Концепций, лежащих железобетонных Дизайн: Время для пересмотра
Это исследование позволяет использовать результаты ранее опубликованные экспериментальные данные, чтобы продемонстрировать, что основные понятия методов, принятых текущего кодексы практики (например, МСА 318 и ЕК 2) для сдвига и, в определенной степени изгиба дизайн железобетонных конструкций, находящихся в конфликте с фундаментальными свойствами железобетону как на материал и структура уровней. Показано, что этот конфликт является причиной различного рода неожиданные преждевременного хрупкого разрушения железобетонных конструкций. Экспериментальные доказательства представлены, что свидетельствует о вышеупомянутых типов отказов можно предотвратить путем применения альтернативных методов проектирования, которые позволяют более реалистическое описание структурных конкретного поведения и, в отличие от кода методов, были найдены последовательно удовлетворить исполнения требований действующего кодексы практике.
Ключевые слова: железобетон; сейсмических дизайн, железобетону.
ВВЕДЕНИЕ
С середины 1980-х годов, наблюдается увеличение объема экспериментальных доказательств того, что основополагающие концепции положений действующего коды (например, ACI 318,1 ЕС 2,2 и ЕС 83) для сдвига, в частности, и в В определенной степени для изгибных дизайн железобетонные (RC) структуры в конфликт с основными свойствами бетона как на материал и структурных levels.4 Совсем недавно было показано, что этот конфликт стал причиной неожиданных (в соответствии с действующим коды) ущерба, причиненного в midheight по столбцу и конструктивных элементов стен зданий RC во время землетрясения 1999 года в Афинах, 5 факт также подтвердил, что в результате тестов, приводится такой ущерб на основании контролируемых лабораторных conditions.6-8 Кроме того, Испытания показали не только дополнительные слабые сейсмостойких сооружений положений действующего коды, 9, а также отметил, что это, по сути, можно получить проектные решения, которые удовлетворяют требования к рабочим характеристикам кодов на основе использования альтернативных подходов, дизайн, позволяют реалистическое описание конкретных структурных behavior.6-9.
С этой целью, целью данного исследования является сопоставление всей имеющейся информации о конфликте между концепциями, лежащими действующих положений кодекса и причин наблюдаемого и / или измерить поведение структурных и представить его в единой форме. Такая информация включает в себя фундаментальные аспекты RC дизайн, который включает в себя не только на изгиб и сдвиг конструкции, но и элементы сейсмостойких сооружений, таких как дизайн обруч арматуры для критических regions1-3 и регионов точек inflection.4, 5, 7 Кроме того, за счет использования вышеуказанной информации, это исследование имеет целью продемонстрировать, что замена понятия, лежащие в основе дизайна методами, принятыми текущих кодов с альтернативными способны обеспечить более реалистическое описание конкретных структурных поведение может не только улучшить теоретические основы проектирования RC, но и упрощает процесс проектирования и привести к более эффективных решений без ущерба для целей конструкции для обеспечения безопасности, платности и экономики ..
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Данная часть работы форм комплексной исследовательской программы связан с развитием альтернативных методов проектирования структур RC, способный выполнять цели конструкции в рамках предельного состояния философии принято в большинстве текущих кодексы практики.
ТРУЗИ Аналогия
Фон
Фермы аналогии (TA), с момента своего создания в начале 20-го века, 10,11 всегда в основу дизайна RC. Он стал привлекательным для своей простоте и был впервые реализован в конструкции за счет допустимых напряжений философии. С введением предельного состояния философии в 1970-х годов, ее использование было распространено для описания физического состояния конструкций RC на их ограничение предельного состояния путем включения таких понятий, как напряжение размягчения, 12 совокупного блокировки, 13,14 и дюбель действий .13,15 На сегодняшний день, Т. остается основой дизайна RC, с применением более современных версий ее (в виде сжатия поля theory16 и стойки-andtie models17) становится все более популярным.
Простейшая форма такая ферма описанием функции луча как элемент Предельная-предельное состояние показано на рис. 1. В самом деле, луч-как элемент считается вести себя, как когда-то ферма склонны растрескивания при сжатии зоны и усиление формирования изгиб продольных стоек и связи, соответственно, стремена формирования поперечных связей, и трещины бетона элемент веб предполагается разрешить создание наклонных стоек.
Вспомогательные механизмы сопротивления сдвигу
Характерной особенностью осуществления вышеуказанных типа моделей в текущем кодексы практики, является его зависимость от сопротивления сдвигу считается предлагают: (а) трения, которая развивается через грубые лица наклонной трещины, и (б) изгиба арматуры, широко называют совокупной interlock13 и дюбель действий, 15 соответственно. Эти вспомогательные механизмы сопротивления сдвигу, в частности, бывшего, рассматриваются возможности образования наклонных стоек через трещины бетона растяжения, а в некоторых моделях фермы, они также рассматриваются как сохранить часть поперечных сил, действующих на пучкового типа element.18
Несовместимость с крекинга механизм
Механизмы совокупного блокировки и дюбель действий, однако, может быть мобилизована через касательные движения граней трещин, и тем не менее, такое движение не совместимо с установившаяся крекинга механизм бетона: трещина распространяется в направлении максимальная основных сжимающих напряжений и открывает перпендикулярно ее plane.19-21 Таким образом, касательные движения вряд ли произойдет, и, как результат этого, механизмов блокировки и совокупного дюбель действия также вряд ли будет мобилизовать в значительной вклад в сопротивление сдвигу структурного элемента.
