Экспериментальные и аналитические оценки Прогрессивная Крах Фактические железобетонных конструкций
Один из подходов к оценке прогрессирующее обрушение конструкций является изучение влияния мгновенного удаления несущих элементов, таких как колонки. В настоящей работе с помощью экспериментальных и аналитических результатов, потенциальных прогрессирующее обрушение реального 10-этажный железобетонный (RC) структура после взрыва внешние колонки будет вычислена. Разработка плана действий Вирендель определяется как доминирующее механизм перераспределения нагрузки в этой структуре. Конкретного модуля разрыв определяется как важный параметр в ограничении максимальной зарегистрировано вертикальной деформации системы лишь 0,25 дюйма (6,4 мм). Изменения в направлениях изгибающих моментов в непосредственной близости от колонны и удалить их последствий, таких как потенциальных арматурного проката вывода (разрушения сцепления) изучаются. Потенциальные виды отказов и их последствий изучаются. Некоторые недостатки целостности требования в текущий коды указал и воздействия пучка подробно укрепление на развитие цепной действий обсудили ..
Ключевые слова: хрупкое разрушение, динамический структурный анализ, целостности требованиям; нагрузки перераспределения; прогрессирующее обрушение.
ВВЕДЕНИЕ
Прогрессивная краха стало важным вопросом в структурных неудачи с частичным распадом квартиру Ронан-Пойнт здания в 1968 году. Нападение на здание Федерального Мерра в 1995 году и террористических атак 11 сентября 2001 года началась вторая волна внимание на разрушение конструкции и лучшему пониманию прогрессирующее обрушение. Прогрессивная распада определяется как распространение первоначального местных отказом от элемента к элементу в конечном итоге приводит к краху всей структуры или непропорционально большую часть it.1 первопричина местных неудачи можно антропогенными (взрывы) или природных (землетрясения). С аналитической точки зрения, прогрессирующее обрушение происходит, когда структура имеет свой узор нагрузки или граничные условия изменились так, что некоторые структурные элементы загружаются за пределами их возможностей и fail.2 Последние теракты показали, что большинство аварий происходит из-за обрушения здания, а не первоначального взрыва или удара. То есть, постепенное увеличение распада вероятность массовых жертв ..
После подходы, предложенные Эллингвуд и Лейендекер, 3 ASCE / SEI 71 определяет две общие методы структурного проектирования зданий для смягчения ущерба, в связи с прогрессирующее обрушение: прямые и косвенные методы проектирования. Breen4 показал, что улучшение структурной целостности получается путем предоставления интегральных связей по всей структуре (косвенные дизайн), а количество необходимых связей можно определить из соображений мусора погрузка и сумма ущерба, допускается без определения величины взрывных или других отклонений от нагрузки. Хотя метод косвенного конструкция может уменьшить риск прогрессирующее обрушение ,5-8 оценка после неудачи выполнения структур, призванных на основе такого метода не представляется возможным.
После Альфреда П. Мерра федеральном здании в нападении в 1995 году и создание Межведомственного комитета по вопросам безопасности (ISC) для разработки строительных норм для федеральных зданий, подлежащих к террористическим нападениям, Администрация общих служб (GSA) опубликовала руководящие принципы в 2000 и 2003 годах для прогрессивного анализ распада и проектирования конструкций. GSA guidelines9 главным образом основаны на альтернативных метода путь (APM) и мандаты мгновенного удаления один несущий элемент. Министерство обороны (DOD) 10 руководящих принципов для прогрессивного анализ распада обеспечивают две методов проектирования: один работает связь метода сил (косвенные дизайн), а другой работает APM (Direct Design). Оба GSA9 и DOD10 руководящие принципы предусматривают угрозу независимыми способами и использовать различные сценарии для начала локального разрушения для изучения потенциальных прогрессирующее обрушение конструкций. Один из этих сценариев является мгновенное удаление столбца первом этаже расположен почти в центре внешней рамки. Обратите внимание, что из-за невозможности учета всех возможных угроз, философии дизайна в вышеупомянутых руководящих принципов, чтобы дать возможность местным ущерб, но для уменьшения возникновения прогрессирующее обрушение ..
В случае взрыва, волна воздуха взрыва ударной является основным механизмом повреждения. Повреждения, вызванные воздушной взрыва могут быть разделены на прямой эффект воздушной ударной волны и прогрессирующее обрушение. Прямая воздушная ударная волна эффект повреждения, вызванные высокой интенсивности давления, что вызывает неспособность локализованных близлежащих зданий. Такие частичного выхода из строя зависит от размера взрыва, ее расстояние до здания, а само здание характеристик. Поврежденные структуры могут ограничить ущерб изначально пораженной зоны, в противном случае краха могут распространяться. Целью настоящей работы является изучение потенциальных прогрессирующее обрушение структур после первоначального отказа в то время как местные прямого воздействия ударной волны воздуха не изучены.
1 приведены в Университете Арканзаса Медицинский центр общежитии, которая была построена в 1958 году. Рисунок 2 схематично показан типичный план здания. Это был 10-этажный железобетонный (RC) здание плюс цокольный этаж. Пол система состояла из одностороннего плит, поддерживаться при помощи поперечных балок (Восток-Запад), сделанные из песка легкого бетона с блоком весом около 104 lb/ft3 (16,3 kN/m3). Плита была 8 дюймов (203 мм) толщиной. В настоящем документе представлены аналитические и экспериментальные оценки потенциальных прогрессирующее обрушение здания после взрыва (внезапное удаление) землей (первый) этаж Колонка B5.
ЗНАЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Потенциальные прогрессирующее обрушение конструкций и динамического перераспределения нагрузки после первоначального повреждения должны быть оценены на уровне системы, но очень мало фактических данных не существует. Это экспериментально и аналитически оценку после взрыва внешние колонки 10-этажного структуры RC. Вирендель действия определили в качестве основного механизма перераспределения нагрузки. Показано, что при отсутствии соответствующего укрепления подробно нагрузки перераспределение конкретных модуль разрыва сыграли важную роль в ограничении деформации системы. Воздействие пучка подробно укрепление на развитие действий Вирендель обсуждаются.
Экспериментальная переезд COLUMN
В экспериментальной оценки до сноса в Университете Арканзаса Медицинский центр общежитии (рис. 1), взрыв, колонка B5 (рис. 2) в первый рассказ (первый этаж), была взорвана (внезапно удален) и ответа на структуру контролируется. Колонке арматуры были сращиваются в нижней части рассказа (прямо над плитой) по сравнению с длиной, равной 30 раз бар диаметре. На рисунке 3 показана колонке взрыва. Все разделы и механических систем были удалены до взрыва и не временная нагрузка существовало. Два типа датчиков были использованы конкретные тензодатчиков для измерения изменений напряжения в балок, плит и колонн, а также линейные потенциометры для измерения изменений в глобальных и локальных деформаций, как описано в следующем. Тензодатчиков в 3,5 дюйма (90 мм) в длину, с сопротивлением 120 O и максимальный предел деформации до ± 0,02. Тензодатчиков может работать до нескольких сотен кГц. Частота дискретизации в эксперименте, 500 Гц. Потенциометров был резолюции (повторяемость) примерно 0,0004 дюйма
(0,01 мм), максимальная эксплуатационная скорость около 40 дюймов в секунду (10 м / сек). Следует отметить, что максимальная скорость зарегистрированных в эксперименте, составляет примерно 1 / 4 от эксплуатационная скорость ..
Рисунок 4 показывает записанный перемещения совместных B5 на втором этаже (над цокольным этажом взорвалась колонка) с постоянной стоимостью около 0,25 дюйма (6,4 мм). Колонна была взорвана в момент / = 0,0 сек. Отрицательные перемещения заявили нисходящие движения. Перемещения была получена в результате усреднения вертикальной компоненты перемещения записей из двух потенциометров. Позиции потенциометров схематически показаны на рис. 5. Как видно, торцов потенциометров были подключены к верхней части колонны B4 и B6 (рядом с Колонка B5) во втором этаже, которая переехала вниз из-за увеличения осевой сжимающей силы Колонном B4 и B6 после удаления первый рассказ Колонка B5. Тензометры установлен на midheight (там, где изгибающие моменты, как предполагалось, будет минимум) и midsections из этих столбцов в первой истории показал увеличение деформации сжатия около 22 микродеформации ( Предполагая, примерно такое же увеличение сжимающих напряжений в подвал и второй истории, вертикальные движения колонн B4 и B6 в верхней части второго этажа оценивается в 0,01 дюйма
(0,254 мм). Таким образом, абсолютное постоянного вертикального перемещения совместных B5 на втором этаже, оцениваются примерно в 0,26 дюйма (6,6 мм). Перемещения совместных B5 в пятом этаже составляла примерно 0,235 дюйма (6,0 мм). Немного меньше, перемещения в пятом этаже по сравнению с второй этаж можно объяснить изменением внутренней осевой силы колонки B5, которые будут обсуждаться в следующем ..
Рисунок 4 показывает, что после первого перемещения пика примерно 0,25 дюйма (6,4 мм) примерно в 0,12 секунды, перемещение вниз снизится приблизительно до 0,225 дюйма (5,7 мм). Перемещение затем увеличилась до приблизительно 0,25 дюйма (6,4 мм), снова и вибрации вымерли вскоре после этого, предлагая значительные суммы затухания в системе. Очевидной большого затухания, может быть, отчасти из-за того, что изгиб арматурного проката первого столбца история (10 № 11 или 10 D 35 мм), не были удалены от взрыва, а заканчивалась вместо. Большие пластические деформации арматуры и связанные с диссипацией энергии может рассматриваться как дополнительный источник затухания в системе, которая требует дальнейшего экспериментального и аналитического исследования.
Механических характеристик материалов
Чтобы аналитически оценить потенциал прогрессирующее обрушение структуры, механических свойств стали и бетона не требуется. Сжатия и растяжения на конкретных образцов и испытаний на растяжение стали образцов из здания были проведены. Обратите внимание, что каждой характеристике, представленные в следующих среднем по крайней мере два образца. Конкретные прочность на сжатие измеренная е '^ к югу с = 3,6 KSI (24,8 МПа). От изгиба тесты, основанные на ASTM C 293,11 модуль разрыва была определена в F ^ югу г = 700 фунтов на квадратный дюйм (4,8 МПа). Заметим, что для данного конкретного прочность на сжатие, результаты тестирования сообщили в МСА 213R-0312 показать диапазон от 350 до 720 KSI (2,4 до 5,0 МПа) для пт. На основании результатов испытаний на песке легкий бетон для данного конкретного прочности при сжатии, модуля упругости, по оценкам, в 2100 2800 KSI (14500 на 19300 МПа) .12 В данном исследовании среднее значение 2450 KSI (16900 МПа) используется. Урожайность и конечной растягивающие напряжения для пучка и плиты изгиб подкреплением соответственно установлено, что F ^ югу у = 48 KSI (331 МПа) и / ^ к югу и ^ = 73 KSI (503 МПа) ..
