Summary
Vi foreslår en testprotokol, der kan kombineres med bredt tilgængelige analysemetoder til vurdering af de mekaniske egenskaber ved forskydningsstik til brug ved design af isolerede betonvægpaneler for at forudsige fuldskala isoleret paneladfærd.
Abstract
Dette dokument indeholder anbefalinger til udførelse af en ikke-standard, dobbeltforskydningstest, der er egnet til både kontinuerlige og diskrete isolerede betonsandwichvægpaneler (ICSWP'er). En sådan standardiseret test findes ikke, men flere iterationer af denne og lignende tests er blevet udført i litteraturen i varierende grad af succes. Desuden er testene i litteraturen sjældent, hvis nogensinde - beskrevet i detaljer eller diskuteret udførligt med hensyn til test, dataanalyse eller sikkerhedsprocedurer. En testprøvekonfiguration anbefales heri, og variationer diskuteres. Vigtige mekaniske egenskaber identificeres ud fra belastning versus forskydningsdata, og deres ekstraktion er detaljeret. Brugen af testdata til design, såsom til bestemmelse af stikkenes stivhed, demonstreres kort for at vise, hvordan ICSWP-afbøjning og revneadfærd kan beregnes. Panelernes styrkeadfærd kan bestemmes ved hjælp af kurven for fuld belastning versus forskydning eller kun den maksimale stikstyrke. Mangler og ubekendte erkendes, og væsentligt fremtidigt arbejde afgrænses.
Introduction
Isolerede betonsandwichvægpaneler (ICSWP'er) omfatter et lag isolering placeret mellem to betonlag, ofte kaldet wythes, som synergisk giver en termisk og strukturelt effektiv komponent til bygningskonvolutter eller bærende paneler 1 (figur 1). For at tilpasse sig den hurtigt skiftende byggebranche og nye bygningsreglementer om termisk effektivitet fremstiller præfabrikatorer ICSWP'er med tyndere betonlag og tykkere isoleringslag med højere termisk modstand; Derudover bruger designere mere raffinerede metoder til at tage højde for den delvist sammensatte interaktion mellem betonen for at reducere de samlede bygningsomkostninger og samtidig øge den termiske og strukturelle ydeevne2. Mens det er kendt, at strukturel effektivitet i vid udstrækning afhænger af den strukturelle forbindelse mellem betonlagene, og at flere proprietære forskydningsstik er tilgængelige på markedet, findes der ingen standardiseret testprotokol i litteraturen til at undersøge de mekaniske egenskaber ved disse stik. De tilgængelige stik varierer meget i deres geometri, materialer og fremstilling, så det er svært at opnå en samlet analytisk tilgang til at bestemme deres mekaniske egenskaber. Af denne grund har mange forskere brugt deres egne tilpassede opsætninger i laboratoriet, der forsøger at efterligne den grundlæggende opførsel af stikkene ved service- og styrkegrænsetilstandene 3,4,5,6,7,8,9,10. Imidlertid er kun to af dem en del af en testevalueringsordning5,8, på trods af at de ikke er nyttige til alle stikserier på grund af deres store variation i form, stivhed og materialesammensætning.
Figur 1: Typisk sammensætning af et sandwichvægpanelprøve. Klik her for at se en større version af denne figur.
En almindelig metode til test af disse stik er det, der ofte kaldes enkeltforskydning med enten en række eller to rækker stik, som beskrevet tidligere 3,11,12, som ofte er baseret på ASTM E488, en betonankerteststandard 13. ASTM E488 kræver ikke, men indebærer kraftigt gennem tegninger af de foreslåede testopsætninger, at et enkelt anker, der stikker ud fra en fast base af beton, vil blive testet. Når prøverne er testet, afbildes et sæt belastnings- versus forskydningskurver, og gennemsnitsværdierne for den ultimative elastiske belastning (Fu) og den elastiske stivhed (K0,5Fu) opnås fra sådanne kurver. En af de største fordele ved at bruge denne tilgang er, at den producerer resultater med lav variabilitet og ikke nødvendiggør store laboratorierum eller mange sensorer14. En anden fremgangsmåde består i at lægge et stik i dobbelt forskydning for at bestemme de mekaniske egenskaber til brug ved konstruktionen af disse paneler 6,7,14,15,16. De resulterende data behandles på samme måde, og gennemsnitsværdierne for den ultimative elastiske belastning (Fu) og den elastiske stivhed (K0,5Fu) opnås ved test. Selvom denne testmetode indebærer at bruge mere materiale og har brug for flere sensorer, er det anekdotisk lettere at anvende belastnings- og grænseforholdene i et laboratorium.
De to testformer virker ikke dramatisk forskellige, men producerer forskellige resultater, der stort set er baseret på deres evne til at efterligne stikadfærden i et fuldskalapanel. Testopsætningen med en enkelt forskydning og en enkelt række giver en klemhandling, som vist i figur 2B,C, og et ekstra væltningsmoment, som tidligere beskrevet14,17, som ikke ville være til stede i et panel i fuld skala. Den dobbelte forskydning gør et bedre stykke arbejde med at efterligne denne fuldskala adfærd - den modellerer den rene forskydningsoversættelse af de ydre wythes i forhold til den centrale wythe. Som følge heraf har de dobbelte forskydningsværdier, der anvendes i analysemetoder, vist sig at give resultater, der er tættere på dem, der opnås ved storskala test af repræsentative isolerede vægpaneler14. Figur 3 viser den skematiske testopsætning for enkelt- og dobbeltforskydningstest af et stik.
