Plieninio pluošto gelžbetonis (SFRC) tunelio apmušimui
Pluošto ištraukimo elgsena tiriama eksperimentiškai, atsižvelgiant į tokius veiksnius kaip pluošto forma, dydis ir polinkio kampas. Be to, tolesniuose skyriuose pateikiami eksperimentai ir atitinkami skaitmeniniai modeliai, sukurti siekiant visiškai apibūdinti plieno pluošto betono pamušalą.
2. Plieninio pluošto betonas veikiant vietinei apkrovai
Kaip minėta įžangoje, statybos ir galutinių etapų metu apmušalų segmentus veikia labai koncentruotos apkrovos (ty vietinės apkrovos). Atsirandantys įtrūkimų tempimo įtempiai dažnai yra lemiamas konstrukcijos veiksnys ir turi būti atsparūs tinkama armatūra. Plieno pluoštu armuoto betono naudojimas gali padidinti laikomąją galią ir teigiamai paveikti lūžimo elgesį tokiomis koncentruotomis apkrovomis. Siekiant realizuoti optimalų plieninio pluošto betono pritaikymą, ypač pamušalo segmentuose, buvo atliktas sisteminis eksperimentinis ir skaitinis plieninio pluošto betono laikomumo ir trūkimo elgsenos tyrimas esant dalinei zoninei apkrovai.
(1) Eksperimentiniai SFRC tyrimai veikiant vietinei apkrovai
Siekiant apibūdinti SFRC laikomąją ir lūžimo elgseną esant vietinei regioninei apkrovai, buvo atliktas plataus masto eksperimentas, apimantis su pluoštu nesusijusius ir su pluoštu susijusius skirtingus parametrus. Su pluoštu nesusiję kintamieji apima betono stiprumą, bandinio dydį, ploto santykį ir apkrovos ekscentriškumą. Be to, atsižvelgiama į vietines paviršiaus apkrovas, paskirstytas erdviškai (ty taškinės apkrovos) ir areally (ty juostos apkrovos), atsižvelgiant į dvi svarbias koncentruotos apkrovos situacijas, atsirandančias apvadų segmentų apskritiminėse ir išilginėse jungtyse. Su pluoštu susiję veiksniai apima pluošto savybes (pvz., stiprumą, dydį, geometriją ir kraštinių santykį), pluošto kiekį ir orientaciją bei skirtingų pluoštų tipų derinius (ty pluošto mišinius).
Ištirtas betono pagrindo mišinio dizainas yra toks pat, kaip ir paprastai naudojamas pamušalo segmentuose.
Kaip pavyzdį imant 150 mm x 150 mm x 300 mm bandinį, parodytas vietinės apkrovos bandymo įtaisas.
Įvairių parametrų įtaka laikomumui ir lūžimo elgsenai buvo tiriama analizuojant galutinį vietinį gniuždomąjį įtempį (ty ribinę laikomąją galią), įtempių poslinkio atsaką, gedimo ir įtrūkimo charakteristikas. Toliau pateikiami kai kurie pagrindiniai rezultatai ir pagrindinės išvados.
(2) Ploto santykis ir pluošto pridėjimo kiekis
Veikiant vietinei apkrovai koncentrinėje erdvėje, ploto santykis (= /=2.25, 4, 9 ir 16) ir pluošto priedas (60 kg/m3 plieninio pluošto su kabliu galu) turi skirtingą poveikį vietiniam gniuždymo įtempiui ir didelio stiprio betono išilginiam ryšiui (=84.5 MPa). Poslinkio reakcijos poveikis. Atkreipkite dėmesį, kad tolesniuose tyrimuose vietinis gniuždymo įtempis apibrėžiamas kaip taikoma apkrova, padalinta iš apkrauto ploto.
Iš įtempių ir poslinkių kreivės matyti, kad plieninių pluoštų pridėjimas gali žymiai padidinti ribinį vietinį betono gniuždymo įtempį (iki 47%). Palyginti su įprastu betonu, matyti, kad plieninių pluoštų įtaka laikomajai galiai yra reikšmingesnė esant didesniems plotų santykiams.
Kaip ir tikėtasi, didžiausias vietinis paprasto betono ir plieninio pluošto betono gniuždymo įtempis taip pat labai padidėja didėjant ploto santykiui, o tai yra dėl aplinkinio betono ribojimo poveikio. Esant vietinėms apkrovoms erdvėje, galima aiškiai nustatyti proporcingą ryšį tarp ribinio vietinio gniuždymo įtempio ir ploto santykio kvadratinės šaknies. Kadangi plokštumos apkrovos vietinės apkrovos atveju suvaržymo poveikis yra neišsamus, galutinio vietinio gniuždymo įtempio padidėjimas yra palyginti mažas. Šiuo atveju nustatoma, kad jis yra proporcingas ploto santykio kubo šaknims. Šios koreliacijos suteikia pagrindą apskaičiuoti vietinius įtempius, kuriuos gali atlaikyti didelio stiprio SFRC.
