加强预制钢筋混凝土框架减轻逐渐崩溃的外部保税与HFRP加固效果固定锚

文摘

目前,预制钢筋混凝土框架的鲁棒性是吸引了广泛关注。然而,回避“强光束和弱列”期间加强对进步的崩溃是一个关键的问题。讨论这个问题,试验研究两个二分之一预制框架下subassemblages叠加加载制度进行了介绍。一个标本是加强碳纤维增强聚合物(碳纤维增强塑料)梁上的床单。中间部分的加固效果与混合纤维增强聚合物(HFRP)锚锚定。另一个样品没有加强。失效机理、失效模式和加强效果进行了讨论。加强的效果是非常明显的悬链线早期行动阶段。没有剪切破坏发展HFRP锚,这证明了锚定方法的有效性。根据实验结果,分析模型和预防加固设计和施工措施,减轻进步提出了预制钢筋混凝土框架的崩溃。

1。介绍

虽然有一个很小的进步崩溃的概率结构(1),这样的崩溃可能会导致严重的后果,如罗南的崩溃点1968年在伦敦的公寓(2]。最近,中国一直在努力发展预制建筑。研究进行现浇结构相比,有限的研究已经开展了预防研究预制混凝土框架的行为逐渐崩溃。研究加强对进步的崩溃也是必要的。

有一些研究进步的阻力的预制混凝土框架结构崩溃。钱和李3)测试了一系列三维预制结构不同连接类型,包括slab-beam连接和梁柱节点。除了湿连接,钱和李4]还测试了预制混凝土用干连接子结构叠加下加载机制探讨影响预制混凝土结构的连接类型的行为减轻逐渐崩溃。康和褐色等。5,6)测试了预制框架subassemblages中间列删除,讨论工程的影响胶结复合材料处于崩溃进步的阻力。Nimse et al。7]研究了湿预制梁柱节点的行为下逐步崩溃场景和得出结论,所有三个预制关节优于场铸联合后的承载力和延性加强纵向钢筋配置。数值模拟,锅等。8]研究梁柱节点的行为和进步崩溃的粘结性能posttensioned预制混凝土框架结构有限元模型,建立了在OpenSEES和冯et al。9)提出了一个数值的调查逐渐崩溃的行为subassemblages预制钢筋混凝土框架。一些研究者也进行了测试对进步加强结构的崩溃(10- - - - - -18]。钱和李10,11)测试一系列平板子结构评估的有效性提出了提高碳纤维增强塑料和GFRP加固方案逐步崩溃的行为。金等。12)测试十RC梁检查使用碳纤维增强塑料锚锚固方法的有效性和/或U-wraps。

然而,对进步加强预制钢筋混凝土结构的崩溃是一个困难的问题,特别是对于结构,同时需要考虑抗震性能(19]。对于结构抗震性能没有问题但进步崩溃阻力不足,传统的加强梁的方法可能会导致“强光束和弱列”,削弱结构的抗震性能。然后,列必须加强。这样一个重复的过程大大增加了成本。为了解决这个问题,在这项研究中,我们试图改善传统的碳纤维增强塑料薄板加固方法和测试subassemblages预制钢筋混凝土框架。两个装配整体式预制钢筋混凝土框架的subassemblages(规模= 1:2)被设计和建造。subassemblage之一是加强与梁加固效果结合,固定碳纤维和钢纤维混合纤维增强聚合物(C / S HFRP)锚,并与另一个unstrengthened标本崩溃讨论他们进步的阻力。

2。实验内容

2.1。样本设计

根据当地的标准图纸上海(dbjt08 - 116 - 2013)20.),一个four-floor混凝土框架结构设计。根据备用荷载路径法的要求,一个双跨度subassemblage底部地板作为研究对象。两个样本设计和建造的规模比1:2(图1)。标本是由装配整体式的方法。第一个混凝土浇灌完成预制梁的一部分,侧列,和座位,而第二个混凝土浇灌这些成员和填充混凝土梁柱连接关节和梁的上部分。在中间柱关节,梁的钢筋被full-grout袖子连接。横梁采用HRB400钢筋的直径12毫米。钢筋的屈服强度、极限强度442 MPa和617 MPa,分别。列应用HRB400钢筋的直径14毫米。马镫是用HPB300直径8毫米。C40混凝土的强度等级。

