Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

קביעת התכונות המכניות של מחברים גמישים לשימוש בלוחות קיר בטון מבודדים

Published: October 19, 2022 doi: 10.3791/64292
Automatic Translation
1, 2
1Civil & Environmental Engineering Department, Pontificia Universidad Catolica Madre y Maestra, 2Durham School of Architectural Engineering and Construction, University of Nebraska-Lincoln

Summary

אנו מציעים פרוטוקול בדיקה שניתן לשלב עם שיטות אנליטיות זמינות באופן נרחב כדי להעריך את התכונות המכניות של מחברי גזירה לשימוש בתכנון לוחות קיר בטון מבודדים כדי לחזות התנהגות לוח מבודד בקנה מידה מלא.

Abstract

מסמך זה כולל המלצות לביצוע בדיקת גזירה כפולה לא סטנדרטית, המתאימה הן ללוחות קיר בטון מבודדים רציפים והן ללוחות קיר מבודדים בדידים (ICSWPs). מבחן סטנדרטי כזה אינו קיים, אך מספר איטרציות של בדיקה זו ודומות להן בוצעו בספרות בדרגות שונות של הצלחה. יתר על כן, הבדיקות בספרות מתוארות לעתים רחוקות - אם אי פעם - בפירוט או נדונות באריכות ביחס לבדיקות, ניתוח נתונים או נהלי בטיחות. תצורת דגימת בדיקה מומלצת כאן, ונדונים וריאציות. תכונות מכניות חשובות מזוהות מנתוני העומס לעומת התזוזה, והחילוץ שלהן מפורט. השימוש בנתוני בדיקה לצורך תכנון, כגון לקביעת קשיחות המחברים, מודגם בקצרה כדי להראות כיצד ניתן לחשב את התנהגות הסטייה והפיצוח של ICSWP. ניתן לקבוע את התנהגות החוזק של לוחות באמצעות עקומת העומס המלא לעומת התזוזה או רק באמצעות חוזק המחבר המרבי. חסרונות ובלתי ידועים מוכרים, ועבודה עתידית משמעותית מוגדרת.

Introduction

לוחות קיר סנדוויץ' מבטון מבודד (ICSWPs) מורכבים משכבת בידוד הממוקמת בין שתי שכבות בטון, הנקראות לעתים קרובות wythes, אשר מספקות באופן סינרגטי רכיב יעיל מבחינה תרמית ומבנית עבור מעטפות בניין או לוחות נושאי עומס 1 (איור 1). כדי להסתגל לתעשיית הבנייה המשתנה במהירות ולתקנות קוד הבנייה החדשות בנושא יעילות תרמית, precasters מייצרים ICSWPs עם שכבות בטון דקות יותר ושכבות בידוד עבות יותר עם עמידות תרמית גבוהה יותר; בנוסף, המתכננים משתמשים בשיטות מעודנות יותר כדי להסביר את האינטראקציה המורכבת חלקית של הבטון כדי להפחית את עלויות הבנייה הכוללות תוך הגדלת הביצועים התרמיים והמבניים2. בעוד שידוע כי היעילות המבנית תלויה במידה רבה בחיבור המבני בין שכבות הבטון וכי קיימים בשוק מספר מחברי גזירה קנייניים, לא קיים בספרות פרוטוקול בדיקה סטנדרטי לבחינת התכונות המכניות של מחברים אלה. המחברים הזמינים שונים מאוד בגיאומטריה, בחומרים ובייצור שלהם, ולכן קשה להשיג גישה אנליטית אחידה כדי לקבוע את התכונות המכניות שלהם. מסיבה זו, חוקרים רבים השתמשו בהגדרות מותאמות אישית משלהם במעבדה המנסות לחקות את ההתנהגות הבסיסית של המחברים במצבי מגבלת השירות והחוזק 3,4,5,6,7,8,9,10. עם זאת, רק שניים מהם הם חלק מתוכנית הערכת בדיקה5,8, למרות שהם אינם שימושיים עבור כל טווחי המחברים בשל השונות הרחבה שלהם בצורה, קשיחות והרכב החומר.

Figure 1
איור 1: קומפוזיציה אופיינית של דגימת לוח קיר סנדוויץ'. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

שיטה נפוצה לבדיקת מחברים אלה היא מה שמכונה לעתים קרובות גזירה יחידה עם שורה אחת או שתי שורות של מחברים, כפי שתואר קודם לכן 3,11,12, אשר מבוסס לעתים קרובות על ASTM E488, תקן בדיקת עוגן בטון 13. ASTM E488 אינו דורש, אך מרמז מאוד באמצעות שרטוטים של הגדרות הבדיקה המוצעות, כי עוגן יחיד הבולט מבסיס קבוע של בטון ייבדק. לאחר בדיקת הדגימות, משורטטת קבוצה של עקומות עומס לעומת תזוזה, והערכים הממוצעים של העומס האלסטי האולטימטיבי (Fu) והנוקשות האלסטית (K0.5Fu) מתקבלים מעקומות כאלה. אחד היתרונות העיקריים של שימוש בגישה זו הוא שהיא מפיקה תוצאות של השתנות נמוכה ואינה מצריכה חללי מעבדה גדולים או חיישנים רבים14. גישה שונה מורכבת מטעינת מחבר wythe בגזירה כפולה כדי לקבוע את התכונות המכניות לשימוש בתכנון של לוחות אלה 6,7,14,15,16. הנתונים המתקבלים מעובדים באותו אופן, והערכים הממוצעים של העומס האלסטי האולטימטיבי (Fu) והנוקשות האלסטית (K0.5Fu) מתקבלים מבדיקה. למרות שגישת בדיקה זו כוללת שימוש ביותר חומר וזקוקה ליותר חיישנים, קל יותר באופן אנקדוטלי ליישם את תנאי ההעמסה והגבול במעבדה.

