Teraskiudraudbetoon (SFRC) tunneli vooderdamiseks
Kiudude väljatõmbamise käitumist uuritakse eksperimentaalselt, võttes arvesse selliseid tegureid nagu kiu kuju, suurus ja kaldenurk. Lisaks esitatakse järgmistes jaotistes katsed ja vastavad numbrilised mudelid, mis on loodud teraskiust betoonvooderduse täielikuks kirjeldamiseks.
2. Teraskiudbetoon kohaliku piirkonna koormuse all
Nagu sissejuhatuses mainitud, alluvad vooderdisegmendid ehitus- ja lõppfaasis väga kontsentreeritud koormustele (st kohalikud koormused). Tekkivad pragunevad tõmbepinged on sageli projekteerimisel määravaks teguriks ja sellele tuleb vastu seista sobiva tugevdusega. Teraskiuga armeeritud betooni kasutamine võib suurendada kandevõimet ja mõjutada positiivselt purunemiskäitumist sellistes kontsentreeritud koormusolukordades. Teraskiudbetooni optimaalse kasutuse realiseerimiseks, eriti vooderdisegmentides, viidi läbi süstemaatiline eksperimentaalne ja numbriline uuring teraskiudbetooni kandevõime ja murdumiskäitumise kohta osalise tsoonikoormuse korral.
(1) SFRC eksperimentaalsed uuringud kohaliku koormuse all
SFRC kandevõime ja murdumiskäitumise iseloomustamiseks lokaalse piirkondliku koormuse korral viidi läbi täismahus katse, mis sisaldas kiududega mitteseotud ja kiududega seotud muutuvaid parameetreid. Kiududega mitteseotud muutujad hõlmavad betooni tugevust, proovi suurust, pindala suhet ja koormuse ekstsentrilisust. Lisaks võetakse arvesse ruumiliselt (st punktkoormused) ja piirkondlikult (st ribakoormused) jaotatud lokaalseid pinnakoormusi, võttes arvesse kahte olulist kontsentreeritud koormusolukorda, mis esinevad vooderdisegmentide ring- ja pikisuunalistes liitekohtades. Kiududega seotud tegurid hõlmavad kiu omadusi (nt tugevus, suurus, geomeetria ja kuvasuhe), kiusisaldust ja orientatsiooni ning erinevate kiutüüpide kombinatsioone (st kiusegusid).
Uuritud betooni alussegu disain on sama, mida tavaliselt kasutatakse vooderdisegmentides.
Võttes näitena 150 mm x 150 mm x 300 mm proovi, on demonstreeritud kohaliku piirkonna laadimise katseseadet.
Erinevate parameetrite mõju kandevõimele ja murdumiskäitumisele uuriti, analüüsides lõplikku lokaalset survepinget (st lõplikku kandevõimet), pinge-nihke reaktsiooni ning rikke- ja pragunemisomadusi. Järgmisena esitatakse mõned peamised tulemused ja peamised leiud.
(2) Pindala suhe ja kiudude lisamise kogus
Kohaliku koormuse mõjul kontsentrilises ruumis pindala suhe (= /=2,25, 4, 9 ja 16) ja kiudude lisamine (60 kg/m3 konksuotsa teraskiud) omavad erinevat mõju kõrgtugeva betooni (=84,5 MPa) kohalikule survepingele ja pikisuunalisele suhtele. Nihkereaktsiooni mõju. Pange tähele, et järgmistes uuringutes on kohalik survepinge määratletud kui rakendatud koormus jagatud koormatud alaga.
Pinge-nihke kõveralt on näha, et teraskiudude lisamine võib oluliselt suurendada betooni lõplikku lokaalset survepinget (kuni 47%). Võrreldes tavalise betooniga on näha, et teraskiudude mõju kandevõimele on suurem suurema pindala suhte korral.
Ootuspäraselt suureneb ka tavalise betooni ja teraskiudbetooni ülim kohalik survepinge pindala suhte suurenemisega oluliselt, mis on tingitud ümbritseva betooni piiravast mõjust. Kohalike pindalakoormuste korral ruumis saab selgelt määrata proportsionaalse suhte kohaliku lõpliku survepinge ja pindala suhte ruutjuure vahel. Kuna tasapinnalise koormuse lokaalse koormuse korral on pidurdusefekt puudulik, on lõpliku lokaalse survepinge suurenemine suhteliselt väike. Sel juhul leitakse, et see on võrdeline pindala suhte kuupjuurega. Need korrelatsioonid annavad aluse kohalike pingete arvutamiseks, mida ülitugev SFRC talub.