梁的应力机制在整个破产过程可分为三个行动阶段(1]:弯曲行动(FA),抗压拱行动(CAA),悬链线行动(CA)。加强标本必须使加固效果仍在足总杯与创新艺人经纪公司基本上不活跃,但在CA完全工作。因此,加固效果与单层15厘米的宽度,厚度0.167毫米计算,抗拉强度3243 MPa保税手动连续梁表面。列,两端的钢板和膨胀螺栓作为锚。接下来,楔块山坡坡度为0.1 8点被聚合物混凝土梁柱转换。HFRP锚被应用在加固效果。图2显示左侧为锚安排。每个锚(图3)是由12束碳纤维(“根”部分的长度是6厘米,和“保护伞”部分的直径6厘米)。304年对于每一个锚,四块铬镍不锈钢电线(= 0.3毫米直径)补充道。

2.2。测试方法

完全模拟领带横向力的列在崩溃和帮助subassemblage成功进入CA,设置有效侧向约束边柱的两端是极其重要的。三侧向约束如图4被采用。首先,标本的基础与槽钢固定在测试台上,钢板、螺钉;其次,两个槽钢成员夹紧侧列安装;然后,槽钢成员的两端固定在钢柱试验台;最后,两个方形钢管成员支持槽钢成员。

应用位移控制加载过程。当执行机构位移小于40毫米,加载过程应用0.25毫米/分钟的速度非常缓慢。位移时40毫米和104毫米之间,加载过程的速度是1.0毫米/分钟。位移大于104 mm时,加载过程2毫米/分钟的速度实现。中风后的致动器是400毫米,卸货开始在400毫米。一盒价值500毫米高铁税款之间插入驱动器和中间一列,然后,进行了重新加载,直到试样终于崩溃了。应该注意的是,短unload-reload曲线绘制在图6。测点的布置如图5。信用证是混凝土的应变测点;LS是钢筋的应变测点;LM位移测点;LP是碳纤维增强塑料应变测点;如果是力传感器;和LN测点在槽钢成员和广场钢管的横向约束成员。

3所示。实验结果

3.1。荷载位移曲线和失败的过程

中间柱的荷载位移曲线unstrengthened标本和加强标本图所示6。随着位移,subassemblage加载可分为三个阶段。

如图6,OA段曲线是英足总阶段。微裂隙与发达上0.01∼0.05毫米宽的边缘附近的梁侧列和附近的下边缘横梁中间列。

AB段曲线是创新艺人经纪公司的舞台上。裂缝持续发展和扩展对中间梁的跨度。由于连续裂纹在拉伸区域,梁的中性轴近侧列不断向下移动,而梁的中性轴接近中间列逐渐向上移动,形成抗压拱机制。梁产生向外的推力,使侧列产生向外位移。创新艺人经纪公司,拉伸裂缝不断扩展,逐渐和受压区混凝土被压碎,伴随着混凝土剥落的声音。unstrengthened试件的承载力下降到40 kN中间列的位移达到约200毫米,这是保持40 kN至50 kN。位移超过54.3毫米时,加强标本开发第一个地方脱胶碳纤维增强塑料。这时,负载是61 kN。附近的位移不断增加,碳纤维增强塑料中间列产生剥落的声音不断。该地区采用碳纤维布地方脱胶和地方断裂扩展从底部向上。当位移达到70毫米,负载为56.5 kN,碳纤维增强塑料断裂区域附近中间列超过HFRP锚的位置。 The displacement corresponding to the end point of CAA (point B) for the unstrengthened specimen and strengthened specimen was approximately 250 mm.