Figur 2: Eksempler på forskellige konnektortestkonfigurationer, der anvendes i litteraturen. Enkeltstikprøver har vist sig at forårsage belastning, der ikke repræsenterer den parallelle oversættelse af wythes, der ses i fuldskalapaneler. (A) Dobbelt forskydning med to stik; (B) Dobbelt forskydning med et stik; (C) Enkelt forskydning med et stik. Klik her for at se en større version af denne figur.
En fællesnævner for alle disse undersøgelsers konklusioner er, at begge testmetoder er egnede til at bestemme de mekaniske egenskaber ved fleksible stik, men resultaterne af dobbeltforskydningstestskemaet ligner mere stikkets opførsel i et rigtigt panel under bøjning. Med andre ord, når brugeren anvender sådanne testresultater i en analytisk model, svarer de nøje til resultaterne af store tests, hvor stikkene anvendes. Det er vigtigt at nævne, at resultaterne af en sådan test er passende for modeller, der er afhængige af de mekaniske egenskaber som inputdesignparametre direkte, såsom empirisk afledte metoder, lukkede løsninger af sandwichstråleteorien og endelige elementmodeller med 2-D- og 3D-fjedre 7,18,19,20.
Figur 3: Skematisk visning af testprotokollerne i litteraturen. En vædder bruges til at oversætte prøvernes wythes i forhold til hinanden. (A) Protokoller for testprotokoller for enkeltforskydning og (B) dobbeltforskydning. Klik her for at se en større version af denne figur.
I dette arbejde præsenteres en eksperimentel protokol til opnåelse af værdierne for rygradskurven og de mekaniske egenskaber ved isolerede vægpanelforbindelser, nemlig Fu og K0,5Fu. Metoden er baseret på test af stik ved hjælp af en dobbeltforskydningstestmetode med nogle ændringer for at eliminere kilder til variabilitet og producere mere pålidelige resultater. Alle prøverne er konstrueret i et temperaturstyret miljø, hvor de testes, når betonen når måltrykstyrken. Den største fordel ved denne testprotokol er, at den let kan følges, kan replikeres af forskellige teknikere og nøje beskriver wythe-stikkets virkelige opførsel i et ægte, isoleret betonvægpanel under bøjning eller bøjning og aksial kraft kombineret, som det er vist i litteraturen.
Anvendelsen af den foreslåede wythe-stiktestprotokol til bestemmelse af de mekaniske egenskaber og materialeadfærd vil forbedre nøjagtigheden af testresultater for den isolerede betonvægpanelindustri og mindske barriererne for iværksættere, der er interesserede i at skabe innovative nye stik. Den fremtidige store stigning i isoleret panelkonstruktion i både tilt-up og præfabrikeret betonindustri vil kræve bedre udnyttelse af materialer og mere ensartede metoder til at opnå tekniske egenskaber ved panelerne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fremstilling af testprøven
- Vælg det diskrete eller kontinuerlige forskydningsstik, der skal testes, og overhold dimensionerne på prøveeksemplaret angivet i figur 4. Rediger dimensionerne til testkantafstandsafstandene, hvis det er nødvendigt, ved at ændre kantafstanden for stikket.
BEMÆRK: Generelt er det vigtigt at overholde producentens retningslinjer, selvom denne test kan bruges til at udvikle disse retningslinjer. Beton- og isoleringsdimensionerne dikteres af det interessante stik. De mekaniske egenskaber fra testen gælder kun for denne specifikke kombination af dimensioner, betonstyrke, isoleringstæthed og type samt stik. - Angiv måltrykstyrken for betonen, der er repræsentativ for designsituationen af interesse. Hvis du forsøger at modellere testresultater i fuld skala, skal du sikre dig, at betonstyrken er den samme som for fuldskalaprøven eller det tilsigtede design på testtidspunktet. Hvis du målretter mod et bestemt scenarie, f.eks. minimumsstyrken til løft af panelet, skal du udføre testen ved den styrke.
- Fabriker betonforskallingen ved hjælp af enten et lodret eller vandret layout af betonlagene. Sørg for, at testen matcher konstruktionsstilen, så installationen af stikkene matcher situationen i marken.
BEMÆRK: De fleste ICSWP'er i drift er fremstillet med et vandret layout af hvert lag. - Perforer skumisoleringen (til pin-stil slips) eller orienter isoleringsstykkerne (til søminstallerede bånd) og placer stikkene på de steder, der er angivet i standardtegningerne fra producenten. Stik anbringes i den retning, som testlaboratoriet ønsker for at samle egenskaberne (f.eks. en 0° eller 90° eller anden vinkel i forhold til den stærke akse og den påførte belastning).
