пристли и др.. 1995)

... (5)

где экю максимальный ожидать конкретного штамма; D столбец диаметром fuj и euj являются предел прочности и деформации листов углепластика, соответственно, далее = 0,90 является изгиб фактором сокращения силы, и / 'см ожидаемый только конкретные прочность на сжатие, которое оценивается в 1,5 Далее, подставляя эти значения в уравнение. (5), минимальная толщина куртку 1,40 мм (0,055 дюйма), или примерно в общей сложности восемь слоев должны были в пластическом шарнире длины. В реальном модифицированной схеме, девять слоев были выполнены, как показано на рис. 6 (а).

Укрепление схема сдвига

В этом случае, дизайн толщины куртки колонке для удовлетворения требований сдвига было основано на (Пристли и др.. 1995; ACI Комитет 440 2002)

... (6)

где VN = 780 кН (173,4 KIPS) представляет собой максимальную мощность ожидается изгиб колонны, фс = 0,75 является фактором сокращения сдвига прочность, VC = 417 кН (93,8 KIPS), Vs = 247 кН (55,5 KIPS) и Ур = 75 кН (16,9 KIPS) являются, соответственно, бетона, стали и осевой составляющей нагрузки на основе модели UCSD сдвига. это треск установлена под углом 45 градусов, D столбец диаметре, ц это сила дизайн куртки, для сдвига соображений дизайна (Пристли и др.. 1995)

ц

ц

где Е модуль упругости листов углепластика (табл. 1 (с)). На основании уравнения. (6) расчеты, в общей сложности два слоев должны были в пластическом шарнире длины. В реальном модифицированной колонки, три слоя были использованы в регионах за пределами области пластического шарнира. Сейсмическая оценка укрепить колонке с использованием трех слоев был проведен, и результаты представлены на рис. 5 (б), очевидно, что по обоим UCSD и модель ACI сдвиг, сдвиг неудачи вряд ли в усиленном столбцов, соответствующих наблюдениям, во время тестирования. Из заключения потребности превышают те из сдвига требования к структуре, в области пластического шарнира минимум девять слоев были установлены. Схема укрепления вдоль колонны показана на рис. 6 (а), что свидетельствует о количестве слоев была коническая с девяти до трех.

В течение последних десятилетий, обширные методы установки были разработаны с использованием композиционных материалов FRP для ремонта и укрепления членов RC. Подробная информация по применению углепластика листы были широко опубликованы в литературе (ACI Комитет 440 2002; Нанни 1993) и для краткости не приводятся в настоящем документе. Рис 6 (б) изображает укрепление колонке заключения и сдвига аксессуаров. Кроме того, используя стандартные процедуры модернизации на базе колонке разрыв в 50,8 мм (2 дюйма) была представлена между рубашкой и изогнутой крышкой (Seible и др.. 1997, Пристли и др.. 1995).

Как построенных изогнутых изгиб крышки или сдвиг оценки ответа

С учетом геометрии на рис. 4, изгибающий момент спрос на изогнутой крышкой MBD было

... (8)

где P является прикладная осевой нагрузки на колонку, MC колонке момента в точке C, LB представляет собой балку длиной, LC является высота колонны, L'B представляет собой балку, длина между точками H и I, D столбец диаметре, НВ изогнутых глубина крышки. Потому что в тест единиц отрицательного изгибающего момента потенциал был выше, чем положительный изгибающий момент спрос (на границе столбца или верхней грани изогнутой крышкой), только результаты положительные изгибающего момента (внизу лицом изогнутой крышкой) мы обсудим ниже.

Максимальный спрос на момент оценки, основанной на формуле. (8) было 1166 кН-м (10320 KIPS в.) И первым приносит момент unstrengthened наклонился шапка 1082 кН-м (9577 KIPS в.) (Чена. 2005). Эти результаты показывают, что неупругое действия, скорее всего, развиваться и соответствовать требованиям проектной мощности, изгиб потенциала изогнутой крышкой была увеличена на

... (9)

где. M = 84 кН-м (744 KIPS в.) представляет собой необходимое увеличение изгибающего момента, а jyd предполагается по рычага на уступая или jyd ~ 880 - 152 / 3 - 161 / 3 = 776 мм ( 34,6 - 6,0 / 3 - 6,3 / 3 = 30,55 дюйма). Дизайн схема модифицированной был первоначально создан в предположении, почти теми же свойствами, раздел для укрепления и unstrengthened наклонился шапку. Таким образом, из анализа unstrengthened изогнутый колпак кривизны момент выхода кривизны 0,0046 / м (0.000117/in.), А также из рис. 3 (б), глубина тяжести напряженности сталь 763 мм (30,0 дюйма), что привело к нейтральной оси глубины податливость NA = 763 - 161 = 2.769/0.0046 мм (30,0 - 0.002769/0.000117 = 6,54 дюйма). Поскольку напряжения в продольной арматуры должны находиться в пределах диапазона доходности, ожидаемый напряжения в листах были углепластика ц = (880 - 152 ] На основании уравнения. (9), в общей сложности шесть листов углепластика должны были.

