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Quattru elementi di pipa d'acciaio di cimentu di gomma (RuCFST), un elementu di pipa d'acciaio di cimentu (CFST) è un elementu viotu sò stati pruvati in cundizioni di curvatura pura.I paràmetri principali sò u rapportu di cisura (λ) da 3 à 5 è u rapportu di rimpiazzamentu di gomma (r) da 10% à 20%.Si ottengono una curva di momento flettente-deformazione, una curva di momento flettente-deflessione e una curva di momento flettente-curvatura.U modu di distruzzione di cimentu cù un core di gomma hè statu analizatu.I risultati mostranu chì u tipu di fallimentu di i membri RuCFST hè fallimentu di curvatura.I cracks in u cimentu di gomma sò distribuiti in modu uniforme è sparingly, è riempie u core di cimentu cù gomma impedisce u sviluppu di cracks.U rapportu shear-to-span hà avutu pocu effettu nantu à u cumpurtamentu di i specimens di prova.A tarifa di rimpiazzamentu di gomma hà pocu effettu nantu à a capacità di sustene un momentu di curvatura, ma hà un certu effettu nantu à a rigidità di curvatura di u specimen.Dopu à u riempimentu di cimentu di gomma, paragunatu cù campioni da un tubu d'acciaio viotu, a capacità di curvatura è a rigidità di curvatura sò migliurate.
A causa di a so bona prestazione sismica è di a so capacità portante, e strutture tubulari di cimentu armatu tradiziunali (CFST) sò largamente usate in a pratica moderna di l'ingegneria1,2,3.Cum'è un novu tipu di cimentu di gomma, i particeddi di gomma sò usati per rimpiazzà parzialmente l'aggregati naturali.Strutture di Tubi d'Acciaio Ripieni di Concrete di Gomma (RuCFST) sò furmati da riempimentu di tubi d'acciaio cù cimentu di gomma per aumentà a duttilità è l'efficienza energetica di strutture composite4.Ùn solu prufittà di l'eccellente prestazione di i membri CFST, ma ancu face un usu efficiente di i rifiuti di gomma, chì risponde à i bisogni di sviluppu di una ecunumia circular verde5,6.
In l'ultimi anni, u cumpurtamentu di i membri CFST tradiziunali sottu a carica assiale7,8, l'interazzione axial load-moment9,10,11 è a curvatura pura12,13,14 hè stata studiata intensivamente.I risultati mostranu chì a capacità di curvatura, a rigidità, a duttilità è a capacità di dissipazione di l'energia di e colonne è e travi CFST sò migliurate da u riempimentu di cimentu internu è mostranu una bona duttilità di frattura.
Attualmente, certi circadori anu studiatu u cumpurtamentu è u rendiment di e colonne RuCFST sottu carichi assiali cumminati.Liu è Liang15 anu realizatu parechji esperimenti nantu à e culonne RuCFST curtite, è paragunate cù e colonne CFST, a capacità portante è a rigidità diminuite cù l'aumentu di u gradu di sustituzione di gomma è a dimensione di particella di gomma, mentri a duttilità aumentava.Duarte4,16 hà pruvatu parechje colonne RuCFST curtite è dimustrava chì e colonne RuCFST eranu più duttili cù u cuntenutu di gomma crescente.Liang17 è Gao18 anu ancu riportatu risultati simili nantu à e pruprietà di i tappi RuCFST lisci è di pareti sottili.Gu et al.19 è Jiang et al.20 studiatu a capacità portante di elementi RuCFST à alta temperatura.I risultati dimustranu chì l'aghjunzione di gomma aumentava a ductilità di a struttura.Quandu a temperatura aumenta, a capacità portante inizialmente diminuisce ligeramente.Patel21 analizò u cumpurtamentu cumpressivu è flexural di travi CFST curtite è colonne cù estremità tondi sottu carica assiale è uniaxial.A modellazione computazionale è l'analisi parametrica dimustranu chì e strategie di simulazione basate in fibra ponu esaminà accuratamente a prestazione di RCFST brevi.A flessibilità aumenta cù u rapportu d'aspettu, a forza di l'azzaru è u cimentu, è diminuisce cù u rapportu di prufundità à spessore.In generale, e culonni RuCFST brevi si cumportanu simili à e colonne CFST è sò più duttili cà e colonne CFST.
