文摘

十二个混合钢fibers-reinforced高强度混凝土梁在纯扭转实验测试研究混凝土构件扭转行为。第一开裂扭矩、极限抗扭强度、裂缝模式,钢纤维的影响比,空心截面的形状和大小的影响,箍筋加固的效果进行了讨论。的比例混合钢纤维、中空截面的不同形状和大小,和箍筋钢筋比被认为是主要的参数。结果表明,裂缝的宽度减小,裂缝数量随钢纤维混合比例增加。第一开裂扭矩和最终扭转载荷增加而减少空心截面面积由钢纤维高强混凝土构件加强。

1。介绍

钢筋混凝土结构构件行为的研究在纯扭可以分为两个不同的部分:(1)混凝土开裂前,具体的行为被认为是弹性响应,这是圣文南扭转理论的预测。(2)混凝土开裂后,材料表现为缺乏弹性,然后弹性的理论变得不可用,无弹力的解释机制需要在这部分1]。有两种截然不同的理论用于设计结构元素的抗扭:第一个理论取决于斜弯理论。ACI代码(2)是基于这一理论在1971年到1989年扭转设计。这个理论假设postcracking阶段的具体贡献抗剪切力和扭力强度和其余的部队遭到钢筋的剪切和扭转。失效模式的假设产生的弯曲表面倾斜螺旋扭转裂缝由四条边的三个成员(3]。第二扭力设计理论依赖于薄壁管/塑料空间桁架模型。这个理论认为扭转的基本设计规定在现代欧洲设计编码结构混凝土和自1995年以来ACI规范4]。在1960年代之前,工程师忽略扭转设计结构成员。他们采用了增加弯曲安全系数的原理,可以避免轻微的扭转效应。1950年代扭力的设计开始后,视为有趣的话题,因为一些重要的因素5如以下:首先,使用极限设计方法而不是工作设计方法。这里,弯曲分析的钢筋混凝土元素增强和安全的因素更准确,并扭转效应的忽视是不可接受的。其次,设计安全系数更精确地研究了由于电子计算机应用的快速发展,在结构分析工程师使用。第三,结构建筑的发展和采用垂直建筑而不是平面的建筑和现代建筑概念的扩张导致了考虑扭转的影响。一些研究是由其他的行为加强钢纤维高强混凝土元素。Giridhar和库马尔6)研究了高强度钢纤维增强混凝土构件的行为在纯扭。两种类型(钢纤维的卷曲和直)被用于不同钢纤维比率。在前两钢纤维类型,第一个最终开裂扭矩和扭矩不断增加与增加钢纤维截面比例不同的成员。Hao-Jan et al。7)实验调查的行为正常,混凝土强度高。十三低扭力梁配筋率进行了研究。在服务模式,裂缝宽度的裂缝和失败扭转载荷,并扭转延性进行了讨论。抗扭钢筋和混凝土强度的比值和梁截面长宽比被认为是主要参数。实验测试结果表明,在第一次发生开裂,储备强度相对较低的成员扭配筋率主要是相关比率的横向和纵向钢筋因素除了总数量的抗扭钢筋。Karayannis克里斯(8)开发了一个分析模型对混凝土构件的增加扭力。这个模型是基于特殊的数值技术,雇佣关系表示的裂缝宽度和正常压力。考虑裂缝宽度过程区物料性质和展示良好的估计通过对比实验和分析结果。拟议的模型适用于混凝土构件组合下扭转剪切、弯曲和轴向力。此外,模型不克制的成员交叉部分的形状。有很多技术来提高混凝土的主要特征如刚度、韧性、延性、拉伸性能和裂缝控制的技术之一是增加钢纤维混凝土矩阵(9,10]。钢纤维的主要作用是postcracking阶段观察到当他们限制裂缝传播矩阵。在这个阶段,钢纤维的贡献主要是由钢纤维的退出机制。

2。的研究意义

裂缝模式、裂化抗扭强度、极限扭转强度,裂纹,最终扭转角钢纤维增强高强度混凝土梁受纯扭转进行了研究。钢纤维比例和空心截面形状和大小视为主要参数。混合钢纤维(50%波纹和50%结束连接),大约相同的长宽比,屈服强度,长度是用于这项研究。

3所示。扭转ACI 318 - 08年设计开发的代码

应该注意的是,古代ACI守则不包括详细的规则和具体设计下的钢筋混凝土梁扭转(11]。在第一次,ACI 318 - 63代码条款提到一句话,推荐使用封闭箍筋和在每一个角落的封闭箍筋,应该使用一个纵筋。介绍了扭设计规定在1968年和1969年通过一系列论文ACI委员会,因此采用ACI 1971和后期12]。结合剪切的扭力设计方法,综述了扭转和弯曲混凝土构件在ACI 318 - 95代码提供并保持基本不变。实心和空心部分的扭转设计方法是基于两个理论:薄壁管和空间桁架类比。抗扭强度的空间桁架类比方程相对纵向钢筋的数量