BEMÆRK: Installationen af stikkene skal være som angivet af producenten/leverandøren, medmindre installationen er en testvariabel af interesse. - Placer det første stålarmeringslag i formerne for at forhindre, at prøven svigter, hvis betonstykkerne knækker under håndtering eller test.
BEMÆRK: Da prøverne sjældent revner på grund af påførte belastninger, menes mild forstærkning ikke at være nødvendig, medmindre det forventes at deltage i bindingen af stikket til betonen. Figur 5 viser organiseringen af trin 1.5-1.14 gennem processen. - Hvis alle betonlag ikke kan placeres rettidigt inden det første sæt beton, støbes lagene mindst 3 timer fra hinanden eller i henhold til konnektorproducentens anbefalinger.
BEMÆRK: Trin 1.7-1.14 angiver fortløbende konkret placering. - Hæld den friske beton i formerne og vibrer tilstrækkeligt for at forhindre dannelse af store lufthulrum i betonen eller dårlig komprimering af partikler.
- Placer det første isoleringslag, der indeholder stikkene, eller skub dem ind i skummet, alt efter hvad der er relevant. Placer isoleringslaget, så det kommer i kontakt med den friske beton. For at sikre, at betonen er konsolideret omkring stikkene, skal du vibrere stikket med en intern betonvibrator ved 12.000 vibrationer/min, medmindre andet anbefales af konnektorens producent.
BEMÆRK: Vibrerende i 2-5 s er nok til at sikre konsolidering omkring stikkene. - Placer et 1 ton kapacitet (eller stærkere afhængigt af prøvens endelige vægt) løfteanker i betonens midterste lag for nem håndtering.
- Placer det andet stålarmeringslag i formerne i midten af midten af wythe.
- Hæld det andet lag frisk beton i formerne og konsolider betonen tilstrækkeligt som beskrevet ovenfor.
- Anbring det andet isoleringslag, der indeholder stikkene, eller installer dem i skummet som beskrevet i trin 1.4. Sørg omhyggeligt for, at betonen er konsolideret omkring stikkene.
- Placer det tredje stålarmeringslag i formerne i midten af det tredje betonlag.
- Hæld det tredje og sidste lag frisk beton i formerne og vibrer tilstrækkeligt.
- Lav betoncylindre til hver beton, der anvendes til konstruktion af prøverne med henblik på dokumentation af kompressionsstyrke.
BEMÆRK: Dette trin kan udføres når som helst under konstruktionen af prøverne, men anbefales, når halvvejs gennem placeringen af et givet parti. Cylinderforberedelsen og felthærdningen skal følge ASTM C3121. - Hærd prøverne i et temperaturstyret miljø, indtil betonen har nået den ønskede styrke. Tag prøverne ud af formularerne, når betonen er hærdet tilstrækkeligt til løftehardwaren.
2. Test af dobbeltforskydningsprøven
BEMÆRK: Figur 6 viser et repræsentativt layout af testprøven, der er klar til at blive testet (skraldestrop ikke afbildet).
- Tag prøven til laboratoriet til prøveudtagning, når betonen, der bruges til at fremstille prøverne, har nået den ønskede styrke.
BEMÆRK: Test af trykstyrke skal følge ASTM C3922. Rumtemperaturen bør forblive forholdsvis konstant under den fysiske testhandling, idet temperaturen foreslås at være 25 °C ± 5 °C og under testning og opbevaring af prøverne. Det er ikke hensigten, at testtemperaturområdet skal kontrolleres strengt, da de involverede materialers egenskaber ikke bør variere væsentligt med typiske stuetemperaturer. - Placer to 3 mm x 100 mm x 600 mm polytetrafluorethylen (PTFE) pudestrimler i bunden af de ydre beton wythes for at minimere friktion under testen.
- Sæt prøven under lastrammen med det midterste betonlag centreret under lasteapparatet. Brug en hydraulisk vædder eller en stor universel testmaskine til at påføre belastning øverst på den midterste wythe, og sørg for at sprede belastningen ud med en lejeplade, der er tilstrækkelig stor til at forhindre lejefejl for de forventede belastninger.
- Fastgør stålvinklen til midten med en beton- eller murskrue. Opret en adskillelse på mindst 5 mm mellem stålvinklen og betonoverfladen ved hjælp af stål- eller plastskiver for at forhindre, at vinklen på anden måde interagerer med prøven (figur 6).
- Fastgør forskydningssensorerne til de to udvendige wythes på modsatte sider af prøven (fire i alt) for at måle bevægelsen af stålvinklen i forhold til deres faste position på ydersiden wythe.
BEMÆRK: De anbefalede forskydningssensorer er lineære variable differentialtransducere eller potentiometre. Sensorer skal altid opbevares i et tørt etui, der er fri for støv, fugt og magnetiske effekter for at forhindre tab af kalibrering. Analoge skivemålere anbefales ikke. - Placer en 50 mm bred nylonrem løst omkring den øverste del af prøven for at sikre, at et uventet skørt stikbrud ikke forårsager skade på omgivelserne, herunder skader teknikeren og sensorerne. Sørg for, at remmen er løs nok til ikke at forstyrre prøveforskydningen, som vist i figur 7.