Pò esse vistu da a rivista sopra chì i culonni RuCFST migliurà dopu à l'usu propiu di l'additivi di gomma in u béton di basa di e colonne CFST.Siccomu ùn ci hè micca una carica assiale, a curvatura netta si trova à una estremità di u fasciu di a colonna.In fattu, e caratteristiche di curvatura di RuCFST sò indipendenti da e caratteristiche di carica assiale22.In l'ingegneria pratica, e strutture RuCFST sò spessu sottumessi à carichi di momentu di curvatura.U studiu di e so proprietà di curvatura pura aiuta à determinà i modi di deformazione è di fallimentu di l'elementi RuCFST sottu azzione sismica23.Per strutture RuCFST, hè necessariu di studià e proprietà di curvatura pura di l'elementi RuCFST.
In questu sensu, sei campioni sò stati testati per studià e proprietà meccaniche di elementi di pipa quadrata d'acciaio curve puramente.U restu di stu articulu hè urganizatu cusì.Prima, sò stati testati sei specimens di sezione quadrata cù o senza riempimentu di gomma.Osservate u modu di fallimentu di ogni mostra per i risultati di teste.Siconda, u funziunamentu di l'elementi RuCFST in a curvatura pura hè statu analizatu, è l'effettu di un rapportu di cisura à span di 3-5 è un rapportu di rimpiazzamentu di gomma di 10-20% nantu à e proprietà strutturali di RuCFST hè statu discutitu.Infine, e differenze in a capacità portante è a rigidità di curvatura trà elementi RuCFST è elementi CFST tradiziunali sò paragunate.
Sei specimens CFST sò stati cumpletati, quattru pieni di cimentu gommatu, unu pienu di cimentu normale, è u sestu era viotu.On discute les effets de la vitesse de changement de gomma (r) et du rapport de cisaillement de la portée (λ).I paràmetri principali di a mostra sò datu in a Tabella 1. A lettera t denota u gruixu di u tubu, B hè a lunghezza di u latu di a mostra, L hè l'altezza di a mostra, Mue hè a capacità di curvatura misurata, Kie hè l'iniziale. rigidità di flessione, Kse hè a rigidità di flessione in serviziu.scena.
U specimenu RuCFST hè statu fabbricatu da quattru platti d'acciaio saldati in pariglii per furmà un tubu d'acciaio quadratu cavu, chì hè statu dopu pienu di cimentu.Una piastra d'acciaio di 10 mm di spessore hè saldata à ogni estremità di u specimenu.I pruprietà meccanica di l'azzaru sò mostrati in a Tabella 2. Sicondu u standard cinese GB / T228-201024, a forza di tensione (fu) è a forza di rendiment (fy) di un tubu d'acciaio sò determinate da un metudu di prova di tensione standard.I risultati di a prova sò rispettivamente 260 MPa è 350 MPa.U modulu di elasticità (Es) hè 176 GPa, è u rapportu di Poisson (ν) di l'acciaio hè 0,3.
Durante a prova, a forza di compressione cubica (fcu) di u cimentu di riferimentu in u ghjornu 28 hè stata calculata à 40 MPa.I rapporti 3, 4 è 5 sò stati scelti basatu annantu à a riferenza precedente 25, postu chì questu pò revelà qualsiasi prublemi cù a trasmissione di u cambiamentu.Dui tassi di rimpiazzamentu di gomma di 10% è 20% rimpiazzanu a sabbia in u mischju di cimentu.In questu studiu, a polvera di gomma convenzionale di pneumatici da Tianyu Cement Plant (marca Tianyu in Cina) hè stata utilizata.A dimensione di particella di gomma hè 1-2 mm.A Tabella 3 mostra u rapportu di cimentu di gomma è mischi.Per ogni tipu di cimentu di gomma, trè cubi cù un latu di 150 mm sò stati cast è guariti in e cundizioni di prova prescritte da i normi.A sabbia aduprata in a mistura hè a sabbia silicea è l'agregatu grossu hè roccia carbonata in a cità di Shenyang, in u nordeste di a Cina.A forza di compressione cúbica di 28 ghjorni (fcu), a forza di compressione prismatica (fc') è u modulu d'elasticità (Ec) per parechji rapporti di rimpiazzamentu di gomma (10% è 20%) sò indicati in a Tabella 3. Implementa u standard GB50081-201926.
Tutti i campioni di prova sò pruvati cù un cilindru idraulicu cù una forza di 600 kN.Durante a carica, duie forze cuncentrate sò applicate simmetricamente à u stand di prova di curvatura di quattru punti è poi distribuite nantu à u specimenu.A deformazione hè misurata da cinque strain gauges nantu à ogni superficia di mostra.A deviazione hè osservata aduprendu trè sensori di spustamentu mostrati in Figure 1 è 2. 1 è 2.