Несовместимость с принципом механика
Кроме того, если бы удалось мобилизовать совокупного блокировки, его вклад в сопротивление сдвигу могут быть сделаны только после того, сдвигового сопротивления без трещин бетона в зоне сжимающих были преодолены. Это потому, что в отличие от конкретных без трещин, в котором экспонаты упрочнения поведение, поведение трещины бетона (в рамках которой совокупный блокировки может развиваться только) описывается postpeak материала напряженно-деформированного characteristics21, и, следовательно, ее жесткость ничтожно, если таковые имеются ( как это будет обсуждаться в следующих разделах), по сравнению с жесткостью без трещин бетона. При такой большой разницы в жесткости, вклад совокупного блокировки в общее сопротивление сдвига может быть незначительным. Иными словами, это жесткий сжатая зона, а не (как это широко considered13-15) мягкие растяжения, которые преимущественно обеспечивает устойчивость (по совокупности блокировки и дюбель действия) на действие поперечной силы, действующих на любой луч / столбец поперечного сечения.
Несовместимость с наблюдаемым поведением структурных
Обоснование концепции вспомогательных механизмов сопротивления сдвигу была исследована экспериментально тестирование по две точки (монотонно увеличивается до отказа) погрузка опертой пучков, размер и продольной арматуры были избраны на эти цели, а не выполнять дизайн принципов (см. рис. 2 и 3) .22-24 фигурки изображают геометрические характеристики, наряду с укреплением деталей, из двух типов пучков значение сдвига службы к глубине равное 3,3. Пучков на рис. 2 имеют одинаковые геометрические характеристики и продольной арматуры, однако, в связи с поперечной арматуры, они были отнесены к категории A1 Балки, B1, C1 и D1. Пучков на рис. 3 подобных Луч A1 на рис. 2, но они отличаются в продольном схема армирования, как указано на рисунке.
В соответствии с действующими положениями код, все лучи, грузоподъемность пучков на рис. 2 соответствует изгиб возможностей значительно больше, чем это соответствует только вклад вспомогательных механизмов для сдвига потенциала. Кроме того, следует отметить, что для пучков на рис. 2, поперечное армирование являются достаточным в соответствии с действующими положениями код для защиты от сдвига типа отказ в части пучков, где она размещена. Поэтому из-за сдвига потенциала части сдвига службы без поперечной арматуры соответствует значению от приложенной нагрузки значительно меньше, чем приводит к разрушение при изгибе, можно было бы ожидать, что грузоподъемность А1 Балки, C1, и D1 на рис. 2 соответствует сдвигу потенциала. Тем не менее, результаты эксперимента показана на рис. 2 (б) показывают, что, в отличие от луча A1, которые действительно не на сдвиг, Балки С1 и D1 выставлены изгиб режиме отказа. Следует отметить, что нагрузка-смещение кривых вышеупомянутых пучков аналогично Луч B1, которая была направлена на текущее положение код ..
Пластичность, что характеризует Луч D1 напрямую связано с большой ширины трещин в формировании растяжения, как луч приближается к своей конечной предельного состояния. Важно отметить, что ширина наклонной трещины, которые образуются в части сдвига службы без поперечной арматуры превышала 1 мм (0,04 в) .22 было экспериментально установлено, что такие трещины исключает совокупного блокировки, даже если бы касательные движения трещины interfaces.25 Таким образом, эти испытания проверить экспериментально, что не может быть вклад в сдвиг потенциала на основе совокупного блокировки на границах наклонных трещин (вывод подтверждается также численное modeling26, 27).
Аналогичный вывод в случае дюбель действий от результатов, полученных в результате испытаний на балках рис. 3, которые имеют отношение продольного укрепления выше, чем указано на практике для обеспечения сдвига типа аварии, а также широким распространением бар sizes.24 Дюбель действий зависит от изгиба и сдвига жесткости стальной прут, и, как результат, она должна быть затронуты Диаметр таких баров. Сокращение прутка диаметром должно привести к значительному сокращению на изгиб и поперечной жесткости, а значит, вполне реально ожидать существенного сокращения вклада дюбель действий сдвигу потенциала. Уменьшение диаметра панелей, используемых в качестве продольной арматуры для пучков например, А1 на рис. 2 таким образом, что поддерживает общую сумму продольных практически неизменной (см. рис. 3 (а)), однако, было установлено, что не влияет на мощность сдвига пучков (см. рис. 3 (б)). 24 причин такого поведения может быть также связано с растрескиванию вдоль продольной стальных стержней, что уменьшает изгиб и срез жесткости из баров в той мере, их способности осуществлять дюбель действий уменьшается ..
Механизм сопротивления сдвигу
Экспериментальные результаты, представленные в предыдущем разделе наглядно демонстрируют, что из вспомогательных механизмов сопротивления сдвигу, только без трещин бетона в зоне сжатия может способствовать сдвига потенциала RC структурного элемента. Причины такого поведения могут быть объяснены с помощью полученных результатов испытаний на RC T балки испытан под шесть-точечную нагрузку (см. рис. 4) .28 Рисунок 5 (а) и (б) показывают, типичных трещины такие RC-T пучка при значениях приложенного нагрузку, равную 63 и 135 кН (14,16 и 30,35 Кипф), соответственно. Бывший прикладного значения почти в два раза значения, предсказанного текущего кодов (например, МСА 318 и ЕК 2), а второй примерно в четыре раза больше, чем код прогнозирования несущей способности.
Интересно отметить, что в цифры, которые, несмотря на значительное увеличение приложенной нагрузки, трещины модели отличаются только по ширине наклонной трещины, которые достигли величины, превышающей 3 мм (0,12 дюйма) для случая Для высшего load.28 Луч D1 на рис. 2, такие трещины исключает совокупного блокировки вдоль трещины surfaces.25 В обоих случаях, однако, основной характеристикой трещины картина глубокого проникновения наклонной трещины в зоне сжатия, которая в поперечном сечении, в том числе отзыв наклонной трещины, имеет глубину всего лишь 10 мм (0,4 В). За два значения приложенной нагрузки, рассмотренных ранее, сдвиговые силы, действующей на этот крест значения разделе достигает величины 10,5 и 22,5 кН (2,36 и 5,06 Кипф), соответственно. Поскольку размеры трещины исключает какую-либо вклад в сдвиг потенциала других, чем при сжатии зоны, средние значения напряжения сдвига соответствующих вышеупомянутых значений сдвига силы 5,25 и 11,25 МПа (761 и 1631 фунтов на квадратный дюйм), соответственно.
