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4개의 고무 콘크리트 강관(RuCFST) 요소, 1개의 콘크리트 강관(CFST) 요소 및 1개의 빈 요소가 순수 굽힘 조건에서 테스트되었습니다.주요 매개변수는 3~5의 전단비(λ)와 10%~20%의 고무 대체율(r)입니다.굽힘 모멘트-변형률 곡선, 굽힘 모멘트-변형 곡선 및 굽힘 모멘트-곡률 곡선이 얻어집니다.고무 코어를 사용한 콘크리트의 파괴 방식을 분석했습니다.결과는 RuCFST 부재의 파손 유형이 굽힘 파손임을 보여줍니다.고무콘크리트의 균열은 균일하고 드물게 분포되며, 코어 콘크리트에 고무를 채워 균열 발생을 방지합니다.전단 대 스팬 비율은 테스트 표본의 거동에 거의 영향을 미치지 않았습니다.고무 교체율은 굽힘 모멘트를 견디는 능력에는 거의 영향을 미치지 않지만 시편의 굽힘 강성은 일정한 영향을 미칩니다.고무콘크리트를 충전한 후 빈 강관 시료와 비교하여 굽힘성 및 굽힘 강성이 향상되었습니다.
우수한 내진 성능과 높은 지지력으로 인해 전통적인 철근 콘크리트 관형 구조물(CFST)이 현대 엔지니어링 실무에서 널리 사용됩니다1,2,3.새로운 유형의 고무 콘크리트로서 고무 입자를 사용하여 천연 골재를 부분적으로 대체합니다.고무 콘크리트 충진 강관(RuCFST) 구조물은 강관에 고무 콘크리트를 채워 복합 구조물의 연성과 에너지 효율성을 높인 구조물입니다4.이는 CFST 구성원의 우수한 성능을 활용할 뿐만 아니라 고무 폐기물을 효율적으로 사용하여 녹색 순환 경제의 개발 요구를 충족시킵니다5,6.
지난 몇 년 동안 축 하중7,8, 축 하중-모멘트 상호 작용9,10,11 및 순수 굽힘12,13,14 하에서 기존 CFST 부재의 거동이 집중적으로 연구되었습니다.결과는 CFST 기둥과 보의 굽힘 능력, 강성, 연성 및 에너지 소산 능력이 내부 콘크리트 충전에 의해 향상되고 우수한 파괴 연성을 나타내는 것을 보여줍니다.
현재 일부 연구자들은 결합된 축 하중 하에서 RuCFST 기둥의 거동과 성능을 연구했습니다.Liu와 Liang15은 짧은 RuCFST 컬럼에 대해 여러 실험을 수행한 결과 CFST 컬럼과 비교하여 고무 치환도와 고무 입자 크기가 증가함에 따라 지지력과 강성이 감소하는 반면 연성은 증가했습니다.Duarte4,16은 여러 개의 짧은 RuCFST 컬럼을 테스트한 결과 RuCFST 컬럼이 고무 함량이 증가함에 따라 더 연성이 있음을 보여주었습니다.Liang17과 Gao18은 또한 매끄럽고 얇은 벽의 RuCFST 플러그의 특성에 대해 유사한 결과를 보고했습니다.Gu et al.19와 Jiang et al.20은 고온에서 RuCFST 요소의 지지력을 연구했습니다.결과는 고무를 첨가하면 구조의 연성이 증가한다는 것을 보여주었습니다.온도가 상승함에 따라 초기 지지력은 약간 감소합니다.Patel21은 축 및 단축 하중을 받는 짧은 CFST 보와 끝이 둥근 기둥의 압축 및 굴곡 거동을 분석했습니다.전산 모델링 및 파라메트릭 분석은 섬유 기반 시뮬레이션 전략이 짧은 RCFST의 성능을 정확하게 검사할 수 있음을 보여줍니다.유연성은 종횡비, 강철 및 콘크리트의 강도에 따라 증가하고 깊이 대 두께 비율에 따라 감소합니다.일반적으로 짧은 RuCFST 기둥은 CFST 기둥과 유사하게 동작하며 CFST 기둥보다 연성이 더 높습니다.