BC段曲线CA舞台上。当拉伸裂纹贯穿整个混凝土部分,混凝土抗压地区完全被压碎。中间一列上的负载出生完全由梁的纵向钢筋和加固效果。unstrengthened标本,上层钢筋的跨时破碎的第一中间列的位移达到276毫米。负载容量大幅减少从45 kN 20 kN。同时,混凝土的抗压地区丰富的片段产生的光束。随着位移的增加,梁的钢筋断裂的先后。最后,随着一声响亮的声音,标本失去承载能力毕竟梁的钢筋断裂。这时,位移是730毫米,负载是73 kN。碳纤维增强塑料加强标本,加固效果的一些地区附近中间列脱层和断裂subassemblage进来时CAA(图7(一))。碳纤维增强塑料脱胶失败也发生地区附近的伞HFRP锚接近中间的一部分列(图7 (b))。当中间列的位移达到640毫米,标本终于崩溃了。最终崩溃的这两个样本数据所示8(一个)和8 (b)。

subassemblages的失败后,钢筋被移除和削减的袖子。没有观察到明显的损伤套管部分(图9)。此外,没有明显的损害在现浇和预制混凝土界面。进步崩溃破裂过程的预制混凝土subassemblage一样进步崩溃破裂过程中描述的subassemblage模筑混凝土之前相关的研究。这个过程主要分为FA,创新艺人经纪公司,CA。没有产生负面影响的纵向钢筋接头(灌浆套筒)和现浇和预制混凝土界面。相比之下,套筒安排在这个测试增强的纵向钢筋的锚,这阻止了纵向钢筋的锚失败(退出纵向钢筋)的实验中所描述的其他研究。这个结果表明,预制混凝土框架的subassemblage不是劣质的subassemblage帧相同的模筑混凝土钢筋的逐渐崩溃。然而,预制的钢筋混凝土构件的特点”大型钢筋直径和大型钢筋间距。“换句话说,预制混凝土构件中钢筋的数量低于在现浇混凝土框架配筋率相同。创新艺人经纪公司和CA后,钢筋结构逐渐发达拉伸断裂。因此,钢筋的数量负相关与随机性故障。 This feature was one of the disadvantages of precast concrete structure.

基于对比加强标本和unstrengthened标本,负载能力加强标本的创新艺人经纪公司和早期的CA高于unstrengthened标本。第一、第二、第三的钢筋断裂点加强标本出现后比unstrengthened标本。碳纤维增强塑料完全断裂时中间柱变形达到0.2倍梁跨度2010年国防部(悬链的最终变形结构规范(21])。这一结果表明,加强计划在该测试中取得了良好的效果。然而,结果与预期效果仍有一定的不匹配(碳纤维增强塑料仍不活跃或略有FA和CAA但工作完全在CA)。这种情况主要是由于加固效果的向下键位置相对于中性轴梁和不足层的加固效果。强化试样的最终变形小于unstrengthened标本,如图6。因为钢筋的骨折有一定的随机性,标本的最终变形有一定的随机性,。

增加系数被定义为 ,在哪里和是中间的载荷和位移列,分别。增加系数在不同阶段如图10。在FA,碳纤维增强塑料几乎是不活跃的,增加系数接近于零。创新艺人经纪公司增加系数分别为7.05%和24.59%,表明碳纤维增强塑料主要扮演了一个角色在CA。然而,在这个测试中,碳纤维增强塑料表孔太多负载在CAA和进一步研究也必须改善。

3.2。水平位移的列

在创新艺人经纪公司,一边列开发出口横向位移时中间列向下移动。在CA,一边列生成内部水平位移。因此,梁的轴向力的变化和转换的压力机制subassemblage可以推导出通过观察积极和消极的水平位移之间的转换的列。如果边柱位移是积极的,列向外移动。如果边柱位移是负的,列向内移动。边柱位移曲线unstrengthened标本和加强标本图所示11。

在整个加载过程中,边柱位移unstrengthened标本和加强标本介于3毫米之间(向外)和−3毫米(向内)。这些结果表明,侧向位移约束是非常有效的。

广场的应变曲线钢管成员侧向约束如图12,这说明广场钢管成员拉,然后压缩,他们占了大约10%的位移约束。三侧向约束方案(拉锚,antibending槽钢成员的约束,和antistretching-compression约束方形钢管的成员),加载,进行直接由方钢管成员相对较小,主要发挥了作用在增强的完整性和稳定性约束。

3.3。钢筋的应变

CA之前,钢筋的应变增长率梁的拉伸区域高于钢筋在压缩地区。在进步崩溃设计,梁的变形能力端截面可以增加通过增加梁柱的配筋率联合或采用特殊结构的措施。由于碳纤维增强塑料共享一些纵向钢筋应力、加强标本中的钢筋的应变增长低于unstrengthened标本(图13)。