Тонкий анализ кривизны момент был проведен для изогнутой крышкой с использованием шести слоев, что привело к первым приносит момент 1262 кН-м (11170 KIPS в.). Изображенной на рис. 7 (а) позиция этих листов, показывая, что три слоя были установлены по обе стороны изогнутой крышкой. Также на этом рисунке показано, модифицированной в рамках совместного области, которая, как описано в следующей, состоящей из диагонали, и вертикально расположенной углепластика листов.

Совместная оценка сдвига провал

Это хорошо документированы в литературе, что основные виды отказов плохо подробную соединения с типичными предварительные детали 1970-х годов арматуры (Шритарана 1998; Pantelides и др.. 1999; Gergely и др.. 2000). Совместное неудачи сдвига, обычно приводят к значительному ухудшению силы и выдвижной колонны продольного армирования. Обширные экспериментальные исследования соединений существует в литературе, что свидетельствует о том, что совместные провал сдвига, вероятно, для плохо усиленные сочленения, когда главные растягивающие напряжения

... (10)

Пристли (1993) разработал три точки напряженно-деформированного модель плохо только соединения с помощью этих двух ограничений в качестве отправной точки для совместной разработки и оценки. Существует не существует единой модели, которые могут представлять сложного поведения из всех возможных соединений (Маццони и Мол-2001), впрочем, и модель, разработанная Пристли был использован Колтранс (SDC 2004) в качестве отправной точки для сейсмических разработке и оценке мост суставах. На основе этой модели, оценка теста единиц после укрепления столбца (см. рис. 6) показывает, что совместные основные растягивающие напряжения должны были превышать значений, предусмотренных уравнения. (10). Основываясь на этой оценке сейсмической, силы деградации боковой колонке грузоподъемностью Ожидается, благодаря совместным разрушение при сдвиге в Фазе II (Чена. 2005). В результате единиц 1 и 2 были переоборудованы для предотвращения совместного отказа сдвига.

Укрепление изогнутых CAP / сустава

Модернизация колонны и балки RC использованием углепластика композитов получила широкое внимание, но и значительно меньше внимания уделяется проблеме одинаково важное значение, которое касается сейсмической реабилитации суставов RC. Несколько научно-исследовательских проектов были проведены в этой области, однако, которые были использованы в данном исследовании, для оказания помощи в разработке модернизации.

В ходе исследования, программы, осуществляемой др. Gergely и др. (2000), серии 14 1/3-scale внешней тройники были протестированы в соответствии моделирования сейсмических нагрузок. В рамках этой программы, сдвиг укрепление тройники было достигнуто путем склеивания листов углепластика к бетонной поверхности и рассматриваемых переменных были составной системы, волокна ориентации и подготовки поверхности. Одной из их основных выводов заключается в том, что, предоставляя только несколько слоев углепластика, срез суставов RC был значительно увеличен по сравнению с unstrengthened случаях (Gergely и др.. 2000). Не меньшее значение для исследования описаны в данном документе, что в направлении диагонального стоек сжатия, проходящей через суставов, штаммов зарегистрирована в композитных слоев как минимум, о том, что в разработке сводного макет только те слои, переход диагональная распорка или подвергнуты деформации растяжения должны быть включены в дизайн или анализа.

Другая исследовательская программа, которая рассматривается с использованием модифицированной моста стыков углепластика композитов возглавлял Pantelides и др.. (1999, 2004), которая успешно модернизированы государства Street Bridge, в Солт-Лейк-Сити, штат Юта. В данном исследовании под руководством Pantelides, основные модифицированной схемы состояла реализации лодыжки X-обертывание для улучшения совместной прочности на сдвиг и U-обертывание для улучшения крепления колонки баров. Потому что в этой исследовательской программы крышку прототип наклонился были защищены от возможности сдвига провала, было принято решение о реализации аналогичных подробно совместных регионе с использованием лодыжки X-упаковка, а U-обертывания были реализованы только в непосредственной близости от сустава, а , чем по всей длине изогнутой крышкой. Полный модифицированной схеме для единиц 1 и 2 на рис. 7 (), соответственно, которая состояла из диагонали, и вертикально расположенной углепластика листов. Дизайн модифицированной схеме обсуждается в следующем.