A prova hà utilizatu un sistema di preload.Caricà à una vitezza di 2kN/s, poi mette in pausa à una carica di fin'à 10kN, verificate se l'utillita è a cellula di carica sò in cundizione normale di travagliu.Dentru a banda elastica, ogni incrementu di carica si applica à menu di un decimu di a carica di punta prevista.Quandu a pipa d'acciaio s'usa, a carica applicata hè menu di un quindecisimu di a carica di punta prevista.Mantene per circa dui minuti dopu l'applicazione di ogni livellu di carica durante a fase di carica.Quandu u sample si avvicina à u fallimentu, a rata di carica cuntinuu rallenta.Quandu a carica assiale righjunghji menu di 50% di a carica finale o danni evidenti si trovanu nantu à u specimenu, a carica hè terminata.
A distruzzione di tutti i specimens di prova dimustrava una bona duttilità.Nisun crack tensile evidenti sò stati truvati in a zona di tensione di u tubu d'acciaio di u pezzu di prova.Tipi tipichi di danni à i tubi d'acciaio sò mostrati in a fig.3. Pigliendu a mostra SB1 cum'è un esempiu, in u stadiu iniziale di carica quandu u mumentu di curvatura hè menu di 18 kN m, a mostra SB1 hè in u stadiu elasticu senza deformazione evidenti, è a rata di crescita in u mumentu di curvatura misurata hè più grande di u ritmu di crescita di a curvatura.In seguitu, a pipa d'acciaio in a zona di tensione hè deformabile è passa in u stadiu elasticu-plasticu.Quandu u mumentu di curvatura righjunghji circa 26 kNm, a zona di compressione di l'acciaio di media span principia à espansione.L'edema si sviluppa gradualmente cum'è a carica aumenta.A curva di deflessione di carica ùn diminuisce micca finu à chì a carica righjunghji u so puntu di punta.
Dopu chì l'esperimentu hè statu finitu, a mostra SB1 (RuCFST) è a mostra SB5 (CFST) sò state tagliate per osservà più chjaramente u modu di fallimentu di u cimentu di basa, cum'è mostra in Fig. SB1 sò distribuiti uniformemente è sparsely in u cimentu di basa, è a distanza trà elli hè da 10 à 15 cm.A distanza trà cracks in sample SB5 hè da 5 à 8 cm, i cracks sò irregulari è evidenti.Inoltre, i cracks in sample SB5 si estendenu circa 90 ° da a zona di tensione à a zona di compressione è sviluppanu finu à circa 3/4 di l'altezza di a sezione.I cracks principali di cimentu in u sample SB1 sò più chjuchi è menu frequenti cà in u sample SB5.A rimpiazzà di a sabbia cù gomma pò, à un certu puntu, impedisce u sviluppu di cracke in u béton.
Nantu à fig.5 mostra a distribuzione di a deviazione longu à a lunghezza di ogni specimen.A linea solida hè a curva di deflessione di u pezzu di prova è a linea punteggiata hè a meza onda sinusoidale.Da fig.A figura 5 mostra chì a curva di deflessione di l'asta hè in bonu accordu cù a curva sinusoidale di mezz'onda à a carica iniziale.Au fur et à mesure que la charge augmente, la courbe de déviation s'écarte légèrement de la courbe de demi-onde sinusoïdale.In regula, durante a carica, e curve di deflessione di tutti i campioni in ogni puntu di misurazione sò una curva semi-sinusoidale simmetrica.
Siccomu a deflessione di l'elementi RuCFST in curvatura pura seguita una curva sinusoidale semi-onda, l'equazione di curvatura pò esse espressa cum'è:
Quandu a tensione massima di a fibra hè 0,01, cunsiderendu e cundizioni attuali di l'applicazione, u mumentu di curvatura currispondente hè determinatu cum'è a capacità di u mumentu di curvatura finale di l'elementu27.A capacità di u mumentu di curvatura misurata (Mue) cusì determinata hè mostrata in a Tabella 1. Sicondu a capacità di u mumentu di curvatura misurata (Mue) è a formula (3) per calculà a curvatura (φ), a curva M-φ in Figura 6 pò esse trama.Per M = 0.2Mue28, a rigidità iniziale Kie hè cunsiderata cum'è a rigidità di curvatura di tagliola currispundente.Quandu M = 0.6Mue, a rigidità di curvatura (Kse) di u stadiu di travagliu hè stata stabilita à a rigidità di curvatura secante corrispondente.