BEMÆRK: Remmen forhindrer wythes i fuldstændig adskillelse og letter fjernelsen af prøven efter fejl, selvom wythes ikke længere er adskilt. Dette trin (trin 2.6) er dog valgfrit. - Placer vejecellen centreret oven på den midterste wythe, klemt inde mellem to 20 mm x 150 mm x 150 mm stålplader. Sørg for, at stålpladerne ikke hænger over midten for ikke at forstyrre isoleringen under deformationen af prøven.
- Sæt belastnings- og forskydningssensorerne i dataindsamlingssystemet (DAQ).
- Start dataindsamlingen ved hjælp af en samplingshastighed på mindst 10 Hz for at sikre, at belastningen og forskydningen registreres korrekt.
- Prøven indlæses i midten, indtil den maksimale realistiske forskydning er nået, og styrken er faldet betydeligt; Når 50% af belastningen er gået tabt, anbefales det at stoppe testen, selvom dette er vilkårligt. Hvis der ønskes yderligere oplysninger langs den faldende gren, skal du bruge en ønsket deformation. Anvend belastning på en monoton, kvasi-statisk måde, der er hurtig nok til, at stikket og betonkrybningen ikke forstyrrer testresultaterne, men ikke så hurtigt, at det ikke længere kan betragtes som statisk, medmindre en høj belastningshastighed er testvariablen af interesse.
BEMÆRK: Dette indikerer, at testen skal tage i størrelsesordenen 5 minutter til måske flere timer. Der er fundet tilstrækkelige resultater ved hjælp af en hydraulisk håndpumpe med en testvarighed i størrelsesordenen 5-10 min. - Stop dataindsamlingen, og træk belastningsapplikationsapparatet tilbage til den oprindelige position.
- Fjern alle sensorer og opbevar dem på et sikkert sted, som angivet ovenfor.
- Flyt den testede prøve til et rent område, og adskil de tre betonlag for at identificere typen af fejl: betonudbrud, stikforskydningsfejl eller andet. Optag fejltilstanden, kvaliteten af isoleringsbindingen og enhver anden relevant visuel information. Husk at tage billeder.
3. Analyse af data og rapportering af resultaterne
BEMÆRK: Dette afsnit beskriver dataanalysen for at vurdere flere tekniske egenskaber, der er blevet brugt i litteraturen. Andre tekniske egenskaber kan være af interesse, og dataenes anvendelighed er ikke begrænset til nedenstående egenskaber.
- Overfør datafilerne som følge af test fra DAQ til den computer/mappe, hvor dataanalysen udføres.
- Afbild gennemsnittet af de fire forskydningssensorer på abscissen med stikbelastningen på ordinaten (defineret som den målte belastning divideret med antallet af stik).
BEMÆRK: Brugeren af den eksperimentelle metode skal gennemgå dataene for eventuelle defekte sensorer eller upålidelige målinger, før gennemsnittet og rapporteringen af dem. - Find den maksimale belastning og dens tilsvarende forskydning ved hjælp af den relevante funktion af dataanalysesoftwaren, og gem disse værdier som henholdsvis F u og δ u.
- Del den maksimale belastning med 2 for at opnå den halve maksimale kraft, F0,5Fu, og find dens tilsvarende forskydning δ0,5.
- Find stikkets elastiske stivhed (K 0,5Fu) ved at dividere den halve maksimale kraft, F0,5Fu, med forskydningen ved den halvt maksimale kraft δ 0,5. Hvis F0.5Fu ikke er i den generelt elastiske del af testen, skal du vælge en lavere belastning, der tydeligvis er i regionen, og rapportere antallet. Hvis der anvendes en lavere værdi, skal du sørge for at dokumentere brøkdelen af Fu og den tilsvarende kraftstørrelse.
BEMÆRK: I øjeblikket bruges slutningen af K0.5Fu-linjen af nogle designere som en øvre grænse for servicekræfter i stikket. - Rapporter de gennemsnitlige resultater af fem prøver for hvert stikmærke, type eller betonstyrke, der er udtaget prøver af.
BEMÆRK: De rapporterede resultater gælder kun for den specifikke kombination af beton wythe, isolering wythe, betonstyrke og stik valgt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 8 og figur 9A viser en typisk belastning pr. stik i forhold til den gennemsnitlige forskydningskurve som følge af en dobbeltforskydningstest af et fiberforstærket polymerstik (FRP) i laboratoriet. Som tallene viser, stiger belastningen støt op til det maksimale punkt og falder derefter dramatisk, hvilket typisk observeres i de fleste test, der involverer polymerer. Som figur 9B antyder, flader kurven imidlertid ud, når den maksimale belastning er nået, hvis der udtages prøver af et duktilt metallisk stik, hvilket giver to mulige resultater for belastning versus forskydningsplot: en duktil eller en sprød fejl (figur 9A, B). Selvom nogle FRP-stik i litteraturen har udvist en vis duktilitet (figur 9C), er dette meget lille sammenlignet med stik lavet af duktile metaller. Data for figur 8 fremgår af supplerende fil 1. Data for hver delfigur i figur 9 er vist i supplerende fil 2, supplerende fil 3 og supplerende fil 4.
