¿Introducción al comportamiento del hormigón armado de ultra altas prestaciones?
1.2 Diseño de componentes y método de ensayo
Las vigas de ensayo incluyen cuatro vigas rectangulares y dos vigas en forma de T, todas con una longitud de 3200 mm. Las barras de acero son barras de acero de alta resistencia HRB500, que están dispuestas a lo largo de la parte inferior de la viga. Las dimensiones de la sección transversal del dispositivo de carga y la viga se muestran en la Figura 2, y la instalación real de la viga de prueba se muestra en la Figura 3 (a) viga rectangular y (b) viga en forma de T. Teniendo en cuenta el efecto endurecedor de la fibra de acero, las vigas de refuerzo longitudinales de una sola hilera no están equipadas con estribos, y las vigas de refuerzo longitudinales de varias hileras están equipadas con estribos HPB235 con un diámetro de 6 mm cada 500 mm para fijar los refuerzos longitudinales, y la capa protectora es 10 mm de espesor. Los medidores de desplazamiento están dispuestos en la mitad del tramo, el punto de carga y dos soportes, y se agrega un medidor de desplazamiento diferencial lineal (LVDT) en la mitad del tramo para medir con precisión el desplazamiento vertical de la viga de prueba. En el medio del tramo de la viga, pegue galgas extensométricas en la superficie del UHPC y en la superficie de la barra de acero a lo largo de la dirección de la altura de la sección. El ancho de fisura de la viga se midió utilizando un observador de ancho de fisura bajo diversas cargas. La relación de refuerzo ρ, la altura efectiva de la sección h0 y el momento resistente de la sección convertido W0 de la viga de ensayo se muestran en la Tabla 3.
2 Resultados de la prueba
La curva carga-deflexión de la viga se muestra en la Figura 4, y la fotografía de la grieta de la sección de flexión pura de la viga se muestra en la Figura 5. Según la curva carga-deflexión, no existe una diferencia esencial entre las curvas de deflexión de las vigas de acero UHPC de alta resistencia y las vigas de hormigón. Se componen aproximadamente de tres etapas: antes de agrietarse, después de que aparecen las grietas y después de que las barras de acero ceden. La primera etapa: en la etapa inicial de carga, el momento flector es pequeño, la viga aún no se ha agrietado y muestra las características de deformación elástica. La deflexión aumenta linealmente con la carga y la rigidez de la viga permanece sin cambios. Segunda etapa: después de alcanzar el momento flector de fisuración, la rigidez de la viga disminuye, la deflexión aumenta rápidamente y la curva aparece como un punto de inflexión. Las grietas aparecen primero en la parte inferior de la viga cerca de la sección de flexión pura y del punto de carga, y el número, ancho y altura de las grietas aumentan al aumentar la carga. Con la carga continua, la deflexión aumenta aún más, las grietas en la sección de flexión pura se vuelven cada vez más densas y las grietas aparecen gradualmente en la sección de flexión por corte.
3 Cálculo y análisis del momento flector de fisuración
El "Código de Diseño para Estructuras de Hormigón Hidráulico y de Hormigón Armado" [7-9] se basa en la fórmula de cálculo de la elasticidad de fisuración de la mecánica de materiales. , es decir, se supone que el patrón de tensión de la zona de compresión y la zona de tensión cuando el UHPC se agrieta es un triángulo, y el coeficiente de influencia de la resistencia plástica de la sección transversal γ (la relación entre el momento de resistencia elástico-plástico y el momento de resistencia elástico) se introduce para corregir el momento flector de fisuración. (1) En la fórmula (1), γ se puede convertir usando el modo de tensión plástica en la zona de tracción del material de concreto, o se puede determinar usando estadística matemática [10]. puede satisfacer las necesidades de la aplicación. Por lo tanto, este artículo elige el segundo método, que consiste en calcular y ajustar la fórmula de cálculo en función de los resultados medidos del momento de flexión de fisuración y la resistencia a la tracción. El método de prueba del tamaño de la sección transversal de la viga rectangular y la resistencia a la tracción del UHPC utilizado en esta prueba es el mismo que el de la referencia [6], por lo que este artículo deriva el valor γ del valor de referencia y los datos de prueba y lo analiza.
La referencia [6] utiliza barras de acero de grado HRB400 y la resistencia a la tracción promedio de UHPC es de 10,2 MPa. El análisis de regresión muestra que el grado de acero no tiene un impacto significativo en el valor γ de las vigas de UHPC. Para vigas de concreto, la influencia de la altura de la sección sobre γ generalmente se considera en los cálculos, por lo que en este artículo también se considera aproximadamente que la influencia del tamaño de la sección sobre γ es causada por la altura de la sección. Se encontró que la altura de la sección transversal h de la viga de UHPC tiene un impacto significativo en γ cuando es inferior a 400 mm. La γ calculada a partir de los resultados medidos del momento de flexión y la resistencia a la tracción y la curva de ajuste correspondiente se muestran en. Figura 6. Dado que el refuerzo aumenta la deformación última del material y fortalece la capacidad plastificante de la viga de UHPC en la zona de tensión [11], el valor de γ aumenta con el aumento del refuerzo y tiende a ser estable cuando la relación de refuerzo alcanza 0,025. Para facilitar el cálculo y la aplicación, todas las curvas γ en la literatura [6, 12] utilizan dos polilíneas. Mediante el ajuste y análisis de los datos de prueba, se encuentra que después de considerar la influencia de la altura de la sección y la relación de refuerzo, la curva γ se puede calcular de acuerdo con las ecuaciones (2) y (3).
