Сейсмические Обновление с углеродного волокна армированной полимерной колонок, содержащих Lap-сращивания арматуры
Существующие железобетонные (RC) колонны с подробным бедных сростков на колени и недостаточной поперечной арматуры заключения в пластическом шарнире потенциальных областей вблизи пучка столбцов соединения, характерные до 1970 года дизайн положений, будут признаны неудовлетворительными прочность и пластичность требованиям, предъявляемым к сейсмическая нагрузка. Работы в настоящем докладе было направлено на оценку эффективности углеродного волокна армированной пластмассы (углепластика) куртки в деле укрепления и ремонта таких колонн в имитационных загрузки землетрясения. В общей сложности 12 колонн, шесть 356 мм (14 дюйма) диаметр круглого и шесть 305 мм (12 дюйма) площади, были построены и испытаны. Колонны 1,47 м (58 дюймов) и имели 510 Переменных учился в эту программу включены эффект присутствия коленях сращивания, эффективность углепластика в предварительном землетрясения укрепления и после землетрясения модернизации дефицита колонны, а также влияние уровня осевой нагрузки, форма колонны сечения, поперечные детали арматуры.
Ключевые слова: колонны, лишение свободы; пластичность; коленях соединения; реабилитации.
ВВЕДЕНИЕ
Большинство существующих железобетонных конструкций спроектированы и построены до 1970 года, в соответствии с распространенными стандартами проектирования, возможно, недостаточной сейсмоустойчивости. В результате, в ходе недавних землетрясений, многие из этих структур разрушены или серьезно пострадал. Землетрясения Лома Приета только нанесли ущерб более 80 мостов, в результате чего 40 человек, 1,8 млрд. долл. США в ущерб, а также серьезные экономические disruptions.1 Эти структуры были разработаны и подробно противостоять в первую очередь нагрузки тяжести и не обладают достаточной боковой прочности и пластичности и, следовательно, новые коды сделали их нормам. Lap сращивания применяются в строительстве самых железобетонных конструкций для сохранения преемственности в укреплении конструктивных элементов. Эти сращивания, как правило, приводится в потенциальных пластического шарнира регионах на базе колонны, прямо над совместной компанией, и все бары, как правило, сращиваются в этом же разделе. Это приводит к значительному снижению прочности и пластичности структуры.
Поскольку большинство из этих предварительно-1971 структур были подробно только для гравитационной нагрузки, длины соединения в колонны были разработаны в соответствии с нормативными требованиями для баров при осевом сжатии практически без изгиба. Землетрясение сил, однако, привести к поперечной нагрузки вызывает сращивания баров подвергаться больших растягивающих сил и неупругих деформаций, что приводит к высокой прочности и пластичности требования. Ситуация еще более усугубляется недостаточной поперечной арматуры ограничиться конкретными и, следовательно, отсутствием адекватных зажимного давления на поверхности разрушения в зоне соединения. Выполнение таких колонн Таким образом, будут ограничены преждевременного выхода из строя сростков. Изменения реализованы в практике ACI дизайн, как в конфигурации соединения (длина, прочность, и детализация добавил стремена / связи) на протяжении многих лет, пока нынешняя практика дизайна были изложены в литературе review.2.
Существуют значительные усилия исследования направлены на разработку и применение модифицированной стратегии повышения производительности сейсмических дефицита структур. Традиционные системы включают укрепление стальных и железобетонных оболочки. Некоторые исследователи подтверждены экспериментально, а также через применение в полевых условиях эффективность стали куртки в обеспечении желаемого заключения в основной бетона и тем самым повысить производительность сейсмических дефицита columns.1 ,3-6
Быстрое ухудшение состояния инфраструктуры в сочетании со сдержанной государственных расходов, однако, требует постоянной оптимизации ремонта и укрепления методов для улучшения и экономить модернизации процесса большое число существующих сейсмически недостаточным структур. Это привело к исследованиям в области использования новых полимеров и композитных материалов для разработки альтернативных методов модернизации, которые легко осуществить, экономические с точки зрения стоимости жизненного цикла, и более прочным. Один укрепления схему, которая находит быстрое принятие предполагает использование внешних связанных армированных волокном полимера (FRP) (углерод, стекло и арамидных) куртки. Научно-исследовательская работа ведется на различных научно-исследовательских центров по всему миру в определении эффективности укрепления FRP в укреплении колонны оказываемых недостаточным в современных сейсмических коды из-за плохого соединения родов и details.2 ,7-15
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Настоящее исследование было направлено на оценку эффективности углерода FRP (углепластика) куртки в повышении сейсмостойкости неподатливый железобетонных колонн с плохим детали продольного сращивания бар в пластическом шарнире регионов и недостаточной поперечной заключения. Результаты этой работы, по сравнению с базой данных, уже имеющихся аналогичных FRP-модернизированных колонн, которые не содержат соединений в коленях петли regions.7, 8 целей этой программы исследований заключались в следующем: 1) оценить деградации прочность и пластичность колонке из-за присутствия коленях сращивания продольных балок; 2) определить эффективность углепластика в предварительном землетрясения укрепления и после землетрясения, ремонт таких недостаточным колонны, 3) изучение влияния формы (круглые или квадратные) колонны сечения Эффективность модернизации углепластика, 4) определить воздействие лишения свободы на коленях сращивания и 5) исследование влияния уровня осевой нагрузки.
