Konkrit bertetulang gentian keluli (SFRC) untuk pelapik terowong
Tingkah laku penarikan gentian dikaji secara eksperimen, dengan mengambil kira faktor seperti bentuk gentian, saiz dan sudut kecenderungan. Tambahan pula, bahagian berikut membentangkan eksperimen dan model berangka sepadan yang ditubuhkan untuk menerangkan sepenuhnya lapisan konkrit gentian keluli.
2. Konkrit gentian keluli di bawah beban kawasan tempatan
Seperti yang dinyatakan dalam pengenalan, segmen pelapik tertakluk kepada beban yang sangat tertumpu (iaitu beban kawasan setempat) semasa pembinaan dan peringkat akhir. Tegasan tegangan retak yang terhasil selalunya merupakan faktor penentu dalam reka bentuk dan mesti ditentang dengan tetulang yang sesuai. Penggunaan konkrit bertetulang gentian keluli boleh meningkatkan kapasiti galas beban dan secara positif mempengaruhi tingkah laku patah di bawah situasi pemuatan pekat sedemikian. Bagi merealisasikan penggunaan optimum konkrit gentian keluli, terutamanya dalam segmen pelapik, kajian eksperimental dan berangka yang sistematik telah dijalankan ke atas tingkah laku galas beban dan patah konkrit gentian keluli di bawah beban zon separa.
(1) Penyelidikan eksperimen SFRC di bawah beban kawasan tempatan
Untuk mencirikan tingkah laku galas beban dan patah SFRC di bawah pemuatan serantau setempat, percubaan berskala penuh yang mengandungi parameter berbeza-beza bukan berkaitan gentian dan gentian telah dilakukan. Pembolehubah tidak berkaitan gentian termasuk kekuatan konkrit, saiz spesimen, nisbah kawasan, dan kesipian beban. Tambahan pula, beban permukaan tempatan yang diagihkan secara spatial (iaitu, beban titik) dan secara luas (iaitu, beban jalur) dipertimbangkan, dengan mengambil kira dua situasi beban tertumpu yang berkaitan yang berlaku dalam sambungan lilitan dan membujur segmen pelapik. Faktor berkaitan gentian termasuk sifat gentian (cth, kekuatan, saiz, geometri, dan nisbah bidang), kandungan gentian dan orientasi, dan gabungan jenis gentian yang berbeza (iaitu, adunan gentian).
Reka bentuk campuran asas konkrit yang dikaji adalah sama seperti yang biasa digunakan dalam segmen pelapik.
Mengambil spesimen 150 mm x 150 mm x 300 mm sebagai contoh, peranti ujian untuk pemuatan kawasan setempat ditunjukkan.
Pengaruh pelbagai parameter pada tingkah laku galas beban dan patah telah disiasat dengan menganalisis tegasan mampatan tempatan akhir (iaitu, kapasiti galas beban muktamad), tindak balas anjakan tegasan, dan ciri kegagalan dan keretakan. Seterusnya, beberapa keputusan utama dan penemuan utama dibentangkan.
(2) Nisbah kawasan dan jumlah penambahan gentian
Di bawah tindakan beban kawasan setempat dalam ruang sepusat, nisbah kawasan (= /=2.25, 4, 9, dan 16) dan penambahan gentian (gentian keluli hujung cangkuk 60 kg/m3) mempunyai kesan yang berbeza pada tegasan mampatan tempatan dan hubungan membujur konkrit berkekuatan tinggi (=84.5 MPa). Kesan tindak balas anjakan. Ambil perhatian bahawa dalam kajian berikut, tegasan mampatan tempatan ditakrifkan sebagai beban yang dikenakan dibahagikan dengan kawasan yang dimuatkan.
Ia boleh dilihat daripada lengkung tegasan-anjakan bahawa menambah gentian keluli dengan ketara boleh meningkatkan tegasan mampatan tempatan muktamad konkrit (sehingga 47%). Berbanding dengan konkrit biasa, dapat dilihat bahawa pengaruh gentian keluli terhadap kapasiti galas beban adalah lebih ketara pada nisbah kawasan yang lebih tinggi.
Seperti yang dijangkakan, tegasan mampatan tempatan muktamad konkrit biasa dan konkrit gentian keluli juga meningkat dengan ketara dengan peningkatan nisbah kawasan, yang disebabkan oleh kesan terkurung konkrit di sekeliling. Dalam kes beban kawasan tempatan dalam ruang, hubungan berkadar antara tegasan mampatan tempatan muktamad dan punca kuasa dua nisbah luas boleh ditentukan dengan jelas. Memandangkan kesan sekatan tidak lengkap dalam kes pemuatan satah muatan kawasan setempat, peningkatan tegasan mampatan tempatan muktamad adalah agak rendah. Dalam kes ini, ia didapati berkadar dengan punca kubus nisbah luas. Korelasi ini menyediakan asas untuk mengira tegasan tempatan yang boleh ditahan oleh SFRC berkekuatan tinggi.