抗扭强度的基本空间桁架类比方程相对数量的横向加固

ACI设计扭转混凝土开裂强度规定指定如下(6]: 在哪里名义抗扭强度低于纯扭转,是扭转开裂强度下纯扭转,是总截面面积包围周长的墙在剪切流的路径,aci规范部分11。6。3所示。6许可被视为 , 是由封闭的中心线的周边的区域封闭箍筋,是混凝土截面的外周边,是纵向钢筋的截面积,是一条腿箍筋加固的横截面积,是纵向钢筋的屈服强度,横向钢筋的屈服强度,倾角。aci规范部分11。5。3所示。6允许任何扭转角值30至60度。获得的评论的分析表明,等于45度(13]。箍筋间距,外面包围的区域周边的混凝土截面,然后呢混凝土的总截面面积。中空截面,只考虑混凝土的面积不包括无效(s)的面积。的外周边混凝土截面和吗是指定的混凝土的抗压强度。

4所示。实验研究

4.1。混凝土搅拌

为了实现所需的高强度,几种混合试验。试验混合物被设计来实现多维数据集高60 MPa 28天的优势。测试结果表明最优混合(0.3 2.3 1.3 1水泥、砂、碎石、水、1.5%梅花鹿ViscoCrete,梅花鹿熏10%,按重量)。测试模具(150φ 气缸300毫米,150毫米的立方体),如图1(一)和1 (b)准备测试混凝土劈拉强度和抗压强度的测试,分别。经济衰退测试几乎是100毫米。24小时后,测试样品从模具中取出并治愈28天,直到测试的纯水。表1显示了混合物的细节。最优混凝土混合料用于这项研究是一致的,没有种族隔离,并可接受的可加工性。测试样品有较高的抗压强度(平均60.12 6块)在28天小道60 MPa的混合物。

4.2。细节的标本

十二个梁,矩形空心截面的250毫米250毫米外维度,不同形状和大小的空洞的维度,对所有标本和1000毫米长度,喜忧参半,铸出,在实验室和测试在纯扭,如图2。测试样本的尺寸细节,包括纤维和钢筋体积比率,如表所示1。

4.3。测试方法

实验研究旨在调查的行为混合钢纤维高强混凝土构件在纯扭。同时,选择钢纤维比例和空心截面的形状和大小给最高的抗扭强度没有混凝土隔离和可接受的可加工性。防止第一个破解失败的成员,所有测试成员加强与4 # 10毫米纵向钢筋;三个封闭箍筋# 12毫米在每个标本目的是用来防止在测试过程中失败结束。

4.4。测试程序

测试机的系统细节图所示3。试验梁两端夹着U-section槽钢的750毫米长度,以工形截面钢桁集中加载通用机械系统创建一个纯扭转。最终支持位于辊确保在测试过程中自由旋转和收缩或扩展。在梁的两端,数字角度测量仪固定在梁顶面测量梁的扭转角在测试结束,如图4。测试样品是铰链上主要钢铁工形截面梁和板,由螺栓紧在一起,并通过焊接固定在结束滚动支持。扭转力矩是由应用集中集中荷载的主要钢铁工形截面梁的中心。为了创建一个纯扭转力矩,硬梁用于转移集中应用负载测试液压机器的光束武器。发射机工形截面梁直接加载测试活塞的液压机器。钢纤维增强混凝土梁单调递增负荷下测试失败。在测试过程中,应用以受控的方式扭转载荷较低的评级应用扭转载荷,直到第一次出现在梁裂缝的表面。对于每一个载荷步,破解扭转T_cr和相应的扭转角θ_cr被记录。在这里,负载自动应用5 kN每一步使用控制面板。每次5 kN外加负载后,控制面板关闭自动加载引擎;累计应用再次加载,加载引擎通过控制面板必须再次重新启动。

5。测试结果和讨论

表2实验结果显示12平方梁在纯扭转测试来研究不同形状和大小的影响空心截面对高强度钢纤维增强混凝土构件扭转行为。其中一个标本是一个普通混凝土梁没有纤维。其他的标本被各种比例的钢纤维增强。所有的标本都强化了4 # 10毫米纵向钢筋和3 # 12毫米封闭箍筋两端。结果讨论了基于扭转这一段的行为。