Аналитические и экспериментальные ОЦЕНКИ
Использование компьютерных программ, 13 трехмерной модели здания был разработан. Бернулли балочных элементов с локализованными пластиковые петли используются для моделирования нелинейности материала балки и колонны. Геометрическая нелинейность объясняется также, то есть равновесия записываются в деформированной конфигурации структуры. Пластиковые петли моделируются на основе МЧС 356,14 этаже системы моделируется с помощью четырех элементов узла корпуса. Типичные пучка и столбцов размеры приводятся на рис. 2. Луч T-секций с эффективной шириной фланца 1 / 4 пролетов (руководящие требования) являются used.15 При оценке изгибной жесткости трещины разделы RC, секущая жесткость используется. В отсутствие сильного землетрясения, с учетом тяжести нагрузки и максимальной скорости ветра на месте, 16 максимальных внутренних сил, разработанные в структуре определяются для оценки первоначальной жесткости элементов до удаления столбца.
Колонка удаления
Структура проанализированы в рамках существующих постоянных нагрузок и в конце силы Колонка B5 в первый рассказ определяются. Далее колонна будет удален из модели и вместо этого, в конце силы приложены к структуре наряду с тяжестью нагрузки. Обратите внимание, что результаты такого анализа идентичны тем, которые предыдущего анализа, где столбец не был удален. Наконец, силы в противоположном направлении, чтобы силы, действующие на структуры в место удаленного столбца внезапно прилагается (в 1 миллисекунду, основанные на предыдущих экспериментальная оценка) в структуре модели удаление столбцов и динамический анализ проводится . Не уступая место в структуре после удаления столбца.
Для того чтобы лучше понять, каким образом структура ответил на колонку устранения, а также изучение распространения деформации по высоте структуры, изменение осевой силы в колоннах над удалить столбец был рассмотрен. Результаты анализа показали, что после мгновенного удаления первого столбца история, вдруг несбалансированной силы на совместной B5 на втором этаже была сформирована, равной осевой сжимающей силы в удаленном столбце. Это несбалансированная сила приводит к значительному ускорению на совместной B5 на втором этаже. В результате совместных начали двигаться вниз, а второй столбец история удлиненные, что, в свою очередь, приведет к снижению осевой сжимающей силы второго этажа колонки. Как осевой силы во втором столбце историю упал, несбалансированные силы в совместной B5 в третий этаж увеличился и его движение возглавить сокращение осевое усилие в третьем столбце историю, которая продолжается до верхнего этажа строения.
Использование результатов анализа, на рис. 6 (а) показано изменение осевой силы в колонке на B5 шагом 0,003 сек, а также в конце вибрации, то есть, стабилизированный состоянии. Рис 6 (б) показывает, аналитические времени мудрый сокращения осевой сжимающей силы Колонка B5 (выше удалить столбец), в разных историй. Силы показали соответствует значению в нижней части каждой колонки история и отрицательные значения означают осевой сжимающей силы. В ходе этого анализа затухания в первые две моды колебаний принимается равным 0,02. Этот коэффициент демпфирования используется потому, что здание было только внешним окон бесструктурных элементов без каких-либо разделы, которые, если существует, увеличило бы скорость затухания. Обратите внимание, что результаты, показанные на рис. 6 (а), (б), а на следующий обсуждение изменения осевой силы вскоре после удаления столбца тесно подходит для больших затухания отношения, которые, возможно, придется считаться. На 0,003 секунды, максимальное изменение осевой силы второго столбца историю примерно 23%.
Изменения в шестой колонке история лишь около 1,0%. Осевых сил в колонках выше шестого история остаются практически неизменными. То есть после 0,003 секунды, осевые волны напряжения распространяется от места удалить столбец еще не достиг седьмого этажа. Рис 6 (б) показывает, что силы сжатия в нижней колонны история уменьшить быстрее, чем в истории выше. В самом деле, в течение приблизительно 0,006 секунды, сжимающая сила, во втором этаже колонке падает на 50%, а в то же время, десятый столбец история еще не затронуты. Как показано на рис. 6 (б), осевые силы во всех рассказах примерно в 0,017 сек стремятся к нулю. После 0,012 секунды, осевое усилие в колонне будет иметь некоторые колебания и в конечном счете стабилизации к значениям, указанным в правой участок на рис. 6 (а). Максимальное усилие натяжения в колонках составляет лишь около 35 KIPS (155 кН). Рисунок 6 (а) также показывает, что лишь 0,012 секунды после удаления столбца (примерно одна десятая часть времени пика [перемещения см. рис.
4]), осевые нагрузки в колонках значительно упали до значений, близких к конце вибрации, то есть, стабилизированный состоянии. После осевых сил снизится до значений, близких к окончательным, Объединенной B5 в разных этажах и движутся практически одновременно (с относительно небольшими колебаниями) в связи с осевой жесткости колонны ..