Экспериментальная программа
Образцы подробнее
Двенадцать железобетонных колонн (шесть круглых и квадратных шесть) были изготовлены и испытаны при комбинированном осевой нагрузки и отменил циклических бокового перемещения экскурсии моделирования землетрясения. Круговой колонны диаметром 356 мм (14 дюйма), а квадратные был раздел размером 305 мм (12 дюйма). Колонны 1,47 м (58 дюймов) и имели 510 Мерной детали колонн, представлены на рис. 1 (а). Тест колонке представлены на участке между точкой противопоказаний изгиба и раздела максимальный момент на базе колонны. Незавершенная представлены несущий элемент столбца, как луч колонке совместных или основу. Во всех образцах, отношение площади колонна ядра, измеряется центра к центру внешних обручи, чтобы общая площадь которого составляет секции колонны находился примерно в 75%. Образцы типичных представлений из предварительно-1971 многоэтажного здания и мостовые опоры ..
В таблице 1 приведены четыре группы столбцов, из которых 12 колонны первого две группы представляют образцов, испытанных в соответствии с настоящим проектом. Группа III перечислены сведения о некоторых из круговых колонны проверен Шейх и Яу, в то время как 7 по IV группе, подробные сведения о двух квадратных колонн проверен Iacobucci и Sheikh8 показаны. Все группы III и IV столбцы имеют одинаковые размерности и укрепление детали, как настоящий колонны, кроме того, что они были усилены с непрерывным продольных балок. Для столбцов в группы I и II, первая буква в образце обозначение указывает на форму колонны, C время круглого и квадратного S время. Или B относится к поперечной конфигурации стали образцов. F1, если он присутствует, указывает, что столбец был завернут с одним слоем углепластика, за которым следует номер последовательности испытаний образца. Последнее письмо N относится к нормальной прочности бетона.
Арматурная сталь-три вида деформированных стальных стержней были построены укрепления клетки образцов. Оценка 400, 20M (площадь = 0,465 дюйма SUP ^ 2 ^ [300 мм ^ 2 ^ SUP]) баров и оценки 60 США № 3 бара были использованы для продольной и поперечной арматуры в колоннах, соответственно. Оценка 400, 10M (площадь = 0,155 дюйма SUP ^ 2 ^ [100 мм ^ 2 ^ SUP]) баров были построены укрепления незавершенная клеток. Stressstrain кривые стали барах вместе с выходом и конечной напряжений и деформаций значения приведены на рис. 2. Колонны были подробно изложены в соответствии с положениями ACI 318-5616 и 318-6317 ACI кодов.
Круговой колонны были усилены с 20М и шесть квадратных колонн с восемь 20M продольных балок, которые были коленях сращиваются в колонке длиной 470 мм (18,5 дюйма) с незавершенная колонки интерфейс (рис. 1). Две конфигурации поперечной арматуры, типы А и В, были использованы. Для круглых образцов, тип колонны были подробно с США № 3 обручами на 300 мм (11,8 дюйма) Расстояние между колоннами в то время как тип B состоял из США № 3 спирали на 80 мм (3,1 дюйма). Для квадратного образцов, тип колонны были усилены лишь один набор США № 3 связи на 300 мм (11,8 дюйма), так что только бары углу были проведены углы связей. Тип B квадратных образцы были усилены с двумя наборами США № 3 связи на 300 мм (11,8 дюйма), чтобы каждый лонжерон был боков поддерживается связь углов. Для обеспечения того, чтобы отказ образцов происходит в связи с потенциальным пластического шарнира региона, за расстоянии примерно 600 мм (23,6 дюйма) с интерфейсом незавершенная колонки, расстояние между поперечными стали сократилось примерно половину указанного расстояния в испытания зоны, как показано на рис.
Арматура для заглушки 10М состоит из горизонтальных и вертикальных стремена на 64 мм (2,5 дюйма) расстояния. Дополнительные 10М бары с 135 градусов крючки были добавлены две стороны активизировать незавершенная жесткости. Укрепление подробности приведены на рис. 1.
Бетон-заглушки и колонны было подано два отдельных партий бетона на два дня подряд, чтобы имитировать промысловые условия и сформировать совместное строительство на границе. Бетон с целевая численность 25 МПа (3630 фунтов на квадратный дюйм) был использован. Прочность бетона контролируется путем регулярного тестирования 150 Strengthage отношения разработанные таким образом была использована для получения прочность каждого образца в момент testing.2
Волоконно-армированных полимеров-коммерчески доступных FRP система была использована для модернизации. Эпоксидной состоял из двух частей А и В, смешанные в соотношении 100 частей на 42 частей B использованием смесителя в течение 5 минут на скорости от 400 до 600 об / мин. Ткань была пропитана эпоксидной смолой и слой эпоксидной также был применен на колонку поверхности с помощью роликов. Ткань была затем оборачивают вокруг колонны с волоконно ориентации в окружном направлении. Углы квадратных колонн были собраны для облегчения FRP упаковки использованием вогнутые участки древесины, с 16 мм (0,63 дюйма) радиуса, размещенный внутри формы.
Три круглых и четыре квадратных колонн были завернуты в один слой 1 мм (0,04 дюйма) в толщину и 610 мм (24 дюйма) шириной углепластика в потенциале пластического шарнира районах, прилегающих к границе незавершенная колонки. Столбец вне тестовой зоне была завернута в три слоя 1,25 мм (0. 049 дюйма) толстого стекла FRP (GFRP) для обеспечения того, чтобы произошел сбой в тестовой зоне. Средний предел прочности на разрыв / ширина блока / слоя и деформацией разрушения углепластика измеряется от купонные испытания 1019 Н / мм (5819 фунт / дюйм.) И 0,0129 соответственно. Соответствующие значения для GFRP были 568 Н / мм (3243 фунт / дюйм.) И 0,0228. Напряженно-деформированное кривые практически линейна до разрушения для FRPS.