Vahetult pärast maksimaalse pinge saavutamist näitas PC pinge-nihke kõver järsku langust, mis näitab, et proov sai katse ajal ootamatult kahjustatud. Seevastu SFRC-l on järk-järgult vähenev pinge koos suureneva nihkega, mis vastab plastilise rikke käitumisele. Osalise ala koormuse tasapinnalise jaotuse korral on see mõju vähem ilmne, kuna see ei ole täielikult piiratud.
Kõrgtugevate PC- ja SFRC-proovide tüüpilised murdumisrežiimid vastavate pinge-nihke kõveratega. Üldiselt ei täheldatud PC ja SFRC puhul nähtavat pragunemist ega lõhenemist kuni lõpliku koormuse lähedale. Varsti pärast seda ebaõnnestusid kõik PC proovid enam-vähem killustatud tingimustes, eriti kõrgtugeva betooni puhul, koormuse ja nihke kõvera järsu langusega. Suurte pindalade suhte korral tekkis kogu katse jooksul üks suur lõhenemispragu, mis tungis läbi külgpinna põhja, samas kui väikese pindala suhte korral vajus PC proov täielikult kokku. Seevastu säilitasid kõik SFRC proovid oma terviklikkuse kuni katse lõpuni ja neil oli mitu pragumustrit. Suure pindala suhte korral tekkisid praod koos vähese betooni lõhenemisega peamiselt SFRC proovi ülemises osas. Pindala suhte vähenedes kipuvad ka alumises pooles üha enam tekkima pragusid ja lõhenemist.
(3) Kiu tüüp ja segu
Teraskiudude väljatõmbumiskäitumise uuringust võib järeldada, et kiudude omadused mõjutavad oluliselt ka SFRC kandevõimet ja murdumiskäitumist kohaliku piirkonna koormusel. Näidatud on eri tüüpi teraskiudude abil kiusisaldusega 60 kg/m3 (ruumiline koormuse jaotus, δ=9) valmistatud ülitugeva SFRC maksimaalne kohalik survepinge. Võrreldes PC-ga on kohaliku survepinge suurenenud määr vahemikus 28% kuni 51%. Ootuspäraselt näisid ülitugevad konksu otsaga suuremõõtmelised kiud (Lh60) olevat kõige tõhusamad lõpliku kandevõime suurendamisel. Kuid katses leiti, et ülitugevate suuremõõtmeliste kiudude abil valmistatud SFRC suurendas maksimaalset kandevõimet ainult 15% võrreldes tavalise tugevusega suuremõõtmeliste kiududega (L60) valmistatud SFRC-ga, kuigi väljatõmbekatse näitas, et ülitugeva kiu maksimaalne kandevõime Väljatõmbekoormus on peaaegu kaks korda suurem kui tavalise tugevusega kiududel.
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). Erinevate kiusegude uuringud näitasid, et sellistel koormustingimustel osutus kõige soodsamaks konksotsa mikrokiudude ja sirgete kiudude kombinatsioon. Kuigi kahe võrreldava kiusegu lõplik lokaalne survepinge on peaaegu sama, on näha, et SFRC, mis sisaldab 50% suuremõõtmelisi kiude ja 50% mikrokiude (SFRC L60+S60), on plastilisem. pragude järgses staadiumis (võrreldes SFRC L40+M40+S40-ga). Tänu kiusegu tugevdavale toimele on selle positiivne mõju kandevõimele ja murdumiskäitumisele eriti ilmne lokaalse ekstsentrilise koormuse korral.
(4) Kiududele orienteeritud
On hästi teada, et kiududel, mis on joondatud piki tõmbepinge suunda, on parim pragude sildamise võime. Lokaalse piirkonna koormuse korral piirab koormussuunaga risti olev pragunemise tõmbepinge tavaliselt talutavat lokaalset survepinget ja domineerib rikkerežiimis. Seetõttu võib eeldada, et kiudude orientatsioonil on lokaalse koormuse korral oluline mõju SFRC kandevõimele ja murdumiskäitumisele. Selle efekti uurimiseks kontrolliti kiudude orientatsiooni, valmistades proove vertikaalses ja horisontaalses raketis ning SFRC-ga viidi läbi kohaliku piirkonna koormustestid.