4 Análisis de cálculo de rigidez y deflexión a corto plazo
4.1 Método de cálculo directo
4.1.1 La fórmula de cálculo de rigidez se basa en los principios básicos de la mecánica de materiales y Cálculo de la rigidez de la viga de hormigón armado, la rigidez a la flexión de la sección transversal Bsf de la viga a la flexión UHPC de acero de alta resistencia bajo carga a corto plazo se puede calcular de la siguiente manera: (4) En la fórmula, es es el módulo elástico del acero en tensión de la viga ; lo mismo ocurre con el área del acero traccionado de la viga; H0 es la altura efectiva de la sección; ψ es el coeficiente desigual de deformación del acero; eta es el coeficiente del brazo de momento interno en la sección fisurada; coeficiente de deformación promedio del borde de compresión UHPC; αE es el módulo de elasticidad de la barra de acero en tensión en la viga y la relación de elasticidad del hormigón ρ es la relación de refuerzo de las barras de acero en tensión de la viga; 4.1.2 Determinación de los parámetros ψ, η, ζ (1) Coeficiente de deformación desigual de las barras de acero en tensión ψ Dado que la adición de fibras de acero puede hacer que las grietas de los componentes sean más pequeñas y uniformes, el coeficiente de deformación desigual de las barras de acero en tensión ψ sigue siendo Según GB50010-2010. σs es la tensión equivalente de la barra de acero en tensión longitudinal bajo la carga de prueba.
(2) Los resultados de la prueba del coeficiente del brazo de momento η en la sección fisurada muestran que, similar a la viga de hormigón armado, bajo la carga de servicio, la viga UHPC reforzada de alta resistencia se encuentra en el segundo trabajo. etapa, y la altura relativa de compresión ξ de la sección no cambia, el brazo de momento interno no aumenta mucho. En esta prueba, el valor η obtenido de la deformación de la sección transversal medida fluctuó entre 0,81 y 0,91. Su rango de variación es muy pequeño con el de las vigas de hormigón armado. El valor de cálculo simplificado de 0,87, que es el mismo que GB50010-2010. se puede tomar. (3) El coeficiente de deformación integral promedio del borde UHPC comprimido ζ ζ = V ξ η η refleja la influencia integral de los cuatro parámetros en la deformación promedio cε del borde UHPC comprimido. (6) Dentro del rango de momento de flexión de uso normal (0,5 ~ 0,8 μ), la curva de tensión-deformación de compresión de UHPC muestra una sección ascendente lineal. En esta etapa, el coeficiente elástico V (aproximadamente 1) y el coeficiente modal de tensión ω (aproximadamente 0,75) se mantienen básicamente sin cambios. Cuando ξ disminuye a medida que m aumenta, ξ aumenta y ξ y ξ no cambian mucho durante esta etapa de trabajo.
4.2 Método de cálculo simplificado
La adición de fibras de acero puede aumentar la rigidez de las vigas de hormigón armado entre un 10% y un 40% [13]. Factor principal en el fortalecimiento de la rigidez de las vigas UHPC. Uno de los factores.
4.3 Análisis comparativo de los resultados del cálculo de la deflexión
La comparación de la deflexión media medida y las deflexiones calculadas de Bs, Bsf, Bsf1 y Bsf2 respectivamente se muestra en la rigidez a corto plazo. y deflexión de vigas UHPC. En términos relativos, todos los parámetros de rigidez en el método de cálculo directo se obtienen en función del análisis experimental, mientras que la forma de la fórmula (10) en el algoritmo de corrección es relativamente simple, por lo que se recomienda utilizar los dos métodos anteriores para calcular la rigidez a corto plazo. .
5 Cálculo y análisis del ancho de fisura
Para vigas de acero UHPC de alta resistencia, la característica esencial que determina el ancho de fisura sigue siendo la diferencia de deformación entre las barras de hormigón y de acero entre las grietas principales, pero el componente UHPC El ancho de la grieta se basa en las grietas en la matriz de UHPC y se reduce debido al efecto de endurecimiento antigrietas de las fibras de acero. Por lo tanto, el ancho de la grieta de los componentes de UHPC se calcula con base en la fórmula empírica de. Componentes de hormigón armado: esta prueba no considera los efectos a largo plazo. Por lo tanto, τ0 (coeficiente de efecto a largo plazo) se toma como 1 y otros parámetros se calculan de acuerdo con GB 5010. Los resultados muestran que, debido a la contribución de las fibras de acero, el valor máximo de fisura calculado multiplicado por un factor de corrección de 0,7 concuerda con el ancho máximo de fisura medido de la sección de flexión pura del tramo inferior de la viga. La relación promedio entre el valor medido y el valor calculado es 1,0 y el coeficiente de variación es 0,038.
6 Conclusiones
1) El proceso normal de falla de la sección de vigas de acero UHPC de alta resistencia es similar al de las vigas de concreto ordinarias, pero la resistencia a la tracción y al agrietamiento de las fibras de acero en Las vigas UHPC aumentan la rigidez general de las vigas. 2) Mediante análisis de ajuste, se obtuvo el coeficiente de resistencia de la sección transversal de la viga UHPC reforzada. El momento flector de fisuración calculado a partir de este coeficiente concuerda bien con el valor experimental. 3) Analizar y determinar el coeficiente desigual de deformación del acero, el coeficiente del brazo de momento dentro de la sección fisurada y el coeficiente de deformación integral promedio de vigas UHPC de acero de alta resistencia, y obtener la fórmula de cálculo de rigidez a corto plazo de vigas UHPC de acero de alta resistencia. 4) El método de cálculo de la rigidez a corto plazo de las estructuras de hormigón con fibras de acero es adecuado para vigas UHPC reforzadas de alta resistencia.
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