Тензометрических была установлена в midheight и животик (на южной стороне, см. рис. 2) на пятом этаже B5 колонке. Рисунок 7 показывает записанные изменения осевых деформаций. Положительные значения показывают, удлинение или деформации растяжения (снижение деформации сжатия). Макро участок первой 0,02 секунд вместе с аналитической результаты которого также представлены. Экспериментальные данные показывают, внезапное падение напряжения на начальном восходящей части (на 0,008 секунды), которые могут быть частично связаны с первоначальным давление взрыва в колонну и удалить соответствующие осевые напряжения (напряжение) волн, распространяющихся в столбцы выше удалить столбец и требует дальнейшей оценки. Зарегистрированных изменений в осевой деформации в конце вибрация (постоянное изменение деформации) составляла около 85 Соответствующие аналитические изменения деформации составляла примерно 108 Экспериментальные данные показывают, что деформации в колонке "был снижен до величины, равной постоянной деформации лишь около 0,01 секунды, что сравнимо с 0,012 секунды найти аналитически (см. рис.
6 (а)). То есть, только 0,01 секунд после удаления столбца, когда совместное B5 на втором этаже переехал по вертикали лишь около 0,013 дюйма (0,33 мм) (приблизительно 1 / 20 от максимума, см. рис. 4), осевой напряжение (сила), в пятом этаже B5 Колонка была снижена до величины, равной его окончательного (постоянного) значения. После такого сокращения в осевых сил на ранней стадии и как об этом говорилось в предыдущем пункте, на всех этажах выше удалить столбец практически переехал вместе ..
Рисунок 8 приведены экспериментальные и аналитические вертикальных перемещений совместных B5 в пятом этаже, в зависимости от времени. Экспериментальные результаты показывают, что после первого перемещения пика примерно в 0,13 секунды, вибрация исчезает быстро, предлагая большие затухания в системе, как это наблюдалось в записи второго этажа (рис. 4). Аналитические результаты показали затухания соотношения 0,02 (с учетом не перегородок в здании), а также большое значение 0,30 в первые две моды колебаний связана с вертикальным движением после удаления столбца. Результат для большего затухания представлен из-за очевидного большого затухания в системе, что требует дальнейших исследований. Как показано на рис. 8, постоянный экспериментальных и аналитических перемещений (в конце вибрации) и сравнить. Экспериментальных постоянных вертикальных перемещений совместных B5 на втором этаже составляет 0,26 дюйма (6,6 мм) и аналитические оценки являются 0,28 и 0,30 дюйма (7,1 и 7,6 мм) для гашения соотношение равно 0,02 и 0,30, соответственно, все из которых больше соответствующего значения в пятом этаже.
Отметим, что поскольку осевое усилие в B5 колонке на разных историй сокращения после первого удаления столбца история, длина колонн увеличивается за счет разгрузки. Таким образом, деформация совместных B5 в этажей выше, чуть меньше, чем в этажами ниже ..
Нагрузка перераспределение
Результаты анализа показывают, что максимальные растягивающие напряжения в плите (на лица Колонка B4 и B6) ниже, чем модуль пт разрыв и изгиб трещины не образуются в моделировании корпуса элементов пола диафрагмы. Это согласуется с записями конкретных датчиков деформации, установленных на плиты, как это обсуждается в следующем. После удаления столбцов, изменения в сжимающие деформации нижней плиты вдоль оси B на втором этаже в лицо Колонка B6 экспериментально измерить. Этот штамм запись не содержит исходного штамма до удаления столбца. Записанных деформации плюс Аналитически оценено первоначального деформации сжатия до удаления столбца в результате общей деформации сжатия около 0,0002. Можно предположить, что без трещин твердых плит (оболочки элементов), максимальное растяжение и сжатие штаммов равны. Таким образом, максимальные растягивающие напряжения, с учетом модуля упругости бетона, составляет около 500 фунтов на квадратный дюйм (3,4 МПа), то есть ниже, чем пт ..
Рисунок 9 показывает аналитическую изгибающий момент схема и схематическое изображение деформированное балок и колонн по оси 5 после взрыва колонна. Учитывая факты, что постоянные аналитических и экспериментальных смещений совместных B5 находились в хорошем согласии (см. рис. 8), и что постоянное и максимально экспериментальных смещений совместных практически равны, постоянные аналитические результаты показали. Хотя результаты соответствуют доля демпфирования от 0,02, результаты для большего затухания от 0,30 близки к значениям, указанным. Для сравнения, изгибающие моменты перед удалением столбца также могут быть показаны пунктирными линиями. Обратите внимание, что изгибающие моменты показали только на четкие длина каждого элемента. Отметим также, что внутренние силы корпуса элементов, в том числе те, консольные справа от оси B, не отображаются. Показатель свидетельствует о развитии Вирендель (рамка) действий в этой структуре после устранения внешней колонки. Вирендель действия можно характеризовать относительное вертикальное смещение между концах бруса и двойной кривизны деформации балок и колонн.
Такое деформированное обеспечивает поперечных сил в балках распространять вертикальных нагрузок после удаления столбца. Если внешних связей не было момента соединения, ширина-B5 C5 будет деформироваться консольно с гораздо большим изгибающие моменты на лицо колонке C5, который будет обсуждаться в следующем ..
После перераспределения нагрузки, а не только величина, но и направление изгибающих моментов может измениться. Например, из-за действий Вирендель, изгибающий момент Луч-B5 C5 в в лицо Колонка B5 (см. рис. 9) изменяется от отрицательного значения (напряжение в верхней части) к положительному (напряжение в нижней части). Конкретные тензометрического была установлена в нижней части второго этажа Луч-B5 C5, рядом с лицом Колонка B5. На рисунке 10 показано изменение конкретных деформации в этом месте. Как видно, в нижней части пучка опытных растяжения (удлинение), которое проверяет изменения в направлении изгибающий момент и в соответствии с развитием действия Вирендель.