Эти значения напряжения сдвига свидетельствуют величины растяжения и следовало ожидать, в соответствии с существующими методами проектирования, чтобы создать в сжимающих в районе кончика глубокой наклонной трещины. Как величина растягивающих напряжений превышает предел прочности бетона с большим отрывом (р = 0,1 бетон используется для изготовления балок), отказ должна была иметь место задолго до наименьшей из рассмотренных выше значения приложенной нагрузки считается были достигнуты ..
Современные методы проектирования, однако, игнорировать наличие трехосного сжатия поля напряжений в зоне сжимающих на месте отзыв из самых глубоких наклонных трещин, что обусловлено расширением объема местных конкретных при больших продольных сжимающих напряжений, что как это обсуждается в следующих разделах, неизбежно развиваться сечения с малой глубиной сжатия зоны. Существование таких трехосного сжатия напряженного состояния противодействует растяжения из-за сдвига сил, действующих в той же области в порядке, схематически изображенного на рис. 6, а, следовательно, стрессовых условиях остаются сжимающего в этом регионе, несмотря на наличие чрезвычайно высоких напряжений сдвига. Наконец, при дальнейшем увеличении приложенной нагрузки, значения поперечных сил возрастет до уровня, на котором растягивающие напряжения, что причина не может противопоставить сжимающих напряжений, развивающихся по объему расширения и, таким образом, сбой в порядке, описанном В следующих разделах ..
Для более детального изучения напряженного состояния в зоне сжатия в области трещины, надо прибегать к численным методам анализа. Подобные исследования уже были проведены с помощью нелинейного анализа finiteelement, и полученные результаты находятся в полном согласии с экспериментальными данными обсудили в настоящем документе. Полная информация о аналитической работы изложены в номер 21.
Наклонные стойки
Наклонные стойки из ферм модель RC структурных элементов на ее состояние конечной ограничение может лишь в форме веб-структурного элемента, в котором бетон характеризуется наличием плотно расположенные наклонные трещины, которые, в случае циклического / сейсмическая нагрузка , пересекаются друг с другом (см. рис. 7) .29 Более того, условием для образования наклонных стоек в том, что после образования наклонных трещин, бетона в Сети сохраняет достаточную сумму своей первоначальной прочности на сжатие. Как хорошо известно, что поведение трещины конкретные описывается после пика напряженно-деформированного (SE) характеристики, предыдущее условие считается выполненным, если предположить, что конкретные характеризуется поведением деформации размягчения после пиковой нагрузки уровне превышен.
Известно, однако, что таковой кривых, описывающих поведение бетона при сжатии, как правило, полученные в ходе испытаний конкретных образцов, таких как цилиндры или призмы, загружаемых через стальные плиты. Безусловно, таким образом, разница в механических свойствах между бетоном и сталью приводит к развитию сил трения на образец / плита интерфейсов. Эти силы удержать бокового расширения конкретных конце зоны образца и, следовательно, изменить условия предназначенных напряжений в этих зонах.
Хотя одна из главных целей существующих методов испытаний является устранение вышеупомянутых сил трения, эта цель не удалось добиться, чтобы date.30 8 показаны характерные кривые себе создана в результате тестов, на баллонах при одноосном сжатии, используя различные методы для сокращения трения образца / плита interfaces.31 Из рисунка видно, что, в отличие от восходящей ветви, которая практически не зависит от используемого метода для уменьшения трения, наклон нисходящей ветви увеличивается с эффективностью frictionreducing среднего работу. В самом деле, увеличение наклона таков, что приводит к выводу, что если бы можно было устранить трения полностью, нисходящая ветвь бы 90-градусный наклон, что свидетельствует о немедленной и полной потере несущей способности как только пик напряжения достигается.
Поэтому, как упоминалось выше, представляется, что нисходящая ветвь Образцов поведения описывается только восходящей ветви Экспериментально установлено, (Аналогичный вывод может быть составлен из экспериментальных данных, представленных в номер 32, а также получены от международных совместных проекта, организованного RILEM TC-148SSC.30) Из-за хрупкого режима отказа, поэтому конкретные нет достаточной остаточной прочности, который позволит образования наклонных трещин в Сети RC структурного элемента.
ИЗГИБАЕМЫХ ПОТЕНЦИАЛ
Среди предположений, лежащих в основе оценки изгибных потенциала является то, что поведение бетона в зоне сжимающих адекватно описывается себе кривые, включающие как восходящей и нисходящей ветви, созданная в результате тестов, на баллонах или призмы при одноосном сжатии. На основе этого допущения, штаммы порядка 0,35%, измеренный в экстремальных сжатие волокна RC линейных элементов на его конечной-предельное состояние при изгибе, относятся к деформации поведения размягчения бетона. Кроме того, подразумевается, что бетон в зоне сжатия при одноосном напряженном состоянии, игнорируя влияние малых поперечных подчеркивает, что, как это обсуждается в следующем, неизбежно развиваться в любом RC структурным элементом для целей деформации совместимости.
Тем не менее, вышеупомянутые предположения не действует в обоих случаях: как говорилось в предыдущем разделе, бетон является хрупким, а не смягчение, в природе, в то время как малые поперечные напряжения оказывают значительное воздействие на конкретные behavior.21 В самом деле, на рис. 9 видно, что поперечные напряжения порядка 0.1fc "может либо увеличить грузоподъемность более чем на 50% при сжатии или свести ее к нулю при растяжении.