В этой программе исследований, разработка схемы модифицированной была основана на стойку, и галстук модель показана на рис. 8. На основании рекомендаций Пристли (1993), только 50% от силы натяжения колонки должны быть перекрыты путем совместного механизма сдвига, так как другие 50% надлежащим закрепленной на диагональные стойки сжатия вблизи зоны сжатия колонке. На основании предложенного механизма, было бы разумно предположить, что из этого 0.50TC, 50% зажаты внутри сустава стоек Д.И., а остальные 50% зажаты вне сустава стойки DO.

Интерьер совместных сдвига модифицированной

Внутри совместные силы колонке напряженности закреплен на стойке Д.И. и силу настоящее время

... (11)

где L длина каждого из этих стоек DI (см. рис. 8). Основываясь на этой стойкой силу и продолжительность галстук FI, которая обозначается как W на рис. 8, можно установить связь между Ф. и Д. с точки зрения

... (12)

где во втором выражении, FI был получен заменить Д. из уравнения. (11) в уравнение. (12). Из-за отсутствия достаточной информации в литературе точно установить длину ш для суставов оснащаться углепластика, для простоты предполагалось, что максимальная сила FI развивается, когда со ограничена расстоянием между ЦК и ТК, а диагональные галстук силу FI затем

... (13)

В уравнении. (13), TC = (645,16 FI = 645 кН (145 KIPS). Далее, число слоев было

... (14)

где. O = 1,4 материал по прочности фактор (Пристли и др.. 1995). В уравнении. (14), расчетное напряжение было основано на ц = CE е ш, где CE является экологическим фактором снижения для различных систем FRP, что для углеродных волокон и внешнего воздействия составляет 0,85 (ACI Комитет 440 2002). В строительстве, в общей сложности шесть слоев были установлены по обе стороны изогнутой крышкой, как показано на рис. 7 (а).

Внешний совместных сдвига модифицированной

Кроме того, можно показать, что связь силы обеспечиваться за пределами совместных регионе

ПО = 0,50

В этом случае, эта сила развивается в результате прижимную силу, выделяемых из вертикальных листов углепластика, размещаются вне сустава. Как и ранее, число вертикальных слоев была вычислена на основе формулы. (14) и (15), ведущих к общей сложности 21 слоев, в соответствии с

... (16)

Дополнительные выгоды в результате размещения этих U-обертывания заключается в повышении зажима сопротивление диагональных листы углепластика и улучшения крепления колонки баров в изогнутой крышкой, позволяя формирование диагонального стойка вне сустава, что в соответствии с рекомендациями, изложенными в литературе (Pantelides и др.. 1999; Gergely и др.. 2000). В реальном модифицированной схеме, это число было сокращено до 18 слоев или девять слоев размещены по обе стороны изогнутой крышкой. Хотя несколько меньше, чем целевой показатель, количество слоев не был увеличен, и в обсуждении результатов экспериментальной части, общий дизайн рассматриваются в настоящем документе оценивается на основе сопоставления между ожидаемыми по сравнению с достигнутым деформации величин, измеренных в ходе испытаний.

Как отмечалось в ходе первого этапа тестирования III-конечной условие для группы 1, стало очевидно, что некоторые изменения были необходимы, чтобы улучшить производительность сейсмических сустава. Одним из этих изменений состояла установки якорей FRP из стекла FRP (GFRP) в совместном 2-го энергоблока. Рис 7 (б) показывает, где GFRP якоря были установлены в группу 2, а на рис. 7 (D) и (е) показывают, меры, принятые во время установки якорей GFRP. Установка якоря GFRP по мокрой техники layup оказался эффективным средством для задержки преждевременных пилинг листы углепластика и расширенная информация существует в литературе, которая четко разграничивает необходимые меры для обеспечения правильной установки этих якорей GFRP (Eshwar и др.. 2005 ). Окончательная схема для модернизации совместных область показана на рис. 7 (а) и (с) для группы 1, а на рис. 7 (б) для энергоблока № 2, где различия в модифицированной схеме показаны.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Испытание Группа 1

Группа 1 боковой ответ на рис. 9 (), а также пред-и пост-тест анализа. Предварительный тест был проведен анализ по данным аналитического модель, разработанная по формуле. (1). После тестирования анализ был основан на модели совместного крутящий момент, который рассматривает совместное гибкость и обсуждается в Обсуждение экспериментальных результатов разделе.

