文摘
钢筋混凝土(RC)列通常需要整合或康复以增强他们的能力忍受负载应用。本文旨在研究RC广场列的行为和能力,这些钢筋与钢鞭打在静态预装。为了这个目的,一个三维模型的有限元(FE)设计主要探讨和分析这种情况下的影响。模型测试和调整,以确保其准确性使用以前的作者获得的实验结果。实验测试的结果,新开发了有限元模型揭示了能够使用该模型计算钢筋混凝土柱的轴向负荷能力和预测准确的失效模式。倾向于预测的新模型轴向载荷能力提出考虑到参数分析结果。
1。介绍
钢筋混凝土(RC)列通常需要加强提高轴向载荷承受负载的能力。这可能需要加固,因为改变的使用除了加载结束生活;错误的设计,问题在施工安装,确认现有的代码必需品或衰老的升降RC柱本身进行了研究。
有三种常用的方法加固RC列包括混凝土和/或钢鞭打和fiber-strengthened聚合物(FRP)外套。所有这些方法都导致了一个有效的钢筋混凝土柱的承载力。这项研究是指钢筋混凝土柱受轴向压缩载荷加载负载下加固钢鞭打。加强现有的钢柱预压下通过焊接钢板经常呈现(1,2),但几乎没有任何研究预压下的钢筋混凝土柱的存在。一些研究人员(3- - - - - -10]连锁复制一个实验测试的结果在某些RC列强化钢的角度外套没有预压下轴向载荷。有目击者证实的外套钢提高加固钢筋混凝土柱的破坏载荷。
因为现有的实验研究3- - - - - -10忽略了预压的影响,发现加强完成后在轴向载荷能力,依赖于已经存在的研究问题的准确预测轴向载荷能力鞭打着钢筋与钢筋混凝土柱在预加载。此外,现有的代码ACI委员会31811)和Eurocode 4 (12]只预测轴向负荷能力,基于复合提供结构没有预压效果。
其他的研究(13- - - - - -16),使用有限元建模表明,RC成员的行为可以精确模拟,特别是RC成员加强的钢铁鞭打。同时,开展实验研究考虑所有的参数影响的极限容量负载是不明智的,特别是如果加强预压下。因此,有必要开发一种特殊的有限元模型,该模型可用于模拟钢筋混凝土柱钢筋钢鞭打和预加载每个参数的行为进行调查。
而预测钢筋混凝土柱的轴向负荷能力,强化钢铁外套,有必要考虑上述因素和预压下。在这个研究中,建立了有限元仿真模型在三维目标预测钢铁jacketing-reinforced RC柱的轴向负荷能力,没有预加载。研究结果的基础上派生的参数研究,拟采取预测模型考虑预加载在负载能力的影响与钢jacketing-fortified RC列。此外,实验结果的测试进行RC列作为反映在文献综述(3,4)聚集使用相同的验证分析结果的精度通过有限元程序(ANSYS-15) [17]。
2。现有的模型
许多作者介绍了设计模型类似的问题。然而,Campione [5),ACI委员会31811),和Eurocode 4 (12)报道,轴向负荷能力而设计的钢jacketing-reinforced RC柱的基本计算 在哪里 , ,和代表的贡献混凝土、钢筋和钢鞭打,分别。
ACI委员会318年[提供的模型11),大部分已经存在的模型,实现了方程计算下面设计钢筋混凝土柱的轴向负荷能力没有加强:
为设计、ACI规范允许使用因素,如 , 和0.80等效矩形应力分布来代替更多的混凝土应力分布和安全设计。如果有必要预测失败的轴向负荷能力,那么方程来制定
如上所述,Eurocode 4 (12),钢筋混凝土柱的极限载荷能力强化钢外套作为组合截面是由下列方程表示: 在哪里塑料压缩阻力; , ,和是钢的横断面域鞭打,混凝土、钢筋、相应;和和在一起是他们的设计值特征优势。对于钢管混凝土部分,系数0.85可能取而代之的是1.0,所以方程(4)将减少
然而,一些作者提出的模型来获得一个精确的方程为钢筋混凝土柱的轴向负荷能力增强钢角鞭打和水平钢平台。