Figur 10 viser to mulige fejltilstande, der kan forekomme i dobbeltforskydningstest. Den første og mest ønskelige er svigt i stikket, som udelukkende involverer en forskydningsbrud uden betonspall. Den anden fejltilstand er en betonudbrud kombineret med et brud på stikket, hvilket kan være tegn på, at stikket er for stærkt til betontykkelsen, eller at betonen ikke er stærk nok til, at stikket når den maksimale styrke. Den endelige fejltilstand er et betontrækbrud på de ydre overflader. Denne fejltilstand opstår normalt, når stikket langt fra er i stykker, men trækspændingen på den ydre wythe overstiger betonens.
Testdataene kan bruges i en endelig elementmodel, der bruger fjedre som den numeriske stikanalog23,24, eller de kan bruges med andre mekanikbaserede metoder såsom forskydningsflowberegninger25,26,27. Sådanne resultater er blevet rigeligt demonstreret i andre ovennævnte papirer, men et eksempel er gengivet i figur 11 for fuldstændigheden af dette arbejde. Det er vigtigt at nævne, at disse resultater afhænger af andre egenskaber, såsom isoleringstype og tykkelse, betonens trykstyrke og dybden af indlejring af stikkene9. Derfor skal testfaciliteten gennemføre en test, der nøje matcher den situation, hvor stikket vil blive anvendt, herunder alle de ovennævnte variabler.
Figur 4: En typisk prøvekonfiguration som beskrevet heri. Prøven består af tre betonlag og to isoleringslag. Stik trænger ind i isoleringslagene. Nominel armering er inkluderet i betonlagene for at forhindre skør svigt i tilfælde af revner. Der er en blokering i bunden for at lette oversættelsen; Dette er dog valgfrit. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Prøvefabrikationstrin i den anbefalede position. Disse trin efterligner bevidst processen med at installere stik i et produktionsmiljø. Prøven støbes fladt, hvor hvert lag installeres på en successiv måde. Hvis dette ikke kan opnås før det første sæt, er det tilladt at vente mindst 3 timer, før det næste lag støbes. Se protokolafsnit 1 om fremstilling af testprøven. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 6: Dobbeltforskydningstestordning. Instrumenter er placeret på det ikke-synlige ansigt identisk med dem her. Forkortelser: LVDT = lineær variabel differentialtransformator; PTFE = polytetrafluorethylen. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 7: Nylonrem placeret rundt om prøven. Bemærk, at stropperne er løse og kun beregnet til at forhindre prøven i at falde efter svigt. Den overdrevne klemning er også udstillet på dette billede. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Plot af et FRP-forskydningsstik og de tilsvarende funktioner. Beregningen af sekantstivheden og stikkets ultimative styrke identificeres. Forkortelse: FRP = fiberforstærket polymer. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 9: Repræsentativ belastning pr. stik versus slipresponset for tre mulige resultater fra testen . (A) Skør adfærd, (B) duktil adfærd og (C) semi-duktil adfærd. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 10: Dokumentation af beton- eller konnektorfejlen; prøvebilleder af mulige resultater ved test af stik. (A) Brud på forskydning af konnektorfejl, (B) betongennemstansning og (C) betonbøjningsfejl med eller uden konnektorbrud. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 11: En endelig elementmodel ved hjælp af bjælke- og fjederelasticelementer, herunder resultaterne fra dobbeltforskydningstestene . (A) Modelsammensætning og (B) sammenligning af elastiske modelresultater med en storstilet test fra Naito et al.28. Klik her for at se en større version af denne figur.
Supplerende fil 1: "Fig. 8 Data.xlsx" viser de data, der er vist i figur 8 som indsamlet. Kolonne A indeholder tidsstemplet. Kolonnerne B, C, D og E er hver af de fire LVDT-aflæsninger. Kolonne F er vejecelleaflæsningen. Kolonnerne G, H, I og J er de nulstillede LVDT-aflæsninger. Kolonne K er den nulstillede vejecelleaflæsning. Kolonne L er den gennemsnitlige LVDT-aflæsning af hver af kolonnerne G, H, I og J. Handlingen er også gengivet i denne fil. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende fil 2: "Fig. 9A-data.xlsx" viser de data, der er vist i figur 9A som indsamlet. Kolonne A indeholder tidsstemplet. Kolonnerne B, C, D og E er hver af de fire LVDT-aflæsninger. Kolonne F er vejecelleaflæsningen. Kolonnerne G, H, I og J er de nulstillede LVDT-aflæsninger. Kolonne K er den nulstillede vejecelleaflæsning. Kolonne L er den gennemsnitlige LVDT-aflæsning af hver af kolonnerne G, H, I og J. Handlingen er også gengivet i denne fil. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende fil 3: "Fig. 9B-data.xlsx" viser de data, der er vist i figur 9B som indsamlet. Kolonne A indeholder tidsstemplet. Kolonnerne B, C, D og E er hver af de fire LVDT-aflæsninger. Kolonne F er vejecelleaflæsningen. Kolonnerne G, H, I og J er de nulstillede LVDT-aflæsninger. Kolonne K er den nulstillede vejecelleaflæsning. Kolonne L er den gennemsnitlige LVDT-aflæsning af hver af kolonnerne G, H, I og J. Handlingen er også gengivet i denne fil. Klik her for at downloade denne fil.