Неуместность деформации смягчение структурных конкретные поведение может быть продемонстрировано с учетом результатов, полученных в серии испытаний трех опертой RC пучков с прямоугольного сечения подвергнут изгиба под две точки loading.33 детали типичного пучка показано на рис. 10, с центральной части при чистом изгибе составляет 1 / 3 пролета. В дополнение к измерение нагрузки, деформационных ответ был записан с помощью 20 мм (0,79 дюйма) электрическое сопротивление тензодатчиков и линейного напряжения перемещения преобразователей (LVDTs). Тензометров были размещены на верхней и боковых поверхностях пучков в продольном и поперечном направлениях, как показано на рис. 11. Рисунок также показывает позицию LVDTs, которые были использованы для определения прогиба в середине пролета и на загруженных сечений.
Из результатов, полученных в предыдущей серии испытаний, рис. 12 показаны отношения между продольной (т.е. вдоль оси пучка) и поперечных (то есть, по ширине стержня) штаммов, измеренная на верхней поверхности балки, на протяжении третьего среднего пучка службы. Кроме того, нанесены на показатель отношения между продольной и поперечной деформации происходит от растяжения связей (на рис. 13), созданных в результате тестов, на баллонах при одноосном compression.4 Теперь, если отношения рис. 13 были представить реалистичный прогноз конкретных поведения в зоне сжатия пучков испытания при изгибе, то можно ожидать, что отношения между продольной и поперечной деформации, измеренной на верхней поверхности пучков быть совместимы со своими коллегами, полученных на основе цилиндра испытания. Кроме того, продольные макротрещин должен появиться на верхней поверхности балки, как показано на рис. 13, где типичных трещины аксиально-сжатых бетонных цилиндров вокруг (BC) и за его пределами (CD) уровень пиковой нагрузки изображены схематически.
Как видно из рис. 12, однако, что для региона сечения в том числе первичного изгиба трещины, только часть деформационного отношения, основанные на одноосном цилиндра тестирования до уровня (B) к уровню пиковой нагрузки может обеспечить реалистичные прогнозирования поведения пучка. Помимо этого уровня, то резкое отклонение цилиндра штаммов из пучка отношений. Мало того, что такая поддержка поведение мнение, что после пика филиал деформационного ответ цилиндра при сжатии не описывают материальный ответ, но, что более важно, это ясно доказывает, что в то время как данные одноосного растяжения может быть полезно до достижения пиковое напряжение, они недостаточны для описания поведения как только это максимальный уровень напряжения подошел ..
Указанием причин поведения описывается отношения рис. 12 мая будет рассматриваться со ссылкой на рис. 14, которая показывает изменение формы поперечного профиля деформации верхней поверхностью одной из балок (но характерна для всех пучков) с грузом будет увеличен до failure.33 Характерной чертой этих профилей является то, что в критической центральной части пучка, все они большие выставки местных деформаций растяжения концентрациях, которые развиваются в регионах сжимающих сечений, где основной изгиб трещины, которые в конечном итоге причиной краха, происходит. Такое большое и резкое увеличение поперечного расширения вблизи предельной нагрузки свидетельствует о том расширение и достаточно наглядно показывает, что даже в отсутствие стремян, трехосного напряженного состояния могут быть развиты в ограниченных районах в зоне сжатия. Местных поперечное расширение сдерживается бетона в прилегающих регионах (как указано в результирующей силы сжатия F на рис. 14), ограничения, которые были признаны эквивалентными по крайней мере 10% от ФК "; 33, следовательно, как показывает рис.
9 показывает, сжимающие области в плоскости изгиба основной трещины предоставлено значительное увеличение силы, с тем чтобы неудача не начало там. Одновременно с этим, расширение конкретных вызывает растягивающие напряжения в соседних регионах (см. рис. 14), и это вызывает сжатие / растяжение состоянии стресса. Такое напряженное состояние снижает прочность бетона в продольном направлении, а также коллапс происходит в результате горизонтального разделения на сжатие зоны в регионах, между первичными изгиб трещины, как показано на рис. 15. Бетонные дробления, которая, по общему мнению, являются причиной разрушение при изгибе, что, как представляется, после неудачи явление, которое происходит в зоне компрессии сечений содержащие первичные изгиб трещины из-за потери сдержанность, ранее представленной бетоне. .
Можно сделать вывод из вышеизложенного, таким образом, что большая сжатия и деформации растяжения, измеренные на верхней поверхности центральной части пучков следует отнести к многоосных чем одноосного напряженного состояния. Еще одним свидетельством, что эти большие деформации не может быть связано с пост-конечной напряженно-деформированного характеристик является отсутствие каких-либо видимых продольных трещин на верхней поверхности уровни нагрузки даже вблизи максимальной несущей способности балок. Как показано на рис. 15, такие трещины характеризуют после прочности поведения бетона при сжатии напряженных состояний.
Критических регионах
В регионах линейных элементов RC, таких как балки и колонны, говорится в codes2 3, критических регионах, где значительная изгибающий момент и большое усилие сдвига развивать одновременно, действующих положений код для сейсмостойких сооружений указать количество стремя укрепление значительно больше, чем защита от сдвига типа отказа. Это дополнительное подкрепление стремени находится предоставить помещение в конкретных пределах зоны сжатия, что ограничивает его бокового расширения и увеличивает ее прочность и пластичность в продольном направлении, что приводит к значительному улучшению пластичности член RC.
