Jump to content

Выгибающее или сжимающее действие мембраны в железобетонных плитах

Идеализация сил действия свода в плите с поперечным удержанием

Мембранное действие выгибания или сжатия (CMA) в железобетонных плитах возникает в результате большой разницы между на растяжение и сжатие прочностью бетона . Растрескивание бетона вызывает миграцию нейтральной оси, сопровождающуюся расширением плиты в плоскости по ее границам. Если эту естественную тенденцию к расширению сдерживать, развитие сводящего действия увеличивает прочность плиты. Термин «выгибание» обычно используется для описания явления выгибания в односторонних перекрытиях, а действие сжимающей мембраны обычно используется для описания явления выгибания в двусторонних перекрытиях.

Силы действия арки в балочном и плитном настиле моста

Эффект повышения прочности арочного действия в железобетонных перекрытиях был впервые обнаружен в начале прошлого века. [1] Однако так продолжалось до полномасштабных испытаний на разрушающую нагрузку, проведенных Оклстоном. [2] [3] в Старой стоматологической больнице в Йоханнесбурге действительно оценили степень увеличения силы, вызванную выгибанием дуги. В этих испытаниях разрушающие нагрузки в 3–4 раза превышают прогнозируемые теорией линии текучести. [4] были получены.

Повышение прочности выгибающего действия (CMA) в полосе плиты, закрепленной в поперечном направлении

Подходы к лечению выгибательного действия (CMA)

[ редактировать ]

С 1950-х годов было предпринято несколько попыток разработать теории выгибания как одно-, так и двусторонних плит. [5] [6] [7] Один из основных подходов к мембранному действию заключался в том, что благодаря Парку [8] который использовался в качестве основы для многих исследований изгиба плит. Подход Парка был основан на теории жесткой пластиковой пластины и требовал допущения о критическом отклонении половины глубины плиты при разрушении. Подход Пака позже был расширен компанией Park and Gamble. [9] в своем методе прогнозирования реакции пластической нагрузки и деформации латерально закрепленных плит.

В 1971 году Американский институт бетона [10] выпустил специальную публикацию, в которой были представлены новейшие на тот момент исследования по изгибающему и сжимающему действию мембран в железобетонных плитах.

Всесторонний обзор литературы и исследований как жесткопластических, так и упругопластических подходов к арочному изгибу был составлен Брэструпом. [11] и Брэструп и Морли. [12] Лахлу и Уолдрон [13] были одними из первых исследователей, добившихся определенного успеха в моделировании этого явления методом конечных элементов. В 1993 году Куанг и Морли [14] представил подход к пластичности, который включал влияние сжимающего действия мембраны на прочность на сдвиг бетонных плит с поперечной фиксацией.

Подход Соединенного Королевства к CMA при проектировании настила моста

[ редактировать ]

В Соединенном Королевстве метод, разработанный Киркпатриком, Ранкином и Лонгом, [15] в 1984 г. и подтверждено испытаниями полномасштабного моста в 1986 г. [16] впервые привело к введению новых правил экономичного проектирования железобетонных балок и плит мостовых настилов в Северной Ирландии . [17] Позднее концепция и метод были включены Агентством автомобильных дорог Соединенного Королевства в британское руководство по проектированию дорог и мостов BD 81/02 «Использование сжимающей мембраны в мостовых настилах». [18] Использование этой методологии CMA обычно приводит к существенной экономии армирования в плите балки и плитах мостового настила при условии соблюдения определенных ограничений и граничных условий.

Разрушение балок и плит мостового настила
Рисунок трещин на верхней поверхности зоны разрушения при штамповке при испытании настила модельного моста [19]
Рисунок трещин на нижней поверхности зоны разрушения при штамповке при испытании настила модельного моста [19]

Киркпатрик, Ранкин и Лонгс [15] Подход к прогнозированию повышенной прочности плит мостового настила на продавливание был основан на уравнении прогнозирования продавливания, полученном Лонгом. [20] для режима сдвига разрушения при продавливании в сочетании с эффективным коэффициентом армирования, который представляет собой усиление силы выгибания. Эффективный коэффициент армирования определялся по максимальному моменту сопротивления арки в жестко закрепленной бетонной плите, который Рэнкин [21] для бетонных плит с боковым закреплением был взят из работы Макдауэлла, Макки и Севина. [22] Теория деформации арочного действия для каменных стен. Для расчета максимального изгибающего момента сопротивления бетонных плит пролетного строения моста, закрепленных в поперечном направлении, использовалась формула Рэнкина. [21] идеализированный критерий упруго-пластического напряжения для бетона, действительный для бетонных цилиндров с прочностью не менее 70 Н/мм. 2 , который он вывел на основе данных Хогнестада, Хэнсона и МакГенри. [23] Коэффициенты предельного параболического напряжения для бетона.Экранизация книги Киркпатрика, Рэнкина и Лонга [15] метод прогнозирования прочности на продавливание для плит пролетного строения мостов, закрепленных в поперечном направлении, приведенный в BD 81/02, [18] резюмируется следующим образом:

