角钢和钢条加筋混凝土柱的试验与分析性能外文翻译资料

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角钢和钢条加筋混凝土柱的试验与分析性能

埃萨姆·哈利法 bull; 谢里夫· 阿尔-泰尔索伊

由于施加在这些柱上的荷载和环境条件的变化，由于强度和/或刚度的损失，需要加强钢筋混凝土柱是一个必要的要求。钢筋混凝土(RC)柱周围的钢护套通常是用钢板覆盖整个柱的表面区域。为了具有工程价值，另一种技术是在钢筋混凝土柱的角钢与离散钢带连接。本文设计了一套试验程序来评估钢筋混凝土加固柱在加入角钢和钢带后的承载力、刚度和延性的提高。尽管承载能力和强度显著提高，但韧性和刚度的显著提高已被报道。需要用低混凝土强度值的试验测试结果来模拟当地国家需要加固的老年结构条件。对7个柱进行了试验，以评价钢筋加固柱的强度改善效果。并与另一种加固方法进行了比较。该技术包括连接和不连接的钢壳试件。实验结果描述了荷载-缩短曲线、箍筋和钢带的水平应变以及破坏模式的描述。从试验结果中也可以观察到钢筋混凝土柱由于钢笼的存在而产生的超约束压力。法典规定了载重的预测钢筋混凝土复合柱加固后的承载力存在较大差异。为此，本文建立了一个分析模型，将规范极限与实验观测结果进行比较。该模型考虑了混凝土约束和增强钢构件局部屈曲的复合作用。所采用的模型简化，适用于实际设计领域。在这方面，实验结果与分析模型的结果吻合较好。

关键词 实验复合材料 钢带 钢套管 加固 分析 钢筋混凝土柱

研究意义

本文拟对钢筋混凝土柱采用角钢和钢带加固的效果进行试验研究。规范对钢筋混凝土组合柱承载力的预测结果存在较大偏差。需要进行实验研究，将分析模型与规范极限进行比较。因此，我们开发了7个试件来研究加固柱的承载能力、刚度和强度的提高。试验结果平静地解决了荷载-缩短曲线，水平应变在箍筋和条。对钢筋混凝土角钢加固柱与钢带加固柱进行了对比分析。将试验结果与规范限值进行了比较，建立了分析模型，以监测所研究的加固柱的性能。

介绍

采用角钢和钢条加固钢筋混凝土柱已成为建筑业普遍采用的技术。钢-混凝土复合材料具有较高的刚度，是适用于加固和修复结构柱的创新解决方案。这些混凝土-钢复合材料通常用作碳纤维等非单向材料。在钢筋混凝土柱的加固中，使用钢带角钢的最大好处不仅是增加了承载能力，而且对柱的刚度和延性也有明显的影响。加强混凝土结构，以抵抗更高的设计荷载，正确的退化相关的破坏，通常是在使用钢带角钢。由于施加在这些柱上的荷载和环境条件的变化，需要加强钢筋混凝土柱。在过去的三十年里，加固柱的数量和类型已经普遍存在。在几项实验研究中观察到使用ele钢进行强化(Frangou等，1995;蒙托里和皮鲁索，2009;李、龚2009;Papia等人1988;Ramirez等人，1997;Campione和Minafo, 2010;Adam et al. 2008)。许多理论模型已经被用于研究轴向受约束和无约束约束混凝土柱的行为(Mander et al. 1988;Campione 2008)。理论研究(Critek 2001;Barga等人2006;Adam et al. 2009)重点研究了加固钢筋混凝土组合柱的破坏行为。然而，大多数研究都是单独研究混凝土核心约束和角直接加载时的复合作用对承载能力的提高。与此同时，最新的钢筋混凝土柱分析模型也得到了发展，并使用钢角和钢条来解释这种复合作用(Badalamenti等人2010;Campione 2012)。这些研究检验了一些现有的模型，以计算加固柱的承载能力。