Экспериментальные evidence6, 9 была опубликована в последние годы, однако, что было получено в результате тестов на пучке / столбец элементов выставке точки contraflexure, что свидетельствует Есть случаи, для которых дополнительные суммы поперечной арматуры приводит к хрупкому типу отказа, а гарантий, чем пластичного структурных поведения. Такого рода неудачи, которые характеризуются наличием наклонных трещин глубоко проникать в зону сжатия критических регионах, указанных на рис. 16 (а) и (б). Первый из этих цифр показывает, режим отказа простой балки с навеса, усиленная в соответствии с ЕС 2/EC 8, который был подвергнут последовательной погрузки. Сосредоточенная нагрузка была впервые применена в середине пролета и возросла до величины, близкой, но не выходит за рамки возможностей пучка изгиб, где поддерживалась постоянной, тогда как вторая точка нагрузки был применен в задолженности и монотонно возрастает на failure.9 последнем рисунке режим отказа критической области часть два-службы линейного элемента, который также был разработан в соответствии с ЕС 2/EC 8, моделирования в соотношении 1:3 масштаб столбца между последовательными этаже levels.6 Этот элемент был подвергнут к действию постоянной осевой нагрузки в сочетании с боковыми циклического нагружения ..
Причины предыдущих типов хрупких отказа считаются относятся к экспериментальной информации, используемой в коде методов оценки поперечной арматуры, необходимых для критических областей RC пучкового типа элементов. Это экспериментальная информация была получена от одноосного сжатия испытания на цилиндры или призмы учетом бокового удержания с помощью спирали или стремя подкрепления. И тем не менее, в отличие от баллонов или призм, которые при одноосном сжатии, критических областей пучкового типа элементов при совместном действии изгибающего момента и поперечной силы, что приводит к образованию наклонных трещин. Такие трещины проникает глубоко в зоне сжатия и тенденция к расширению около горизонтали (в направлении максимального основного напряжения сжатия) из-за присутствия большого, почти вертикальные растягивающие концентрации напряжений, которые развиваются в регионе трещины tips.19 , 20 Величина этих растягивающие напряжения такова, что их равнодействующая может устранить вертикальной составляющей заключения считаются оказанными на стременах, следовательно, расширения бетона в вертикальном направлении может оставаться существенно не зависит от стремян.
Кроме того, наличие значительных склонны крекинга снижает прочность бетона в Сети элемента. Это уменьшение, в сочетании с большим поперечным сжатия, применяемого для бетона избыточное количество стремя укрепление якорь к ней, может привести к преждевременному выходу из строя в течение критического regions.1.
В последнее время причиной отказа критических регионов был связан с поперечной растягивающие напряжения, которые могут развиваться в зоне сжатия из-за неизбежной потери связи между уступая продольной арматуры, и значительно меньше деформируемых окружающих бетона в порядке, указанном на рис. 17,4 цифра указывает на часть структурного элемента между двумя сечения определяется последовательных трещин, а также внутренних войск, которые развиваются в этих сечениях до и после потери связи т необходимо разработать увеличение растягивающей силы величину F ^ югу ы ^. Установка изгиб моментом М = F ^ югу S ^ г и учитывая, что поперечная сила равна V = дМ / дх = (дР ^ югу S ^ / дх) г югу F ^ S ^ (дг / дх), то можно увидеть , что два продукта на правой части уравнения соответствуют пучка (облигации) и арка (нет связи) действий, соответственно. Из рисунка видно, что потеря связи может привести к расширению трещины правой стороны, и, следовательно, снижение сжимающих глубина зоны х, имеет важное значение для вращательного равновесия этой части, как указано в соотношение F ^ с ^ к югу (х - х ^ 1 ^ к югу) / 2 = V (х / 2).
Снижение сжимающих глубина зоны повышает интенсивность поле сжимающих напряжений по сравнению с его стоимостью на левой стороне той части, что приводит к дилатации объема бетона, который приводит к развитию поперечного растяжения ( Отказ может быть предотвращено путем размещения подкрепление в виде стремян, помимо тех, которые указаны для защиты от сдвига типа отказ: они должны стремена в зоне сжатия, а не обычной стремена проходит через глубину балки. В результате, они не передавать любую нагрузку на слабые трещины бетона в Сети критической области. Подробное описание метода, разработанного для разработки таких стремена дается elsewhere4 где экспериментальных доказательств, свидетельствующих о ее эффективности также оказывается ..
Точек перегиба
В сентябре 1999 землетрясения Афинах, многие структуры RC, в частности, отсутствует симметричной конфигурации плана, содержащие мягкие история первом этаже (pilotis), пострадали неожиданных хрупких повреждения, которые не могут быть отнесены либо несоблюдение положений код или дефектные .5 Примеры этот ущерб, представлены на рис. 18, которая показывает неожиданный сбой пострадали вертикальные элементы конструкции в месте расположения точки перегиба как правило, расположенных в регионе midheight членов. Этот тип отказа, который был воспроизведен в контролируемых лабораторных условиях, не принимать во внимание методы, которые были приняты на текущей кодексы практики для проектирования конструкций RC (как правило, на основе ТА2) .1-3
Соответствующие функции из способов отказа показано на рис. 18 не является возникновение оплетая диагональных трещин, но расположение региона, где произошло растрескивание. Во всех случаях, место отказ был признан лежат в области точки перегиба. Такое событие не могло быть просто объяснить совпадением, поскольку, как уже говорилось ранее, это место отказа неоднократно характеризует большое количество структурных элементов, которые пострадали от вышеупомянутого типа повреждения во время землетрясения сентября 1999 года в Афинах.
Как представляется реалистичным искать причины вышеупомянутого режима отказа в том виде, фермы модель занимает в районе точки перегиба. Рисунок 19 изображает фермы моделирования вертикальных линейных структурных элементов подвергается на его торцов в совместном действии осевой силы N, изгибающего момента М и поперечной силы В. рисунка видно, что вертикальный элемент моделируется с помощью два антисимметричных ферм, соединенных в районе расположения точки перегиба с поперечной галстук. Затененной части фермы представляют собой поток сжимающих напряжений из сечений с нулевым изгибающий момент в сечениях с nearconstant глубина зоны сжатия.