Pò esse vistu da a curva di curvatura di u mumentu di curvatura chì u mumentu di curvatura è a curvatura aumentanu significativamente linearmente in u stadiu elasticu.U ritmu di crescita di u mumentu di curvatura hè chjaramente più altu ch'è quellu di a curvatura.Quandu u mumentu di curvatura M hè 0.2Mue, u specimenu righjunghji u stadiu di limitu elasticu.Cum'è a carica aumenta, a mostra subisce una deformazione plastica è passa in u stadiu elastoplasticu.Cù un momentu di curvatura M uguale à 0,7-0,8 Mue, u pipa d'acciaio serà deformatu in a zona di tensione è in a zona di compressione alternativamente.À u listessu tempu, u Mf curve di u campionu principia à manifestà si cum'è un puntu inflection è cresce non-linearly, chì rinforza l 'effettu cumminatu di u pipa azzaru è u core béton gomma.Quandu M hè uguali à Mue, u specimenu entra in u stadiu di indurimentu plasticu, cù a deflessione è a curvatura di u specimenu aumentanu rapidamente, mentre chì u mumentu di curvatura aumenta lentamente.
Nantu à fig.7 mostra le curve di momento flettente (M) versus deformazione (ε) per ogni campione.A parti suprana di a seccione mid-span di a mostra hè sottu cumpressione, è a parti inferjuri hè sottu tensione.Strain gauges marcati "1" è "2" sò situati in cima di u pezzu di prova, strain gauges marcati "3" sò situati à mezu à u specimenu, è strain gauges marcati "4" è "5"."Sò situati sottu à u sample di prova.A parte più bassu di a mostra hè mostrata in a figura 2. Da a figura 7 si pò vede chì in u stadiu iniziale di carica, i deformazioni longitudinali in a zona di tensione è in a zona di compressione di l'elementu sò assai vicinu, è i deformazioni longitudinali in a zona di tensione è in a zona di compressione di l'elementu sò assai vicinu. e deformazioni sò quasi lineari.In a parti media, ci hè un ligeru aumentu di deformazione longitudinale, ma a magnitudine di sta crescita hè chjuca. In seguitu, u béton di gomma in a zona di tensione cracked.Because u pipa d'acciaio in a zona di tensione hè solu bisognu di sustene a forza, è u cimentu di gomma è pipa d'acciaio in a zona di compressione portanu a carica inseme, a deformazione in a zona di tensione di l'elementu hè più grande ch'è a deformazione in l'. a tappa elastoplastica. U ritmu di crescita di a tensione di a mostra era significativamente più altu ch'è u mumentu di curvatura, è a zona plastica hà cuminciatu à sviluppà à a seccione trasversale sana.
I curve M-um per ogni mostra sò mostrati in a Figura 8. In a fig.8, tutte e curve M-um seguitanu a listessa tendenza cum'è i membri tradiziunali CFST22,27.In ogni casu, e curve M-um mostranu una risposta elastica in a fase iniziale, seguita da un cumpurtamentu inelasticu cù rigidità decrescente, finu à chì u mumentu di curvatura massima permessa hè gradualmente righjuntu.Tuttavia, per via di diversi parametri di prova, e curve M-um sò ligeramente diverse.U mumentu di deflessione per i rapporti di taglio-a-span da 3 à 5 hè mostratu in a fig.8a.La capacité de flexion admissible de l'échantillon SB2 (facteur de cisaillement λ = 4) est inférieure de 6,57 % à celle de l'échantillon SB1 (λ = 5), et la capacité à le moment fléchissant de l'échantillon SB3 (λ = 3) est supérieure à celle de l'échantillon SB2 (λ = 4) 3,76 %.In generale, cum'è u rapportu di cisura à span aumenta, a tendenza di u cambiamentu in u mumentu permessu ùn hè micca evidenti.A curva M-um ùn pare micca esse ligata à u rapportu di cisura à span.Questu hè coherente cù ciò chì Lu è Kennedy25 anu osservatu per i fasci CFST cù rapporti di cisura à span chì varieghja da 1,03 à 5,05.Un mutivu pussibile per i membri CFST hè chì à e diverse span shear ratios, u mecanismu di trasmissione di forza trà u core di cimentu è i tubi d'acciaio hè quasi u stessu, chì ùn hè micca cusì ovvi cum'è per i membri di cimentu armatu25.
