Summary
Vi föreslår ett testprotokoll som kan kombineras med allmänt tillgängliga analysmetoder för att bedöma de mekaniska egenskaperna hos skjuvkontakter för användning vid konstruktion av isolerade betongväggpaneler för att förutsäga fullskaligt isolerat panelbeteende.
Abstract
Detta dokument innehåller rekommendationer för att utföra ett icke-standardiserat dubbelskjuvningstest som är lämpligt för både kontinuerliga och diskreta isolerade sandwichväggpaneler i betong (ICSWP). Ett sådant standardiserat test existerar inte, men flera iterationer av detta och liknande tester har utförts i litteraturen i varierande grad av framgång. Vidare beskrivs testerna i litteraturen sällan eller aldrig i detalj eller diskuteras ingående med avseende på testning, dataanalys eller säkerhetsprocedurer. En testprovskonfiguration rekommenderas häri och variationer diskuteras. Viktiga mekaniska egenskaper identifieras från belastnings- kontra förskjutningsdata, och deras extraktion är detaljerad. Användningen av testdata för design, till exempel för att bestämma kontakternas styvhet, demonstreras kort för att visa hur ICSWP-avböjning och sprickbeteende kan beräknas. Panelernas hållfasthetsbeteende kan bestämmas med hjälp av kurvan för full belastning kontra förskjutning eller endast den maximala anslutningsstyrkan. Brister och okända erkänns, och betydande framtida arbete avgränsas.
Introduction
Isolerade sandwichväggpaneler i betong (ICSWP) består av ett isoleringsskikt placerat mellan två betongskikt, ofta kallade wythes, som synergiskt ger en termiskt och strukturellt effektiv komponent för byggnadshöljen eller bärande paneler 1 (figur 1). För att anpassa sig till den snabbt föränderliga byggbranschen och nya byggkodsregler för termisk effektivitet tillverkar precasters ICSWP med tunnare betongskikt och tjockare isoleringsskikt med högre värmebeständighet; Dessutom använder designers mer raffinerade metoder för att ta hänsyn till den delvis sammansatta interaktionen mellan betongwythes för att minska de totala byggkostnaderna samtidigt som den termiska och strukturella prestandan ökar2. Även om det är känt att strukturell effektivitet till stor del beror på den strukturella kopplingen mellan betongskikten och att flera proprietära skjuvkontakter finns tillgängliga på marknaden, finns det inget standardiserat testprotokoll i litteraturen för att undersöka de mekaniska egenskaperna hos dessa kontakter. De tillgängliga kontakterna varierar mycket i geometri, material och tillverkning, så det är svårt att få ett enhetligt analytiskt tillvägagångssätt för att bestämma deras mekaniska egenskaper. Av denna anledning har många forskare använt sina egna anpassade inställningar i labbet som försöker efterlikna det grundläggande beteendet hos kontakterna vid service- och styrkagränstillstånden 3,4,5,6,7,8,9,10. Endast två av dem ingår dock i ett testutvärderingsschema5,8, trots att de inte är användbara för alla kontaktområden på grund av deras stora variation i form, styvhet och materialsammansättning.
Figur 1: Typisk sammansättning av ett sandwichväggpanelprov. Klicka här för att se en större version av denna figur.
En vanlig metod för att testa dessa kontakter är vad som ofta kallas enkel skjuvning med antingen en rad eller två rader med kontakter, som beskrivits tidigare 3,11,12, som ofta är baserad på ASTM E488, en teststandard för betongankare13. ASTM E488 kräver inte, men innebär starkt genom ritningar av de föreslagna testinställningarna, att ett enda ankare som sticker ut från en fast bas av betong kommer att testas. När proverna har testats plottas en uppsättning belastningskurvor kontra förskjutningskurvor, och medelvärdena för den ultimata elastiska belastningen (Fu) och den elastiska styvheten (K0.5Fu) erhålls från sådana kurvor. En av de främsta fördelarna med att använda detta tillvägagångssätt är att det ger resultat med låg variabilitet och inte kräver stora laboratorieutrymmen eller många sensorer14. Ett annat tillvägagångssätt består i att ladda en wythe-kontakt i dubbel skjuvning för att bestämma de mekaniska egenskaperna för användning vid utformningen av dessa paneler 6,7,14,15,16. De resulterande uppgifterna bearbetas på samma sätt, och medelvärdena för den ultimata elastiska belastningen (Fu) och den elastiska styvheten (K0,5Fu) erhålls från testning. Även om denna testmetod innebär att man använder mer material och behöver fler sensorer, är det anekdotiskt lättare att tillämpa belastnings- och randvillkoren i ett laboratorium.