Supplerende fil 4: "Fig. 9C-data.xlsx" viser de data, der er vist i figur 9C som indsamlet. Kolonne A indeholder tidsstemplet. Kolonnerne B, C, D og E er hver af de fire LVDT-aflæsninger. Kolonne F er vejecelleaflæsningen. Kolonnerne G, H, I og J er de nulstillede LVDT-aflæsninger. Kolonne K er den nulstillede vejecelleaflæsning. Kolonne L er den gennemsnitlige LVDT-aflæsning af hver af kolonnerne G, H, I og J. Handlingen er også gengivet i denne fil. Klik her for at downloade denne fil.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mange forskere har brugt en vis variation af denne type test til ICSWP, men dette er det første eksempel på at skitsere alle de enkelte trin. Litteraturen omhandler ikke de kritiske trin i test, herunder sensortyper og prøvehåndtering. Denne metode beskriver en testmåde, der efterligner stikkets opførsel tættere, når et panel indlæses i bøjning i modsætning til enkeltforskydningstesten. Der er flere variabler for dette arbejde, der endnu ikke er undersøgt. Specifikt er oplysninger relateret til grænsebetingelserne ikke velkendte, men kan påvirke testen. På samme måde kan tolerancen for belastningsplacering være vigtig, ligesom belastningsapplikationshastigheden. Baseret på mekanikken for dobbeltforskydningsprøven, der er skitseret andetsteds10,14, er den kritiske variabel prøvens længde.
Mens tilsyneladende tilstrækkelige resultater er blevet vist for prøver, der er 1.200 mm høje, og selvom flere forskere har prøvet mange forskellige længder, er den optimale længde ikke kendt. Anekdotisk har forfatterne fundet klemadfærd i længder lavere end denne 1.200 mm prøve, som tidligere blev demonstreret14. Det vides ikke, om valg af større længder vil gøre nogen væsentlig forskel. Tværgående dimensioner menes ikke at påvirke testen, medmindre kanteffekter eller interaktion mellem stikkene er noteret. De anbefalinger, der præsenteres her, bør ikke skabe kanteffekter eller interaktion mellem connectorerne baseret på integreringsdimensionerne for kommercielle connectorer. Man skal være forsigtig med at eliminere denne effekt, hvis individuel stikadfærd er målet, eller hvis det er målet at forstå disse effekter gennem tættere afstand mellem stik.
Derudover er effekten af revner i prøven (tæt på stikkene eller på anden måde) ikke kendt. Forfatterne har testet flere prøver, der er ankommet revnet. I nogle tilfælde syntes revnerne at påvirke testen, mens de i andre ikke gjorde det. Det fremtidige arbejde bør stræbe efter en bedre forståelse af dette. Det Internationale Kodeksråds (ICC) testprotokoller fastsætter ikke-knækkede prøver5. Det er klart, at ICSWP'er i drift knækker af forskellige årsager. Det er vigtigt at forstå, om dette påvirker stikadfærden på dobbeltforskydningsniveau og på serviceniveau. Fremtidige testprogrammer kan udføre en sådan test.
Forskellige fejltilstande er blevet observeret i litteraturen, men enten betonen eller stikket vil mislykkes. Nogle stik er afhængige af betonens binding til isoleringen. I disse tilfælde er det bydende nødvendigt, at der opnås et godt bånd med frisk beton, selvom der normalt er lidt vejledning til dette. De konkrete fejl, der observeres i litteraturen, omfatter betonudbrud29, hvor stikkene trækkes ud af betonen, og betonstans19, hvor stikket skubber gennem betonfladen. Stikfejl kan være meget variable og består generelt af skør forskydningsbrud, trækbrud, træklaminær rivning og plastbøjninghinging 10,29. Stikfejl skal dokumenteres, især hvis fejlene er inkonsekvente mellem prøver af samme type. Isoleringsbindingsbetingelsen skal noteres med fotografier og skriftlige beskrivelser i tilfælde, hvor isoleringen bevidst er bundet til betonen.
Selvom det blev nævnt ovenfor, fortjener det yderligere diskussion, at tykkelsen, betonstyrken, isoleringstypen og stikgeometrien, der er testet i en given test, kun gælder for den specifikke kombination. Hvis der anvendes tyndere betonwythes, kan der være en gennemslagsfejl19 af wythes, der muligvis ikke er repræsenteret i dobbeltforskydningstesten. Hvis der anvendes en anden isoleringstæthed eller type til stiksystemer, der er afhængige af isoleringen for en vis belastningsoverførsel, ville den tilsyneladende mekaniske opførsel af dobbeltforskydningsprøven være anderledes. Isoleringslagets tykkelse og konnektorgeometri spiller sandsynligvis de største roller, men hensigten med denne test er at identificere systemets adfærd (beton, isolering og wythe-stik, der virker sammen) og i sidste ende udvide det til fuldskala adfærd, design eller analyse.