3.4。的碳纤维增强塑料

在破产过程中,光束集中在梁的主要裂缝梁柱接头附近的结束,因此碳纤维增强塑料应变也集中在这些位置,显示一个单调上升趋势。碳纤维增强塑料的压力降低了梁跨度中间附近和中间的应变梁跨度是压缩,然后扩展(图14)。

4所示。分析模型

4.1。弯曲行动阶段

在英足总阶段,用碳纤维布加固RC梁的分析模型表梁边是相对简单的。Zhang et al。22)提出了一种实用的设计方法。陈等人。23]给出了一个实际的计算方法。中国加强代码(24)也给了钢筋混凝土梁的设计方法和施工建议加强对梁加固效果。

4.2。抗压拱行动阶段

创新艺人经纪公司的分析模型阶段相对复杂。公园和赌博25)提出的一个最广泛使用的创新艺人经纪公司的分析模型。公园和赌博的模型修改和验证了苏et al。26和钱和李27]。Yu和棕褐色28和康和褐色29日更新公园和赌博的迭代模型通过计算RC梁的力-位移关系在CAA阶段。路[30.]也更新公园和赌博的RC梁模型,没有板。曾(31日)提出了一个模型来预测FRP加固RC成员的CAA负载能力。然而,英国民航局计算模型考虑梁面与碳纤维布加固RC梁表还没有相关文献报道。

公园和赌博的模型修改此处用于与碳纤维布加固RC梁表上的梁。假设(1)碳纤维增强塑料表的压缩效应,不考虑,(2)CAA位移峰值unstrengthened标本和加强标本都是相同的。然后,基于公园和赌博的模型,当碳纤维增强塑料板材的宽度大于h−cCAA负载能力的加强标本可以如下: 在哪里b和h分别光束的宽度和高度;混凝土圆柱体抗压强度;是等效应力混凝土砖的深度比中性轴的深度;是完全跨;β净跨度之间的比例,总跨度 ;T, ,和是拉伸的钢筋合力中间列,附近的梁截面拉伸合力梁加固效果的部分中间列附近和拉伸的钢筋合力梁截面附近的边柱,分别;和在梁钢筋的抗压合力部分中间列和边柱附近分别;混凝土保护层的厚度;相对应的峰值位移峰值负载;c的相对深度压缩区附近的梁截面中间列和决定见方程(2);总轴向应变是由于梁轴向变形和支持纵向位移和决定见方程(3): 在哪里混凝土弹性模量和吗年代是支持在水平方向上刚度。

然后,我们可以用下面的方程式计算承载力的增加: 在哪里和负载能力和总轴向应变梁轴向变形和支持纵向位移unstrengthened标本,分别。

本文的实验结果,7.29 kN,计算与方程(4)是6.98 kN,相对误差−4%。的计算值与试验数据匹配很好。然而,应该注意的是,这个结果可能是一个巧合,和更多的测试应该进行进一步证明方程的准确性(4)。

4.3。悬链线行动阶段

咦,他(32]提供了一个简单的分析方法来计算悬链线的动作。范教授和棕褐色33悬链线)也提供了一个简化的模型在轴向约束条件下钢筋混凝土框架。Alogla et al。34)提出了一个分析模型预测的结构行为RC梁在列删除情况下考虑杆断裂的影响和减少梁有效深度混凝土压碎。然而,CA计算模型与碳纤维布加固RC梁表在梁两侧没有报告文学。

为了简化分析,根据悬链机制,我们忽视具体的贡献紧张和只考虑钢筋和玻璃钢表的紧张,我们也假设钢筋的锚固情况良好,忽略预制混凝土和现浇混凝土之间的区别,所以,当链最终发生变形,CA加强标本的负载能力 在哪里的CA承载力unstrengthened subassemblage [32),碳纤维增强塑料提供的负载能力: 在哪里钢筋的变形调整系数;悬链线的最终变形,它的值是0.2 l根据现有代码(例如,国防部2010)[21];是光束的杨氏模量;是纵向钢筋截面面积,L是梁跨度: 在哪里是降低系数的负载能力。当≤0.2 l,= 0.172。在实验中,我们观察到,碳纤维增强塑料发达地方脱胶和骨折在足总杯与创新艺人经纪公司实际加载期间,和碳纤维增强塑料表的有效截面积减少,因此,降低系数的碳纤维增强塑料应该引入的负载能力。设计的“CA”(CA开始之间的垂直位移和时间达到0.2 l)被计算为0.172根据测试数据的回归。一个_f碳纤维增强塑料薄板的截面积。碳纤维增强塑料板材的抗拉强度。的正弦值是梁中间列的垂直位移时旋转达到0.2 l,和它的值是0.196。