Выше модели следует, что связь, которая соединяет верхний и нижний к югу от фермы должны быть направлены на поддержание на растяжение, а не сдвига силу. Несмотря на тот факт, что на растяжение и поперечных сил численно равны, в результате проектных решений могут быть совершенно иными, как совместное действие осевых и поперечных сил считается повышения срез, в то время как прочность на разрыв может быть сокращен (и, конечно, не будет повышен) в присутствии сжимающей силы, действующей в ортогональном направлении. В этом, важно понимать, что contraflexure (то есть, точки перегиба) связан с такой ответ претерпела пучком колонки в здании подвергаются боковые влияние (но применима к любой балки или рамы с точкой перегиба ), как показано на рис. 20: очевидно, что связь является необходимой для предотвращения разделения концы членов.
Теперь, проектирование усиления в районе точки перегиба на срез, а не прямое напряжение, приводит к значительному занижению количества стремена, необходимых для предотвращения сбоя. Это потому, что нынешние положения код на сдвиг конструкции позволяют не только за вклад в сопротивление сдвигу вспомогательных механизмов обсуждалось ранее, но и благотворное влияние осевой силы. И тем не менее, в основном растягивающие напряжения, вышеупомянутые вспомогательные механизмы не могут развиваться, в то время как хорошо известно, что наличие осевой силы может привести к сокращению прочности бетона в ортогональном направлении.
Влияния на структурно ПОВЕДЕНИЕ
Из обсуждения в предыдущих разделах, то становится ясно, что конфликт между концепциями, лежащими современные методы код-дизайн и причины структурного поведения в основном относится к конечной предельное состояние структуры и структурных членов. Следует ожидать, что там были какие-либо последствия этого конфликта на наблюдаемое поведение структурных элементов разработаны с использованием кодовых методов, их следует искать в тех случаях, когда структурный элемент достигает своего предельного состояния предела. В реальных структурах, такие ситуации могут возникать в случаях перегрузки; в качестве альтернативы они могут быть воспроизведены путем тестирования элементов модели в контролируемых лабораторных условиях.
Хотя недостатков нынешних Код методы, такие, как описано в предыдущем разделе, может, в некоторой степени, будет противодействовать путем реализации требований Международного кодекса по номинальной усиления и детализации, произошли некоторые заметные структурные сбои, которые могут быть предотвращены, если бы методы проектирования был основан на рациональных концепций обеспечения реалистичного описания конкретных поведение материала. Одна из таких ошибок является крах Слейпнер платформы в Северном море на глубине 40 м (131 футов), в ходе погружения операции для размещения его на морском дне на глубине около 140 м (459 футов). Дизайн ошибка, приводившая к краху бы не заметил, применяя сдвига ACI-дизайн provisions.34 Очередной провал, крах многоуровневой автостоянки, в Wolverhampton, UK, которая произошла из-за перфорации верхнего уровня плоской плиты под мертвым грузом only.35 Было сообщено, что такое преждевременное пробивая предшествовала потеря сцепления продольной арматуры; 36 потери связи может привести к хрупкому типу отказ в порядке, обсуждаются в разделе Критические регионов ..
Неожиданный типов хрупкого разрушения часто встречаются в earthquakestricken регионах; типичным является случай (обсуждается в точках перегиба секции) значительный ущерб, понесенный вертикальных элементов строительных RC в районе точек перегиба в Афинах 1999 earthquake.5 Такое повреждение произошли не только в структурах, предназначенных для старых положений код, но и в структурах, удовлетворяющих исполнения требований действующего коды, которые широко признается защиты пластичного поведения. В самом деле, интересно отметить, на рис. 18, что ущерб, причиненный тонкие колонки на рис. 18 (а) был похож не только на том, что в короткий столбец на рис. 18 (б) (обе эти колонны были разработаны для текущего положения кодекса), но и у стройной колонке на рис. 18 (с), которые были разработаны для старшего, менее жесткие кодекс положения, основанные на допустимых напряжений philosophy.5 Этот вид ущерба является типичным ущерба отражает отсутствие звука теории, лежащие в основе методов, принятых в настоящий момент нормы для проектирования RC структур.
Альтернативные методы ДИЗАЙН
Как видно из предыдущего обсуждения, что настало время для рассмотрения радикальные изменения в дизайн RC с участием замена понятий, лежащих в основе методов в настоящее время принята коды с новыми совместимыми со структурными конкретного поведения. Такие радикальные изменения уже attempted4, 41,42; еще в середине 1960-х годов, недостатки методов, принятых кодексов были отнесены к критериям, используемым для прогнозирования хрупкого типов отказов, 41, код положения всегда связано с сдвига потенциала RC структурных элементов. В самом деле, было предложено, что более реалистичная критерия следует рассматривать в качестве хрупкого разрушения преждевременной потере изгиб потенциала за счет комбинированного действия изгибающего момента и поперечных force.41 Такие неудачи criterion42 (в форме, пригодной для практического применения) имеет были разработаны и включены в доклад, дизайн руководство, 43, и был использован на практике для разработки оригинальной структуры, такие как Калгари Saddledome44 и трибуна стадиона регби Туикенхем.
Дизайн такие методы, которые описаны в литературе 4, 41 и 42 считаются указывают на направленность, что следует уделять научно-исследовательской деятельности, если такие усилия должны привести к значительному улучшению кодексы практики для дизайна RC.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Это исследование позволяет экспериментальные доказательства того, что некоторые из наиболее общепринятой основы RC не действуют, и это указывает на причины, лежащие наблюдать и измерять структурные ответ. Эти причины показали относиться к трехосного напряженного состояния, которые неизбежно развития (независимо от того, или нет поперечной арматуры по настоящее время) в бетоне на конечной предельного состояния структуры RC или элемента, в целях совместимости и деформации, которые не учтены методами, принятыми в настоящий момент нормы.