De två teststilarna verkar inte dramatiskt olika men ger olika resultat till stor del baserat på deras förmåga att efterlikna anslutningsbeteendet i en fullskalig panel. Testinställningen med en skjuvning och en rad ger en klämningsåtgärd, som visas i figur 2B,C, och ett ytterligare vältningsmoment, som beskrivits tidigare14,17, som inte skulle finnas i en fullskalig panel. Den dubbla skjuvningen gör ett bättre jobb med att efterlikna detta fullskaliga beteende - det modellerar den rena skjuvöversättningen av den yttre wythes i förhållande till den centrala wythe. Som ett resultat har de dubbla skjuvvärden som används i analysmetoder visat sig ge resultat som ligger närmare de som erhållits vid storskalig testning av representativa isolerade väggpaneler14. Bild 3 visar den schematiska testinställningen för enkel- och dubbelskjuvningstestning av en kontakt.
Bild 2: Exempel på olika konfigurationer för anslutningstestning som används i litteraturen. Enstaka kontaktprover har visat sig orsaka belastning som inte representerar den parallella översättningen av wythes som ses i fullskaliga paneler. A) Dubbel skjuvning med två kontakter. (B) Dubbel skjuvning med en kontakt; (C) Enkel skjuvning med en kontakt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
En gemensam nämnare för alla dessa studiers slutsatser är att båda testmetoderna är lämpliga för att bestämma de mekaniska egenskaperna hos flexibla kontakter, men resultaten från dubbelskjuvningstestschemat liknar närmare kontaktens beteende i en riktig panel under böjning. Med andra ord, när användaren använder sådana testresultat i en analytisk modell, matchar de nära resultaten av storskaliga tester där kontakterna används. Det är viktigt att nämna att resultaten av sådan testning är lämpliga för modeller som förlitar sig på de mekaniska egenskaperna som ingångsdesignparametrar direkt, såsom empiriskt härledda metoder, slutna lösningar av sandwichstråleteorin och finita elementmodeller med 2-D- och 3-D-fjädrar 7,18,19,20.
Figur 3: Schematisk vy över testprotokollen i litteraturen. En ram används för att översätta exemplarens wythes i förhållande till varandra. (A) Testprotokoll för enkel skjuvning och (B) dubbelskjuvning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
I detta arbete presenteras ett experimentellt protokoll för att erhålla värdena på ryggradskurvan och de mekaniska egenskaperna hos isolerade väggpaneler wythe kontakter, nämligen Fu och K0.5Fu. Metoden är baserad på att testa kontakter med hjälp av en dubbelskjuvningstestmetod med vissa modifieringar för att eliminera variabilitetskällor och ge mer tillförlitliga resultat. Alla prover är konstruerade i en temperaturkontrollerad miljö, där de testas när betongen når måltryckhållfastheten. Den största fördelen med detta testprotokoll är att det enkelt kan följas, kan replikeras av olika tekniker och beskriver noggrant det verkliga beteendet hos wythe-kontakten i en riktig, isolerad betongväggpanel under böjning eller böjning och axiell kraft kombinerad, vilket har visats i litteraturen.
Tillämpningen av det föreslagna wythe-anslutningstestprotokollet för att bestämma mekaniska egenskaper och materialbeteende kommer att förbättra noggrannheten i testresultaten för den isolerade betongväggpanelindustrin och minska hindren för företagare som är intresserade av att skapa innovativa nya kontakter. Den framtida stora ökningen av isolerad panelkonstruktion inom både tilt-up och prefabricerad betongindustri kommer att kräva bättre materialanvändning och mer enhetliga metoder för att erhålla tekniska egenskaper hos panelerna.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Tillverkning av testprovet
- Välj den diskreta eller kontinuerliga skjuvkontakten som ska provas och fäst vid måtten på provexemplaret som anges i figur 4. Ändra måtten på testkantavståndsavstånden om det behövs genom att ändra kantavståndet för kontakten.
