Тест на разрушение колонн с повышенной осевой нагрузкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

УН

Тест на разрушение колонн с повышенной осевой нагрузкой

Сидоров М.Е., Симокава С., Такэда Т., Сайто С., Миядзима К., Накамура Т.

Ниигата Япония

Аннотация

Исследование посвящено изучению поведения ЖБ колонн под нагрузкой в сейсмоопасных районах при различных способах загружения, появление которых возможно при сейсмических нагрузках, воспринимаемых зданием. Для достижения цели в лаборатории унивеститета г. Ниигата Япония были испытаны образцы с созданием условий загружений близких к реальным.

Ключевые слова: Колонна, сейсмика, загружение, разрушение, сдвиг, осевая нагрузка, горизонтальная нагрузка, армирование.

Введение

Многие железобетонные (ЖБ) здания с хрупкими колоннами подвергаются опасности разрушения в случае обрушения колонн после смещения от будущих землетрясений. В пространственных рамах, когда хрупкие колонны сильно повреждены, часть осевой нагрузки, воспринимаемой колоннами, перераспределяется на соседние колонны через балки (рис.1). Другими словами, осевая нагрузка первых поврежденных колонн уменьшается, тогда как осевая нагрузка соседних колонн увеличивается больше, чем исходное значение. Ранее испытания с увеличенной осевой нагрузкой еще не проводились. В результате увеличения осевой нагрузки целостность колонн будет ухудшаться, так что они подвержены обрушению. Однако процесс такого разрушения все еще неясен. Это исследование направлено на исследование влияния увеличения осевой нагрузки на поведение разрушения колонн. Образцы уменьшенных колонок были изготовлены и загружены горизонтальной нагрузкой до потери несущей способности от осевой нагрузки при увеличении осевой нагрузки и постоянной осевой нагрузки. Полученные результаты полезны для точной оценки изменения сейсмических характеристик ЖБ зданий с перераспределением осевой нагрузки.

Рис. 1. Схема загружения осевой (вертикальной) нагрузкой

Испытание

Два образца колонн были изготовлены и спроектированы таким образом, чтобы обеспечить деформации при изгибе. В таблице 1 приведены характеристики образцов. Два экземпляра имеют одинаковые характеристики армирования и историю загружения, но разные методы загружения осевой нагрузкой. Детали армирования и поперечное сечение образцов колонн показаны на рисунке 2 (рис. 2). Высота колонны составляла 1200 мм, площадь поперечного сечения колонны составляла 300 ммх300 мм, а отношение высоты к толщине составляло 4,0. Процент продольного армирования (pg), определяемый как общая площадь основной арматуры, разделенная на площадь поперечного сечения колонны, составлял 1,69%. Процент поперечного армирования (pw) составлял 0,21%. Прочность бетона составляла 25,6 Н/мм2. Предел текучести сталей для продольной и поперечной арматуры составлял 364 Н/мм2 и 423 Н/мм2 соответственно.

Таблица 1. Характеристики образцов

Сравнивались образцы с увеличенной и постоянной осевой нагрузкой. Контрольными переменными были отношение осевого напряжения. Обратите внимание, что коэффициент осевого напряжения определяется как осевая нагрузка, умноженная на прочность бетона, умноженную на площадь поперечного сечения колонны. Для образцов с увеличенной осевой нагрузкой (табл. 1, FS2-3D) начальное отношение осевого напряжения составляло 0,2. Соотношение осевого напряжения увеличилось до 0,3 во время загрузки. Перемещение при увеличении осевой нагрузки составлял 0,75%. Осевая нагрузка была увеличена до максимальной нагрузки, когда перемещение было небольшим. Для образцов с постоянной осевой нагрузкой отношение осевых напряжений составляло 0,2 и 0,3 для образцов FS2 и FS3 соответственно (табл. 1). Здесь осевые отношения напряжений = 0,2 и 0,3 совпадают с начальным и увеличенным отношением осевого напряжения образцов с увеличенной осевой нагрузкой соответственно. В таблице 1 также указаны усилия сдвига и прочности на изгиб, рассчитанные для каждого образца с использованием обычного метода в Японии.

Рисунок 3 иллюстрирует испытательное устройство, которое реализует деформацию с знакопеременной горизонтальной нагрузкой (рис. 3). Образцы были загружены в горизонтальном направлении при увеличенной или постоянной осевой нагрузке. Испытания прекращались, когда образцы не выдерживали предписанную осевую нагрузку Что касается истории загружения, то мы использовали циклические нагрузки. Образцы, наконец, загружались в положительное направление до тех пор, пока образцы могли воспринимать осевую нагрузку.