Tidak lama selepas mencapai tegasan maksimum, keluk anjakan tegasan PC menunjukkan penurunan mendadak, menunjukkan bahawa spesimen itu tiba-tiba rosak semasa ujian. Sebaliknya, SFRC mempamerkan ciri penurunan tekanan secara beransur-ansur dengan peningkatan anjakan, sepadan dengan tingkah laku kegagalan mulur. Dalam kes pengagihan satah beban kawasan separa, kesan ini kurang jelas kerana ia tidak dikekang sepenuhnya.
Mod patah biasa bagi spesimen PC dan SFRC berkekuatan tinggi, dengan padanan lengkung anjakan tegasan yang sepadan. Secara keseluruhan, tiada keretakan atau spalling yang kelihatan diperhatikan untuk PC dan SFRC sehingga hampir dengan beban muktamad. Tidak lama selepas itu, semua spesimen PC gagal dalam keadaan yang lebih kurang berpecah, terutamanya dalam kes konkrit berkekuatan tinggi, dengan penurunan mendadak dalam lengkung anjakan beban. Untuk nisbah kawasan yang besar, satu retakan pemisahan utama berkembang sepanjang ujian dan menembusi permukaan sisi ke bahagian bawah, manakala pada nisbah kawasan yang kecil, spesimen PC runtuh sepenuhnya. Sebaliknya, semua spesimen SFRC mengekalkan integriti mereka sehingga akhir ujian dan mempamerkan pelbagai corak retak. Di bawah nisbah keluasan yang besar, keretakan bersama-sama dengan sedikit regangan konkrit terutamanya berlaku di bahagian atas spesimen SFRC. Apabila nisbah kawasan berkurangan, keretakan dan spalling cenderung berkembang lebih banyak di bahagian bawah juga.
(3) Jenis gentian dan campuran
Daripada kajian kelakuan tarik-keluar gentian keluli, boleh disimpulkan bahawa sifat gentian itu juga mempunyai kesan yang ketara terhadap kelakuan galas beban dan patah SFRC di bawah beban kawasan setempat. Tegasan mampatan tempatan muktamad bagi SFRC berkekuatan tinggi yang disediakan menggunakan jenis gentian keluli yang berbeza pada kandungan gentian 60kg/m3 (taburan beban ruang, δ=9) ditunjukkan. Berbanding dengan PC, kadar peningkatan tegasan mampatan tempatan muktamad berjulat dari 28% hingga 51%. Seperti yang dijangkakan, gentian saiz besar hujung cangkuk berkekuatan tinggi (Lh60) nampaknya paling berkesan dalam meningkatkan kapasiti pembawa beban muktamad. Walau bagaimanapun, ujian mendapati bahawa SFRC yang disediakan menggunakan gentian saiz besar berkekuatan tinggi hanya meningkatkan kapasiti pembawa beban muktamad sebanyak 15% berbanding dengan SFRC yang disediakan dengan gentian saiz besar kekuatan biasa (L60), walaupun keputusan ujian tarik keluar menunjukkan bahawa kapasiti galas beban muktamad gentian kekuatan tinggi Beban tarik keluar hampir dua kali ganda daripada gentian kekuatan biasa.
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). Kajian campuran gentian berbeza menunjukkan gabungan gentian mikro hujung cangkuk dan gentian lurus terbukti paling berfaedah dalam keadaan pemuatan sedemikian. Walaupun tegasan mampatan tempatan muktamad bagi kedua-dua campuran gentian dibandingkan adalah hampir sama, dapat dilihat bahawa SFRC dengan 50% gentian bersaiz besar dan 50% gentian mikro (SFRC L60+S60) mempunyai kelakuan yang lebih mulur. dalam peringkat selepas retak ( Berbanding dengan SFRC L40+M40+S40). Disebabkan oleh kesan pengukuhan campuran gentian, pengaruh positifnya terhadap kelakuan galas beban dan patah amat jelas untuk pembebanan sipi setempat.