Netrukus po to, kai buvo pasiektas didžiausias įtempis, PC įtempių ir poslinkių kreivė staigiai sumažėjo, o tai rodo, kad bandinys buvo staiga pažeistas bandymo metu. Priešingai, SFRC būdinga palaipsniui mažėjančio įtempio, didėjančio poslinkio, savybė, atitinkanti plastiškumo gedimo elgesį. Dalinio ploto apkrovos plokštuminio pasiskirstymo atveju šis poveikis yra mažiau akivaizdus, nes jis nėra visiškai suvaržytas.
Tipiški didelio stiprumo PC ir SFRC bandinių lūžio režimai su atitinkamomis įtempių ir poslinkių kreivėmis. Apskritai, PC ir SFRC nebuvo pastebėta jokių matomų įtrūkimų ar skilimų, kol beveik nepasiekė didžiausios apkrovos. Netrukus visi PC bandiniai sugedo daugiau ar mažiau suskaidytomis sąlygomis, ypač didelio stiprumo betono atveju, smarkiai sumažėjo apkrovos ir poslinkio kreivė. Esant dideliems plotų santykiams, per visą bandymą susidarė vienas didelis skilimo įtrūkimas, kuris prasiskverbė pro šoninį paviršių iki apačios, o esant mažam ploto santykiui, PC bandinys visiškai subyrėjo. Priešingai, visi SFRC mėginiai išlaikė vientisumą iki bandymo pabaigos ir turėjo daug įtrūkimų. Esant dideliam ploto santykiui, įtrūkimai kartu su nedideliu betono skilimu daugiausia susidarė viršutinėje SFRC bandinio dalyje. Mažėjant ploto santykiui, apatinėje pusėje taip pat vis dažniau atsiranda įtrūkimų ir skilimų.
(3) Pluošto tipas ir mišinys
Iš plieno pluoštų ištraukimo elgsenos tyrimo galima daryti išvadą, kad pluoštų savybės taip pat turi didelę įtaką SFRC laikomumui ir lūžimo elgsenai esant vietinei apkrovai. Parodytas didžiausias vietinis didelio stiprumo SFRC gniuždymo įtempis, paruoštas naudojant skirtingų tipų plieno pluoštus, kai pluošto kiekis yra 60 kg/m3 (erdvinės apkrovos pasiskirstymas, δ=9). Palyginti su asmeniniu kompiuteriu, didžiausias vietinis gniuždymo įtempis svyruoja nuo 28% iki 51%. Kaip ir tikėtasi, didelio stiprumo kablio galo didelio dydžio pluoštai (Lh60) buvo veiksmingiausi didinant didžiausią keliamąją galią. Tačiau bandymas parodė, kad SFRC, paruoštas naudojant didelio stiprumo didelio dydžio pluoštus, tik 15 % padidino ribinę apkrovą, palyginti su SFRC, paruoštu naudojant normalaus stiprumo didelio dydžio pluoštus (L60), nors ištraukimo testas parodė, kad didžiausia didelio stiprumo pluošto laikomoji galia Ištraukiama apkrova yra beveik dvigubai didesnė nei įprasto stiprumo pluoštų.
For SFRC prepared using fiber blends, positive synergistic effects can be observed for certain combinations of fiber types. In high-strength concrete, however, this effect is only evident at relatively high fiber contents (>80-100 kg/m3). Įvairių pluoštų mišinių tyrimai parodė, kad tokiomis apkrovos sąlygomis naudingiausias pasirodė mikropluošto su kabliu galu ir tiesių pluoštų derinys. Nors didžiausias vietinis dviejų lyginamų pluoštų mišinių gniuždymo įtempis yra beveik toks pat, galima pastebėti, kad SFRC su 50 % didelio dydžio pluoštų ir 50 % mikropluošto (SFRC L60+S60) yra lankstesnis. po įtrūkimo (palyginti su SFRC L40+M40+S40). Dėl pluošto mišinio sustiprinimo poveikio jo teigiama įtaka apkrovai ir lūžimo elgsenai ypač akivaizdi esant vietinei ekscentrinei apkrovai.
(4) Orientacija į pluoštą
Gerai žinoma, kad pluoštai, išlyginti pagal tempimo įtempių kryptį, turi geriausią įtrūkimų tilto gebėjimą. Vietinės apkrovos atveju įtrūkimo tempimo įtempis, statmenas apkrovos krypčiai, paprastai riboja leistiną vietinį gniuždymo įtempį ir dominuoja gedimo režimu. Todėl galima tikėtis, kad pluošto orientacija turės didelę įtaką SFRC laikomumui ir lūžimo elgsenai esant vietinei apkrovai. Norint ištirti šį poveikį, pluošto orientacija buvo kontroliuojama gaminant bandinius vertikaliuose ir horizontaliuose klojiniuose, o SFRC buvo atlikti vietinės apkrovos bandymai.