Приборы-продольной и поперечной арматуры из образцов инструментальной широко, чтобы определить стали деформаций в различных местах (рис. 3). В B-типа круговой колонны, первый три кольца спирали были приборами, а в других образцов первых двух обручей ближе к незавершенная были инструментальной тензометрами 5 мм (0,20 дюйма) длины. Кроме того, шесть внешних датчиков деформации 60 мм (2,4 дюйма), длина базы измерения были использованы в каждой из модернизированных образцов для измерения напряжения в углепластика в направлении волокон. Один калибровочных был помещен на каждой боковой грани модернизированы колонны на 75 мм (3 дюйма) от заглушки лицо. Два манометра каждой были установлены на верхней и нижней граней колонн. Эти датчики были 75 и 150 мм (3 и 6 дюймов) от заглушки лицо.
В общей сложности 18 линейных дифференциальных переменной преобразователей (LVDTs), 10 с одной стороны и восемь на противоположной стороне, были смонтированы на стержни встроенных в колонны для измерения деформации бетонного ядра в тестовой зоне образцов (рис. 4). Калибровочной длины для этих LVDTs колебалась от 55 до 110 мм (2,2 до 4,3 дюйма) и охватывает длина 550 мм (21,6 дюйма) с лица заглушки. Поперечного смещения измерялись LVDTs размещены в шести местах вдоль длины образцов.
Испытание установки и процедуры испытания
Все колонны были испытаны под постоянной осевой нагрузки и отменил циклического перемещения экскурсии в тестовом кадре (рис. 5). Осевая нагрузка была применена первой помощи 4450 кН (1000 KIPS) создание гидравлического домкрата через петли на концах образца, позволяющий в плоскости вращения конца. Обратной циклической боковой нагрузки была применена затем через servocontrolled привода с 1000 кН (220 KIPS) грузоподъемность и ± 152 мм (6 дюймов) ход потенциала. Перемещение режим управления приводом была использована для применить заранее перемещения истории (рис. 6) на границе раздела, в котором образец был подвергнут смещение 0,75 подпункт 1 ^ ^ к югу 2 Отклонение Все данные были собраны приобретения данных на высокой скорости системы ..
TEST ЗАМЕЧАНИЯ
Контроль образцов
Шесть контрольных образцов (CA-1N, CA-3N, CB-4N, SA-7Н, SA-9Н и SB-12N) были испытаны на провал без углепластика обтекает установить поведение в отношении которых исполнение модернизированных колонн может быть оценена. На продвинутой стадии тестирования, все столбцы управления выставлены значительный ущерб в зоне максимального момента вблизи границы столбца пенек, показаны трещин, отслаивание конкретные и проскальзываний / раскряжевка из арматуры.
Ущерб во всех колонках управления начали с появлением продольных трещин в верхней и нижней секции из трех колонок. За этим последовало появление вертикального изгиба трещины через регулярные промежутки времени в пределах 600 мм (23,6 дюйма) с незавершенная лицо, во второй и третий циклы ( Изгиб трещины обычно начинают стремительно ухудшаться с четвертого цикла ( Кроме того, разделение трещины начали появляться на колонка незавершенная интерфейс с указанием начала бар соскальзывание. С шестого цикла ( В течение последних циклов, отслаивание и значительное расширение конкретных сечение не наблюдалось.
Для столбцов при низких осевой нагрузки 0.05Po, (CA-1N, CB-4N, SA-7Н, и SB-12N), трещин и сколов были более сконцентрированы вблизи границы, поскольку отказ регулируется проскальзывание арматуры. Ближе расстояния и большие объемы бокового подкрепления в CB-4N и SB-12N при условии лучшего удержания бетона и привело к сокращению область трещин и сколов бетона. В колонках под высокой осевой нагрузки (CA-3N и SA-9N), хотя провал был инициирован бар соскальзывание выпучивания продольных балок, на более высоких экскурсии отклонения стал руководящим режим отказа и, таким образом, растрескивание и отслаивание конкретных стал более концентрированным примерно в 200 мм (8 дюймов) от границы, где выпучивания арматуры имели место. Ближе расстояние между боковыми арматуры в CB-4N и SB-12N при условии лучшего удержания бетона и привело к сокращению область трещин и сколов бетона.
Образцы SB-12N был восстановлен после его повреждения до уровня, при продольных балок, дали, что представляет собой сценарий после землетрясений. Такое состояние было достигнуто в шестой цикл испытаний (то есть на смещение спроса наблюдается и критические продольные полосы в верхней и нижней секции колонны было установлено, дали значительно. Этот ущерб оказался более обширным, чем планировалось. колонна вернулась к нулю бокового перемещения и положение в целях безопасности во время в процессе восстановления, а также поддерживать ее выравнивание, осевая нагрузка поддерживалась на уровне около 50 кН (11,2 KIPS), что соответствует примерно 2% от осевой нагрузкой колонны. Все свободные конкретных были удалены, и колонна была восстановлена с высокопрочные швы. После 3 дней лечения, колонна была завернута в один слой углепластика. углепластика было разрешено вылечить за неделю до образца, переименован в SBRF1-12N, был испытан на провал ..