(4) Orientasi Gentian
Telah diketahui umum bahawa gentian yang diselaraskan di sepanjang arah tegasan tegangan mempunyai keupayaan merapatkan retakan yang terbaik. Dalam kes pemuatan kawasan setempat, tegasan tegangan retak berserenjang dengan arah pemuatan biasanya mengehadkan tegasan mampatan tempatan yang boleh diterima dan mendominasi mod kegagalan. Oleh itu, orientasi gentian boleh dijangka mempunyai kesan yang ketara terhadap tingkah laku galas beban dan patah SFRC di bawah pemuatan setempat. Untuk mengkaji kesan ini, orientasi gentian dikawal dengan menghasilkan spesimen dalam acuan menegak dan mendatar, dan ujian pemuatan kawasan setempat dilakukan pada SFRC.
Peratusan gentian keluli (60 kg/m3 gentian bersaiz besar hujung cangkuk) dalam tiga arah spatial (x, y, z) berbanding arah pemuatan diukur dengan peralatan elektromagnet, dan spesimen SFRC yang disediakan oleh acuan menegak dan mendatar telah dibandingkan. (150 mm x 150 mm x 300 mm). Dalam spesimen acuan mendatar, kira-kira 46% gentian berorientasikan arah pemuatan. Oleh itu, berbanding dengan spesimen berdiri, lebih sedikit gentian berorientasikan sepanjang dua arah berserenjang dengan arah pemuatan, yang sepadan dengan arah tegasan tegangan utama pengagihan beban kawasan setempat. Keputusan menunjukkan bahawa nilai tegasan mampatan tempatan muktamad bagi spesimen yang disediakan dalam acuan mendatar dikurangkan dengan ketara (sehingga 23%). Tambahan pula, selepas mencapai tegasan mampatan tempatan muktamad, keluk anjakan tegasan dicirikan oleh penurunan tegasan yang mendadak, menunjukkan tingkah laku kegagalan yang kurang mulur. Kesan ini juga ditunjukkan dalam kes eksperimen nisbah kawasan bebas.
Dalam kes pemuatan kawasan setempat, pengaruh ke atas orientasi dominan gentian bergantung pada arah penuangan (bentuk menegak/mendatar) adalah lebih ketara, kerana dalam kes ini tegasan Tegangan utama bertindak terutamanya dalam arah melintang (berserenjang dengan arah pemuatan).
• Saiz gentian:
Pada tahap gentian dan matriks individu, tingkah laku penarikan gentian individu dikawal oleh keadaan antara muka, bentuk gentian, dan sudut kecenderungan gentian berbanding retakan. Model separa analisis telah dibangunkan yang meramalkan hubungan daya-anjakan penarikan bagi satu gentian, yang bergantung pada kedudukan pusat graviti gentian, dan sudut kecondongan relatif kepada satah retak. Model ini dapat menangkap mekanisme utama yang diaktifkan semasa proses tarik keluar gentian keluli tunggal yang tertanam dalam matriks konkrit (meluruskan hujung cangkuk, spalling konkrit, dan pecah gentian), dengan mengambil kira konfigurasi jenis gentian dan kekuatan yang berbeza, kekuatan konkrit, sudut kecondongan gentian, dan panjang benam.
• Saiz retak:
Pada tahap keretakan retak dalam komposit konkrit bertetulang gentian, gentian yang melalui retakan diaktifkan dan memberikan kekuatan pasca retak yang tinggal yang bergantung pada kandungan gentian dan orientasi gentian. Dalam model SFRC berbilang peringkat, tindak balas selepas retak dianggarkan dengan kaedah pemisahan regangan yang mengambil kira arah anisotropi gentian dengan menyepadukan hubungan anjakan daya tarik keluar semua gentian individu yang melalui retakan.
• Dimensi struktur:
Pada skala struktur, tingkah laku selepas pecah ditangkap melalui model retak diskret berdasarkan elemen antara muka pekat. Elemen antara muka dimasukkan di antara elemen terhingga biasa (elemen volum), yang membolehkan patah dipetakan secara diskret dan terus memberikan maklumat lebar retak. Kelakuan elemen antara muka dikawal oleh peraturan pemisahan regangan yang diperoleh daripada model SFRC berbilang peringkat pada skala retak. Untuk mengambil kira kehadiran bar keluli, perwakilan berasaskan sentuhan bebas jejaring bagi bar keluli diskret juga dibangunkan. Bar keluli dimodelkan sebagai elemen kekuda dan digandingkan dengan matriks konkrit melalui kekangan yang terletak di antara titik kawalan pada elemen bar keluli dan titik unjurannya dalam elemen isipadu terbenam. Mekanisme gelinciran ikatan disediakan dalam kekangan, dan permukaan hasil v.Mises anjal-plastik dan pengerasan linear keluli dipertimbangkan.