5.1。裂纹模式

当一个成员在扭转载荷的影响下,剪切应力是发达在前面和上面成员两边(14),如图5(一个)- - - - - -5 (c)。主拉应力传播等于本金压缩应力,和两个原则强调等于剪切应力(9]。斜裂缝的四周成员主要由主拉应力引起的。实验测试结果的素混凝土BM0成员,是一个主要的裂缝形态斜斜裂纹开始从正面向上的测试员,然后向背面和底部与大约旋转45°角,如图6。在这种近似实验测试,相对应的裂缝模式假定在斜弯曲理论13]。另一方面,混合钢纤维增强混凝土梁的试验显示许多涂抹在梁斜裂缝分布,如图7。第一个裂纹的发生后,钢纤维开发抵制postcracking扭矩。抗扭强度的增强取决于钢纤维的形状和钢纤维之间的凝聚力和周围混凝土粘贴。根据弹性理论,当受纯扭构件时,第一个裂纹主要是提升者倾向于更广泛的一侧的成员10]。实验测试的结果显示,成员的裂缝宽度比率较低的钢纤维小于控制梁的裂缝宽度;混合钢纤维梁的裂缝的数量超过控制梁的裂缝的数量。在混合钢纤维标本,第一个裂纹形状出现涂抹裂缝。

5.2。钢纤维含量的影响

实验测试结果表明,第一个开裂扭矩、极限扭转强度不断增加的钢纤维混合比率增加(0.5%,1%,和1.5%)比率。当钢纤维混凝土构件受应用转矩高,明显的相对增加扭转角大小是观察显示了成员的扭转延性增加钢纤维混合比例的增加。为所有的测试标本混合钢纤维混凝土构件(50%波纹和50%结束连接)与不同截面形状和大小给更高的第一个裂纹扭矩,最终抗扭强度和扭转延性钢纤维比率增加。第一个混合钢纤维混凝土的开裂扭矩成员如下:BM0.5, BM1, BM1.5, BM100, BM150, BM200, BMS100, BMS50, BMD150, BMD100,和BMD50被发现是6%,15%,16%,16%,9%,5.5%,39%,51%,15%,36%,67%超过第一BM0素混凝土的开裂扭矩的成员。混合钢纤维混凝土的最终扭矩成员如下:BM0.5, BM1, BM1.5, BM100, BM150, BM200, BMS100, BMS50, BMD150, BMD100,和BMD50被发现是34%,59%,82%,215%,129%,70%,84%,94%,87%,95%,115%以上的第一个破解普通混凝土构件BM0。成员的最终扭矩BM0、BM0.5 BM1, BM1.5, BM100, BM150, BM200, BMS100, BMS50, BMD150, BMD100,和BMD50被发现是31%,66%,82%,100%,258%,176%,114%,74%,69%,114%,89%,69%超过他们的第一个裂纹扭矩。从之前的结果,我们注意到更高比例的混合钢纤维的抗扭强度相对较大。因此,添加混合的增加钢fiberscauses增加开裂和极限扭转。从先前的讨论,1%钢纤维混合比给相对较高的第一次开裂扭矩和最终扭转力矩与可接受的可加工性和没有隔离。使用混合钢纤维波纹结束连接(50%和50%)给予更高的开裂扭矩,最终扭矩、扭转延性比波纹和终端连接如果单独使用(15]。

5.3。中空的横截面的形状和大小的影响

所有标本实验研究中使用相同的外形尺寸,但他们不同尺寸和形状的中空截面,如表所示3。获得的结果显示,当空心截面面积减少开裂和最终扭转载荷不断增加钢纤维比例(1.5%)。在这里,方形空心截面的面积减少88%增加了开裂和最终扭转负荷30%和19%,分别。同时,圆中空截面的面积减少88%开裂和极限扭转载荷增加了45%和27%,分别。

5.4。影响钢筋钢

结果表明,马镫的使用钢筋给破解扭转载荷的结果大约接近钢纤维的结果,但它给更高价值的终极扭转负荷。强化钢的标本(箍筋# 10 @200)给结果约等于样本的结果(1.5%)钢纤维开裂和最终扭转负荷。数据8- - - - - -11展示了实验结果。

6。结论

(1)混合使用钢纤维混凝土粘贴发现非常有利于增加第一开裂扭矩、极限扭转力矩的钢筋混凝土构件在纯扭。(2)等于净混凝土截面区域和钢纤维比率,圆中空截面的成员给了抗扭强度高于方形空心截面的成员。(3)混合添加钢纤维混凝土强度高粘贴成功提高混凝土构件的抗扭延性增加成员捻角与控制光束BM0相比。(4)混合添加钢纤维波纹结束连接(50%和50%)给结果相对高于波纹或结束连接如果单独使用。(5)空心截面面积减少时,开裂和最终扭转载荷不断增加钢纤维比例(1.5%)。这里,方形空心截面的面积减少88%开裂,最终扭转负荷增加30%和19%,分别。同时,圆中空截面的面积减少88%开裂和极限扭转载荷增加了45%和27%,分别。(6)测试标本的钢筋,箍筋钢筋给破解扭转载荷的结果大约接近试验结果的标本钢筋钢纤维,但它给更高价值的终极扭转负荷。

数据可用性

所有必需的数据都包含在这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。