复合材料、钢筋混凝土柱的设计要求也在许多规范条款中得到了解决(埃及混凝土结构设计和施工实践规范(ECP203) 2007;欧盟-编码4 1994;美国钢结构学会1994年)。规范对钢筋混凝土组合柱承载力的预测结果存在较大偏差。这需要进行实验研究，以与分析模型和规范的限制进行比较。参照混凝土核心，钢角的最小和最大量的变化范围为欧洲规范4(1994)所规定的范围。需要试验试验结果以低混凝土强度值模拟当地老年结构的情况，在当地国家需要加强。本文设计了7个试件，对加固柱的承载力、刚度和强度提高进行了研究。这些试件由1个控制试件和4个不同结构的钢筋混凝土加固柱组成。其余两个样品分别为连接和非连接的全钢套管，用于比较不同的加固方法。预测的试验结果合理地描述了钢筋混凝土加固柱的荷载短化曲线以及箍筋和筋条的水平应变。本文还建立了一个分析模型，以比较规范极限与实验观测结果。该模型考虑了混凝土约束和增强钢构件局部屈曲的复合作用。所采用的模型简化，适用于实际设计领域。这将监测所研究的强化柱的性能。实验观测结果与解析模型的结果吻合较好。

实验研究和测试程序

采用7个试件对钢筋混凝土加固柱进行了试验研究。这些试件包括不加加固的钢筋混凝土柱对照。钢筋混凝土柱包括两个系列;第一个系列包含4个用角钢和钢带加固的柱，而第二个系列包含两个用钢壳加固的柱。7个样品的总柱长为1,000 mm。样品在高等技术学院(HTI)的实验室中铸造和固化，而测试程序在国家研究、建筑和住房中心(HBRC)的实验室中进行。关于每个试样的材料特性和实验程序的细节将在下一小节中描述。

测试柱制造

采用的钢筋混凝土柱截面和配筋细节根据设计规范(埃及混凝土结构设计和施工规范 (ECP203) 2007)的要求进行，如表1所示。图1为36级纵向加固的对照试件。根据ECP-203(埃及混凝土结构设计和施工实践规范(ECP203) 2007)的描述,每根柱由4根12毫米的钢筋组成，每个200毫米直径的24级钢放置水平箍筋(8mm直径)。纵向钢筋混凝土覆盖15mm。7个试件的水平和纵向配筋值相同，以便对所采用的加固柱结果进行比较。在浇筑混凝土之前，用应变计对这些纵向和水平钢筋进行测量。柱试件是在正常生产条件下在浇筑场的钢模板中浇筑的。钢筋混凝土柱试件采用钢柱笼作为模板。这种情况与现场加固柱，混凝土柱与钢架之间灌浆加固的情况相同。对(A)系列4个钢筋混凝土柱进行了钢板和钢带加固如图2所示。系列(B)为钢套管连接柱和非连接柱加固柱试件，如图3所示。试验前编码为CS1的钢筋混凝土柱试件如图4所示。串联(B)的连接柱在每个面上使用交错的四个销子，以避免柱截面薄弱。

测试设置

测试性能采用角钢、钢带和钢板，按照规范进行，以确保质量和卓越。钢板屈服应力实验实测值为244 MPa。试验装置可进行图5所示钢筋混凝土加固柱的试验结果。根据方法和规范进行了典型试验。在每个试件的试验柱端均采用厚钢板，并灌浆混凝土，以确保荷载同时施加在复合钢和钢筋混凝土组合截面上。钢套管是在钢筋混凝土柱浇铸之前制造的。进行了试验，以预测钢筋和用于加强隔间的钢板的拉伸行为。纵向钢筋的屈服应力为368.5 MPa，延伸率为12.8%。箍筋的屈服应力为245mpa，伸长率为21.6%。钢筋混凝土柱的设计满足ECP-203(2007)的要求。

柱所用混凝土为28天平均抗压立方体强度32.8 MPa的普通重量混凝土。配合比3.9 kN/m3 普通硅酸盐水泥6.4 kN/m3 来自自然资源的沙子，

12.9 kN /米3 破碎的石灰石(最大标称尺寸12.5毫米)和1.62 kN/m3 的水。所有钢筋混凝土柱都是在同一模具，同一时间，同一批次铸造的。混凝土用台式振动器压实，然后水养护和覆盖聚乙烯片使用1周。在柱试验当天对混凝土立方体和劈裂圆柱体进行了试验，以提供混凝土特性强度f值cu，气缸强度fc以及劈裂抗拉强度。