Teraskiudude (60 kg/m3 konksu otsaga suuremõõtmelised kiud) protsenti kolmes ruumilises suunas (x, y, z) laadimissuuna suhtes mõõdeti elektromagnetilise seadmega ning SFRC proovid valmistati vertikaalsete ja horisontaalsete vormidega. võrreldi. (150 mm x 150 mm x 300 mm). Horisontaalses vormiproovis oli ligikaudu 46% kiududest orienteeritud laadimissuunas. Seetõttu on seisvate proovidega võrreldes vähem kiude orienteeritud piki kahte laadimissuunaga risti olevat suunda, mis vastavad kohaliku piirkonna koormuse jaotuse peamistele tõmbepingesuundadele. Tulemused näitavad, et horisontaalvormis valmistatud proovikeha lõplik lokaalne survepinge väärtus väheneb oluliselt (kuni 23%). Peale selle, pärast lõpliku kohaliku survepinge saavutamist, iseloomustab pinge-nihke kõverat pinge järsk langus, mis näitab vähem plastilist rikke käitumist. Seda efekti demonstreeriti ka sõltumatute pindalasuhete eksperimentaalsel juhul.
Lokaalse piirkonna koormuse korral on mõju kiudude domineerivale orientatsioonile sõltuvalt valamise suunast (vertikaalne/horisontaalne raketis) olulisem, kuna sel juhul toimivad peamised tõmbepinged eelkõige põikisuunas (risti kiududega). laadimise suund).
• Kiu suurus:
Üksikute kiudude ja maatriksi tasemel juhivad üksikute kiudude väljatõmbamiskäitumist liidese tingimused, kiu kuju ja kiu kaldenurk pragude suhtes. Töötati välja poolanalüütiline mudel, mis ennustab ühe kiu väljatõmbejõu ja nihke suhet, mis sõltub kiu raskuskeskme asukohast ja kaldenurgast pragude tasapinna suhtes. Mudel suudab jäädvustada peamised mehhanismid, mis aktiveeruvad betoonmaatriksisse põimitud üksiku teraskiu väljatõmbamisprotsessi käigus (konksuotste sirgendamine, betooni lõhenemine ja kiu purunemine), võttes arvesse kiu tüübi ja tugevuse erinevaid konfiguratsioone, betooni tugevus, kiudude kaldenurk ja kinnituspikkus.
• Prao suurus:
Kiudarmeeritud betoonkomposiidis tekkivate pragude tasemel aktiveeruvad pragusid läbivad kiud ja tagavad pragudejärgse jääktugevuse, mis sõltub kiusisaldusest ja kiu orientatsioonist. Mitmetasandilises SFRC mudelis lähendatakse pragunemisjärgset reaktsiooni venitus-eraldusmeetodiga, mis arvestab kiudude anisotroopia suundi, integreerides kõigi pragu läbivate üksikute kiudude väljatõmbejõu ja nihke suhted.
• Konstruktsiooni mõõtmed:
Struktuursel skaalal fikseeritakse purunemisjärgne käitumine diskreetse pragude mudeli abil, mis põhineb kondenseeritud liideseelementidel. Liideseelemendid sisestatakse tavaliste lõplike elementide (mahuelementide) vahele, mis võimaldavad murdeid diskreetselt kaardistada ja annavad vahetult teavet pragude laiuse kohta. Liidese elementide käitumist reguleerivad venitus-eraldusreeglid, mis on tuletatud mitmetasandilistest SFRC mudelitest pragude skaalal. Terasvardade olemasolu arvessevõtmiseks töötati välja ka diskreetsete terasvarraste võrgusõltumatu kontaktipõhine esitus. Terasvardad on modelleeritud sõrestike elementidena ja ühendatud betoonmaatriksiga piirangute kaudu, mis asuvad terasvarda elementide kontrollpunktide ja nende projektsioonipunktide vahel sisseehitatud mahuelementides. Kinnitustes on ette nähtud side-libisemismehhanism ning arvesse võetakse elasts-plastilist v.Mises'i saagispinda ja terase lineaarset karastumist.