OBS: I allmänhet är det viktigt att följa tillverkarens riktlinjer, även om detta test kan användas för att utveckla dessa riktlinjer. Betong- och isoleringsdimensionerna kommer att dikteras av kontakten av intresse. De mekaniska egenskaperna från testet är endast giltiga för denna specifika kombination av wythe dimensioner, betongstyrka, isoleringstäthet och typ och kontakt. - Ange måltryckhållfastheten hos betongen som är representativ för designsituationen av intresse. Om du försöker modellera fullskaliga testresultat, se till att betongstyrkan är densamma som för fullskaligt prov eller den avsedda konstruktionen vid provningstillfället. Om du riktar in dig på ett visst scenario, som minsta styrka för lyft av panelen, utför testet med den styrkan.
- Tillverka betongformen med antingen en vertikal eller horisontell layout av betongskikten. Se till att testningen matchar konstruktionsstilen så att installationen av kontakterna matchar situationen i fältet.
OBS: De flesta ICSWPs i drift är tillverkade med en horisontell layout för varje lager. - Perforera skumisoleringen (för stiftband) eller orientera isoleringsbitarna (för söminstallerade band) och placera kontakterna på de platser som anges i standardritningarna från tillverkaren. Placera kontakterna med den orientering som testanläggningen vill samla egenskaperna (t.ex. en 0 ° eller 90 ° - eller annan vinkel mot den starka axeln och den applicerade belastningen).
OBS: Installationen av kontakterna bör vara som anges av tillverkaren / leverantören såvida inte installationen är en testvariabel av intresse. - Placera det första stålförstärkningsskiktet i formerna för att förhindra att provet spricker om betongbitarna spricker under hantering eller testning.
OBS: Eftersom proverna sällan spricker på grund av applicerade belastningar, anses mild förstärkning inte vara nödvändig om den inte förväntas delta i bindningen av kontakten till betongen. Figur 5 visar organisationen av steg 1.5-1.14 genom processen. - Om alla lager av betong inte kan placeras i tid före betongens ursprungliga uppsättning, gjut skikten minst 3 h från varandra eller enligt kontakttillverkarens rekommendationer.
OBS: Steg 1.7-1.14 indikerar på varandra följande betongplacering. - Häll den färska betongen i formerna och vibrera tillräckligt för att förhindra bildandet av stora luftrum i betongen eller dålig komprimering av partiklar.
- Placera det första isoleringsskiktet som innehåller kontakterna eller tryck in dem i skummet, efter behov. Placera isoleringsskiktet så att det kommer i kontakt med den färska betongen. För att säkerställa att betongen konsolideras runt kontakterna, vibrera kontakten med en intern betongvibrator vid 12 000 vibrationer/min, om inte annat rekommenderas av kontaktens tillverkare.
OBS: Vibrerande i 2-5 s räcker för att säkerställa konsolidering runt kontakterna. - Placera ett lyftankare på 1 ton (eller starkare beroende på provets slutliga vikt) i betongens mittlager för enkel hantering.
- Placera det andra stålförstärkningsskiktet i formerna i mitten av mitten wythe.
- Häll det andra lagret av färsk betong i formerna och konsolidera betongen på ett adekvat sätt enligt beskrivningen ovan.
- Placera det andra isoleringsskiktet som innehåller kontakterna eller installera dem i skummet, enligt beskrivningen i steg 1.4. Se noga till att betongen konsolideras runt kontakterna.
- Placera det tredje stålförstärkningsskiktet i formerna i mitten av det tredje betongskiktet.
- Häll det tredje och sista lagret av färsk betong i formerna och vibrera tillräckligt.
- Gör betongcylindrar för varje betong som används vid konstruktionen av proverna för dokumentation av kompressionsstyrka.