위의 리뷰를 통해 CFST 기둥의 베이스 콘크리트에 고무첨가제를 적절하게 사용하면 RuCFST 기둥의 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있습니다.축방향 하중이 없기 때문에 기둥보의 한쪽 끝에서 순 굽힘이 발생합니다.실제로 RuCFST의 굽힘 특성은 축 하중 특성과 무관합니다.실제 엔지니어링에서 RuCFST 구조는 종종 굽힘 모멘트 하중을 받습니다.순수 굽힘 특성에 대한 연구는 지진 작용 하에서 RuCFST 요소의 변형 및 파손 모드를 결정하는 데 도움이 됩니다.RuCFST 구조의 경우 RuCFST 요소의 순수 굽힘 특성을 연구하는 것이 필요합니다.
이와 관련하여 순수 곡선 강철 사각 파이프 요소의 기계적 특성을 연구하기 위해 6개의 샘플을 테스트했습니다.이 기사의 나머지 부분은 다음과 같이 구성됩니다.먼저, 고무 충전물이 있거나 없는 6개의 정사각형 단면 시편을 테스트했습니다.테스트 결과를 보려면 각 샘플의 실패 모드를 관찰하십시오.둘째, 순수 굽힘에서 RuCFST 요소의 성능을 분석하고, 전단 대 스팬 비율 3~5와 고무 대체 비율 10~20%가 RuCFST의 구조적 특성에 미치는 영향을 논의했습니다.마지막으로 RuCFST 요소와 기존 CFST 요소 간의 내하력 및 굽힘 강성의 차이를 비교합니다.
6개의 CFST 시편이 완성되었으며, 4개는 고무 콘크리트로 채워졌고, 1개는 일반 콘크리트로 채워졌으며, 6번째는 비어 있었습니다.고무 변화율(r)과 경간 전단비(λ)의 효과가 논의됩니다.샘플의 주요 매개변수는 표 1에 나와 있습니다. 문자 t는 파이프 두께를 나타내고, B는 샘플 측면의 길이, L은 샘플의 높이, Mue는 측정된 굽힘 용량, Kie는 초기 굽힘 강성, Kse는 사용 중인 굽힘 강성입니다.장면.
RuCFST 시험체는 4개의 강판을 쌍으로 용접하여 제작하여 중공 사각 강관을 형성한 후 콘크리트로 채웠습니다.10mm 두께의 강판을 시편의 각 끝에 용접했습니다.강의 기계적 특성은 표 2에 나와 있습니다. 중국 표준 GB/T228-201024에 따르면 강관의 인장 강도(fu)와 항복 강도(fy)는 표준 인장 시험 방법으로 결정됩니다.테스트 결과는 각각 260MPa와 350MPa입니다.탄성계수(Es)는 176GPa이고, 강의 포아송비(ν)는 0.3이다.
테스트 중 28일차 기준 콘크리트의 입방압축강도(fcu)는 40MPa로 계산되었습니다.비율 3, 4 및 5는 이전 참조 25를 기반으로 선택되었습니다. 이는 변속 변속기에 대한 모든 문제를 드러낼 수 있기 때문입니다.10%와 20%의 두 가지 고무 대체율이 콘크리트 혼합물의 모래를 대체합니다.본 연구에서는 Tianyu 시멘트 공장(중국 Tianyu 브랜드)의 기존 타이어 고무 분말을 사용했습니다.고무의 입자 크기는 1-2mm입니다.Table 3은 고무콘크리트와 혼합물의 비율을 보여준다.각 유형의 고무 콘크리트에 대해 한 변이 150mm인 큐브 3개를 표준에 규정된 테스트 조건에 따라 주조하고 양생했습니다.혼합물에 사용된 모래는 규사이며 굵은 골재는 중국 동북부 심양시의 탄산암이다.다양한 고무 대체 비율(10% 및 20%)에 대한 28일 입방 압축 강도(fcu), 프리즘 압축 강도(fc') 및 탄성 계수(Ec)가 표 3에 나와 있습니다. GB50081-201926 표준을 구현합니다.
모든 테스트 표본은 600kN의 힘을 갖는 유압 실린더로 테스트되었습니다.하중을 가하는 동안 두 개의 집중된 힘이 4점 굽힘 테스트 스탠드에 대칭으로 가해진 다음 시편 전체에 분산됩니다.변형은 각 샘플 표면의 5개 스트레인 게이지로 측정됩니다.편차는 그림 1과 2에 표시된 3개의 변위 센서를 사용하여 관찰됩니다. 1과 2.