Направление изгибающих моментов в верхней и нижней части колонки B5, которые требуют, чтобы находиться в равновесии с пучком изгибающих моментов, изменения до и после удаления столбца. Плиты изгибающий момент по граням пучка C5-B5 (особенно в районе совместных B5) также изменяется от отрицательного к положительному значению после удаления столбца. Потенциометр установлен в верхней части второй плиты перекрытия в продольном направлении (перпендикулярно пучку, см. рис. 2) по 24 дюймов (0,61 м) от лица колонке. На рисунке 11 показано изменение осевой сокращение конкретных в верхней части панели (в связи с положительным моментом изгиба). Отрицательные значения показывают, осевой сокращение, которое в соответствии с сжатия в верхней части плиты и снова проверяет изменения в направлении изгибающий момент после удаления столбца. Иными словами, направление изгибающих моментов во всех элементах, связанные с изменением Совместное B5 после удаления столбца.
Перевозимого груза на удалена колонка должна быть перераспределены между соседними элементами. Значительная часть нагрузки передается Луч-B5 C5 различных полов (Вирендель действия Axis 5 кадр), а оставшаяся часть передается один конец плиты на оси 4 и 6. Первоначальный осевое усилие в колонке C5 составляет примерно 290 KIPS (1289 кН) и ее постоянного осевое усилие составляет 450 KIPS (2000 кН). Первоначальный осевое усилие в колонках B4, B5, B6 и составляла примерно 234 KIPS (1040 кН). После удаления столбца, осевые нагрузки в колонках B4 и B6 достигли постоянной стоимостью около 261 KIPS (1160 кН). Таким образом, примерно 69% от силы сжатия в колонке B5 был переведен в колонке C5 и примерно 12% от силы к каждому из столбцов B4 и B6. Остальные силы практически не передается по столбцам C4 и C6.
На рисунке 12 показана на втором этаже пучка и нижней плиты (слева от оси 5), а также верхней (право Axis 5) укрепление существующих в районе Колонка B5. Те же самые общие настройки (то есть расположение разрезов и наклонности) используется в других этажей. Обратите внимание, что для ясности, в центре изгиба арматурных прутков Axis 5 пучков не показаны на рис. 12. Как видно на рисунке, в нижней арматуры из балок и плит недостаточно хорошо закреплены в колонны и балки, соответственно. Нижней укрепление Луч-B5 C5 распространяется только около 15 дюйма (0,38 м) в колонны и, следовательно, подвержен вывода (документная недостаточности) в связи с изменением в направлении изгибающий момент после удаления столбца. Кроме того, укрепление нижней плиты простирается пучков только около 8 дюймов (0,20 м), необходимо провести оценку потенциальных вывода при воздействии положительных изгибающих моментов после удаления столбца. Рисунок 13 показывает вид сверху на 4 дюйма (0,10 м) разрыв между нижней плиты арматуры на оси типичные 20 дюймов
(0,51 м) шириной луча. На этом же рисунке плита верхней арматуры и верхней пучка прямых и изогнутых баров, все из которых были в полном соответствии с имеющимися чертежами здания. Отметим, что для проверки чертежей, арматура подвергались у представителя местах вдали от расположения колонки для удаления ..
Как показано на рис. 12, после 43 дюйма (1,09 м) от лица Колонка C-5, ширина-B5 C5 практически не имеет верхней арматуры. Поэтому, если изгиб трещина, образовавшаяся в этом месте из-за увеличения отрицательного изгибающих моментов после удаления столбца, не было бы луч верхней усиление для предотвращения трещин от открытия. Следует отметить, что параллельное полу подкрепление пучок № 4 на 14 дюймов (D 12 мм на 356 мм), расположенные в нижней части панели. Как видно на рис. 9, негативные изгибающего момента в балке C5-B5 в 43 дюйма (1,09 м) от лица колонке C5, оценивается примерно в 1270 кип в. (144 кН-м), что меньше, чем луч крекинга изгибающего момента M ^ югу кр = 2070 кип в. (234 кН-м). На рисунке 14 показано экспериментально зарегистрированы изменения в осевых деформаций в верхней части луча C5-B5, по месту нахождения верхней арматурного проката отсечки (расчетная исходный штамм был почти ноль). Максимальной и постоянной деформации растяжения зарегистрированных около 145
Если, однако, изгибающий момент отсечки месте пучка верхнем баре была больше, чем M ^ о ^ к югу (или растяжения были больше, чем конкретных растяжение растрескивания деформации), ширина участие в передаче нагрузки (с помощью действий Вирендель) будет быть нарушена и участие плиты в перераспределении нагрузки будет более значительным (как будет обсуждаться ниже). Кроме того, укрепление верхней плиты нормально пучков остановился на 63 дюйма (1,60 м) от лица пучков в результате чего такие плиты секции время восприимчивы к образованию трещин изгиба при отрицательных изгибающих моментов. Опять же, рассчитывается изгибающего момента (конкретные растяжения) оказывается меньше, чем к югу M ^ о ^ (FR). Таким образом, важно иметь надежные оценки растрескивания изгибающие моменты элементов, а также внутренние потребности силу разработаны после удаления столбца ..