Præcisionen og bias af denne test er ikke kendt, og der har heller ikke været nogen interlaborativ round-robin-undersøgelse for at løse dette. Forfatterne mener, at dette bør gøres, da denne test er stærkt nødvendig inden for branchen til kvalitetskontrolformål og udvikling af en ICSWP-teststandard. Der bør også gennemføres en streng robusthedsundersøgelse30 under hensyntagen til ovennævnte faktorer eller andre faktorer.
Forfatterne giver flere anbefalinger til en vellykket test. Når en test er påbegyndt, bør testen ikke stoppes, da dette kan resultere i en ukendt mængde permanent skade på stikket, hvilket resulterer i en genstart, der giver forkerte data. Alle prøvefejl skal noteres korrekt før og efter testen. Der skal udføres en grundig sensorkontrol inden testen. En fejlbehæftet (dvs. ikke læsende) forskydningssensor kan skabe artefakter i den gennemsnitlige sensoraflæsning, der bruges til rygradskurven.
Korrekt personligt beskyttelsesudstyr er altafgørende, fordi denne test kan involvere betydelig belastning og skør fejl. Det anbefalede sikkerhedsudstyr inkluderer stålstøvler og muligvis metatarsale beskyttere, en hård hat, øjenbeskyttelse, handsker, lange holdbare bukser og høreværn. Man skal passe på ikke at stå for tæt på prøven, da en skør fejl kan få vejecellen og pladesamlingen til at falde i en vinkel fra prøven. Uventet fejl kan opstå af flere årsager, herunder sprøde stik, forkert installerede stik eller forkert belastningsplacering, hvilket resulterer i en lejefejl.
Der er ingen kendte begrænsninger for teknikken, men kortere prøver vil sandsynligvis producere konservative skøn over styrke og stivhed af de grunde, der er beskrevet i indledningen. Men med mere udbredt brug kan begrænsningerne blive tydelige. De fremtidige anvendelser af denne metode inkluderer undersøgelse af yderligere parametre såsom afhængigheden af belastningshastighed, cyklisk adfærd og krybeadfærd for fleksible wythe-stik.
TILGÆNGELIGHED AF DATA:
Alle data, der ligger til grund for resultaterne af denne undersøgelse, er tilgængelige i deres originale filformat som en del af dette manuskript. Der uploades supplerende filer for dataene i figur 8 og figur 9A-C. Disse filer er mærket med det tilsvarende figurnummer i .xlsx format.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har intet at afsløre.
Acknowledgments
Det ovenfor beskrevne arbejde blev ikke direkte finansieret af en enkelt organisation eller i løbet af et enkelt tilskud, men oplysningerne blev indsamlet gennem mange års industrisponsoreret forskning. Til det formål takker forfatterne deres sponsorer fra løbet af det sidste årti og er taknemmelige for at arbejde i en hurtigt udviklende industri.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Battery-powered Drill | |||
| Concrete Screws | 50 mm long commercial concrete scews. | ||
| Data Logger | Capable of sampling at a frequency of at least 10 Hz. | ||
| Double Shear Test Specimen | Fabricated according to the dimmensions in the testing protocol. | ||
| Four Linear Variable Displacement Transformer | With at least 25 mm range for Fiber-reinforced Polymer (FRP) connectors and 50 mm for ductile steel connectors. | ||
| Hydraulic Actuator | With at least 50-Ton capacity. | ||
| Lifting anchors rated at 1 Ton | |||
| Load Cell | With at least 50-Ton capacity. | ||
| Load Frame | Capable of resisting the forces generated by the testing specimen. | ||
| Polytetrafluoroethylene (PTFE) Pads | 3 mm x 100 mm x 600 mm | ||
| Ratchet Strap | At least 50 mm wide. | ||
| Steel angle | |||
| Steel Plate | Two 20 mm x 150 mm x 150 mm steel plates. | ||
| Steel Washers | Capable of producing a separation of at least 5 mm between the steel angle and the specimen. |
References
- Collins, T. F. Precast concrete sandwich panels for tilt-up construction. Journal of the American Concrete Institute. 50 (2), 149-164 (1954).
- Luebke, J. Out-of-plane behavior of concrete insulated wall panels with 2-inch, 8-inch, and 10-inch insulation. , University of Nebraska-Lincoln. Master's thesis (2021).
- Einea, A., Salmon, D. C., Tadros, M. K., Culp, T. A new structurally and thermally efficient precast sandwich panel system. PCI journal. 39 (4), 90-101 (1994).
- Frankl, B., Lucier, G., Rizkalla, S., Blaszak, G., Harmon, T. Structural behavior of insulated prestressed concrete sandwich panels reinforced with FRP grid. Proceedings of the Fourth International Conference on FRP Composites in Civil Engineering (CICE2008). 2224, Zurich, Switzerland. https://www.iifc.org/proceedings/CICE_2008/papers/2.C.2.pdf (2008).