테스트에는 예압 시스템이 사용되었습니다.2kN/s의 속도로 하중을 가한 후 최대 10kN의 하중에서 일시정지하고 공구와 로드셀이 정상적인 작동 상태에 있는지 확인합니다.탄성 밴드 내에서 각 하중 증분은 예상 최대 하중의 1/10 미만에 적용됩니다.강관이 마모되면 적용되는 하중은 예상 최대 하중의 1/15 미만입니다.로딩 단계에서 각 부하 수준을 적용한 후 약 2분 동안 기다리십시오.샘플이 파손에 가까워지면 연속 로딩 속도가 느려집니다.축방향 하중이 극한 하중의 50% 미만에 도달하거나 시편에 명백한 손상이 발견되면 하중을 종료합니다.
모든 시험편의 파괴는 양호한 연성을 보였다.시험편의 강관 인장부에서는 뚜렷한 인장 균열은 발견되지 않았다.강철 파이프의 일반적인 손상 유형이 그림에 나와 있습니다.3. 샘플 SB1을 예로 들면, 굽힘 모멘트가 18 kN·m 미만인 하중 초기 단계에서 샘플 SB1은 뚜렷한 변형 없이 탄성 단계에 있으며 측정된 굽힘 모멘트의 증가율은 곡률 증가율.그 후, 인장 영역의 강관은 변형 가능하며 탄성-소성 단계로 들어갑니다.굽힘 모멘트가 약 26kNm에 도달하면 중경간강의 압축 영역이 확장되기 시작합니다.부하가 증가함에 따라 부종은 점차적으로 발생합니다.하중-편향 곡선은 하중이 최고점에 도달할 때까지 감소하지 않습니다.
실험이 완료된 후, Fig. 4와 같이 시료 SB1(RuCFST)과 시료 SB5(CFST)를 절단하여 베이스 콘크리트의 파괴 양상을 보다 명확하게 관찰하였다. Fig. 4를 보면 시료에 균열이 발생하는 것을 알 수 있다. SB1은 기초 콘크리트에 균일하고 성기게 분포되어 있으며, 그 사이의 거리는 10~15cm입니다.샘플 SB5의 균열 사이의 거리는 5~8cm이며 균열은 불규칙하고 뚜렷합니다.또한 샘플 SB5의 균열은 인장 영역에서 압축 영역까지 약 90° 확장되고 단면 높이의 약 3/4까지 발달합니다.샘플 SB1의 주요 콘크리트 균열은 샘플 SB5보다 작고 빈도도 낮습니다.모래를 고무캔으로 대체하면 콘크리트에 균열이 발생하는 것을 어느 정도 예방할 수 있습니다.
그림에.그림 5는 각 시편의 길이에 따른 처짐 분포를 보여줍니다.실선은 시험편의 편향 곡선이고 점선은 정현파 반파이다.그림에서.그림 5는 로드 편향 곡선이 초기 하중 시 정현파 반파 곡선과 잘 일치함을 보여줍니다.하중이 증가함에 따라 편향 곡선은 정현파 반파 곡선에서 약간 벗어납니다.일반적으로 로딩 중에 각 측정 지점에서 모든 샘플의 편향 곡선은 대칭적인 반정현파 곡선입니다.
순수 굽힘에서 RuCFST 요소의 편향은 정현파 반파 곡선을 따르기 때문에 굽힘 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
최대 섬유 변형률이 0.01일 때, 실제 적용 조건을 고려하여 해당 굽힘 모멘트는 요소의 극한 굽힘 모멘트 용량으로 결정됩니다.이렇게 결정된 측정된 굽힘 모멘트 용량(Mue)은 표 1에 나와 있습니다. 측정된 굽힘 모멘트 용량(Mue)과 곡률(Φ)을 계산하기 위한 공식(3)에 따르면 그림 6의 M-ψ 곡선은 다음과 같습니다. 음모를 꾸몄다.M = 0.2Mue28인 경우 초기 강성 Kie는 해당 전단 굽힘 강성으로 간주됩니다.M = 0.6Mue일 때 작업 단계의 굽힘 강성(Kse)은 해당 시컨트 굽힘 강성으로 설정되었습니다.