Plieninių pluoštų (60 kg/m3 didelio dydžio pluoštų su kabliu galu) procentas trimis erdvinėmis kryptimis (x, y, z), palyginti su apkrovos kryptimi, buvo matuojamas elektromagnetine įranga, o SFRC bandiniai paruošti vertikaliomis ir horizontaliomis formomis. buvo lyginami. (150 mm x 150 mm x 300 mm). Horizontaliame formos pavyzdyje maždaug 46% pluoštų buvo orientuoti apkrovos kryptimi. Todėl, palyginti su stovinčiais bandiniais, mažiau pluoštų yra orientuota dviem kryptimis, statmenomis apkrovos krypčiai, kurios atitinka pagrindines vietinio apkrovos pasiskirstymo tempimo įtempių kryptis. Rezultatai rodo, kad horizontalioje formoje paruošto bandinio ribinė vietinio gniuždymo įtempio vertė žymiai sumažėja (iki 23%). Be to, pasiekus galutinį vietinį gniuždymo įtempį, įtempių ir poslinkio kreivė pasižymi staigiu įtempių kritimu, pasižyminčiu mažiau plastiškomis gedimo savybėmis. Šis poveikis taip pat buvo parodytas eksperimentiniu nepriklausomų plotų santykių atveju.
Vietinės apkrovos atveju įtaka dominuojančiai pluoštų orientacijai priklausomai nuo liejimo krypties (vertikalus/horizontalus klojinys) yra reikšmingesnis, nes šiuo atveju pagrindiniai tempimo įtempiai pirmiausia veikia skersine kryptimi (statmenai krovimo kryptis).
• Pluošto dydis:
Atskirų pluoštų ir matricų lygiuose atskirų pluoštų ištraukimo elgsena yra kontroliuojama sąsajos sąlygų, pluošto formos ir pluošto pasvirimo kampo, palyginti su įtrūkimu. Sukurtas pusiau analitinis modelis, numatantis vieno pluošto ištraukimo jėgos ir poslinkio santykį, kuris priklauso nuo pluošto svorio centro padėties ir polinkio kampo įtrūkimo plokštumos atžvilgiu. Modelis gali užfiksuoti pagrindinius mechanizmus, aktyvuojamus vieno plieno pluošto, įterpto į betono matricą, ištraukimo proceso metu (kablio galų tiesinimas, betono skilimas ir pluošto lūžimas), atsižvelgiant į skirtingas pluošto tipo ir stiprumo konfigūracijas, betono stiprumas, pluošto pasvirimo kampas ir įterpimo ilgis.
• Įtrūkimo dydis:
Pluoštinio gelžbetonio kompozito įtrūkimų lygyje aktyvuojami pluoštai, einantys per plyšius, ir užtikrina likutinį stiprumą po įtrūkimo, kuris priklauso nuo pluošto kiekio ir pluošto orientacijos. Daugiapakopiame SFRC modelyje atsakas po įtrūkimo yra apytikslis taikant tempimo atskyrimo metodą, kuris atspindi pluošto anizotropijos kryptis, integruojant visų atskirų per plyšį einančių pluoštų ištraukimo jėgos ir poslinkio santykius.
• Struktūriniai matmenys:
Konstrukciniu mastu elgesys po plyšimo fiksuojamas naudojant atskirą įtrūkimo modelį, pagrįstą kondensuotais sąsajos elementais. Sąsajos elementai įterpiami tarp įprastų baigtinių elementų (tūrio elementų), kurie leidžia diskretiškai atvaizduoti plyšius ir tiesiogiai suteikia informaciją apie įtrūkimo plotį. Sąsajos elementų elgseną reglamentuoja tempimo atskyrimo taisyklės, gautos iš kelių lygių SFRC modelių įtrūkimų skalėje. Siekiant atsižvelgti į plieninių strypų buvimą, taip pat buvo sukurtas nuo tinklelio nepriklausomas kontaktinis atskirų plieninių strypų vaizdas. Plieniniai strypai modeliuojami kaip santvaros elementai ir sujungiami su betonine matrica per apribojimus, esančius tarp plieninių strypų elementų valdymo taškų ir jų projekcijos taškų įterptuose tūrio elementuose. Suvaržymuose numatytas sukibimo slydimo mechanizmas, atsižvelgiama į elastinį-plastinį v.Mises išėjimo paviršių ir linijinį plieno grūdinimą.