Эквивалентная прочность цилиндра бетона, , определяется:

( Уравнение 1 )

Величина пластической деформации, , идеализированного упругопластического бетона определяется выражением:

( Уравнение 2 )

Безразмерный параметр, , для изгибающего момента сопротивления определяется выражением:

( Уравнение 3 )

Чтобы рассматривать плиту как ограниченную, должно быть меньше 0,26. Если превышает 0,26, то плиту настила следует рассматривать как незакрепленную.

Безразмерный коэффициент изгибающего момента, , определяется:

( Уравнение 4 )

Эффективный коэффициент армирования, , определяется:

( Уравнение 5 )

Прогнозируемая предельная пробивная нагрузка для одного колеса, (N), определяется как:

( Уравнение 6 )

где:

  • = средняя эффективная глубина растягиваемой арматуры (мм)
  • = характеристическая прочность бетонного куба (Н/мм 2 )
  • = общая глубина плиты (мм)
  • = половина пролета полосы перекрытия с ограничителем (мм)
  • = диаметр нагруженной зоны (мм)
  • = частичный коэффициент запаса прочности

Дополнительные подробности о создании метода и о том, как действовать в ситуациях с нежестким боковым удержанием, даны Рэнкином. [21] и Рэнкин и Лонг. [24] Лонг и Рэнкин [25] утверждают, что концепции арочного или сжимающего действия мембраны в балочных и плитных настилах мостов также применимы к конструкциям из плоских плит и ячеистого железобетона, где также может быть достигнуто значительное повышение прочности по сравнению с прогнозами проектных норм.

Исследования изгибающего или сжимающего действия мембран продолжались на протяжении многих лет в Королевском университете в Белфасте благодаря работе Niblock, [26] [27] который исследовал влияние CMA на равномерно нагруженные плиты с поперечной фиксацией; Коньки, [28] который исследовал CMA в ячеистых бетонных конструкциях; Раддл, [29] [30] который исследовал выгибание прямоугольных и тавровых балок с боковым защемлением ; Пил-Кросс, [31] который исследовал CMA в строительстве композитных плит перекрытия; Тейлор [32] [33] [34] который исследовал CMA в высокопрочных бетонных плитах мостового настила, и Шаат [35] который исследовал CMA с использованием методов анализа конечных элементов (FEA). Полное руководство по действию сжимающих мембран в бетонных настилах мостов было составлено Тейлором, Ранкином и Клеландом в 2002 году. [36]

Североамериканский подход к CMA при проектировании пролетов мостов

[ редактировать ]

В Северной Америке был принят более прагматичный подход, и исследования действия сжимающих мембран в первую очередь возникли благодаря работе Хьюитта и Бэтчелора. [37] и Бэтчелор и Тиссингтон [38] в 1970-е годы. Они провели обширную серию полевых испытаний, которые привели к введению эмпирического метода проектирования в Правила проектирования автомобильных мостов Онтарио в 1979 году. [39] Для этого требовалось минимальное изотропное армирование (0,3%) в плитах настила моста при условии соблюдения определенных граничных условий. В 1990-х годах Муфтий и др. [40] расширил это исследование и показал, что значительное повышение долговечности плит с поперечной фиксацией может быть достигнуто за счет использования плит настила, армированных волокном, без стальной арматуры. Позже Муфтий и Ньюхук [41] адаптировал книгу Хьюитта и Бэтчелора [37] Модель для разработки метода оценки предельной несущей способности плит перекрытия, армированных фиброволокном, с использованием внешних стальных лент для обеспечения бокового закрепления.