Воздействие дополнительных нагрузок тяжести
В экспериментальной программе, не было жить нагрузки на систему. Кроме того, разделы и механических систем были выведены из здания, прежде чем колонке взрыва. Можно предположить, что следующие дополнительные нагрузки тяжести пострадавших структуры, когда он был функционал: 1) в произвольной точке по времени (устойчивого) живут нагрузка 10 кг / м ^ 2 ^ SUP (146 кН / м ^ 2 ^ SUP) 1, 2) раздел мертвым грузом в 20 кг / м ^ 2 ^ SUP (292 кН / м ^ 2 ^ SUP) и 3) механические нагрузки системы 5 кг / м ^ SUP 2 ^ (73 кН / м ^ SUP 2 ^). Они будут добавить 35 кг / м ^ 2 ^ SUP (511 кН / м ^ 2 ^ SUP) для тяжести нагрузки. Учет дополнительных нагрузок, анализ проводится еще и постоянное перемещение вниз совместных B5 на втором этаже находится приблизительно 0,47 дюйма (12 мм). Обратите внимание, что до сих пор не уступая место в структуре и не трескает был найден на местах пучка верхнем баре обрезания.
Потенциальные типов разрушения и дальнейшего перераспределения нагрузки
Как уже говорилось ранее, существует два возможных типов хрупких изгиб неудачи в этой структуре, что могло бы привести к большей деформации системы и, в свою очередь, приведет к дальнейшему перераспределению нагрузки. Одним из них является образование трещин на плите пучка и участки, где практически не существует верхней усиление напряженности провести из-за негативных изгиб изгибающих моментов после растрескивание бетона, а другой потенциальный нижней арматурного проката вывода (документная недостаточности) из-за отсутствия надлежащего крепления.
Разделы, не укрепление верхнего при изгибе, изображены с толстыми пунктирными линиями МНПО на рис. 15. Эти разделы включают в себя Луч-B5 C5 в 43 дюйма (1,09 м) от колонке C5 и расширение этого раздела на плите (строка NP), а также плиты в разделе 63 дюйма (1,60 м) от лица осей 4 и 6 лучей (линий MN и OP). Если прочности бетон был такой, что меньше максимального применяется изгибающий момент отсечки расположения арматуры в верхней Луч-B5 C5 (см. рис. 15) были крупнее, чем крекинга изгибающий момент, этот раздел будет потрескались. В самом деле, если модуль разрыва конкретных были равны значениям, рассчитанным на основе конкретных прочность на сжатие использованием ACI 318-0515 FR = 383 фунтов на квадратный дюйм (2,6 МПа), трещины будет сформирована на пучке верхней местах обрезания арматуры. Хотя пучка верхней укрепления были продолжены с № 3 (D 10 мм), бары, структурных чертежей, а также физический осмотр (см. рис. 16) показывают, что бар перекрытие лишь около 2 дюймов
(50 мм). Такие соединения не смогут при низких бар растягивающие напряжения. Обратите внимание, что не было усиление в верхней части плиты параллельных пучка. Формирование трещин при отсечки расположение лучших баров привело бы к сокращению нагрузки передается через Вирендель действий по оси 5 и плиты, необходимые для дальнейшего участия в перераспределении нагрузки. Такое перераспределение может иметь потенциально приводит к образованию трещин на плите верхней панели отсечки местах (линии MN и ФП на рис. 15). Если такая форма трещины, вертикальные деформации увеличится, а другой механизм передачи нагрузки может развиваться через слой контактного действия между осями 4 и 6 ..
Как говорилось ранее, арматурного проката ссылки (связи недостаточность) может иметь место при положительных изгибающего момента в балке C5-B5 в лицо Колонка B5 (линия SS 'на рис. 15) и в пластинке изгибных подкрепление в лицо луч C5 -B5 (строки QR и Q'R на рис. 15). Бонд неудачи в этих местах привело бы к большей вертикальных перемещений и дальнейшего перераспределения нагрузок. Если крепления пучка подкрепление не удалось, акции Вирендель бы еще больше ослабила и, если крепления плит укрепления не удалось, потенциальное сопротивление пластинки посредством цепной действий не будет сокращено. В последнем случае, плита верхней укрепление бы изначально способствовали в развивающихся контактного действия. Верхняя арматура, однако, следовало бы вырванный из тонкого покрытия в верхней части, что привело бы к потере контактного действия.
Следует подчеркнуть, что если Вирендель действия не развивались, например, из-за бар Луч-B5 C5 вывода (разрушения сцепления), эти лучи в разных этажах будут вести себя, как консоли (с одинарной кривизны). В результате, и не только отрицательные изгибающий момент в пучки (в лицо колонке C5) возрастает, но распределение изгибающего момента вдоль лучей также изменения, что привело к значительному увеличению изгибающего момента в пучке верхней панели Место среза и к хрупкому разрушение при изгибе вдоль пунктирной линией Н.П. (рис. 15).
Структурную целостность и Вирендель ДЕЙСТВИЙ
Для повышения устойчивости к прогрессирующее обрушение конструкций, ACI 318-8917 внес структурные требования целостности долго после того, здание было построено. Если такие требования должны были рассматриваться в разработке, реализации не было бы просто. Чтобы избежать необходимости оценки изгибных сопротивление плиты от воздействия горизонтальных сил, действующих в продольном направлении (перпендикулярно балок, см. рис. 2), предположим, что боковые нагрузки сопротивление системы в этом направлении осуществляется структурными стен и заполнения кадров между осями 1 и 2, а также между осями 11 и 12 (см. рис. 2). Напольная система односторонней системы и целостности требования, связанные с двусторонней плиты не применяются. Кроме того, требования по периметру пучков не применяются в продольном направлении, просто потому, что структура не имеет никаких лучей в этом направлении. Поэтому, строго говоря, нет требования должны быть соблюдены для обеспечения целостности системы от возможных повреждений столбца по осям B и E (рис.