Модернизированных образцов
Все модернизированные образцы имеют более стабильное поведение по сравнению с контрольными образцами. Колонны под низким осевой нагрузки было постепенное режима отказа из-за отделения столбец из заглушки на колонка незавершенная интерфейс, как в результате скольжения сращивания продольных балок. Таким образом, для образцов Caf1-2N, CBF1-6N, SAF1-8N, SBF1-11N, и SBRF1-12N, отказ был инициирован появления трещин на периферии колонны на границе как правило, от четвертого цикла ( к югу макс = 2 Максимальные напряжения FRP измеряется в колонках испытан под нижней осевой нагрузки варьировались между 0,0027 и 0,0033. Для завернутый колонны испытан под высоким осевой нагрузки, разделение первой трещины на границе из-за проскальзывания бар. При больших боковых смещений, однако, выпучивания арматуры привели к разрыву углепластика вблизи места раскряжевки. Разрыв куртку углепластика после разделения ткани в окружном направлении и привели к значительному ухудшению изгиб колонн.
Для Caf1-5N (P = 0.27Po), углепластика разрыв в 17-м цикле ( = 0.33Po), разрыв ткани происходило из-за потери устойчивости арматуры на 150 мм (5,9 дюйма) от границы в 15-м цикле ( Типичные изменения FRP деформации образца Caf1-5N показано на рис. 7. Высокие деформации растяжения образцов измеряется в Caf1-5N и SAF1-10N примерно 0,0063 и 0,0058 соответственно. Максимальное измеренное значение напряжение FRP в настоящем докладе были приняты до продольных балок, пряжками и до колонны достигла неспособность государства. Следует отметить, что разрыв FRP на гораздо более высокой деформации ..
Образцы SAFI-8N (P = 0.05Po) пострадали преждевременного выхода из строя в конце четвертого цикла, которая привела к прекращению испытаний в пятом цикле. Значительные дробления и диагональные трещины наблюдались в конце пенек, где стальные плиты были использованы для приложить образец с испытательным устройством. Плохо уплотненный бетон, в результате чего выводе анкерные болты, как представляется, причина такого неожиданного провала. Все образцы, за исключением SAFI-8N, в конце испытания, которые приведены на рис. 8.
Результаты и их обсуждение
На рисунке 9 показано идеализированной испытательного образца. Ответы образцов могут быть представлены графически в виде поперечной силы V отклонения отзыв по сравнению с Поперечной силы V определяется с прикладной QL боковой нагрузки. Общий момент интерфейс суммы основного момента при боковой нагрузке и второй момент вызванных осевой нагрузки. Отклоняются формы столбец, полученный из показаний LVDT была использована для расчета среднего момент. Дифференциального вращения угол Отклонение значения, полученные из показаний LVDT были использованы для вычисления углов поворота. M по сравнению с 10 и 11, соответственно. Поскольку вращение компоненты получены из отклонение значения и моменты, полученных от сдвига и осевых сил, как V- Сравнение ответов на два образца CA-1N.
Таким образом, для остальных образцов только V- 11 и 12 в связи с ограниченным пространством. M-против- из бетона, а также разрыв углепластика в модернизированных колонн отмечены на участках. Подобные сюжеты из ранее tests7, 8 на рис. 13 ..
Пластичность параметры
Пластичность факторы и работы индексы две из наиболее распространенных показателей, используемых для оценки сейсмической структурных компонентов. Легко определить пластичность параметров упруго-пластического поведения. Для железобетонных членов, которые не отображаются идеально упруго-пластического поведения, однако, не существует универсального определения пластичности. Таким образом, в оценке эффективности образцов, испытанных в рамках нынешнего исследования, пластичность параметров предложенной Шейх и Khoury18 были использованы здесь, чтобы сравнение может быть сделано с предыдущими tests.7, 8 Эти параметры, а именно фактор перемещения пластичности совокупный перемещения пластичности N 14. Индексы т и 80 добавлены параметры снижение максимальной боковой нагрузки.
20% скидка представляет собой конкретный раздел с существенным остальных факторов capacity.18 вращения пластичности может быть аналогичным defined.6 Из углов поворота выводятся из отклонение компонентов, простое соотношение существует между смещением и параметров вращения пластичности. Выполнение образцов, таким образом, в настоящем докладе только с точки зрения параметров перемещения пластичности. Сдвига и момента потенциала, а также пластичности параметров образцов, приведены в таблице 1. Программа испытаний была разработана таким образом, чтобы последствия переменная может быть изучена путем сравнения двух аналогичных образцов в противном случае ..
Влияние лишения свободы по поперечной арматуры
Эффект лишения свободы по внутренней поперечной арматуры на производительность колонны можно оценить, проанализировав три набора образцов, CA-1N/CB-4N, CAF1-2N/CBF1-6N и SA-7N/SB-12N. Образцы в каждом наборе были схожи во всех отношениях, кроме того, что ЦБ и СО серии образцов были выше поперечной содержания стали. CA образцы серий были поперечной отношение укрепление 0,32% (№ 3 обручами на 300 мм [11,8 дюйма]) по сравнению с 1,2% (№ 3 спирали на 80 мм [3,1 дюйма]) для серии CB. Серии SA было отношение поперечной укрепление 0,37% (по периметру связи только) по сравнению с 0,61% (по периметру и диагональных связей) для серии SB.