Тестирование на этапе I-начала колонна сдвига сбоев течение последних циклов в силу контроля начала диагонального сдвига трещин в совместных регионе было отмечено, представленные на рис. 10 (а). На данном этапе, только трещины волос не наблюдалось, что свидетельствует о столбце или совместных разрушение при сдвиге еще не разработан. В течение первых двух циклов к пластичности 2, начало откола в колонках не наблюдалось. В следующем цикле, начало сдвига провала колонке было достигнуто, как показано на рис. 10 (б). На данном этапе блок достигли предсказать нагрузку на теоретических уступая первое, и состояние колонке на этом уровне, лучше всего характеризует широко открытыми диагональные трещины сдвига и потери в боковой нагрузки почти на 10%.

Эти типы сдвига неудач, как правило, связаны с сокращением численности почти на 30 до 40% (Пристли и др.. 1995; яшинский и Karshenas 2003). Это означает, что разрушение при сдвиге еще не полностью разработана, которые, согласно результатам анализа, представленным на рис. 5 (а), разрушение при сдвиге колонны будет происходить на пластичность 3. Чтобы ограничить дальнейший ущерб, этот цикл ознаменовало окончание первого этапа, который отмечен на рис. 9 (а) события E1, затем модифицированной колонны по схеме, изображенной на рис. 6.

Тестирование на этапе II-начало совместного разрушение при сдвиге-тестирование началось после модифицированной колонны, и, как показано на рис. 9 (а), первый пик цикла в этой фазе с пометкой события Е2 на рис. 9, что указывает на значительное восстановление срез колонны от 600 до 690 кН (134,9 до 153,9 KIPS). Это показывает, что модифицированная система была эффективной в восстановлении срез. Тестирование продолжалась до следующей отказов было отмечено, что с пометкой событий E3 на рис. 9 (а).

Второй режим произошел сбой в совместном области на 4 пластичности и характеризуется широким открытые трещины, потеря в боковой нагрузки и расширение совместных в поперечном направлении, как показано на рис. 10 (с). Предварительное следствие принципа растягивающие напряжения в совместных региона вычисляется на основе процедуры, предложенной в Gergely и др. (2000), а результаты этого анализа показали, что совместное провал сдвига будет развиваться за пределами пластичности 2 и около 5 пластичности. Оценку экспериментальным путем совместного реагирования сдвига напряженно-деформированного были также проведены и результаты представлены на рис. 9 (б). Модель I используется при оценке неограниченном суставов и был предложен Пристли (1993), II и модель была использована в оценке только суставы и была предложена и Маццони Мол (2001). Обе эти модели совместного три-линейной модели, в которых первые две ветви являются одинаковыми для обеих моделей с выражениями

...

... (17)

где. J является совместным сдвига / вращения в радианах и. т нормированная растяжение принципе напряжений. Рис 9 (б) также показывает, что из-за событий E3 находится в типичной модели плохо подробную суставов, силы этой группы в основном определяется прочность на сдвиг в неограниченном сустава. Это свидетельствует о том, что совместные деградации сдвига был главным отказов для этого этапа. После удаления рыхлой бетона, можно было различить широкие открытые трещины, простирающаяся через всю ширину шва, а также разоблачение колонке продольной арматуры, как показано на рис. 10 (г). Это означало конец этапа II, за которым последовало модернизация изогнутой крышкой в соответствии с модифицированной схеме изображен на рис. 7 (а).

Тестирование в ходе первого этапа III-конечной условие: На этом этапе, подразделение было первое смещается с одного цикла к пластичности 4, которая помечена как события Е4 на рис. 9 (а). Эта цифра наглядно показывает, что модульного тестирования частично восстановить свой потенциал от 430 до 490 кН (от 97 до 110 KIPS). Эти цифры, однако, значительно ниже предварительных испытаний теоретические возможности 690 кН (155 KIPS) и способность 590 кН (133 KIPS), который был зафиксирован на уровне первого цикла пластичности 4 в Фазе II. Затем блок смещается пластичности 6, а во время первого цикла, каких-либо существенных потерь в боковой нагрузки не наблюдалось. На этом же рисунке совместной модели, которая была использована для разработки конверт после тестирования ответ на рис. 9 (б) и более подробно рассматривается в обсуждении экспериментальных результатов разделе.