2). Чтобы избежать такой очевидный недостаток целостности требованиям, можно считать, плиты полосы колонки в продольном направлении (как это определено в течение двух направлениях плиты ACI 318-0515) и удовлетворить требования к целостности таких полос. Таким образом, нижней плиты баров в колонке полосы необходимо непрерывное, которые не являются, как показано на рис. 12 и 13 ..
Несмотря на отсутствие целостности в продольном направлении, экспериментальных, а также аналитические данные показывают, что развитие действия Вирендель не только предотвратить прогрессирующее обрушение после удаления столбца, а также ограничены максимальные вертикальные деформации структуры лишь около 0,25 в . (6,4 мм). ACI 318-0515 требования целостности, однако, в основном предназначены для предоставления (растяжение) непрерывных связей в структурах, RC и не учитывают Вирендель действий. Такие действия явно не рассматриваются в ASCE / SEI 71 либо.
Более последовательное усиление изгиба в пучков с момента изгиба изменения диаграммы, показанной на рис. 9 (Вирендель действий), тем больше избыточный и устойчивы к прогрессирующее обрушение структурной системы становится. Например, чтобы разработать некоторые положительные изгибающий момент в конце балки (на лицо суставов выше удалена колонка), часть нижней усиление должно быть надлежащим образом закреплены в суставах. В самом деле, Млакар др. al.18 сообщили, что "атрибут структуры Пентагона решающее значение для его реакции на 11 сентября была преемственность по крайней мере половина нижней подкрепление через колонку линию". Такая преемственность и соответствующего положительного потенциала изгиба раздела в лицо внешние колонны расширение участия действий Вирендель в распределении тяжести нагрузки. Кроме того, прочность на сдвиг пучков должна быть больше, чем поперечная сила связано с образованием изгибающих моментов в лучах, как показано на рис. 17.
РЕЗЮМЕ И ВЫВОДЫ
Для оценки потенциальных прогрессирующее обрушение конструкций, GSA9 и DOD10 правила требуют удаления несущих элементов. Это требование является экспериментально и аналитически оценивать в данной работе для 10-этажного структуры RC после взрыва (внезапное удаление) внешние колонки. Прогрессивное сопротивление распада структуры после первоначального отказа местных оценивается в то время как прямого воздушного взрыва последствий (ущерба, вызванного давлением высокой интенсивности) не изучены. Построения системы этаж состоит из плит односторонним поддерживается поперечной рамы. Вирендель действия поперечных кадр которого внешние колонки был удален определяется как основной механизм для перераспределения нагрузки в этой структуре. То есть, из-за минуту соединения, балок и колонн над удалить столбец деформироваться двойной кривизны. Максимальное измеренное вертикальное смещение структуры после удаления столбца лишь около 0,25 дюйма (6,4 мм) непосредственно над удалить столбец. Это перемещение было тесно оценкам аналитического ..
Малые вертикальные перемещения отчасти из-за высокого модуля разрыва бетона. После удаления Колонка B5 и развития Вирендель действий, ширина-B5 C5 на тех участках, где лучших баров были отрезаны (и ранее затронутых незначительным изгибающих моментов) опыт больших отрицательных изгибающих моментов. Тензометрические записи, а также аналитические данные показывают, что деформации растяжения на такие разделы, были меньше, чем растрескивание бетона деформации. Если спрос изгибающих моментов в этих разделах были больше, чем их растрескивание изгибающих моментов, хрупкое разрушение при изгибе произошло бы. Такой отказ может иметь снизили прочность и жесткость, связанные с действием Вирендель, что приводит к большей вертикальной деформации и более активное участие плит в перераспределении нагрузок.
Еще одна потенциальная типа хрупкого изгиб неудачи, связанные с отсутствием надлежащего крепления пучка и плиты нижней арматуры. После удаления столбца, изгибающих моментов в окрестности совместных B5 в пучках C5-B5 (из-за действий Вирендель) и плит (в продольном направлении и за счет изгиба действий) изменение с отрицательного на положительный. В этой структуре, ни крепления отказа не наблюдалось. В целом, однако, изменения в направлении изгибающих моментов и, в свою очередь, растяжения применяется к нижней арматуры, требует тщательного рассмотрения потенциальных провал на якорь.
Учитывая значительный вклад Вирендель действий в борьбе против прогрессивных коллапса и потенциальных хрупких разрушение при изгибе пучка в некоторых разделах, важность надлежащего крепления часть пучка укрепление дна в внешние соединения описывается.
Большой осевой жесткости колонны приводит к почти идентичные вертикального перемещения различных этажах. Это экспериментально и аналитически показано, что осевой сжимающей силы в колоннах над удалить столбец капли быстро, а потом двигаться почти этажа вместе с немного меньше значения для верхних этажей. Меньше вертикальное перемещение верхнего этажа (по сравнению с нижних этажах) связано с удлинением столбцов в результате потери их осевой сжимающей силы.
Экспериментальных данных по строительству движений предложить большой эффекты затухания в системе. Это затухание частично может быть связано с диссипацией энергии, связанной с больших пластических деформаций в заканчивалась изгиб арматурных прутков удалить столбец, которые требуют дальнейшего экспериментального и аналитических исследований.
Авторы
Эта статья основана на исследовании поддержке NSF премии Нету CMS-0601258. Авторы хотели бы поблагодарить D. Фаутч для финансирования. Авторы весьма признательны за поддержку, оказанную D. Loizeaux и М. Loizeaux (Controlled Снос и электронике), и без их помощи этот проект не был бы возможным завершить. Оказанную помощь подрядчиков CDI (К. Джэкс) и снос Чандлер (Р. Чандлер, Д. Чандлер) также приветствуются.
