Investigaciones anteriores resumieron la aplicación del hormigón en tubos de acero (CFT) en la construcción, la importancia del estado de tensión de unión de la interfaz y analizaron su efecto combinado. Los estudios experimentales han demostrado que la contracción es muy perjudicial para la tensión de adherencia y el grado de contracción está determinado por las características del hormigón, el diámetro de la tubería de acero y el estado de la superficie interior de la tubería de acero. Cuanto mayor sea el diámetro de la tubería de acero y el valor d/t, menor será la tensión de adherencia, que está estrechamente relacionada con el deslizamiento de la barra de acero y la superficie del hormigón.
1 Descripción general
La aplicación de columnas CFT en Japón está por delante de Estados Unidos y la mayoría de los resultados de la investigación provienen de Japón. En la práctica, se han analizado los requisitos de rendimiento de la superficie de interacción y hay informes que confirman esta deficiencia en los Estados Unidos, pero también se han evaluado algunos resultados de pruebas y se han estudiado la tensión de adherencia y la conexión cortante de los CFT en diferentes niveles. . Los datos experimentales están disponibles para nuestra referencia.
La mayoría de las columnas CFT en los Estados Unidos son miembros de soporte. La tensión axial bajo carga vertical requiere la acción continua de la tensión de unión. Sus diámetros a menudo exceden los 1000 mm, incluso hasta los 3000 mm, y la relación d/t. llega a 100. , algunas estructuras incluso llegan a 200. Dado que la rigidez axial débil afecta la función general del CFT, a menudo se utiliza hormigón de alta resistencia.
Las columnas CFT se utilizan ampliamente en estructuras sismorresistentes en Japón. Se promocionaron tanto los tubos redondos como los rectangulares. El diámetro del tubo redondo no suele superar los 700 mm y la relación d/t es inferior a 50. Método de conexión por corte del componente: el tablero divisorio antisísmico está preincrustado en la tubería de acero y luego se vierte con concreto. Esta conexión fija reduce la carga sobre la tensión de unión. Al mismo tiempo, se están realizando innovaciones para mejorar las capacidades de unión, como la incorporación de nervaduras en los tubos de acero. La investigación y el desarrollo de CFT en mi país comenzaron a mediados de la década de 1960. Se utilizó por primera vez en proyectos del metro de Beijing y se utilizó con éxito para construir las columnas de la plataforma de la "Estación de Beijing" y la "Estación Qianmen". Después de eso, todas las columnas de la plataforma del proyecto del metro circular utilizaron estructuras de hormigón con tubos de acero. Desde la década de 1970, se ha utilizado gradualmente en plantas industriales de uno y varios pisos, estructuras de altos hornos y calderas, estructuras de transmisión y transformación de energía y diversas estructuras de soporte. Se han completado más de 100 proyectos de construcción utilizando tubos de acero de diámetros cada vez mayores.
2 Carga de adherencia de tubos de acero rellenos de hormigón
En primer lugar, se diseña el modelo estructural, el marco resistivo de seis pisos y el marco de soporte de doce pisos, y la carga actúa sobre los mismos. centro para realizar pruebas. La carga de tensión de adherencia es diferente para diferentes sistemas estructurales y diferentes ubicaciones de la estructura, con las mayores cargas en áreas discontinuas como cimientos y conexiones. Llenar la conexión con concreto requiere menos fuerza de conexión que una conexión directa de acero, y la tensión de adherencia sobre el miembro de flexión es mucho menor que la del marco de soporte. Sistema de marco arriostrado bajo cargas horizontales. En cada nodo, la fuerza axial sobre el soporte se convierte en una carga vertical. En la posición, la fuerza de tracción se transfiere al pie de la columna y la tensión de unión está en la carga máxima.
3 Determinación del estado de interfaz
La transferencia mutua de la fuerza de unión entre el tubo de acero y el hormigón depende de la presión generada por el hormigón plástico en la carcasa, el desplazamiento radial causado por la contracción del núcleo de hormigón y la tubería de acero El grado de irregularidad interna. El desplazamiento radial se limita al rango en el que aún no se ha producido la acción conjunta del hormigón y las barras de acero, y las deformaciones de las barras de acero y del hormigón no son las mismas.
Debido a que la sección transversal de la columna CFT es axialmente simétrica y la presión es p, puede causar la expansión de radiación de la sección transversal e1. Para tuberías de acero:
(1)
D=diámetro, t=espesor de la pared, Es=módulo elástico, c=deformación por contracción lineal del hormigón.