Campione [5声明一个解析表达式,预测与钢加固钢筋混凝土柱的轴向负荷能力角度和带外套。最后是由轴向负荷能力 在哪里显示了约束混凝土的抗压强度代表一个无量纲的比率存在的轴向力在垂直钢角鞭打。
3所示。ANSYS有限元模型研究
3.1。具体的建模和属性
而做一个分析,FE (ANSYS)采用的商业计划。建模的具体,65固体元素使用ANSYS-15 [17]。这样一个元素包含8节点一起自由3度之间的每一个节点中的翻译和节点x,y,z的方向。同时,这样的一个元素可以导致变形的塑料,打破3正交方向同时破碎。具体建模,模拟真实的具体行为,ANSYS需要线性和多重线性各向同性物质特征归心,连同几个补充具体物质的属性。
剪切转移系数β,有关破解面临的状态17]。系数值的范围从0.0到1.0,0.0,1.0和0.0代表顺利裂纹,表明一个粗略的裂纹(13,14]。一个开放的系数,βt= 0.2,封闭裂缝系数,βc= 0.8,被研究的手(15]。计算混凝土的弹性模量可以进行使用以下方程:
单轴拉伸应力的计算可以由以下方程:
0.2应用的混凝土的泊松比。抗压的计算混凝土单轴应力-应变值可以通过方程(9)[16]: 弹性模量在哪里吗 ,抗压强度是 ,和拉应力 ,在MPa;在弹性应变(应力 )在弹性范围内 ; 是应变极限圆柱体抗压强度, ;和应力在任何应变吗 。
3.2。加强钢铁、角钢,钢板建模和特征
ANSYS-15 SOLID186元素(17)是用于建模钢加强,角钢,钢板。SOLID186高阶是一个3 d 20-node固体元素,显示如何二次位移行为。这个元素的定义是由20节点在每个节点独立3度。这个元素还协助塑性、蠕变、超弹性大挠度,加劲压力,和更大的应变能力。此外,它带有混合的能力制定模拟弹塑性材料的变形几乎不可压缩超弹性的材料,完全可压缩。SOLID186是一个相同结构坚固,非常适合建模不对称网格。钢筋、钢角,和钢铁板块集成到有限元模型将线性弹性的材料连同有关210 GPa弹性模量和泊松比为0.3。屈服应力是另一件事取决于元素的使用。
网格元素的最大大小为20毫米长,高度10毫米,10毫米宽。钢筋和混凝土之间的联系是建模使用一组TARGE170和CONTA174接触元素(17),函数的基础上库仑摩擦模型。
3.3。与结构有关的模型研究
17 RC柱(可变截面和高度)暴露在轴向加载被认为在目前的研究。列被分成两组:第一组:根据以前公布的工作(包括四列3,4),如图1检查作证,有限元模型的正确度。第二组:由13列与不同比例的预加载预压下加强专栏,进行了分析,提出一个新的模型预测钢筋混凝土柱的轴向负荷能力,鞭打着钢筋。表1和2展示的关键材料和几何特征的测试数据。
4所示。有限元建模与实验结果的比较
仔细观察有限元模型的有效性和可靠性,全面验证了利用一连串的实验数据中存在的背景文献。数据库考虑包含四个实验测试的结果,测试结果一起2列没有钢筋和2列上加强钢角鞭打。的关键材料,以及实验数据的几何特征,总结在表1和2。
表3说明了大量的失败包括两个实验的结果和分析还显示它们之间的比率。图2通过实验和分析图形比较值派生。表和图的平均值作为符合1.003,变异系数为3.16%,相关系数为0.987。给定值说明有限元模型是一个很好的匹配从统计的角度来看,它可以观察到所有RC列有或没有加强配置处理而进行分析。
数据3和4贝尔曲线显示的负载是流离失所的标本用于实验和结果有限元建模。一个比较加载位移的曲线达到实验的结果与从有限元模型获得的RC列有或没有加强注意它们之间的一个很好的匹配。
有限元模型的方式处理所有标本一起变形形状,加载失败,失效模式被记录。数据5和6说明了变形、失效模式和实验标本位置和相应的有限元建模。当比较变形、失效模式和地点从实验获得的结果与从钢筋混凝土有限元模型获得的列有或没有加强,它也可以观察到一个很好的匹配。