Во время погрузки на второй цикл, значительные потери в боковой нагрузкой было отмечено, в то время как в этом же цикле, один из столбцов арматуры перелом, однако, потери несущей способности является не только причиной разрушения арматурного проката, но преимущественно крепления провал подкрепление из-за сдвига провала. Дальнейшие наблюдения записаны во время тестирования показали: 1) пилинг горизонтально листы углепластика, 2) большие выпуклые на верхней поверхности вертикально расположенного листы углепластика, 3) расширение изогнутой крышкой в поперечном направлении, и 4) разделение диагонали углепластика листов и бетона. Состояние 2 является основным механизмом, который привел к сокращению прочность стойки с пометкой ли на рис. 8. Кроме того, состояние 3 является основным механизмом, который привел к снижению прочности стойки с пометкой Д. на рис. 8. Таким образом, эти два условия привели к снижению крепления механизм, необходимый для крепления колонки арматуры и впоследствии привело к совместной провал сдвига.

Для повышения сейсмической реакции сустава, в Группе 2, GFRP якорей были также осуществлены в схеме переоснащения, в соответствии со схемой изображенной на рис. 7 (б) ..

Испытания энергоблока № 2

Рисунок 11 (а) показывает ответ нагрузки деформации наряду с предварительного тестирования и после теста на анализ. Возникновение откола в колонне разрыв наблюдается в области куртки на пластичность 2. Из-за присутствия модернизации схемы, не удалось обнаружить сигналы бедствия дальнейшем, за исключением, равномерно расположенных горизонтальных трещин наблюдались вдоль колонки. По сравнению с группой 1, 2 группы гистерезисные петли отображается увеличение энергетических мощностей поглощения почти на 20% и снижение ущемление петли гистерезиса почти на 50%. Кроме того, в ходе испытаний на первый цикл на пластичность 4, пик боковой нагрузке 630 кН (142 KIPS) и каких-либо признаков или столбца или совместных разрушение при сдвиге были различимы. В первом цикле к пластичности 6, зарегистрированных нагрузка 560 кН (126 KIPS), что падение только до 12% нагрузки от ранее записанных пиковых нагрузок на пластичность 4.

Совместных сдвига напряженно-деформированного ответ на группы 2 на рис. 11 (б), а также совместной модели я и II, а также предлагаемой совместной модели для этого теста подразделение, которое будет обсуждаться в следующем разделе. Эта цифра показывает также, что, хотя экспериментальные результаты близки к совместной Model II, все вершины цикла до конечной выше совместной модели I. На этом рисунке, только пик цикла, которая входит в совместной модели я в последний цикл. Кроме того, события E1 и E2, расположенных за пределами совместной модели обычно используются для выявления плохо подробную суставов. Это свидетельствует о том, что совместные деградации сдвига не было преобладающим отказов, но вместо этого малоцикловой усталости колонны подкрепления. Posttest исследования показали, что барах, расположенных в крайних волокнах разорванных при малоцикловой усталости.

Кроме того, на 6 пластичности, низкий уровень поперечных расширение совместных заметны были вместе с прослеживается деформации проникновения трещины на верхней поверхности изогнутой крышкой. При нажатии листов углепластика выяснилось, что нарушение сцепления или выпуклыми листов было различить, что свидетельствует о совместных сдвига модернизация изогнутых шапке, в этом случае до начала испытаний, достаточный для предотвращения вывода провал колонке усиление до 6 пластичности. Это представляет собой улучшение по сравнению с 4 пластичности сообщили в Группе 1. Кроме того, оценки реагирования этих подразделений с точки зрения способности свидетельствует об увеличении боковой нагрузкой для энергоблока № 2 почти на 8% на пластичность 4 и 29% на 6 пластичности. На рисунке 12 показана повышение уровня и на других уровнях пластичности, которые показывают значительное увеличение возможностей для энергоблока № 2. Кроме того, модульный тест остается практически свободной трещины.