굽힘 모멘트 곡률 곡선을 보면 탄성 단계에서 굽힘 모멘트와 곡률이 선형적으로 크게 증가하는 것을 알 수 있습니다.굽힘 모멘트의 증가율은 곡률의 증가율보다 확실히 높습니다.굽힘 모멘트 M이 0.2Mue일 때 시편은 탄성 한계 단계에 도달합니다.하중이 증가함에 따라 샘플은 소성 변형을 겪고 탄소성 단계로 들어갑니다.굽힘 모멘트 M이 0.7-0.8 Mue인 경우 강관은 인장 영역과 압축 영역에서 교대로 변형됩니다.동시에, 샘플의 Mf 곡선은 변곡점으로 나타나기 시작하고 비선형적으로 증가하여 강관과 고무 콘크리트 코어의 결합 효과를 향상시킵니다.M이 Mue와 같을 때 시편은 소성 경화 단계에 들어가며 시편의 처짐과 곡률이 급격히 증가하는 반면 굽힘 모멘트는 천천히 증가합니다.
그림에.도 7은 각 샘플에 대한 굽힘 모멘트(M) 대 변형률(ε)의 곡선을 보여줍니다.샘플의 중간 스팬 섹션의 상단 부분은 압축을 받고 하단 부분은 인장을 받습니다."1"과 "2"라고 표시된 스트레인 게이지는 시험편 상단에 위치하고 "3"이라고 표시된 스트레인 게이지는 시편 중앙에 있으며 "4"와 "5"라고 표시된 스트레인 게이지는 있습니다."는 테스트 샘플 아래에 있습니다.샘플의 하단 부분은 그림 2에 표시됩니다. 그림 7에서 하중 초기 단계에서 요소의 인장 영역과 압축 영역의 세로 변형이 매우 가깝고 변형은 대략 선형입니다.중간부분에서는 종방향 변형이 약간 증가하나 이 증가폭은 작다. 이에 따라 인장지대 고무콘크리트에 균열이 발생한다. 인장지대 강관은 힘만 견디면 되므로, 압축영역의 고무콘크리트와 강관은 함께 하중을 받으며, 요소의 인장영역의 변형은 압축영역의 변형보다 크다. 하중이 증가함에 따라 변형이 강의 항복강도를 초과하여 강관이 들어가게 된다. 탄소성 단계. 샘플의 변형률 증가율은 굽힘 모멘트보다 훨씬 높았으며 플라스틱 영역은 전체 단면으로 발전하기 시작했습니다.
각 샘플의 M-um 곡선은 그림 8에 나와 있습니다.8, 모든 M-um 곡선은 기존 CFST 구성원과 동일한 추세를 따릅니다.각 경우에 M-um 곡선은 초기 단계에서 탄성 반응을 보인 후 최대 허용 굽힘 모멘트에 점차 도달할 때까지 강성이 감소하면서 비탄성 거동을 나타냅니다.그러나 테스트 매개변수가 다르기 때문에 M-um 곡선은 약간 다릅니다.3에서 5까지의 전단 대 스팬 비율에 대한 편향 모멘트가 그림에 나와 있습니다.8a.샘플 SB2(전단 인자 λ = 4)의 허용 굽힘 능력은 샘플 SB1(λ = 5)보다 6.57% 낮고, 샘플 SB3(λ = 3)의 굽힘 모멘트 능력은 샘플 SB2보다 큽니다. (λ = 4) 3.76%.일반적으로 전단-스팬 비율이 증가함에 따라 허용 모멘트의 변화 추세는 분명하지 않습니다.M-um 곡선은 전단 대 스팬 비율과 관련이 없는 것으로 보입니다.이는 Lu와 Kennedy25가 1.03에서 5.05 범위의 전단 대 스팬 비율을 갖는 CFST 빔에 대해 관찰한 것과 일치합니다.CFST 부재의 가능한 이유는 서로 다른 경간 전단비에서 콘크리트 코어와 강관 사이의 힘 전달 메커니즘이 거의 동일하다는 것인데, 이는 철근 콘크리트 부재만큼 명확하지 않습니다.