5。预测钢筋混凝土柱的预压下轴向载荷能力建立在有限元的模拟
对评估的影响参数的轴向负荷能力,进行了参数研究。这些参数合并列维度,混凝土强度,截面的区域和钢的屈服应力强化,区域的横截面和压力产生的钢铁外套,和预压的百分比。与此同时,从Eurocode 4典型12)是用于比较。
5.1。轴向载荷位移的行为
数据7和8说明轴向载荷和列轴向位移是相互关联的。一般来说,最终的负载的增加,当钢外套加强使用。预压加固钢筋混凝土柱时,极限荷载增加预压时减少。
5.2。预测钢筋混凝土柱的轴向负荷能力基于有限元模拟
通过参数考虑在目前的研究中,可以计算钢筋混凝土柱的轴向负荷能力通过增加混凝土的法向力和法向力钢筋,独立对RC柱没有加强。此外,通过添加钢鞭打贡献对钢筋混凝土柱的支持力,ACI的程序委员会31811)和Eurocode 4 (12)一个很好的匹配。因此,钢筋混凝土柱的轴向负荷能力是铰接的总3正常成分一致的国际公认的程序纳入方程(2)。表4展示了RC柱参数评价在当前研究和最终的轴向负荷,来自有限元模拟和分析。预测关于轴向载荷能力由Eurocode 4 (12)设计模型提出了表中可以看到4。
铁的评价结果的可靠性,研究结果达到Eurocode 4(建议的设计模型12)与有限元模拟的结果相比,如图9。Eurocode之间的相同的预测模型和钢筋混凝土柱的有限元模拟可以看出没有预加载。在这个图中,平均值是0.998,相应的变异系数为2.01%,相关系数为0.99。上述值表明,有限元模型是一个很好的匹配,它可以观察到所有RC列Eurocode 4没有与预测预压值(12)模型。否则,对于预加载的钢筋混凝土柱,均值1.199,符合代表变异系数为13.58%,相关系数为0.33;这些值表明,预报值Eurocode 4 (12)模式太远离从有限元模拟获得的值。所以Eurocode模型需要修改考虑预加载时加强。
有限元模拟的基础上17 RC列,澄清了之前关于轴向载荷能力的增长,注册在预压的波动变化百分比;因此,提高轴向载荷能力之间的关系和比例的预加载框架在方程(10),方程的多项式预压的百分比的比率之间的关系的最终破坏载荷控制钢筋混凝土柱( )和比例的钢铁外套从有限元模拟获得应力和屈服应力( ),如图10:
方程(5),这是使用在大多数流行的模型预测钢筋混凝土柱的轴向负荷能力没有加强,和提出的新模型方程(10)预测钢鞭打预压下压力。最近提出的新模型预测的轴向负荷能力,可以应用于钢筋混凝土柱非固有地鞭打着钢筋加强制定本法下列方程:
6。结论
有限元仿真模型的引入了预测钢的贡献鞭打RC柱的轴向负荷能力。有参数研究进行评估的影响几个参数对轴向载荷的能力和RC列相关的失效模式。调查结果来自FE模型受到与结果达到从以前出版的文献中提到的工作,涉及不同的结构,关于测试的几何图形。有一个提议的新模型,该模型考虑了参数。在本研究的基础上,给出了结论如下:(1)与实验结果相比,有限元模型被认为是更准确的预测失败的模式,确定轴向负荷能力。的平均值由钢1.003列加强鞭打或没有加强。相应的变异系数为3.16%,相关系数为0.987。(2)评估与设计模型获得的结果在Eurocode 4 (12)与有限元模拟的结果;之间有一个很好的匹配预测Eurocode模型没有预压和钢筋混凝土柱的有限元模拟。(3)新模型方程(10)可以预测钢鞭打应力和钢筋混凝土柱的轴向负荷能力加强的钢铁预压下外套。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者要感谢院长以来Majmaah大学科学研究支持这项目没有下工作。1440 - 48。