Da fig.8b mostra chì a capacità portante di i campioni SB4 (r = 10%) è SB1 (r = 20%) hè ligeramente più altu o più bassu di quellu di u campione tradiziunale CFST SB5 (r = 0), è aumentatu da 3,15 per centu è diminuite da 1,57 per centu.Tuttavia, a rigidità iniziale di curvatura (Kie) di i campioni SB4 è SB1 hè significativamente più altu ch'è quellu di a mostra SB5, chì sò 19,03% è 18,11%, rispettivamente.A rigidità di curvatura (Kse) di i campioni SB4 è SB1 in a fase operativa hè 8,16% è 7,53% più altu ch'è quellu di a mostra SB5, rispettivamente.Mostranu chì a tarifa di sustituzzioni di gomma hà pocu effettu nantu à a capacità di curvatura, ma hà un grande effettu nantu à a rigidità di curvatura di i specimens RuCFST.Questu pò esse duvuta à u fattu chì a plasticità di u cimentu di gomma in i campioni RuCFST hè più altu ch'è a plasticità di u cimentu naturali in i campioni CFST cunvinziunali.In generale, u cracking è u cracking in u cimentu naturali cumincianu à propagate prima ch'è in u cimentu gommatu29.Da u modu tipicu di fallimentu di u béton base (Fig. 4), i cracks di sample SB5 (concrete naturali) sò più grande è densi cà quelli di sample SB1 (concrete gomma).Questu pò cuntribuisce à a più alta restrizione furnita da i tubi d'acciaio per a mostra di Concrete Armatu SB1 cumparatu cù a mostra di Concrete Naturale SB5.U studiu Durate16 hè ancu ghjuntu à cunclusioni simili.
Da fig.8c mostra chì l'elementu RuCFST hà megliu capacità di curvatura è duttilità cà l'elementu di tubu d'acciaio cavu.A forza di curvatura di a mostra SB1 da RuCFST (r = 20%) hè 68,90% più altu ch'è quella di a mostra SB6 da un tubu d'acciaio viotu, è a rigidità di curvatura iniziale (Kie) è a rigidità di curvatura in u stadiu di operazione (Kse) di a mostra SB1 sò 40,52% rispettivamente., chì hè più altu di a mostra SB6, era 16,88% più altu.L'azzione cumminata di a pipa d'acciaio è di u core di cimentu gommatu aumenta a capacità di flexura è a rigidità di l'elementu compostu.L'elementi RuCFST mostranu campioni di duttilità bona quandu sò sottumessi à carichi di curvatura pura.
I mumenti di curvatura risultanti sò stati paragunati cù i momenti di curvatura specificati in i normi di cuncepimentu attuale, cum'è e regule giapponesi AIJ (2008) 30, e regule britanniche BS5400 (2005) 31, e regule europee EC4 (2005) 32 è e regule cinesi GB50936 (2014) 33. (Muc) à u mumentu di curvatura sperimentale (Mue) hè datu in a Tabella 4 è presentata in a fig.9. I valori calculati di AIJ (2008), BS5400 (2005) è GB50936 (2014) sò 19%, 13,2% è 19,4% più bassu di i valori esperimenti medii, rispettivamente.U mumentu di curvatura calculatu da EC4 (2005) hè 7% sottu à u valore mediu di prova, chì hè u più vicinu.
E proprietà meccaniche di elementi RuCFST sottu curvatura pura sò investigate sperimentalmente.Basatu nantu à a ricerca, i seguenti cunclusioni ponu esse tirati.
I membri testati di RuCFST mostranu un cumpurtamentu simili à i mudelli CFST tradiziunali.Cù l'eccezzioni di i campioni di tubi d'acciaio vacanti, i specimens RuCFST è CFST anu una bona duttilità per via di u riempimentu di cimentu di gomma è cimentu.
U rapportu di cisura à span variava da 3 à 5 cù pocu effettu nantu à u mumentu pruvatu è a rigidità di curvatura.U ritmu di rimpiazzamentu di gomma ùn hà praticamente micca effettu nantu à a resistenza di a mostra à u mumentu di curvatura, ma hà un certu effettu nantu à a rigidità di curvatura di a mostra.A rigidità flexural iniziale di l'esemplare SB1 cù un rapportu di rimpiazzamentu di gomma di 10% hè 19,03% più altu ch'è quellu di u specimenu tradiziunale CFST SB5.Eurocode EC4 (2005) permette una valutazione precisa di a capacità di curvatura finale di elementi RuCFST.L'aghjunzione di gomma à u béton di basa migliurà a fragilità di u béton, dendu l'elementi cunfuciani boni toughness.
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Tempu di Postu: 05-Jan-2023