Как видно из таблицы 1 и рис. 11 и 12, что существуют значительные улучшения пластичности факторы и показатели работы круговой столбцы, содержащие большее количество поперечных стали более частыми спирали. Лучшего удержания конкретные производства равномерного давления в местах применяются поперечной арматуры вокруг сращивания продольной арматуры помогли задержать образование внутренних трещин расщеплению вдоль длины соединения, увеличивая тем самым соединения / прочности продольной баров и привело к повышению пластичности. Для модернизированных образцов, FRP обертывания, однако, были найдены чтобы обеспечить более эффективную заключения по сравнению с наличием близкорасположенных спирали. Это может быть заключен путем сравнения производительности Образцы Caf1-2N (образец укрепить FRP обертывания) и СВ-4N (образец с близко расположенными спирали), соответственно, с контроля образцов CA-1N в таблице 1.
оказались 1,6 и 2,0 раза соответствующие значения для CA-1N. Лучшие показатели из всех образцов, очевидно, наблюдается с образцами CBF1-6N как с близко расположенными спирали и FRP укрепления ..
В отличие от круглых образцов, влияние большого количества поперечных стали не было видно из сравнения площади Образцы SA-7N и SB-12N. Это потому, что связи были размещены на 300 мм (11,8 дюйма) расстояние в обоих типах столбцов. Таким образом, можно сделать вывод, что недостаточное заключения в связи с широко расставленными связей было определяющим фактором, а не стали коэффициент при определении сейсмического отклика столбцов. Высшие силы SB-12N-видимому, из-за большего количества поперечной арматуры. Пластичности и работы по составлению индексов значения SB-12N были несколько ниже, чем для SA-7Н, в котором указывается, что данный раздел не в состоянии поддерживать высшие силы, из-за отсутствия заключения.
Влияние укрепления с куртками углепластика
Эффективности куртки углепластика в укреплении недостаточным столбцы можно определить путем изучения шесть наборов образцов, CA-1N/CAF1-2N, CA-3N/CAF1-5N, CB-4N / CBF1-6N, SA-7N/SBF1 -11N, SA-9N/SAF1-10N и SB-12N/SBF1-11N. Образцы в каждом наборе были схожи во всех отношениях, кроме того, что второй экземпляр был укреплен с одним слоем углепластика в пластическом шарнире регионе. Образцы SAF1-8N не могли быть включены в это сравнение, потому что, как уже упоминалось, ее преждевременного выхода из строя помешало завершению испытаний. Таким образом, эффективность в укреплении углепластика SA-7Н оценивали, сравнивая его с SBF1-11N. Как говорилось ранее, в связи с широко расставленными поперечной стали, различных конфигураций, связующих в квадратные секции, не приведут к существенным изменениям в исполнении образцов.
Как видно из рис. 11 и 12, все образцы управления выставлены бедных гистерезисных ответ из-за преждевременного выхода из строя соединения что приводит к снижению пластичности и диссипации энергии. Модернизация колонны с FRP привело к более стабильной ответ менее щипать и меньшей прочностью и жесткостью номера деградации. Улучшения оказались значительно выше в круговой столбцов, чем в квадратные из-за более высокой эффективности углепластика обертывания в круговой конфигурации. Учитывая, что работа показатель увеличился до примерно 20 раз за счет модернизации, повышения потенциала момент составляет от 7% (Caf1-5N) до 61% (Caf1-2N) в колонках испытания.
Влияние углепластика обертывания в повышении эффективности, так круглого и квадратного недостаточным колонны в первую очередь за счет удержания бетона в пластическом шарнире регионов. Горное давление помогли задержать начало внутренних трещин, тем самым предотвращая расщепление бетон вокруг сращивания продольных балок, а также перенесла критические деформации изгиба сращивания баров на более высокий уровень. Как видно из таблицы 1, реконструкции значительно увеличилась прочность на изгиб и пластичность столбцов. Образцы Caf1-2N и CBF1-6N были признаны наиболее эффективными из 12 колонн группы I и II с максимальными значениями пластичности и параметров работы индексов. . Поведение модернизированных образцов показывает, что негативные последствия недостаточного заключения стали может быть компенсирован внешние укрепления углепластика.
Усовершенствования в общий индекс работы были самыми высокими за Образцы Caf1-5N и SAF1-10N, которые были испытаны в условиях высоких осевых нагрузок, при увеличении значения WT 16,6 и 9,0 раза соответствующие значения контрольных образцах CA-3N и SA-9Н, соответственно, (табл. 1). Корреспондент повышение в WT для Caf1-2N, испытанные при низких осевой нагрузки, был 6,5 раза больше, CA-1N. Это потому, что при низких осевой нагрузки, как и модернизированных образцов управления смогли сохранить большое количество циклических экскурсии; модернизированы колонны сделали это с постепенной деградации силы, а сила ухудшение контроля колонн была гораздо более серьезным. Для столбцов испытания на высокой осевой нагрузки, контроль образцы подвергались быстрому разложению силы и не намного раньше, чем модернизированных образцов.
Влияние модернизации поврежденных колонны с куртками углепластика
Для определения эффективности углепластика упаковка в модифицированной postearthquake поврежденных колонн, SB-12N был поврежден, а затем заделаны раствором высокопрочных и модификации с одним слоем углепластика (переименован SBRF1-12N). Безусадочные естественный заполнитель раствор был подготовлен при соотношении воды цемента 0,22. В соответствии с инструкциями, предоставляемыми компанией поставщиком, раствор как ожидается, достигнет прочности на сжатие 27 МПа (3920 фунтов на квадратный дюйм) в течение 3 дней и 37 МПа (5360 фунтов на квадратный дюйм) в 7 дней.