OBS: Detta steg kan slutföras när som helst under konstruktionen av proverna men rekommenderas när halvvägs genom placeringen av ett visst parti. Cylinderberedningen och fälthärdningen bör följa ASTM C3121. - Bota proverna i en temperaturkontrollerad miljö tills betongen har nått önskad hållfasthet. Ta ut proverna ur formerna när betongen har härdat tillräckligt för lyftbeslaget.
2. Provning av dubbelskjuvprovet
OBS: Figur 6 visar en representativ layout av testprovet som är klart att provas (spärrrem ej avbildad).
- Ta provet till laboratoriet för provtagning när betongen som används för att tillverka proverna har nått önskad styrka.
OBS: Tryckhållfasthetstestning bör följa ASTM C3922. Rumstemperaturen bör förbli relativt konstant under den fysiska provningen, med den temperatur som föreslås vara 25 °C ± 5 °C, och under provning och lagring av proverna. Testtemperaturområdet är inte avsett att kontrolleras noggrant eftersom egenskaperna hos de inblandade materialen inte bör variera avsevärt med typiska rumstemperaturer. - Placera två 3 mm x 100 mm x 600 mm polytetrafluoretylen (PTFE) dynremsor i botten av den yttre betongen för att minimera friktionen under testningen.
- Ställ in provet under lastramen med det mellersta betongskiktet centrerat under lastapparaten. Använd en hydraulisk ram eller en stor universell testmaskin för att applicera belastning på toppen av mitten wythe, var noga med att sprida ut lasten med en lagerplatta som är tillräckligt stor för att förhindra lagerfel för de förväntade belastningarna.
- Fäst stålvinkeln i mitten wythe med en betong- eller murskruv. Skapa en separation på minst 5 mm mellan stålvinkeln och betongytan med hjälp av stål- eller plastbrickor för att förhindra att vinkeln på annat sätt interagerar med provexemplaret (figur 6).
- Fäst förskjutningssensorerna på de två yttre wythesna, på motsatta sidor av provet (totalt fyra), för att mäta stålvinkelns rörelse i förhållande till deras fasta position på utsidan wythe.
OBS: De rekommenderade förskjutningssensorerna är linjära variabla differentialgivare eller potentiometrar. Sensorer ska alltid förvaras i ett torrt fodral som är fritt från damm, fukt och magnetiska effekter för att förhindra förlust av kalibrering. Analoga mätare rekommenderas inte. - Placera en 50 mm bred nylonrem löst runt provets övre del för att säkerställa att ett oväntat sprött kontaktbrott inte orsakar någon skada på omgivningen, inklusive att skada teknikern och sensorerna. Se till att remmen är tillräckligt lös för att inte störa provets förskjutning, som visas i figur 7.
OBS: Remmen kommer att förhindra wythes från fullständig separation och underlätta avlägsnandet av provet efter fel även om wythes inte längre är separerade. Det här steget (steg 2.6) är dock valfritt. - Placera lastcellen centrerad ovanpå mitten wythe, inklämd mellan två 20 mm x 150 mm x 150 mm x 150 mm stålplattor. Se till att stålplattorna inte överhänger mitten för att inte störa isoleringen under deformationen av provet.
- Anslut last- och förskjutningssensorerna till datainsamlingssystemet (DAQ).
- Starta datainsamlingen med en samplingsfrekvens på minst 10 Hz för att säkerställa att belastningen och förskjutningen registreras korrekt.
- Ladda provet i mitten av wythe tills den maximala realistiska förskjutningen har uppnåtts och styrkan har sjunkit avsevärt; Efter att 50% av belastningen har gått förlorad rekommenderas att testet stoppas, även om detta är godtyckligt. Om ytterligare information längs den fallande grenen önskas, använd önskad deformation. Applicera lastning på ett monotoniskt, kvasistatiskt sätt som är tillräckligt snabbt för att kontakten och betongkrypningen inte stör testresultaten men inte så snabbt att det inte längre kan betraktas som statiskt, såvida inte en hög belastningshastighet är testvariabeln av intresse.