Не обращая внимания на развитие трехосного напряжения в текущий дизайн кода не обязательно означает, что их влияние на поведение структурных также игнорируются. Это означает, что их последствия, как правило, объясняется другими причинами, и что эти эффекты проявляются в виде различных концепций и предположений, таких как деформации размягчения поведения бетона, совокупный блокировки, а также дюбель действий, которые являются необходимыми для справедливости ТП в виде принятая в настоящее время в рамках дизайн предельного состояния. Эти понятия, которые вызывают путаницу и сбивает с толку исследования, считаются основной причиной отсутствия звука основных теории, и привести к недостаткам, которые могут, в некоторой степени, будет противодействовать путем реализации требований Международного кодекса по номинальной усиления и детализации, отражение в преждевременной хрупкого типа отказа неожиданно пострадал структурами RC в условиях перегрузки.
Доказательства, представленные в настоящем исследовании, означает, что настало время для рассмотрения радикальные изменения в дизайн RC с участием замена понятий, лежащих в основе методов в настоящее время принята коды с новыми совместимыми со структурными конкретного поведения. Кроме того, считается, что это свидетельство указывает на направленность, что следует уделять научно-исследовательской деятельности, если такие усилия должны привести к значительному улучшению кодексы практики для дизайна RC.
Нотация
F ^ к югу с = усилие, развиваемое на сжатие зоны раздела RC крест на изгиб
F ^ югу ы = усилие, развиваемое на растяжение стали раздела RC крест на изгиб
е '^ к югу с = одноосном сжатии цилиндра прочность бетона
е ^ ^ к югу т = предел прочности бетона
M = изгибающий момент
N = осевое усилие
V = поперечная сила
T = напряжение сдвига
Ссылки
1. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Требования Железобетона (ACI 318-02) и Комментарии (318R-02)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2002, 443 с.
2. Европейским комитетом по стандартизации ", Еврокод № 2: Проектирование железобетонных конструкций, часть 1: Общие правила и правила строительства," ENV-1992-1, Брюссель, Бельгия, октябрь, 1991, 226 с.
3. Европейским комитетом по стандартизации ", Еврокод № 8: Разработка Положения сейсмостойкости сооружений", ENV-1998-1-4, Брюссель, Бельгия, 1994, 224 с.
4. Kotsovos, MD, и Павлович, MN, Ultimate Дизайн Limit-государство железобетонных конструкций: Новый подход, Томас Телфорд, Лондон, Великобритания, 1999, 164 с.
5. Kotsovos, MD, и Павлович, MN, "7/9/99 Афинах землетрясений: Причины повреждения не предсказывалось структурно-Бетон методы проектирования", Инженер, В. 79, № 15, август 2001, с. 23-29.
6. Kotsovos, MD; Бака, A.; и Vougioukas Е. "сейсмостойких сооружений из железобетонных конструкций: Недостатки современных методов", ACI Структурные Journal, В. 100, № 1, январь-февраль 2003, с. 11-18.
7. Kotsovos, ГМ; Zeris, К., и Павлович, MN, "Повышение сейсмической RC Дизайн через CFP метода," Известия ICE, зданий и сооружений, В. 158, выпуск SB5, октябрь 2005, с. 291-302.
8. Kotsovos, ГМ; Zeris, К., и Павлович, MN, "проектирование сейсмостойких сооружений неопределенного железобетонных элементов гибкого стержня", инженерных сооружений, V. 29, № 2, февраль 2007, с. 163-175.
9. Елич И., Павлович, MN и Kotsovos, MD, "Performance структурно-бетонных членов в рамках последовательного Погрузка и выставке точек перегиба," Компьютеры и бетона, В. 1, № 1, февраль 2004, стр. 99. -113.
10. Риттер, W., "Die Bauweise Hennebique", Schweizerische Bauzeitung, В. 33, 1899, с. 59-61.
11. Морша Е. "Versuche убер Schubspannungen в Betoneisentragen," Бетон унд Eisen, Берлин, Германия, т. 2, № 4, 1902, с. 269-274.
12. Барнард, PR, "Исследования в области Полное кривой деформации для бетона," Журнал конкретных исследований, V. 16, № 49, 1964, с. 203-210.
13. Фенвик, RC, и Paulay, T., "Механизмы сдвигового сопротивления бетонных балок," Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 94, № ST10, 1968, с. 2325-2350.
14. Тейлор, ГПЖ, "Поведение основных железобетонных балок на изгиб и срез", Shear из железобетона, СП-42. Американский институт бетона, Фармингтон Hills, MI, 1974, с. 43-77.
15. Тейлор, ГПЖ, "Исследование Дюбель Shear силы совершили по стали в железобетонных балок," технический отчет 431, цемента и бетона Ассоциации, Лондон, Великобритания, 1969, 23 с.
16. Коллинз, член парламента, и Митчелл, Д. ", Shear и торсионные Дизайн предварительно напряженных и без предварительного напряжения бетона Балки", предварительно напряженного железобетона институт, V. 25, № 5, 1980, с. 32-100.
17. Schlaich, J.; Шефер, К. и Jennewein, М., "К соответствии Дизайн Железобетона", предварительно напряженного железобетона институт, V. 32, № 3, 1987, с. 74-150.
18. Совместное ACI-ASCE Комитет 445 ", в последнее время подходы к сдвигу Дизайн Железобетона" Журнал зданий и сооружений, В. 124, № 12, декабрь 1998, с. 1375-1417.
19. Kotsovos, MD, "разрушение бетона под обобщенное стресс", материалов и конструкций, V. 12, № 72, 1979, с. 151-158.
20. Kotsovos, MD, и Ньюмен, JB, "Механика разрушения бетона и поведения," Журнал конкретных исследований, В. 33, № 115, 1981, с. 103-112.