因此,CA的负载能力加强标本可以确定从方程(5)- (7):

应该注意的是,经验系数方程(8)只有相继从测试数据非常有限,所以应该进行更多的测试,进一步改善方程的准确性(8)。

5。建设的建议

对预制混凝土梁纵向钢筋的锚固可以通过合理地安排袖子,增强和要注意治疗现浇和预制混凝土之间的界面。(1)焊接技术的加固效果:加固效果建议债券到梁侧梁的中性轴附近。边坡处理应该应用于梁柱过渡。如果斜率梯度大于0.1,额外的锚固等措施可以采用钢板锚。如果低的碳纤维增强塑料表保税或梁的上表面,应采用相应的验证,避免整体断裂的碳纤维增强塑料表在足总或创新艺人经纪公司。从实验结果,加固效果的主要应力区域在梁的两端,因此我们可以债券加固效果和锚HFRP锚梁的两端,但不是全跨度。(2)锚固加固效果的方法:设置HFRP锚的目的是为了避免大规模剥离加固效果在足总杯与创新艺人经纪公司的失败和成功运输CA。根据引用(35,36),舒解负载碳纤维增强塑料薄板的HFRP锚可以计算如下: 在哪里混凝土强度,混凝土试样的宽度,碳纤维增强塑料的键长,碳纤维增强塑料的厚度计算,碳纤维增强塑料的宽度,碳纤维增强塑料的弹性模量,是增加试件的承载力系数。根据我们的研究团队(先前的研究37),建议是1.6。

6。结论

(1)本文中使用的横向约束是一个三重约束方案,包括地面拉锚、antibending约束槽钢的成员和antistretching-compression约束方形钢管的成员。测试结果证明这样的横向约束是有效的。装配整体式钢筋混凝土框架的逐步崩溃过程subassemblage悬臂结构的描述是一样的在前面的文献也主要分为FA、创新艺人经纪公司,CA。加强subassemblage观察到相同的现象。(2)没有观察到明显的损害纵向钢筋接头(灌浆套筒)和现浇和预制混凝土界面。显然,装配整体式钢筋混凝土框架没有固有的劣势逐渐崩溃电阻相比,现浇钢筋混凝土框架的前提下相同配筋率和正常施工。然而,预制的钢筋混凝土结构的特点是“大直径钢筋,钢筋间距大。“换句话说,在预制钢筋混凝土梁的数量低于在现浇混凝土梁配筋率相同。创新艺人经纪公司和CA后钢筋拉伸断裂逐渐发展。因此,钢筋的数量与随机性故障负相关,这是预制钢筋混凝土框架的缺点之一。(3)本文加强标本与加固效果结合梁的侧表面进行了研究。负载能力不显著增加在FA和创新艺人经纪公司,便于维护“强列和弱梁。“加强效应非常明显的在早期的CA。没有剪切破坏发生在HFRP锚,这证明了锚定方法的有效性。之前的终极悬链线变形(0.2 l)由现有的代码(例如,国防部2010),这个加强方案可以满足工程的需要。然而,当变形超过0.2 l,碳纤维增强塑料表逐渐骨折,加固效果不再工作。结合加固效果尽可能的中性轴梁两侧。两层或更多的碳纤维增强塑料床单或复合加强计划,如外部键附近的加固效果和表面安装碳纤维增强塑料钢筋(销售经理),应该用于改进加强的效果。(4)最后,基于创新艺人经纪公司和CA在文献分析模型,考虑加固效果的影响,修改后的梁分析模型和施工措施加强对梁加固效果方面减轻逐渐崩溃的RC框架提出了。然而,更多的测试应该进行进一步证明方程的准确性(4)和(8)。

数据可用性

的数据支持本研究的发现可以从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由中国国家重点研究项目(2016 yfc0701400)和中央大学的基础研究基金(NS2016018)。

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