  1. ^ Вестергаард, Х.М. и Слейтер, В.А., «Моменты и напряжения в плитах», Труды Американского института бетона, 1921, Vol. 17, стр. 415–538.
  2. ^ Оклстон, А.Дж., «Испытания нагрузки трехэтажного здания в Йоханнесбурге», Инженер-строитель, 1955, Vol. 33, октябрь, стр. 304–322.
  3. ^ Оклстон, А.Дж., «Арочное действие в железобетонных плитах», Инженер-строитель, 1958, Том. 36, № 6, стр. 197–201.
  4. ^ Йохансен, К.В., «Brudlinieteorier», июль Гьеллерупс Форлаг, Копенгаген, 1943, 191 стр. (Теория предела текучести», перевод Ассоциации цемента и бетона, Лондон, 1962).
  5. ^ Вуд, Р.Х., «Пластическая и упругая конструкция плит и пластин», Темза и Гудзон, Лондон, 1961.
  6. ^ Кристиансен, К.П., «Влияние мембранных напряжений на предел прочности внутренней панели железобетонной плиты», The Structural Engineer, 1963, Vol. 41, № 8, стр. 261–265.
  7. ^ Лейбенберг, AC, «Действие арки в бетонных плитах», Бюллетень Национального института строительных исследований, 1966, № 40. Отчет об исследовании CSIR № 234, Претория, Южная Африка.
  8. ^ Парк, Р., «Предельная прочность прямоугольных бетонных плит при кратковременной равномерной нагрузке с краями, удерживающимися от бокового смещения», Proceedings Instn. Гражданский. Engrs, Том 28, июнь 1964 г., стр. 125–150.
  9. ^ Парк, Р. и Гэмбл, У.Л., «Железобетонные плиты», Wiley Interscience, Нью-Йорк, 1980, стр. 562–612.
  10. ^ Американский институт бетона, «Растрескивание, прогиб и предельная нагрузка систем бетонных плит», SP-30, Детройт, 1971, 382 стр.
  11. ^ Брэструп, М.В., «Эффект купола в железобетонных плитах: жесткопластический анализ», J. Struct. Отделение, Proc Am. Соц. Гражданский. Энгрс, 1980, Том 106, № СТ6, стр. 1237–1253.
  12. ^ Брэструп, М.В. и Морли, Коннектикут, «Эффект купола в железобетонных плитах: упругопластический анализ», J. Struct. Отделение, Proc Am. Соц. Гражданский. Энгрс, 1980, Том 106, № СТ6, стр. 1255–1262.
  13. ^ Лахлу, Э.Х. и Уолдрон, П., «Мембранное действие в односторонних пластинчатых полосах», Proc. Инстн. Гражданский. Engrs, Structs & Bldgs, 1992, том 94, ноябрь, стр. 419–428.
  14. ^ Куанг, Дж. С. и Морли, Коннектикут, «Модель пластичности для продавливания бетонных плит с боковым удержанием и действием сжимающей мембраны», International Journal of Science, Vol. 35, № 5, 1993, стр. 371–385.
  15. ^ Перейти обратно: а б с Киркпатрик Дж., Рэнкин Г.И.Б. и Лонг А.Е., «Оценка прочности плит настила моста с М-образными балками», The Structural Engineer, Vol. 62B, № 3, сентябрь 1984 г., стр. 60–68.
  16. ^ Киркпатрик Дж., Рэнкин ГИБ и Лонг А.Э., «Влияние действия сжимающей мембраны на работоспособность балочных и плитных мостовых настилов», The Structural Engineer, Vol. 64B, № 1, март 1986 г., стр. 6–9 и 12.
  17. ^ Департамент окружающей среды, Северная Ирландия, «Проектирование настилов мостов с М-образными балками», Поправка № 3 к Кодексу проектирования мостов, Штаб-квартира дорожной службы Северной Ирландии, март 1986 г., 11.1–11.5.
  18. ^ Перейти обратно: а б Агентство автомобильных дорог Соединенного Королевства, «Использование сжимающего мембранного действия в настилах мостов», Руководство по проектированию дорог и мостов, Том. 3, раздел 4, часть 20, БД 81/02, 2002 г.
  19. ^ Перейти обратно: а б Киркпатрик, Дж., «Аналитическое поле и модельное исследование мостовых настилов с М-образными балками», докторская диссертация, факультет гражданского строительства, Королевский университет Белфаста, 1982, 330 стр.
  20. ^ Лонг, А.Е., «Двухэтапный подход к прогнозированию прочности плит на продавливание», Журнал Американского института бетона, Труды, Том 72, № 2, февраль 1975 г., стр. 37–45.
  21. ^ Перейти обратно: а б с Рэнкин, ГИБ, «Разрушение при продавливании и сжимающее действие мембраны в железобетонных плитах», докторская диссертация, факультет гражданского строительства, Королевский университет Белфаста, 1982, 334 стр.
  22. ^ Макдауэлл. Э.Л., Макки, К.Е. и Севин. E. «Теория арочного действия каменных стен», Журнал структурного отдела, Труды, Американское общество инженеров-строителей, 1956, 82, № ST2, 915-1–915-18.