Обсуждение экспериментальных результатов

Нагрузки деформации ответ

Предтестовое анализа показано на рис. 9 (а) и 11 (а) были разработаны без учета увеличения прогибов или потери грузоподъемности, вытекающие из совместного гибкости или повреждения. Такой подход приводит к удовлетворительным результатам аналитической, если члены построен совместными усиление сдвига разработан в соответствии с действующими положениями сейсмических дизайна, в том числе совместных гибкость, можно пренебречь. До 1970-х годов, однако, суставы были построены с недостаточным совместное усиление сдвига и других механизмов деформации должны быть включены, которые считают жесткие повороты тела на концах членов благодаря совместным гибкость и удлинение скольжения в сочетании с продольной арматуры (Маццони и Мол-2001). Таким образом, в этой исследовательской программе, эти дополнительные режимы совместной деформации были рассмотрены в рамках анализа после тестирования с точки зрения соотношения

... (18)

В этой форме, первые два члена рассматривать только колонки и наклонился гибкость шапку и KJ, я это твердого тела, вращательное жесткость совместных и считает вращения твердого тела в основании колонны благодаря совместным гибкость в сочетании с удлинением бар и скольжения. Совместного вращательного Жесткость эмпирически для каждого теста единиц, используя элемент вращательного весна с нулевой длины и соотношение момента вращения разработана на основе совместной диаграмм растяжения представлены ранее. Кроме того, предполагается, что совместное находится в состоянии чистого сдвига, можно поставить знак равенства, что совместные деформации сдвига. почти так же, как совместное вращений. J. Совместных напряжения сдвига затем преобразуется в эквивалентный момент на основе соотношения (Маццони и Мол-2001)

... (19)

где ВБ и ро являются изогнутой крышкой ширины и глубины, соответственно, и. является эмпирическим параметром ущерба. Этот параметр ущерба была представлена кусочно-линейная функция выражается через. / И была разработана для имитации повреждений сустава. Эмпирический параметр ущерба. Для каждого испытания подразделение

... (20)

Наконец, подставив уравнение кусочно. (20) в уравнение. (19), а затем в кусочно уравнения. (17), момент вращения конверт для каждого теста единиц приведены на рис. 13 (а). На этом рисунке одна модель была использована для обозначения единиц 1 и 2 совместных ответных мер после модернизации и третья модель была использована для представления группы 1 совместного ответа до совместной модернизации. Эти модели были затем использованы для разработки posttest анализа конверт кривых на рис. 9 (а) и 11 (а), на котором изображены сильная корреляция между моделями и измеренных отношений нагрузки деформации. Как отмечалось ранее, не существует единой модели, которые могут представлять сложного поведения из всех возможных соединений (Маццони и Мол-2001) и модель повреждений, описываемой уравнением. (20) следует использовать осторожно, других совместных конфигураций.

Кривой конверты для каждого теста единицы также могут быть показаны на рис. 13 (б), которые изображают хорошая корреляция между предлагаемой совместной результатов моделирования и экспериментальных кривых. Кроме того, этот показатель также показывает, огибающей для группы 1 в течение третьего цикла до Второй этап тестирования, который вновь изображает хорошо коррелируют с экспериментальными результатами. Из этого рисунка и возвращаясь к рис. 12, это также ясно, что группа 2 модифицированная схема предусматривает увеличение в боковой нагрузкой, в результате увеличения производительности соединения.

Углепластика тензодатчиков чтении

Для оценки эффективности модифицированной значительное число тензодатчиков были установлены на листы углепластика и подробное описание этих датчиков деформации представлена в др. Chen и др.. 2005. На основании информации о конструкции, изложенных в предыдущих разделах, дизайн, В таблице 2 показано в колонке (7), предсказал пик напряжения в листах углепластика для различных механизмов дизайна. Резюме максимальной тензодатчиков зарегистрированы в ходе испытаний оценивалась в различных механизма и показано в таблице 2, колонка (8). Потому что тензорезисторов для энергоблока № 2 были неизменно выше, чем группы 1, только значения для группы 2 рассматриваются в настоящем документе.

Явствует из таблицы 2, колонка (9), это соотношение по сравнению с предсказал испытания сортов и, так как значения в этом столбце всегда меньше, чем один для любой конструкции механизмов, то есть основания полагать, что число слоев при условии надлежащим образом предназначены для поддержания желаемого механизма. Потому что блок не достигнет своего пика теоретических возможностей, однако, эти цифры были дополнительно нормировать касается ожидаемого пика потенциала, который оценивается в 750 кН (169 KIPS) по сравнению с пиком возможностей, достигнутых в ходе тестирования или 675 кН (152 KIPS) и эти результаты представлены в колонке (10). Результаты изображены в этом столбце хорошим показателем того, что число слоев предоставленная в течение разумного соглашения с ожидаемыми значениями и дизайн моделей, рассмотренных в данной работе могут привести к эффективным модифицированной схеме стыков композитов.