21. Kotsovos, MD, и Павлович, MN, Железобетона: конечно-элементного анализа для дизайна Limit-государства, Томас Телфорд, 1995, 550 с.
22. Kotsovos, MD, "Shear Отказ железобетонных балок", инженерных сооружений, т. 9, № 1, 1987, с. 32-38.
23. Kotsovos, MD, "Shear Неспособность RC Балки: Переоценка современным представлениям," КСР бюллетень, № 178/179, март 1987, с. 103-111.
24. Елич И., Павлович, MN и Kotsovos, MD, "Изучение Дюбель действий железобетонных балок," Журнал конкретных исследований, V. 51, № 2, 1999, с. 131-141.
25. Reinhardt, HW, и Уолравен, JC, "Трещины в бетоне учетом сдвига" Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 108, № ST1, январь 1982, с. 207-224.
26. Kotsovos, MD, "Поведение железобетонных балок с Shear Span глубине Соотношение между 1,0 и 2,5", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 81, № 3, май-июнь 1984, с. 279-286.
27. Kotsovos, MD, "Поведение RC пучков с Shear Span глубине Коэффициенты Больше 2,5", ACI ЖУРНАЛ, Труды В. 83, № 6, ноябрь-декабрь 1986, с. 1026-1034.
28. Kotsovos, MD; Бобровский, J.; и Eibl, J., "Поведение RC T-балки на сдвиг", Инженер, В. 65B, № 1, март 1987, с. 1-9.
29. Kotsovos, Г., "Совершенствование RC сейсмических Дизайн через CFP метода," Труды Института гражданских инженеров, сооружений и зданий, В. 158, выпуск SB5, октябрь 2005, с. 291-302.
30. ван Миер, JGM; Шах, SP; Арно, M.; Balayssac, JP; Bascoul A.; Чой, S.; Dasenbrock, D.; Феррара, Г., французский, C.; Гобби, ME; Karihaloo, Б.; Кениг, G.; Kotsovos, MD; Labuz, J.; Lange-Kornbak, D.; Markeset, G.; Павлович, МН; Simsch, G.; Thienel, K.-C.; Туратсинзе, A.; Ulmer, У.; ван Гел, HJGM; ван Влит, MRA и Zissopoulos Д., "деформационные размягчения бетона при одноосном сжатии", материалов и конструкций, В. 30, № 198, 1997, с. 195-209.
31. Kotsovos, MD, "Влияние методов тестирования на постсоветском пространстве, Ultimate поведения бетона при сжатии", материалов и конструкций, V. 16, № 91, 1983, с. 3-12.
32. ван Миер, JGM ", Мультиаксиальные деформационные размягчения бетона", материалов и конструкций, V. 19, № 111, 1986, с. 179-200.
33. Kotsovos, MD, "Основные Объяснение поведения железобетонных балок при изгибе, основанные на свойствах бетона под стрессом Мультиаксиальные", материалов и конструкций, V. 15, № 90, ноябрь-декабрь 1982, с. 529-537.
34. Коллинз, М.; Vecchio, FJ; Селби, RG и Gupta, PR, "Отказ от морской платформы", бетона International, V. 19, № 8, август 1997, с. 28-34.
35. "Шок Свернуть Спаркс Лифт Слэб опасения" и "Безопасность эксперты призывают Обзор Автостоянка," Новые инженер-строитель, V. 27, марта / 3 апреля 1997, с. 3-4.
36. Келлерман, JF, "Рипер Роу Автостоянка, Wolverhampton: результаты исследования, конференция на тему" Бетон парки автомобилей: разработка и обслуживание Вопросы, Cavendish центр, Британская ассоциация Цемент, Лондон, Великобритания, сентябрь 1997, с. 1-7.
37. Пристли, MJN, "Мифы и заблуждения в сейсмостойкого строительства: Противоречия между Дизайн и реальность", "Бетон International, V. 19, № 2, февраль 1997, с. 54-63.
38. Хансфорд, М., "Сейсмическая коды упрощенной и небезопасной," Новые инженер-строитель, август 2002, 28 с. (Доклад на семинаре В. Бертеро организованный совместно ICE общество сейсмических строительный Динамика и Уэссекс технологический институт.)
39. Пристли, MJN, "Пересмотр Мифы и заблуждения в сейсмостойких сооружений," Девятый Маллет-Милн Лекция организована Обществом землетрясения и гражданское строительство динамика, 121 с.
40. Carpaer, К., "Текущие структурные темы безопасности в Северной Америке," Инженер, В. 76, № 12, июнь 1998, с. 233-239.
41. Кани, GNJ, "Загадка Shear и ее решение", ACI ЖУРНАЛ, Труды V. 61, № 4, апрель 1964, с. 441-467.
42. Бобровский, J., и Bardham-Рой, BK, "Метод расчета предела прочности железобетона и предварительно напряженного бетона Балки в комбинированных изгиб и сдвиг", Инженер, т. 47, № 5, май 1969, с. 197-209.
43. Институт инженеров-строителей, "Дизайн и детали железобетонных конструкций на огнестойкость," Временное руководство по Объединенного комитета института строительных инженеров и бетона общества, апрель 1978, 59 с.
44. Ир "Садлдом: Стадион Plimpico дель Ghiaccio Калгари (Канада)," L 'Industria Italiana дель Cemento, Progetto Strutturale: Ян Бобровский и партнеры "ООО Progetto architettonico: Graham Маккорт, № 5, 1984, 313 с.
Входящие в состав МСА Michael D. Kotsovos является профессор гражданского строительства в Национальный технический университет Афин, Афины, Греция, директор лаборатории железобетонных конструкций. Он является членом Совместного ACI-ASCE Комитет 447, анализа методом конечных элементов железобетонных конструкций. Его исследовательские интересы включают поведения структурных бетон в материальных и структурных уровнях, а также анализа и проектирования железобетонных конструкций.