Рис. 3. Испытательный стенд

Результаты исследования

Все образцы не выдерживали сдвига после изгиба и потеряли свою осевую несущую способность. Ниже приведено описание разрушения для сравнения образцов FS-2-3D и FS2.

Рис. 4 и 5 показаны горизонтальная нагрузка и отношения горизонтального перемещения для образцов FS2-3D и FS2 соответственно. На рисунке 6 показаны горизонтальные смещения и отношения осевой деформации для двух образцов. Перемещения и осевые деформации были разделены на высоту колонны. На рисунке 4 показаны этапы повреждения, наблюдаемые при обрушении для образцов FS2-3D и FS2.

FS2-3D

Соотношение осевых напряжений увеличилось до 0,3 от 0,2, когда горизонтальное смещение достигло 0,75%. Снижение прочности после увеличения осевой нагрузки было большим. Смещение опор (перекрытий) в горизонтальной плоскости при разрушении составило 1,79%. Осевая деформация при разрушении составляла 0,15%. Разрушение сопровождалось смещением на конце колонны (рис. 4).

FS2

Коэффициент осевого напряжения составлял 0,2 (постоянная осевая нагрузка). Смещение опор (перекрытий) в горизонтальной плоскости при разрушении составило 5,83%. Осевая деформация при разрушении составила 0,25%. Разрушение сопровождалось разрушение колонны по всей длине с расслоением на отдельные элементы (рис. 4).

Рис. 4. Фотофиксация этапов повреждения (при разрушении): а - FS2-3D (Смещение = 1.79%);b - FS2 (смешение = 5.83%)

Горизонтальное смещение опор (перекрытий) при разрушении было меньше в колоннах с увеличенной осевой нагрузкой (FS2-3D: 1,79%), чем в колоннах с постоянной осевой нагрузкой (FS2: 5,83%). В первом случае было в 0,31 раза меньше второго. Осевая деформация при разрушении была меньше в колоннах с увеличенной осевой нагрузкой (FS2-3D: 0,15%), чем в колоннах с постоянной осевой нагрузкой (FS2: 0,25%) (рис. 5, 6, 7). В первом случае было 0,6 раза меньше последнего. Таким образом, колонны, для которых увеличивалась начальная осевая нагрузка, показали меньшее горизонтальное смещение и разрушение тела колонны путем расслоения на отдельные элементы по вдоль тела и осевую деформацию при разрушении, чем колонны, для которых начальная осевая нагрузка была постоянной. Эти результаты показывают, что осевая нагрузка приближенная к разрушающей (увеличенная осевая нагрузка) значительно влияет на разрушение.

Рис. 5. Зависимость Загружения и разрушения (FS2-3D) Рис. 6. Зависимость Загружения и разрушения (FS2 Рис. 7. Зависимость осевого смещения от горизонтального

Выводы

Исследован эффекты увеличения осевой нагрузки на разрушение тела колонн при горизонтальных перемещениях опор из-за перераспределения осевой нагрузки в пространственных рамах. Основные выводы этого исследования приведены ниже.

Колонны, для которых увеличилась начальная осевая нагрузка, в меньшей степени подвержены разрушению и осевой деформации при разрушении, чем столбцы, для которых начальная осевая нагрузка была постоянной. железобетонный колонна сейсмический загружение

Осевая нагрузка (увеличенная осевая нагрузка) близкая к критической значительно влияет на поведение колонны при разрушении.

Библиографические ссылки на источники

1. Японская ассоциация по предотвращению стихийных бедствий. Стандартная оценка сейсмической уязвимости. Оценка существующих железобетонных зданий (на японском языке), 300 с., 1977, пересмотренная в 1990 и 2001 годах.

2. Японская ассоциация по строительству. Профилактика стихийных бедствий. Руководство по проектированию сейсмической реконструкции для существующих железобетонных зданий (на японском языке), 377 с. 1977, пересмотрено в 1990 и 2001 годах.

3. Японская ассоциация по предотвращению стихийных бедствий. Стандарт для инспекции после землетрясения и рекомендации по ремонту и технологии усиления (на японском языке), 122 стр., 1991 год.

Размещено на Allbest.ru