Степень повреждения до ремонта показана на рис. 8. Пластичности фактором Отремонтировать колонку SBRF1-12N, однако, достигнуто лишь 63% от перемещения пластичность и 30% от показателей работы ущерб значения аналогичных образцов SBF1-11N, что была усилена до какого-либо предварительного ущерба. Следует отметить, что образцы СО-12N был поврежден больше, чем ожидалось, и это было не в состоянии восстановить ее первоначальный момент нагрузки и грузоподъемности. Несмотря на значительный ущерб, модернизация с одного слоя углепластика удалось получить значительно более пластичного колонке поведения. Эффективности углепластика в модернизации поврежденных колонн, очевидно, зависит от степени ущерба.
Влияние осевой нагрузки уровне
Влияние осевой нагрузки на циклическое поведение испытания колонны можно оценить путем сравнения ответов четырех комплектов образцов, CA-1N/CA-3N, CAF1-2N/CAF1-5N, SA-7N/SA-9N, и SBF1-11N/SAF1-10N. Образцы в каждом наборе были схожи во всех отношениях, кроме того, что P / Ро в первую колонну 5% от осевой грузоподъемности и для второго столбца было 27 и 33% для круглых и квадратных колонн, соответственно. Колонны под низким осевой нагрузки были обнаружены более пластичным ответ, чем их коллеги испытания в условиях высоких осевых уровнях нагрузки.
Можно заметить из таблицы 1, что все образцы испытываются под высоким осевой нагрузки испытывало значительные ухудшения в работе пластичность и индексов, и это было более заметным в контрольных образцах. В связи с увеличением осевой нагрузки, модернизированные образцы Caf1-5N и SAF1-10N опытных примерно 8% снижения за сокращение В наибольшей степени страдают пластичности параметр работы по составлению индексов, которые снизились в среднем почти на 50% для всех образцов из-за увеличения осевой нагрузки уровнях. С точки зрения общего индекса работы, модернизированных образцов Caf1-5N опытный 30% сокращение WT над образцами Caf1-2N, в то время контрольных образцах CA-3N и SA-9Н опытный 73 и 84% сокращение WT за Образцы CA-1N и SA-7Н, соответственно.
Это также видно из рис. 11 и 12, что контроль колонны испытания в условиях высоких осевых уровнях нагрузки подверглась быстрой деградации прочность и жесткость, и не на гораздо более низком уровне, чем экскурсии перемещения колонны испытания при низких нагрузках. Следует отметить, что высокие осевые нагрузки повышает производительность за счет сокращения соединения на растяжение силы, возникающей в процессе циклического изгиба боковых экскурсии нагрузки. В результате соединения с дефицитом колонны испытания на высоком уровне осевой нагрузки можно ожидать, имеют большую производительность. Бедных удержания основного бетона и выпучивания продольных балок, однако, играют важную роль в возникновении плохой работой колонн под высоким осевой нагрузкой. Наличие FRP улучшает такое поведение в значительной степени в результате чего менее тяжелые последствия для высшего осевой нагрузки на модернизированных колонн. Следует также отметить, что для колонны укреплены куртки углепластика, Caf1-5N и SAF1-10N, разрыв FRP наблюдалось в результате конечная неудача, как способ отказа из этих колонн была перенесена из скольжения в выпучивания продольной усиление ..
Влияние формы поперечного сечения колонки
В текущем исследовании, шесть колонок и круговой шесть квадратных колонн были построены и испытаны. В обоих наборов столбцов, соотношение основных область Общая площадь секции колонны держали неизменной на уровне примерно 75% для прямого сравнения между этими двумя группами. Эффект формы колонн сечением на его работу можно оценить по четыре комплекта образцов, CA-1N/SA-7N, CA-3N / SA-9Н, CAF1-2N/SBF1-11N и CAF1-5N/SAF1 -10N. Очевидно, что ответы, полученные от управления квадратных образцов, SA-7N и SA-9Н, в том числе их пластичности и параметров работы индексов, были сходны с круговой контроль колонны, CA-1N и CA-3N. Это связано с тем, что заключение конкретных во всех этих колонн была минимальной. Следует отметить, что более высокие осевые нагрузки в обоих типах колонн были примерно равны их сбалансированной нагрузки. Нагрузка 0.05Po составляет примерно 19% от сбалансированной нагрузкой в круговой колонны в то время как в квадратные колонны, только 15% от сбалансированной нагрузки ..
Модернизированная круговой колонны оказались лучше сейсмические характеристики по сравнению с аналогичным квадратных колонн. Циркуляр Образцы Caf1-2N и Caf1-5N было 40% выше факторы пластичности и около 160% больше работать индексов (W ^ ^ 80 к югу) по сравнению с квадратных колонн, SBF1-11N и SAF1-10N. Общий индекс работы (WT) значения для столбцов Caf1-2N и Caf1-5N были 67 и 59% выше, чем у SBF1-11N и SAF1-10N, соответственно (табл. 1). Чем выше пластичность и значения индекса работы в модернизированных круговых сечений указывает на более эффективное родов при условии внешней углепластика обертывания, чем в квадратных секций. С конкретными расширения, углепластика обертывания в круговых колонны находятся в обруч напряженности и, следовательно, они оказывают непрерывное окружное горное давление. В квадратных секции, однако, горное давление применяется только в углах и внешних куртку углепластика более восприимчивыми к разрыву в углах при высокой концентрации напряжений.