El rango de presión depende de la viscosidad del hormigón, la humedad en ambos extremos, la presión que soporta el propio hormigón y el diámetro de la tubería de acero del valor de contracción lateral del hormigón e2:
(2)
La influencia de la retracción proviene del propio hormigón, las condiciones de curado y el diámetro. Puede haber tres estados en la superficie de interacción:
Estado a: (. 3)
Estado b: (4)
País c: (5)
El valor del espacio causado por la irregularidad de la superficie interior de la tubería de acero e3 .
Estado A: Siempre hay presión del concreto sobre la superficie de interacción, y la fuerza de unión interna después de la contracción es proporcionada por la fuerza de unión entre las barras de acero y el concreto. Este estado se llama fuerza de enlace químico. Cuando la fuerza de corte aumenta más allá de la capacidad de carga formada por esta unión, la carga es soportada principalmente por la fuerza de mordida mecánica de la superficie. Hay dos características en este momento: la fricción causada por la interacción de la presión superficial y la tensión de unión causada por el compromiso de las barras de acero y el hormigón. Este artículo no distingue entre estas dos tensiones de unión mecánica diferentes;
Estado B: durante la contracción, aparece un espacio entre los dos materiales y se produce un movimiento del cuerpo rígido. Cuando uno de los materiales es empujado, tiene solo una pequeña fuerza de unión y resistencia;
Estado C: es un estado intermedio con una gran pérdida de tensión de unión y fuerza de mordida mecánica acompañada de un comportamiento impredecible que alcanza el estado B. Esto es útil para examinar la transición de los miembros del CFT de un estado a otro. Los valores predeterminados para estos datos suelen ser c=0,003, d/t=100. La figura muestra que cuando la presión sobre el hormigón alcanza 1,2 MPa, se produce un estado en el que cuando el valor de d/t es menor, se requiere una presión mayor, lo cual es difícil de obtener en condiciones reales. Sin embargo, el desplazamiento de contracción e2 es generalmente mayor que e1, por lo que es difícil alcanzar el estado A en CFT.
Si el valor de C es 0,003 y el valor de D es 2540 mm, la rugosidad dentro de la tubería debe alcanzar 0,38 mm para evitar que se produzca el estado b. Si el diámetro de la tubería es pequeño, debería ser menor. respectivamente. En la práctica tradicional, la rugosidad dentro de la tubería real generalmente puede exceder los 0,25 mm. Esto puede indicar que las condiciones de la superficie de la mayoría de los CFT tienden a estar en el estado c. Además, estas comparaciones también indican que los miembros CFT con gran contracción y grandes diámetros pueden tener el estado B.
El estado C proporciona un rendimiento variable siempre que el hormigón se acople irregularmente a la superficie de acero y el propio hormigón se contraiga. Como se mencionó anteriormente, esta fuerza de mordida es menor en tuberías de acero de mayor diámetro. En tuberías de acero con diámetros mayores, que pueden no existir, el estado de contracción es incierto, los miembros CFT largos y la incertidumbre en el tamaño del diámetro pueden alcanzar el estado c. El valor de d/t es significativo porque sólo se mantiene la forma irregular dentro de la tubería. , la fuerza de mordida puede prevenir eficazmente el deslizamiento del hormigón. La rigidez radial de las tuberías de acero con valores d/t grandes será ligeramente menor. Por lo tanto, es propenso a distorsionarse, lo que resulta en una reducción del estrés de unión debido a la oclusión.
El estado C es un estado de interfaz impredecible que no solo cambia espacialmente a lo largo de la longitud, sino que también cambia espacialmente en el borde donde los dos materiales se cruzan dentro de la tubería de acero. Esta capacidad para localizar tensiones de unión no es confiable y debe promediarse en un área limitada para obtener valores de diseño útiles.
Análisis por ordenador; para comprender mejor la tensión de unión entre el acero y el hormigón, se utiliza una cuadrícula tridimensional para analizar el estado simulado del acero y el hormigón en columnas CFT. ANSYS y SAP se utilizan comúnmente para este tipo de análisis. Primero se aplica una carga axial o un momento flector al acero o al hormigón, y luego la redistribución elástica logra el efecto de mezcla. Los cálculos se basan en los diámetros de tubería, espesores de pared y longitudes de columna de la aplicación real. Cuando el estado de la superficie de interacción permite 0 deslizamiento, la tensión de adherencia se normalizará de acuerdo con la curva verdadera de la distribución exponencial. La tensión de compresión sobre el concreto alcanza el máximo en la superficie de interacción más cercana al punto de acción (extremo), pero. al final d/ 2 es aproximadamente 0. Esta distribución calculada no se ve afectada por la longitud a menos que la longitud del espécimen sea cercana a d/2. Para tubos de acero con un valor d/t superior a 100, la distancia entre la tensión de adherencia y el punto cero es ligeramente inferior a d/2, y para tubos de acero con un valor d/t inferior a 50, es ligeramente superior a d/ 2. El valor límite de tensión de unión normalizado puede alcanzar 1,0 dentro de 0,2 d del punto de presión, la longitud de deslizamiento regenera la fricción y la fuerza de fricción se replica y se superpone para absorber la tensión de unión sin cambios.