仪器仪表和测试程序

混凝土抗压强度的测试柱被认为是平均强度至少三个圆柱体代表的柱。普通混凝土圆柱体抗压强度为26.24 MPa，模拟了当地国家老年结构的低强度值。角钢、钢条加固钢筋混凝土柱试验装置如图6所示。根据应用规范和规范程序进行了柱混凝土的搅拌。读数从嵌入柱芯内部混凝土的应变片中提取以及纵向主钢和纵向应变读数从钢角和钢条。加固柱测试时，在柱中高度考虑记录读数。也使用LVDT仪器，在柱的中间高度，测量测试柱的纵向缩短。

实验工作结果与讨论

该实验程序可以在钢筋混凝土柱上测试轴向加载柱。静轴向载荷用于测试柱直到破坏。试验结果包括不同柱型的荷载-缩短曲线、外钢带和内箍筋的荷载-侧移应变、同水平钢带的荷载-侧移应变以及加固柱中高的荷载-侧移应变。结合实验结果，预测并讨论了失效模式。在接下来的小节中，我们将介绍并讨论实验工作的结果。与对照试件相比，钢筋混凝土柱的试验结果预测结果如表2所示。

轴向载荷缩短响应和失效模式

图7显示了加固柱试样CS1至CS4的对照试样的荷载缩短曲线。另一方面，带有全覆盖柱面积钢板CF1和CF2的两个加固柱和对照试件的荷载缩短曲线如图8所示。柱缩短量由LVDTs仪器测量，而纵向应变则由钢筋和内部混凝土芯中的应变计测量。应变计与钢套管接触良好，以测量试样CF1和CF4的纵向和横向应变。承受纯轴向荷载的试验结果表明，峰值荷载迅速降低。在初始载荷附近，所有曲线都显示出预破碎阶段的近似线性弹性部分。加固柱的初始刚度增加是由于角钢和钢带的存在得到改善。与未强化的对照试样相比，强化试样显示出更高的稳态载荷缩短性能。加固柱承载能力的提高主要是由于约束混凝土强度的提高。还发现，使用钢护筒，有效惯性矩会增加，因此延性需求也会增加。

表2 强化和非强化的试验结果总结

图7·带钢条角钢加固柱的荷载缩短曲线实验结果

图8·钢护筒加固柱荷载缩短曲线实验结果

图9·试样CS2和CS3的实验观察载荷缩短曲线之间的比较

图7显示，与对照柱试样的495.5 kN相比，CS1、CS2、CS3和CS4的极限承载力（Pu）分别增加了676.2、789.5、730.8和821.3 kN。图8显示，与之前的控制柱试样的495.5 kN相比，CF1和CF2的承载力Pu分别增加了1053.98和1149.4 kN。使用40 9 5 mm（CS1）和40 9 6 mm（CS2）角对两个加固柱进行比较，结果表明，承载能力增加了约17%。对于柱的加固，使用50 9 5 mm（CS3）和50 9 6 mm（CS4）的角度，表明承载能力增加了约12%。CS4试样的载荷缩短曲线比CS3试样的曲线更平滑、更具韧性和稳定性。从实验结果可以得出结论，与对照柱试样相比，CS1、CS2、CS3和CS4的承载能力分别增加了36%、59%、48%和66%。另一方面，与对照试样相比，CF1试样承载能力的老化增加百分比约为对照试样的两倍。对于样品CF2，使用带销钉的连接箱，承载能力提高了9%。如图8所示，样品CF2的载荷缩短曲线非常弯曲，并保持较高的缩短值。在样本CF2中，使用销钉延迟钢板局部屈曲，从而产生更多的混凝土。与未连接柱相比，连接柱的承载力增加。很明显，A系列和B系列的加固柱表现出不同的弹性初始刚度，如图所示。7号和8号。这可能是由于加固柱的承载力增加，而且柱的初始刚度也增加了。

试样CS2和CS3的荷载缩短曲线如图9所示。试样CS2以40 96 mm的角度和6 mm的带材厚度加固，而试样CS3以50 9 6 mm的角度和5 mm的带材厚度加固。加固试样CS2的角钢横截面积比试样CS3的角钢横截面积低约4%。无论小角度区域如何，样品CS2的预测承载能力都比样品CS3高8%。承载能力和延展性需

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