OBS: Detta skulle indikera att testet bör ta i storleksordningen 5 min till kanske flera timmar. Tillräckliga resultat har hittats med hjälp av en hydraulisk handpump med en testvaraktighet i storleksordningen 5-10 min. - Stoppa datainsamlingen och dra tillbaka lastapplikationsapparaten till det ursprungliga läget.
- Ta bort alla sensorer och förvara dem på ett säkert ställe, som anges ovan.
- Flytta det testade provet till ett rent område och separera de tre betongskikten för att identifiera typen av fel: betongutbrott, anslutningsskjuvningsfel eller annat. Registrera felläget, kvaliteten på isoleringsbindningen och annan relevant visuell information. Kom ihåg att fotografera.
3. Analysera data och rapportera resultaten
OBS: I det här avsnittet beskrivs dataanalysen för att bedöma flera tekniska egenskaper som har använts i litteraturen. Andra tekniska egenskaper kan vara av intresse, och datans användbarhet är inte begränsad till egenskaperna nedan.
- Överför datafilerna som härrör från testning från DAQ till datorn / mappen där dataanalysen utförs.
- Plotta medelvärdet av de fyra förskjutningssensorerna på abscissen med anslutningsbelastningen på ordinaten (definierad som den uppmätta belastningen dividerad med antalet kontakter).
OBS: Användaren av experimentmetoden måste granska data för eventuella felaktiga sensorer eller opålitliga mätningar innan de beräknas i genomsnitt och rapporteras. - Hitta den maximala belastningen och dess motsvarande förskjutning med hjälp av lämplig funktion i dataanalysprogramvaran och lagra dessa värden som F u respektive δ u.
- Dela den maximala belastningen med 2 för att få den halva maximala kraften, F0.5Fu, och hitta motsvarande förskjutning δ0.5.
- Hitta kontaktens elastiska styvhet (K 0.5Fu) genom att dividera den halva maximala kraften, F0.5Fu, med förskjutningen vid den halva maximala kraften, δ0,5. Om F0.5Fu inte finns i den generellt elastiska delen av testet, välj en lägre belastning som uppenbarligen finns i regionen och rapportera numret. Om ett lägre värde används, var noga med att dokumentera fraktionen av Fu och motsvarande kraftstorlek.
OBS: För närvarande används änden av K0.5Fu-linjen av vissa designers som en övre gräns för servicekrafter i kontakten. - Rapportera de genomsnittliga resultaten av fem prover för varje kontaktmärke, typ eller betongstyrka som provtas.
OBS: De rapporterade resultaten är endast giltiga för den specifika kombinationen av betong wythe, isolering wythe, betongstyrka och kontakt som valts.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 8 och figur 9A visar en typisk belastning per kontakt jämfört med den genomsnittliga förskjutningskurvan som härrör från ett dubbelskjuvtest av en fiberförstärkt polymerkontakt (FRP) i laboratoriet. Som siffrorna visar ökar belastningen stadigt upp till den maximala punkten och sjunker sedan dramatiskt, vilket vanligtvis observeras vid de flesta tester med polymerer. Men som figur 9B antyder planar kurvan ut efter att den maximala belastningen har uppnåtts om en duktil metallkontakt provtas, vilket ger två möjliga resultat för belastnings- kontra förskjutningsdiagrammet: ett duktilt eller ett sprött fel (figur 9A, B). Även om vissa FRP-kontakter i litteraturen har uppvisat viss duktilitet (figur 9C), är detta mycket litet jämfört med kontakterna gjorda av duktila metaller. Uppgifterna för figur 8 presenteras i tilläggsfil 1. Uppgifterna för varje underfigur i figur 9 presenteras i tilläggsfil 2, tilläggsfil 3 och tilläggsfil 4.
Bild 10 visar två möjliga fellägen som kan uppstå vid dubbelskjuvningstestning. Den första och mest önskvärda är kontaktens fel, vilket enbart innebär en skjuvfraktur utan betongspall. Det andra felläget är en betongbrytning i kombination med en spricka i kontakten, vilket kan vara ett tecken på att kontakten är för stark för betongtjockleken eller att betongen inte är tillräckligt stark för att kontakten ska nå maximal hållfasthet. Det slutliga felläget är ett betongdragbrott på de yttre ytorna. Detta felläge uppstår vanligtvis när kontakten är långt ifrån att gå sönder men dragspänningen på den yttre wythe överstiger betongens.