ВЫВОДЫ

В целом, ответ гистерезисных Группы 1 отображается разумные уровни емкость поглощения, но со значительными сжать, которая является характерной совместных провал сдвига. Хотя результаты испытаний подтвердили, что мощность колонки сдвига в группы 1 была восстановлена после модифицированной было сделано после провала, к тому же выводу не представляется возможным в связи с совместной провал сдвига. По сравнению с группой 1, общей гистерезисных ответ 2-го энергоблока отображается увеличение энергетических мощностей поглощения почти на 20% и снижение ущемление петли гистерезиса почти на 50% с увеличением боковой нагрузкой почти на 8% на пластичность 4, и 29% на 6 пластичности. Кроме того, несмотря на некоторый уровень совместных гибкость, преобладающим отказов для энергоблока № 2 в основном характеризуются низкой цикла усталостного разрушения колонки продольной арматуры за перемещением пластичности 6. Таким образом, в отличие от группы 1, модернизация неповрежденных совместной 2-го энергоблока была успешной в предотвращении совместного разрушение при сдвиге.

Аналитическая модель была также представлена здесь, которые могут быть использованы для получения ответа нагрузки деформации внешних узлов Т-соединений. В отличие от других моделей, представленных в литературе, эта модель также включает совместные гибкость благодаря совместным сдвига деградации на повышение уровня перемещения пластичности, а результаты анализа соответствуют и экспериментальных результатов. Основываясь на этих двух единиц результаты анализов, можно сделать следующие выводы обнажен.

1. Эмпирические модели совместного вращения момент разработанных в рамках этой программы исследований удалось оценки уровня прочности и жесткости деградации для каждого из подразделений;

2. От напряжения уровнях, достигнутых в ходе испытаний в листы углепластика, очевидно, что модифицированная система была эффективной в сохранении и развитии желаемого совместного механизма сдвига и

3. Наконец, команда исследователей предлагает, чтобы предельный уровень перемещения пластичности 6 быть использованы в конструкции при использовании модифицированной детали для энергоблока № 2.

Авторы

Исследования проекта, описанного в данном документе была профинансирована Федерального управления шоссейных дорог; Аляски министерства транспорта и общественных зданий, а также университет путей сообщения центра Университета штата Миссури Ролла, Ролла, Миссури

Ссылки

ACI Комитет 318, 2002, "Строительный кодекс Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 443 с.

ACI Комитет 440, 2002, "Проектирование и строительство Внешне Таможенный системы FRP для укрепления бетонных конструкций (ACI 440.2R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 45 с.

Американская ассоциация шоссе государства и перевозки должностных лиц, 1966, "AASHTO Стандартные спецификации для автодорожных мостов", 9-е издание, AASHTO, Вашингтон, округ Колумбия, 15-19 с.

Американская ассоциация шоссе государства и перевозки должностных лиц, 1998, "AASHTO LRFD мост характеристики Дизайн", 2nd Edition, AASHTO, Вашингтон, округ Колумбия, 1102 с.

Андерсон, N.; Бейкер, H.; Chen, G.; Hertell, T.; Хоффман, D.; Луна, R.; Munaf, Ю.; Prakash, S.; Санти, P.; и Стивенсон, Р. , 2001 ", оценке сейсмических рисков по установленным чрезвычайным автомобиля Маршруты Приоритет Access," Окончательный доклад REDT01 БДТ-009, Миссури Департамент транспорта, Джефферсон-Сити, Миссури, 389 с.

Калифорнийский департамент транспорта (Колтранс), 2004 ", Колтранс критерии сейсмостойкости", Версия 1.3, Колтранс SDC, Сакраменто, Калифорния, февраль, стр. 101.

Карр, AJ, 2000, "Ruaumoko: Программа для неупругого Динамический анализ", руководство пользователя, Департамент строительства, Университет Кентербери, Крайстчерч, Новая Зеландия, 234 с.

Chen, G.; Андерсон, N.; Луна, R.; Стивенсон, RW; Эль-Engebawy, M.; Силва, PF, и Zoughi Р., 2005, "Землетрясение опасности оценки и смягчения их последствий: пилотное исследование в Нью-Мадрид сейсмической зоне ", ФДА доклад, Тернер-Фэрбанкс Хайуэй исследовательский центр, Федеральное управление шоссе, Маклин, Вирджиния, август, стр. 299.