Ссылки
1. ASCE / SEI 7, "Минимальные нагрузки конструкции для зданий и других сооружений," Структурные инженерный институт, Американское общество гражданских инженеров, Рестон, В. А., 2005, 424 с.
2. Краутхаммер, T.; зал, RL; Вудсон, SC; Baylot, JT; Hayes, JR и Sohn Ю., "Развитие прогрессивных процедуры анализа Свернуть и оценки состояния конструкций," Национальный семинар по предупреждению прогрессирующее обрушение в Розмонт , IL, лежащие смягчения Совета Национального института строительных наук, Вашингтон, DC, 2003.
3. Эллингвуд, B., и Лейендекер Е.В., "Подходы к" Дизайн против прогрессирующее обрушение, "Журнал структурного подразделения, ASCE, В. 104, № ST3, 1978, с. 413-423.
4. Брин, JE, "Научно-исследовательский семинар по прогрессирующее обрушение строительных конструкций, состоявшемся в Университете штата Техас в Остине," Национальное бюро стандартов, Вашингтон, DC, 1975.
5. МЧС 277, "Оклахома-Сити Бомбардировка: Повышение эффективности строительства через лежащие смягчения их последствий," Строительство оценке исполнения команды, Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, Вашингтон, DC, 1996.
6. Корли, РГ; Млакар, PF; Sozen, MA; и Торнтон CH ", взрыв в Оклахома Сити: резюме и рекомендации по смягчению последствий лежащие в" Журнал Выполнение сооружений, ASCE, V. 12, № 3, 1998, стр. . 100-112.
7. Sozen, MA; Торнтон, CH; Корли, РГ и Млакар, PF, "взрыва в Оклахома-Сити: Структура и механизмы Мерра строительство" Журнал исполнения построенных объектов, ASCE, V. 12, № 3, 1998 , с. 120-136.
8. Корли, РГ "Извлеченные уроки по повышению сопротивления зданий на террористические акты," Журнал Выполнение сооружений, ASCE, V. 18, № 2, 2004, с. 68-78.
9. GSA, "Прогрессивные Свернуть Анализ и проектирование руководящие принципы для новых федеральных зданий Управления и крупных проектов модернизации", американский генерал Администрация сервиса, Вашингтон, DC, 2003.
10. Министерство обороны США, "Дизайн Строительство противостоять прогрессирующее обрушение," Единый критериям фонда, UFC 4-023-03, Вашингтон, DC, 2005.
11. ASTM C 293, "Стандартный метод испытаний на изгиб прочность бетона (с помощью простого пучка с" Центр-Пойнт загрузка), "ASTM International, Запад Коншохокен, PA, 2002, стр. 3.
12. ACI Комитет 213, "Руководство для структурных Легкий-бетон (ACI 213R-03)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2003, 38 с.
13. SAP2000, "трехмерной статической и динамической Анализ методом конечных элементов и проектирования конструкций," Анализ номер версии 9.2, Компьютеры и структуры, Inc, Беркли, Калифорния, 2005.
14. МЧС 356 ", Prestandard и комментарии для сейсмических реабилитации зданий и сооружений", Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям, Вашингтон, DC, 2000.
15. ACI комитета 318 "Строительство кодекса требование Железобетона и комментарии (ACI 318-05)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 2005, 430 с.
16. Спутники NOAA и информации, "Сравнительный климатических данных, Максимальная скорость ветра данных наблюдений", получить 6 июля 2006, от <A HREF = "http://ols.nndc.noaa.gov" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW "> <http://ols.nndc.noaa.gov / A>.
17. ACI комитета 318 "Строительство кодекса Потребность железобетона (ACI 318-89) и Комментарии (ACI 318R-89)," Американский институт бетона, Фармингтон, М., 1989, 113 с.
18. Млакар, PF; Дасенберри, DO; Харрис, RH; Haynes, G.; Phan, LT и Sozen, MA, "11 сентября 2001, авиакатастрофы в Пентагоне," Журнал Выполнение сооружений, ASCE, В. 19, № 3, 2005, с. 189-196.
CI членов Мехрдад Сасанидов является профессором гражданского строительства Северо-Восточного университета в Бостоне, штат Массачусетс. Он получил докторскую степень в Университете Калифорнии в Беркли, Беркли, Калифорния. Он является членом комитетов МСА 369, сейсмическая ремонту и реконструкции; 374, основанным на показателях деятельности Проектирование зданий бетона; E803, факультет сети Координационного комитета и совместных ACI-ASCE Комитет 445, сдвига и кручения. Его исследования включают проценты поведения железобетонных конструкций в экстремальных природных и техногенных опасностей.
Марлон Базан является выпускником научный сотрудник в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Северо-восточном университете. Он получил степень бакалавра Национального университета Ingenieria, Лима, Перу, и его MS от Северо-Восточного университета. Его исследовательские интересы включают прогрессивные анализ распада железобетонных конструкций.
Serkan Sagiroglu является выпускником научный сотрудник в Департаменте гражданской и экологической инженерии в Северо-восточном университете. Он получил степень бакалавра Йылдыз технический университет, Стамбул, Турция, и его из MS Босфорский университет в Стамбуле. Его исследовательские интересы включают анализ и проектирование железобетонных конструкций при сейсмических и экстремальных нагрузок.