  23. ^ Хогнестад, Э., Хэнсон, Н.В. и МакГенри, Д., «Распределение напряжений в бетоне при расчете предельной прочности», Журнал Американского института бетона, Труды, Том 52, № 6, декабрь 1955 г., стр. 455–479.
  24. ^ Рэнкин, ГИБ и Лонг, А.Е. (1997), «Повышение прочности при выгибании в полосах плит с боковым удержанием», Proc. Инстн. Гражданский. Engrs Structs & Bldgs, 122, ноябрь, стр. 461–467.
  25. ^ Лонг, А.Е. и Рэнкин, ГИБ, «Реальная прочность и надежность железобетонных конструкций», Материалы конференции по сохранению инженерных конструкций, Институт инженеров-строителей / Королевский институт британских архитекторов, 1989, стр. 47–58.
  26. ^ Ниблок, Р., «Действие мембраны на сжатие и предельная несущая способность равномерно нагруженных железобетонных плит», докторская диссертация, Королевский университет Белфаста, 1986.
  27. ^ Рэнкин, ГИБ, Ниблок, Р.А., Скейтс, А.С. и Лонг, А.Е., «Повышение прочности мембраны на сжатие в равномерно нагруженных, латерально закрепленных плитах», The Structural Engineer, Том 69, № 16, 20 августа 1991 г., стр. 287– 295.
  28. ^ Скейтс, А.С., Разработка метода проектирования систем закрепленных бетонных плит, подвергающихся концентрированным и равномерным нагрузкам, докторская диссертация, Королевский университет Белфаста, 1987.
  29. ^ Раддл, Мэн, «Арочное действие и предельная несущая способность железобетонных балок», докторская диссертация, Королевский университет Белфаста, февраль 1989 г.
  30. ^ Раддл М.Е., Рэнкин Г.И.Б. и Лонг А.Е., «Повышение прочности на изгиб и сдвиг в прямоугольных и тавровых балках», Труды Института инженеров-строителей, журнал «Строки и здания», 156, выпуск 1, февраль 2003 г., стр. 63– 74.
  31. ^ Пил-Кросс, Р.Дж., Рэнкин, ГИБ, Гилберт, С.Г. и Лонг, А.Е., «Действие сжимающей мембраны в композитных плитах перекрытия в Cardington LBTF», Труды Института инженеров-строителей, журнал «Строки и здания», 146, выпуск 2 , май 2001 г., стр. 217–226.
  32. ^ Тейлор, SE, «Действие сжимающей мембраны в высокопрочных бетонных плитах мостового настила», докторская диссертация, Королевский университет Белфаста, январь 2000 г.
  33. ^ Тейлор, С.Э., Рэнкин, ГИБ и Клеланд, DJ, (2001) «Арочное действие в высокопрочных бетонных плитах», Труды Института инженеров-строителей, конструкций и зданий, Том 146, выпуск 4, ноябрь 2001 г., стр. 353 –362
  34. ^ Тейлор С.Э., Рэнкин Б., Клеланд Д.Д. и Киркпатрик Дж., «Эксплуатационная надежность плит мостового настила с выгибанием», Структурный журнал Американского института бетона, Vol. 104, № 1, январь – февраль 2007 г., стр. 39–48.
  35. ^ Шаат, AJS, «Реальная прочность железобетонных плит с боковым удержанием», докторская диссертация, Королевский университет Белфаста, 2005 г.
  36. ^ Тейлор, С.Э., Рэнкин, ГИБ и Клеланд, DJ, «Руководство по действию сжимающей мембраны в бетонных настилах мостов», Технический документ 3, Concrete Bridge Development Group, Камберли, Суррей, 2002, 46 стр.
  37. ^ Перейти обратно: а б Хьюитт, Б.Е. и Бэтчелор, Б. де В., «Сопротивление продавливанию закрепленных плит», J. Struct. отд., учеб. ASCE, Том. 101, № ST9, сентябрь 1975 г., стр 1837–1853.
  38. ^ Бэтчелор, Б. де В. и Тиссингтон, И. Р., «Прочность на сдвиг двусторонних мостовых плит», J. Struct. отд., учеб. ASCE, Том. 102, № ST12, декабрь 1976 г., стр. 2315–2331.
  39. ^ Министерство транспорта и связи Онтарио, «Правила проектирования автомобильных мостов Онтарио», 1979, Торонто, Онтарио, Канада.
  40. ^ Муфтий А.А., Джагер Л.Г., Бахт Б. и Вегнер Л.Д., «Экспериментальное исследование фибробетонных плит настила без внутренней стальной арматуры», Canadian Journal of Civil Engineering, 1993, Vol. 20, № 3, стр. 398–406.
  41. ^ Муфтий, А.А. и Ньюхук, Дж.П., «Сопротивление продавливанию закрепленных плит мостового настила», ACI Structures Journal, 1998, 8 (3), стр. 375–381.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 88e2e08a1cf32729245d0fb6621080e9__1644864900
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/88/e9/88e2e08a1cf32729245d0fb6621080e9.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Arching or compressive membrane action in reinforced concrete slabs - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)