Cheng, F., 2001, матричный анализ структурной динамики-приложений и сейсмостойкого строительства, Marcel Dekker, Inc, Нью-Йорк, 997 с.

Eshwar, N.; Ibell, TJ, и Нанни А., 2005, "Эффективность углепластика Укрепление в искривленных RC потолок Балки," Достижения в области строительной техники, V. 8, № 1, январь, с. 55-68 .

Gergely И., Pantelides, CP, и Ривели, Л., 2000, "Shear Укрепление R / C T-шарниры использованием углепластика композиты" Журнал Композитный для строительства, ASCE, Т. 4, № 2, май, стр. . 56-64.

Маццони, S., и Мол, ДП, 2001, "сейсмического отклика пучка Колонка Стыки Двойные железобетонных конструкций моста", ACI Структурные Journal, В. 98, № 3, май-июнь, с. 259-269 .

Наито, CJ; Мол, JP и Mosalam К.М., 2002, "Оценка мост Луч-Column соединений при имитации сейсмических нагрузок", ACI Структурные Journal, В. 99, № 1, январь-февраль, стр. 62. -71.

Нанни А., 1993, "Волоконно-металлопластиковых (FRP) Арматура железобетонных конструкций: свойства и применение", ситуация в строительстве, В. 42, Elsevier, Амстердам, Нидерланды, 450 с.

Pantelides, CP; Аламеддина, F.; Sardo, T.; и Imbsen, RA, 2004, "Street Bridge на межгосударственные 80," Журнал мостов, ASCE, т. 9, № 3, июль-август, с . 333-342.

Pantelides, CP; Gergely, J.; Ривели, Л. Д., а также Volnyy, В. А., 1999, "Модернизация RC мост Пир с углепластика Расширенный композиты" Журнал строительной техники, ASCE, В. 125, № 10, октябрь, с. 1094-1099.

Пристли, MJN, 1993, "Оценка и дизайн Разъемы Single Level Мосты с круговой Столбцы", доклад № 93/02 SSRP департамента строительной техники, февраль, стр. 62.

Пристли, MJN; Seible, F.; и Кальви, М., 1995, сейсмическая Дизайн и модернизацию мостов, John Wiley

Seible, F.; Пристли, MJN; Hegemier, Г. и Innamorato Д., 1997, "Сейсмическая Модернизация RC Колонны с непрерывным углеродных волокон Куртки," Журнал Композитный для строительства, ASCE, В. 1, № 2 , май, с. 52-62.

Сильва, PF; Шритарана, S.; Seible, F.; и Пристли, MJN, 1999, "натурное испытание на Аляске Монолитные In-Place стали Shell три колонки Мост Бент", доклад № SSRP-98/13, Отдел структурной инженерии, Университет Диего Калифорния-Сан, Ла-Хойя, Калифорния, февраль, стр. 166.

Шритарана, S., 1998, "Анализ железобетонный мост шарниры, подвергнутого сейсмической активности", кандидатскую диссертацию, Департамент AMES отдела зданий и сооружений, Калифорнийский университет в Сан-Диего, Ла-Хойя, Калифорния, 349 с.

Яшинский М., Karshenas, MJ, 2003, "Основы сейсмической защиты для мостов", сейсмостойкого строительства научно-исследовательского института МНО-9, июнь, стр. 184.

Входящие в состав МСА F. Педро Силва является адъюнкт-профессором по гражданской и экологической инженерии в Университете Джорджа Вашингтона, Вашингтон, О. К. Он является членом комитетов МСА 341, сейсмостойкость железобетонных мостов и 440, армированных волокнами полимерных усиление. Его исследовательские интересы включают разработку новаторских на основе оценки выполнения процедур по разработке и модернизации структур, а также использование волоконно-армированные полимеры для структурного восстановления структур.

Николас Дж. Ereckson является Инженер Мартин / Мартин Consulting Engineers, Денвер, Колорадо Его исследовательские интересы включают структурные реабилитации структур.

Гэнда D. Chen является адъюнкт-профессором в Университете Миссури-Ролла, Ролла, Миссури Его исследовательские интересы включают проектирование сейсмостойких сооружений и модернизацию зданий и мостов стали и композитных материалов, обнаружения повреждений железобетонных членов и структур, динамических ответ модификации структуры с инновационными устройствами и системами.