Testdata kan användas i en finita elementmodell som använder fjädrar som numerisk kontaktanalog23,24, eller så kan de användas med andra mekanikbaserade metoder som skjuvflödesberäkningar25,26,27. Sådana resultat har visats rikligt i andra artiklar som nämns ovan, men ett exempel återges i figur 11 för fullständigheten av detta arbete. Det är viktigt att nämna att dessa resultat beror på andra egenskaper, såsom isoleringstyp och tjocklek, betongens tryckhållfasthet och djupet för inbäddning av kontakterna9. Därför måste testanläggningen genomföra ett test som nära matchar situationen där kontakten kommer att användas, inklusive alla variabler som nämns ovan.
Bild 4: En typisk provkonfiguration enligt beskrivningen häri. Provet består av tre betongskikt och två isoleringsskikt. Kontaktdon tränger in i isoleringsskikten. Nominell förstärkning ingår i betongskikten för att förhindra sprött fel vid sprickbildning. En block-out finns längst ner för att underlätta wythe-översättningen; Detta är dock valfritt. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Exempel på tillverkningssteg i rekommenderad position. De här stegen efterliknar avsiktligt processen att installera anslutningsappar i en produktionsmiljö. Provet är gjutet platt, med varje lager installerat på ett successivt sätt. Om detta inte kan åstadkommas före den första uppsättningen är det tillåtet att vänta minst 3 timmar innan du gjuter nästa lager. Se protokollavsnitt 1 om tillverkning av testprovet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: Testschema med dubbel skjuvning. Instrument placeras på det icke-synliga ansiktet identiskt med dem här. Förkortningar: LVDT = linjär variabel differentialtransformator; PTFE = polytetrafluoretylen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7: Nylonrem placerad runt provet. Observera att remmarna är lösa och endast avsedda att förhindra att provet faller efter fel. Den överdrivna klämverkan visas också på detta foto. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 8: Diagram över en FRP-skjuvkontakt och motsvarande funktioner. Beräkningen av sekantstyvheten och kontaktens ultimata styrka identifieras. Förkortning: FRP = fiberförstärkt polymer. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 9: Representativ belastning per anslutningsapp jämfört med glidresponsen för tre möjliga resultat från testningen . (A) Sprött beteende, (B) duktilt beteende och (C) halvduktilt beteende. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Bild 10: Dokumentation av betong- eller anslutningsfelet; exempel på foton av möjliga resultat när du testar kontakter . (A) Skjuvbrott vid anslutningsfel, (B) genomstansning av betong och (C) böjfel i betong med eller utan kontaktbrott. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 11: En finita elementmodell med strål- och fjäderelastiska element, inklusive resultaten från dubbelskjuvningstesterna . (A) Modellsammansättning och (B) jämförelse av den elastiska modellens resultat med ett storskaligt test från Naito et al.28. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Kompletterande fil 1: "Fig 8 Data.xlsx" visar de data som visas i figur 8 som insamlade. Kolumn A innehåller tidsstämpeln. Kolumnerna B, C, D och E är var och en av de fyra LVDT-avläsningarna. Kolumn F är lastcellsavläsningen. Kolumnerna G, H, I och J är de nollställda LVDT-avläsningarna. Kolumn K är den nollställda lastcellavläsningen. Kolumn L är den genomsnittliga LVDT-avläsningen för var och en av G-, H-, I- och J-kolumnerna. Handlingen återges även i den här filen. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Tilläggsfil 2: "Fig 9A Data.xlsx" presenterar de data som visas i figur 9A som insamlade. Kolumn A innehåller tidsstämpeln. Kolumnerna B, C, D och E är var och en av de fyra LVDT-avläsningarna. Kolumn F är lastcellsavläsningen. Kolumnerna G, H, I och J är de nollställda LVDT-avläsningarna. Kolumn K är den nollställda lastcellavläsningen. Kolumn L är den genomsnittliga LVDT-avläsningen för var och en av G-, H-, I- och J-kolumnerna. Handlingen återges även i den här filen. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Tilläggsfil 3: "Fig 9B Data.xlsx" presenterar de data som visas i figur 9B som insamlade. Kolumn A innehåller tidsstämpeln. Kolumnerna B, C, D och E är var och en av de fyra LVDT-avläsningarna. Kolumn F är lastcellsavläsningen. Kolumnerna G, H, I och J är de nollställda LVDT-avläsningarna. Kolumn K är den nollställda lastcellavläsningen. Kolumn L är den genomsnittliga LVDT-avläsningen för var och en av G-, H-, I- och J-kolumnerna. Handlingen återges även i den här filen. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Tilläggsfil 4: "Fig 9C Data.xlsx" presenterar de data som visas i figur 9C som insamlade. Kolumn A innehåller tidsstämpeln. Kolumnerna B, C, D och E är var och en av de fyra LVDT-avläsningarna. Kolumn F är lastcellsavläsningen. Kolumnerna G, H, I och J är de nollställda LVDT-avläsningarna. Kolumn K är den nollställda lastcellavläsningen. Kolumn L är den genomsnittliga LVDT-avläsningen för var och en av G-, H-, I- och J-kolumnerna. Handlingen återges även i den här filen. Klicka här för att ladda ner den här filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Många forskare har använt någon variant av denna typ av test för ICSWP, men detta är den första instansen av att beskriva alla enskilda steg. Litteraturen behandlar inte de kritiska stegen i testningen, inklusive sensortyper och provhantering. Den här metoden beskriver ett sätt att testa som efterliknar kopplingarnas beteende närmaret när en panel läses in i böjning i motsats till testet med en skjuvning. Det finns flera variabler för detta arbete som ännu inte har studerats. Specifikt är information relaterad till randvillkoren inte välkänd men kan påverka testet. På samma sätt kan toleransen vid lastplacering vara viktig, liksom belastningsapplikationshastigheten. Baserat på mekaniken för dubbelskjuvprovet som beskrivs någon annanstans10,14, är den kritiska variabeln provets längd.
Medan till synes adekvata resultat har visats för exemplar som är 1,200 mm långa, och även om flera forskare har provat många olika längder, är den optimala längden inte känd. Anekdotiskt har författarna hittat klämbeteende i längder lägre än detta 1 200 mm prov, vilket visats tidigare14. Det är inte känt om valet av större längder kommer att göra någon betydande skillnad. Tvärgående dimensioner tros inte påverka testningen, såvida inte kanteffekter eller interaktion mellan kontakterna noteras. Rekommendationerna som presenteras här bör inte skapa kanteffekter eller interaktion mellan kopplingarna baserat på inbäddningsdimensionerna för kommersiella kopplingar. Försiktighet bör vidtas för att eliminera den här effekten om individuellt anslutningsbeteende är målet eller om målet är att förstå dessa effekter genom det närmare avståndet mellan anslutningsappar.
Dessutom är effekten av sprickbildning av provet (nära kontakterna eller på annat sätt) inte känd. Författarna har testat flera exemplar som kommit knäckta. I vissa fall verkade sprickorna påverka testet, medan de i andra inte gjorde det. Framtida arbete bör sträva efter att bättre förstå detta. International Code Council (ICC) testprotokoll föreskriver okrackade exemplar5. Det är uppenbart att ICSWPs i drift spricker av olika skäl. Det är viktigt att förstå om detta påverkar anslutningsbeteendet på nivån för dubbel skjuvning och på tjänstnivå. Framtida testprogram kan utföra sådan testning.