Влияние переносной сращивания продольных балок, на columnstub интерфейс
Эффект присутствия плохо подробную сращивания продольных балок на колонну / незавершенная интерфейс на колонку производительность может быть оценена путем сопоставления столбцов настоящего исследования с образцами проверен Шейх и Yau7 и Iacobucci и Sheikh.8 образцов в каждой из множеств, CA-3N/S-4NT и CAF1-5N/ST-4NT а также SA-9N/AS-1NS и SAF1-10N/ASC-2NS были подобны исключением того, что первые колонны были подробно изложены в коленях сростков в интерфейс, а второй столбцы, содержащиеся непрерывного баров. Shear и прогиба ответы образцов S-4NT, ST-4NT, AS-1 нс, и ASC-2NS приведены на рис. 13. Прямое сравнение между пластичности параметры столбцов и без соединения детали могут быть сделаны только если столбцы в обоих наборах были построены бетонные аналогичные преимущества.
Наличие круга соединений в пластическом шарнире регионах квадратных колонн сократили факторов перемещения пластичности Наиболее заметные различия между колоннами и без сращивания арматуры были замечены в их гистерезисных петель. Это можно наблюдать на рис. 11 и 12, что ответы колонны с сращивания арматуры отличаются значительным щипать. Эти колонки пострадали связи провал из-за скольжения сращивания продольных балок, и, следовательно, большая часть повреждений была сосредоточена вблизи границы. Тот факт, что колонны с непрерывным арматура регулируется конкретными дробления в зоне компрессии затем выпучивания продольных балок, и, таким образом, произошел сбой от интерфейса. Кроме того, эти колонки имеют более стабильные гистерезисного поведения с более низкой деградации прочности (рис. 13). Наличие круга соединений в потенциальных пластического шарнира области колонке приводит к снижению пластичности и неустойчивых гистерезисного поведения колонке ..
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
В общей сложности 12 колонок (шесть с круглыми и квадратными шесть сечений) были испытаны при неупругом обратной циклической боковой загрузкой моделирования землетрясения события. Круговой образцы имели диаметр 356 мм (14 дюйма), а квадратные было сечения 305 мм (12 дюйма). Колонны 1,47 м (58 дюймов) и имели 510 Столбцов и заглушки были отлиты отдельно для создания совместного строительства на границе столбца пенек, как будут возникать в большинстве существующих железобетонных колонн в этой области. Колонке детали были выбраны в соответствии с заранее код-1971 строительство положений. Переменных, исследованных в данной экспериментальной программы включены присутствие коленях сращивания арматуры в колоннах, углепластика модернизации, формы поперечного сечения, поперечных подробности стали, а уровень осевой нагрузки. Сейсмической выступления испытания колонны были оценены с точки зрения их параметров пластичности для изучения влияния различных переменных.
1. Наличие плохо подробную сращивания коленях потенциальных пластического шарнира области столбца приводит к значительно сократить пластичность и неустойчивых гистерезисного поведения с быстрой деградации силы из-за преждевременного разрушения соединения. Укрепление пластического шарнира области колонны с куртками углепластика значительно увеличило их прочность на изгиб, пластичность, способность к рассеянию энергии, что приводит к более стабильной гистерезисного поведения. Внешних заключения предоставляемый куртки углепластика, таким образом компенсировать в значительной степени за негативные последствия недостаточного родов и бедных детали соединения дефицита колонны;
2. Модернизация ранее поврежденных колонны с куртками углепластика в результате улучшения прочности и пластичности. Уровень благоустройства, однако, будет зависеть от повреждения, с которыми сталкиваются колонке до модернизации;
3. Высшее поперечной содержание стали с близкими или интервал эффективного распределения стали дает более сосредоточение основных конкретных и создал давления в местах вокруг коленях сращивания продольной арматуры таким образом задерживая начало конкретных расщепления, начало бар изгиба и скольжения. Это привело к более пластичным производительности колонн;
4. Высокая осевая нагрузка привела к значительному снижению в пластичности и диссипации энергии мощность колонок, с работой индекса свидетельствует о диссипации энергии потенциал, который является наиболее пострадавших параметр, и
5. Пластичность улучшений в квадратные колонны с колени сростков в результате модернизации углепластика были значительно ниже, чем у сопоставимых круговой колонны за счет более эффективного механизма удержания в круговой формы.
Авторы
Исследование, о котором была поддержана грантами от естествознания и техники Научно-исследовательского совета (СЕНТИ) Канады и ISIS Канады, СЕНТИ сети центров передового опыта. Финансовая и техническая поддержка от Файф и К °, RJ Уотсон, Inc, является благодарностью. Экспериментальная работа была проведена в лаборатории в структурах Департамента гражданской инженерии в Университете Торонто.
Нотация
E ^ югу ы = модуль упругости стали
F ^ к югу и ^ = предел прочности продольной стали
F ^ югу у = текучести продольной стали
K = склоне получить V-
L = длина от кончика к колонке колонка незавершенная интерфейс, мм
M = момент интерфейс колонка пенек, кН * м
N ^ к югу
P = применяется осевая нагрузка, кН
P ^ к югу о = неограниченном теоретических осевая грузоподъемность колонны, кН
Q ^ югу L = боковые нагрузки, приложенной к колонны, кН
S = расстояние между боковой стали вдоль оси членов, мм
V = поперечная сила поддерживается колонка, кН
W = индикатор работы ущерб
Ссылки
1. Джарадат, O.; Марш, M.; и Маклин Д., "Производительность существующего моста колонны при циклическом нагружении-Часть I: Экспериментальные результаты и наблюдаемое поведение", ACI Структурные Journal, В. 95, № 6, ноябрь -декабре 1998, с. 695-704.