- AC422 - Semicontinuous Fiber-reinforced Grid Connectors Used in Combination with Rigid Insulation in Concrete Sandwich Panel Construction). ICC Evaluation Service. , Los Angeles, CA. Available from: www.icc-es.org (2010).
- Naito, C., Hoemann, J., Beacraft, M., Bewick, B. Performance and characterization of shear ties for use in insulated precast concrete sandwich wall panels. Journal of Structural Engineering. 138 (1), 52-61 (2012).
- Tomlinson, D. Behaviour of partially composite precast concrete sandwich panels under flexural and axial loads. , Queen's University. Canada. PhD thesis (2015).
- ICC Evaluation Service. AC320 - Fiber-reinforced Polymer Composite or Unreinforced Polymer Connectors Anchored in Concrete. , Los Angeles, CA. Available from: https://shop.iccsafe.org/es-acceptance-criteria/ac320-fiber-reinforced-polymer-composite-or-unreinforced-polymer-connectors-anchored-in-concrete-approved-oct-2015-editorially-revised-sept-2017-pdf-download.html (2015).
- Olsen, J., Al-Rubaye, S., Sorensen, T., Maguire, M. Developing a General Methodology for Evaluating Composite Action in Insulated Wall Panels. Report to PCI. Precast/Prestressed Concrete Institute. , Chicago, IL. Available from: https://digitalcommons.usu.edu/cee_facpub/3531 (2017).
- Gombeda, M. J., Naito, C. J., Quiel, S. E. Development and performance of a ductile shear tie for precast concrete insulated wall panels. Journal of Building Engineering. 28, 101084 (2020).
- Kinnane, O., West, R., Grimes, M., Grimes, J. Shear capacity of insulated precast concrete façade panels. CERI 2014 - Civil Engineering Research in Ireland. , Queen's University. Belfast, UK. (2014).
- Jiang, H., Guo, Z., Liu, J., Liu, H. The shear behavior of precast concrete sandwich panels with W-shaped SGFRP shear connectors. KSCE Journal of Civil Engineering. 22 (10), 3961-3971 (2018).
- ASTM International. Standard test methods for strength of anchors in concrete elements. ASTM. , E488M-22 (2022).
- Syndergaard, P., Tawadrous, R., Al-Rubaye, S., Maguire, M. Comparing testing methods of partially composite sandwich wall panel glass fiber-reinforced polymer connectors. Journal of Composites for Construction. 26 (1), (2022).
- Woltman, G., Tomlinson, D., Fam, A. Investigation of various GFRP shear connectors for insulated precast concrete sandwich wall panels. Journal of Composites for Construction. 17 (5), 711-721 (2013).
- Olsen, J., Maguire, M. Pushoff shear testing of composite sandwich panel connectors. 2016 PCI Convention and National Bridge Conference. , Paper 1233 (2016).
- Gombeda, M. J., Naito, C. J., Quiel, S. E. Flexural performance of precast concrete insulated wall panels with various configurations of ductile shear ties. Journal of Building Engineering. 33, 101574 (2021).
- Bai, F., Davidson, J. S. Composite beam theory for pretensioned concrete structures with solutions to transfer length and immediate prestress losses. Engineering Structures. 126, 739-758 (2016).
- Cox, B., et al. Lumped GFRP star connector system for partial composite action in insulated precast concrete sandwich panels. Composite Structures. 229, 111465 (2019).
- Pozo, F. On thermal bowing of concrete sandwich wall panels with flexible shear connectors. , Utah State University. Master's thesis (2018).
- ASTM International. Standard practice for making and curing concrete test specimens in the field. ASTM International. , ASTM C31/C31M-19a (2019).
- ASTM International. Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. ASTM International. , ASTM C39/C39M-18 (2018).
- Pozo-Lora, F., Maguire, M. Thermal bowing of concrete sandwich panels with flexible shear connectors. Journal of Building Engineering. 29, 101124 (2020).
- Al-Rubaye, S., Sorensen, T., Thomas, R. J., Maguire, M. Generalized beam-spring model for predicting elastic behavior of partially composite concrete sandwich wall panels. Engineering Structures. 198, 109533 (2019).
- Losch, E. D., et al. State of the art of precast/prestressed concrete sandwich wall panels. PCI Journal. 56 (2), 131-176 (2011).
- Al-Rubaye, S., Sorensen, T., Maguire, M. Iterative and simplified sandwich beam theory for partially composite concrete sandwich wall panels. Journal of Structural Engineering. 147 (10), 4021143 (2021).
- Holmberg, A., Plem, E.
- Naito, C. J., et al. Precast/prestressed concrete experiments performance on non-load bearing sandwich wall panels. Air Force Research Laboratory. Materials and Manufacturing Directorate. , (2011).
- Al-Rubaye, S., Sorensen, T., Olsen, J., Maguire, M. Evaluating elastic behavior for partially composite precast concrete sandwich wall panels. PCI Journal. 63 (5), 71-88 (2018).
- ASTM International. Standard practice for conducting ruggedness tests. ASTM International. , 1169-1121 (2021).