그림에서.도 8b는 샘플 SB4(r=10%)와 SB1(r=20%)의 지지력이 기존 샘플 CFST SB5(r=0)에 비해 약간 높거나 낮으며, 3.15% 증가하고 1.57퍼센트.그러나 샘플 SB4와 SB1의 초기 굽힘 강성(Kie)은 각각 19.03%와 18.11%로 샘플 SB5보다 상당히 높습니다.작동 단계에서 샘플 SB4 및 SB1의 굽힘 강성(Kse)은 샘플 SB5보다 각각 8.16% 및 7.53% 더 높습니다.그들은 고무 대체율이 굽힘 능력에 거의 영향을 미치지 않지만 RuCFST 시편의 굽힘 강성에 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.이는 RuCFST 샘플의 고무 콘크리트의 가소성이 기존 CFST 샘플의 천연 콘크리트의 가소성보다 높기 때문일 수 있습니다.일반적으로 천연 콘크리트의 균열 및 균열은 고무 콘크리트보다 일찍 전파되기 시작합니다29.기초콘크리트(Fig. 4)의 전형적인 파괴형태로부터 SB5 시료(천연콘크리트)의 균열은 SB1 시료(고무콘크리트)에 비해 더 크고 치밀한 것으로 나타났다.이는 SB5 천연 콘크리트 샘플과 비교하여 SB1 철근 콘크리트 샘플용 강관이 제공하는 더 높은 구속력에 기여할 수 있습니다.Durate16 연구에서도 비슷한 결론이 나왔습니다.
그림에서.도 8c는 RuCFST 요소가 중공 강관 요소보다 굽힘성 및 연성이 더 우수함을 보여준다.RuCFST 시료 SB1(r=20%)의 굽힘강도는 빈 강관 시료 SB6의 굽힘강도보다 68.90% 높았으며, 시료 SB1의 초기 굽힘 강성(Kie) 및 작업 단계 굽힘 강성(Kse)도 나타났다. 각각 40.52%이다.는 표본 SB6보다 16.88% 더 높았다.강관과 고무 콘크리트 코어의 결합 작용으로 복합 요소의 굴곡 능력과 강성이 증가합니다.RuCFST 요소는 순수 굽힘 하중을 받을 때 우수한 연성 시편을 나타냅니다.
결과적인 굽힘 모멘트는 일본 규칙 AIJ(2008) 30, 영국 규칙 BS5400(2005) 31, 유럽 규칙 EC4(2005) 32 및 중국 규칙 GB50936(2014) 33과 같은 현행 설계 표준에 지정된 굽힘 모멘트와 비교되었습니다. (Muc) 대 실험적 굽힘 모멘트(Mue)는 표 4에 제시되어 있으며 그림 1에 제시되어 있습니다.9. AIJ(2008), BS5400(2005), GB50936(2014)의 계산값은 각각 평균 실험값보다 19%, 13.2%, 19.4% 낮다.EC4(2005)에서 계산한 굽힘 모멘트는 평균 시험값보다 7% 낮아 가장 가깝습니다.
순수 굽힘 하에서 RuCFST 요소의 기계적 특성을 실험적으로 조사했습니다.연구를 바탕으로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
테스트된 RuCFST 멤버는 기존 CFST 패턴과 유사한 동작을 나타냈습니다.빈 강관 시험체를 제외하고 RuCFST와 CFST 시험체는 고무콘크리트와 콘크리트를 충진하여 연성이 양호하다.
전단 대 스팬 비율은 테스트된 모멘트와 굽힘 강성에 거의 영향을 주지 않고 3에서 5까지 다양했습니다.고무 교체율은 실제로 굽힘 모멘트에 대한 샘플의 저항에 영향을 미치지 않지만, 샘플의 굽힘 강성에 특정 영향을 미칩니다.고무 대체율이 10%인 SB1 실험체의 초기 굴곡 강성은 기존 실험체 CFST SB5에 비해 19.03% 더 높았다.Eurocode EC4(2005)를 사용하면 RuCFST 요소의 최대 굽힘 용량을 정확하게 평가할 수 있습니다.기초 콘크리트에 고무를 첨가하면 콘크리트의 취성이 향상되어 유교적 요소에 우수한 인성이 부여됩니다.
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게시 시간: 2023년 1월 5일