2. Гоша, KK, и шейх, SA, "Сейсмическая Обновление с углепластика РК столбцов, содержащих Lap сращивания арматуры В пластического шарнира регионов," Научно-исследовательский доклад GS0201, Департамент строительства, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада, июль 2002, 333 с.
3. Чай, YH; Пристли, MJN и Seible, F., "Сейсмическая Модернизация циркуляр колонны моста для повышения производительности при изгибе", ACI Структурные Journal, В. 88, № 5, сентябрь-октябрь 1991, с. 572-584.
4. Aboutaha, RS; Elgelhardt, MD; Jirsa, JO; Крегер, ME, "Экспериментальное исследование сейсмических Ремонт Неудачи Lap для сращивания в поврежденных бетонных колонн", ACI Структурные Journal, V. 96, № 2, март - апрель 1999 , с. 297-306.
5. Daudey, X., и Filiatrault, A., "сейсмическая оценка и модернизация с Куртки Сталь железобетонный мост Пирс подробно с Lap-сращивания", Canadian Journal гражданского строительства, V. 27, № 1, февраль 2000, стр. . 1-16.
6. Пристли, MJN; Seible, F.; Сяо, Ю. и Верма Р., "Стальная Куртка Модернизация железобетонные колонны моста для повышения прочности Shear-Часть 1: Теоретические соображения и тест дизайн", ACI Структурные Journal, В. 91, № 4, июль-август 1994, с. 394-405.
7. Шейх, SA, и Яу Г. Сейсмические Поведение бетонных колонн, замкнутых со сталью и армированных волокном полимеров ", ACI Структурные Journal, В. 99, № 1, январь-февраль 2002, с. 72-80.
8. Iacobucci, Р. и Шейх, SA, "Ремонт и усиление колонн с карбоновыми-армированные композиты," Research Report, Департамент строительства, Университет Торонто, Торонто, Онтарио, Канада, 2001, 165 с.
9. Gamble, W., и Хокинс, N., "Сейсмическая модернизации моста Колонны Пир" Создание Международного сообщества инженеров-строителей, т. 1, Труды структур Конгресс XIV, ASCE, апрель 1996, с. 16-23.
10. Сяо Ю., и Ма Р., "Сейсмическая Модернизация RC циркуляр колонок с использованием композитных Сборные оболочки," Журнал строительной техники, ASCE, В. 123, № 10, октябрь 1997, с. 1357-1364.
11. Saadatmanesh, H.; Ehsani, MR, и Ли, МВт ", прочность и пластичность бетона Колонны Внешне Усиленный волокнистого композита Ленты", ACI Структурные Journal, В. 91, № 4, июль-август 1994, с. 434-447.
12. Saadatmanesh, H.; Ehsani, MR и Jin, L., "Ремонт поврежденных землетрясением RC Колонны с FRP Обертывания", ACI Структурные Journal, В. 94, № 2, март-апрель 1997, с. 206-215.
13. Харун, M.; Фэн, M.; Юсеф, M.; и Mosallam А., "Сейсмическая Модернизация железобетонных колонн использованием FRP композитных ламинатов," Инновационные системы сейсмической ремонту и реконструкции сооружений, второй Конференции по сейсмическим Ремонт и Реабилитация структуры, Фуллертон, Калифорния, март 2000, с. 85-95.
14. Seible, F.; Пристли, MJN и Hegemier Г. А. Сейсмические Модернизация RC Колонны с непрерывным углеродных волокон Куртки, "Журнал композиты для строительства, ASCE, В. 1, № 2, май 1997, с. 52 - 62.
15. Шейх, SA; Agarwal, А. А. и Pianca, F., "Ремонт Лесли Street Bridge колонок с использованием стекловолокна Обертывания," Шестой Международный коллоквиум по бетону в развивающихся странах, Лахор, Пакистан, Канадское общество гражданское строительство, январь 1997 , с. 379-388.
16. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к железобетона (ACI 318-56)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1956.
17. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования к железобетона (ACI 318-63)," Американский институт бетона, Фармингтон-Хиллз, штат Мичиган, 1963, 144 с.
18. Шейх, SA, и Хури, S., "Эффективность подхода, основанного для проектирования Ограничиваясь стали в Tied Столбцы", ACI Структурные Journal, В. 94, № 4, июль-август 1997, с. 421-431.
Кумар Гхош К. является мост Engineer в Калифорнийский отдел транспорта. Он получил докторскую степень в строительной техники в 2006 году в Университете Калифорнии, Сан-Диего, Калифорния, и его хозяин прикладных наук в 2002 в Университете Торонто, Торонто, Онтарио, Канада. Его исследовательские интересы включают проектирование сейсмостойких сооружений структур и применения новейших композитных материалов.
Шамим А. Шейх, ВВСКИ, является профессор гражданского строительства в Университете Торонто. Член и бывший председатель Совместного ACI-ASCE Комитет 441, железобетонные колонны, а также является членом комитета ACI 374, основанным на показателях деятельности проектирование сейсмостойких зданий и сооружений Бетон. Его исследовательские интересы включают сопротивление землетрясения и сейсмические обновления бетонных сооружений, заключения бетона, использование полимерных fiberreinforced в бетонных конструкциях, а также широкие цемента и ее приложениям. Он получил ACI структурных исследований премии в 1999 году.