Las características de conversión de carga de la sección deslizante y las características de distribución del índice de tensión de adherencia de la sección no deslizante indican que la demanda de tensión de adherencia se concentra en un área determinada. La carga desequilibrada entre acero y hormigón debe distribuirse en una superficie pequeña si se quiere evitar el deslizamiento.
4 Investigación sobre las pruebas correspondientes La mayoría de las pruebas utilizadas para evaluar la capacidad de unión son pruebas de empuje. La tensión de adherencia se define como el promedio de las tensiones superficiales relacionadas con el deslizamiento del núcleo de hormigón con respecto al tubo de acero.
La carga que causa el deslizamiento es p, y la tensión de adherencia promedio máxima se expresa como:
(6)
L=longitud de la superficie del concreto;
Otro ensayo La solución es eliminar el aislamiento de aire y reemplazarlo con una combinación de concreto y acero, por lo que P en la ecuación (6) es la carga máxima proporcionada por la tensión convertida (transferida) a la relación de combinación de acero y concreto en los cimientos. . Wildy, Dowling (1975), Shakir-Khalil (1991, 1993a,b) y Morrisita. (1979a,b) han sido probados en tales dispositivos.
1. Bajo carga excéntrica, la tasa de crecimiento del valor es mayor que la fuerza axial;
2 a medida que aumenta la rugosidad de la interfaz acero-hormigón, el valor aumenta;
3. Este valor permanece sin cambios independientemente de si el miembro de conexión está instalado o no, y la clave de conexión solo comienza a funcionar después de que se inicia el deslizamiento.
El diámetro máximo de las muestras de ensayo de tensión de unión CFT es de 300 mm, la mayoría de los cuales son inferiores a 200 mm, y el valor d/t es inferior a 60, distribuido principalmente en el rango de 15-35. Los diámetros y los valores d/t de estas muestras son menores que los de los componentes realmente utilizados, por lo que existe la duda de si los resultados de las pruebas son aplicables a la práctica.
5 Resumen y Resumen
Al determinar los requisitos de tensión de adherencia del edificio, se diseñaron y analizaron dos prototipos estructurales. Los resultados del análisis muestran que la demanda de tensión de adherencia de los miembros de soporte es mayor que la de los miembros de flexión. Entre ellos, la parte más importante del requisito de tensión de adherencia es la conexión entre la columna CFT y la base, pero la conexión entre la viga de soporte y la columna CFT es igualmente importante, porque el soporte desempeña el papel de transmitir la fuerza del componente vertical. . Los detalles de la conexión son muy importantes para los requisitos de tensión de unión. Los requisitos de tensión de adherencia se pueden reducir significativamente si se insertan miembros con llaves de corte en el relleno de concreto para resistir el deslizamiento entre las barras de acero y el concreto.
El análisis de la interfaz entre la tubería de acero y el relleno de concreto demuestra la importancia de la contracción por secado del concreto y el efecto del diámetro de la columna en el desempeño de la tensión de adherencia. Si se evita el deslizamiento en la interfaz acero-hormigón, los requisitos de tensión de unión se reducirán y no excederán la mitad del diámetro a lo largo de la interfaz. Para tubos de acero con valores d/t más grandes, la longitud de transporte será más corta y con valores d/t más pequeños, la longitud de conversión será más larga. Cuando ocurre un deslizamiento, la tensión de unión se distribuye aproximadamente uniformemente a lo largo de la zona de deslizamiento.
Los resultados de pruebas anteriores para probar los factores que afectan la tensión de unión muestran claramente tres tendencias, aunque los resultados están muy dispersos:
1. Baja tensión de unión para pilares CFT rectangulares en columnas circulares;
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2. La relación entre la tensión de unión y la resistencia del hormigón no es obvia;
3. La tensión de unión aumenta con el aumento del diámetro de la tubería y la disminución del valor d/t.
El último fenómeno merece atención, porque en aplicaciones prácticas, una columna CFT de mayor diámetro significa un valor d/t mayor. Sin embargo, no ha habido ningún registro de datos a este respecto en el pasado, ni se han realizado más investigaciones. Se necesita práctica.
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