Olika fellägen har observerats i litteraturen, men antingen betongen eller kontakten kommer att misslyckas. Vissa kontakter är beroende av betongbindningen till isoleringen. I dessa fall är det absolut nödvändigt att ett bra band med färsk betong uppnås, även om det vanligtvis finns lite vägledning för detta. De betongfel som observerats i litteraturen inkluderar betongutbrott29, där kontakterna drar ut ur betongen, och betongstansning19, där kontakten skjuter genom betongytan. Anslutningsfel kan vara mycket varierande och består i allmänhet av sprött skjuvbrott, dragbrott, draglaminär rivning och plastböjningshinging10,29. Anslutningsfel bör dokumenteras, särskilt om felen är inkonsekventa mellan exemplar av samma typ. Isoleringsbindningsförhållandet bör noteras med fotografier och skriftliga beskrivningar i fall där isoleringen avsiktligt är bunden till betongen.
Även om det nämndes ovan, förtjänar det ytterligare diskussion att wythe tjocklek, betongstyrka, isoleringstyp och kontaktgeometri som testats i ett givet test endast är tillämpliga på den specifika kombinationen. Om tunnare betong wythes används kan det finnas ett genomslagsfel19 av wythes som kanske inte representeras i dubbelskjuvningstestet. Om en annan isoleringstäthet eller typ används för anslutningssystem som är beroende av isoleringen för viss lastöverföring, skulle det uppenbara mekaniska beteendet hos dubbelskjuvprovet vara annorlunda. Isoleringsskiktets tjocklek och kontaktgeometri spelar sannolikt de största rollerna, men avsikten med detta test är att identifiera systembeteendet (betong, isolering och wythe-kontakt som agerar tillsammans) och i slutändan utvidga det till fullskaligt beteende, design eller analys.
Precisionen och biasen i detta test är inte känd, och det har inte heller gjorts någon interlaborativ round-robin-studie för att ta itu med detta. Författarna anser att detta bör göras eftersom detta test är starkt nödvändigt inom branschen för kvalitetskontrolländamål och utveckling av en ICSWP-teststandard. En rigorös robusthetsstudie30 med hänsyn till de faktorer som nämns ovan eller andra faktorer bör också genomföras.
Författarna ger flera rekommendationer för ett framgångsrikt test. När ett test har börjat bör testet inte stoppas, eftersom det kan leda till en okänd mängd permanent skada på kontakten, vilket resulterar i en omstart som ger felaktiga data. Alla provfel bör noteras ordentligt före och efter testet. En noggrann sensorkontroll bör utföras före testning. En felaktig (dvs. inte avläsning) förskjutningssensor kan skapa artefakter i den genomsnittliga sensoravläsningen som används för ryggradskurvan.
Korrekt personlig skyddsutrustning är av största vikt eftersom detta test kan innebära betydande belastning och sprött fel. Den rekommenderade säkerhetsutrustningen inkluderar stålstövlar och eventuellt mellanfotsskydd, en hård hatt, ögonskydd, handskar, långa hållbara byxor och hörselskydd. Var försiktig så att du inte står för nära provet eftersom ett sprött fel kan orsaka att lastcellen och plattenheten faller i vinkel från provet. Oväntat fel kan uppstå av flera anledningar, inklusive spröda kontakter, felaktigt installerade kontakter eller felaktig belastningsplacering, vilket resulterar i ett lagerfel.
Det finns inga kända begränsningar för tekniken, men kortare exemplar kommer sannolikt att ge konservativa uppskattningar av styrka och styvhet av de skäl som beskrivs i inledningen. Men med mer utbredd användning kan begränsningarna bli uppenbara. De framtida tillämpningarna för den här metoden inkluderar att studera ytterligare parametrar som belastningshastighetsberoende, cykliskt beteende och krypbeteende för flexibla wythe-kontakter.
DATA TILLGÄNGLIGHET:
Alla data som ligger till grund för resultaten av denna studie finns tillgängliga i sitt ursprungliga filformat som en del av detta manuskript. Kompletterande filer laddas upp för uppgifterna i figur 8 och figur 9A-C. Dessa filer är märkta med motsvarande siffra nummer i .xlsx format.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Det arbete som beskrivs ovan finansierades inte direkt av en enda organisation eller under ett enda anslag, men informationen samlades in under år av industrisponsrad forskning. För detta ändamål tackar författarna sina sponsorer från under det senaste decenniet och är tacksamma för att arbeta i en snabbt utvecklande bransch.
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).