שני סגנונות הבדיקה אינם נראים שונים באופן דרמטי אלא מפיקים תוצאות שונות במידה רבה בהתבסס על יכולתם לחקות את התנהגות המחבר בלוח בקנה מידה מלא. מערך הבדיקה בעל ההטיה הבודדת והשורה הבודדת מייצר פעולת צביטה, כפי שמוצג באיור 2B,C, ומומנט התהפכות נוסף, כפי שתואר קודם לכן14,17, שלא יהיה קיים בפאנל בקנה מידה מלא. הגזירה הכפולה עושה עבודה טובה יותר בחיקוי התנהגות בקנה מידה מלא זה - היא מדגימה את תרגום הגזירה הטהורה של הוויתים החיצוניים ביחס לוויט המרכזי. כתוצאה מכך, ערכי הגזירה הכפולה המשמשים בשיטות אנליטיות הוכחו כמניבים תוצאות קרובות יותר לאלה המתקבלות בבדיקות בקנה מידה גדול של לוחות קיר מבודדים מייצגים14. איור 3 מציג את מערך הבדיקה הסכמטית עבור בדיקות גזירה בודדות וכפולות של מחבר.

Figure 2
איור 2: דוגמאות לתצורות שונות של בדיקת מחברים שנעשה בהן שימוש בספרות. הוכח כי דגימות מחברים בודדים גורמות להעמסה שאינה מייצגת את התרגום המקביל של wythes הנראים בלוחות בקנה מידה מלא. (A) גזירה כפולה עם שני מחברים; (B) גזירה כפולה עם מחבר אחד; (C) גזירה יחידה עם מחבר אחד. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

מכנה משותף לכל מסקנות המחקרים הללו הוא ששתי מתודולוגיות הבדיקה מתאימות לקביעת התכונות המכניות של מחברים גמישים, אך תוצאות סכמת הבדיקה הכפולה דומות יותר להתנהגות המחבר בלוח אמיתי תחת כיפוף. במילים אחרות, כאשר המשתמש משתמש בתוצאות בדיקה כאלה במודל אנליטי, הן תואמות באופן הדוק את התוצאות של בדיקות בקנה מידה גדול שבהן נעשה שימוש במחברים. חשוב להזכיר כי תוצאות בדיקות כאלה מתאימות למודלים המסתמכים על התכונות המכניות כפרמטרים של תכנון קלט באופן ישיר, כגון שיטות נגזרות אמפירית, פתרונות סגורים של תורת קרן הכריך, ומודלים של אלמנטים סופיים עם קפיצים דו-ממדיים ותלת-ממדיים 7,18,19,20.

Figure 3
איור 3: מבט סכמטי על פרוטוקולי הבדיקה בספרות. איל משמש לתרגום הדגימות ביחס זו לזו. (A) פרוטוקולי בדיקה של גזירה בודדת ו-(B) של גזירה כפולה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

בעבודה זו, פרוטוקול ניסיוני לקבלת הערכים של עקומת עמוד השדרה ואת התכונות המכניות של מחברים wythe לוח קיר מבודד, כלומר Fu ו- K0.5Fu, מוצג. השיטה מבוססת על בדיקת מחברים באמצעות גישת בדיקת הטיה כפולה עם כמה שינויים כדי לחסל מקורות השתנות ולהפיק תוצאות אמינות יותר. כל הדגימות בנויות בסביבה מבוקרת טמפרטורה, שם הן נבדקות כאשר הבטון מגיע לחוזק דחיסת היעד. היתרון העיקרי של פרוטוקול בדיקה זה הוא שניתן לעקוב אחריו בקלות, ניתן לשכפל אותו על ידי טכנאים שונים, ומתאר מקרוב את ההתנהגות האמיתית של מחבר wythe בלוח קיר בטון אמיתי ומבודד תחת כיפוף או כיפוף וכוח צירי משולבים, כפי שהוכח בספרות.

היישום של פרוטוקול בדיקת מחבר wythe המוצע לקביעת התכונות המכניות והתנהגות החומרים ישפר את דיוק תוצאות הבדיקה עבור תעשיית לוחות קיר הבטון המבודדים ויפחית את המחסומים עבור יזמים המעוניינים ליצור מחברים חדשים וחדשניים. הגידול הגדול העתידי בבניית לוחות מבודדים הן בתעשיות ההטיה והן בתעשיות הבטון הטרומי ידרוש שימוש טוב יותר בחומרים ושיטות מאוחדות יותר להשגת תכונות הנדסיות של הלוחות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. ייצור דגימת הבדיקה

  1. בחרו את מחבר ההטיה הבדיד או הרציף כדי לבדוק ולדבוק במידות הדגימה המצוינות באיור 4. שנה את המידות למרווחי מרחק קצה הבדיקה במידת הצורך על-ידי שינוי מרחק הקצה של המחבר.
    הערה: באופן כללי, חשוב להקפיד על הנחיות היצרן, אם כי ניתן להשתמש בבדיקה זו כדי לפתח הנחיות אלה. מידות הבטון והבידוד יוכתבו על ידי מחבר העניין. התכונות המכניות מהבדיקה תקפות רק לשילוב הספציפי הזה של מידות wythe, חוזק בטון, צפיפות בידוד וסוג, ומחבר.
  2. ציין את כוח דחיסת היעד של נציג הבטון של מצב העיצוב של עניין. אם אתה מנסה למדל תוצאות בדיקה בקנה מידה מלא, ודא שחוזק הבטון זהה לזה של הדגימה בקנה מידה מלא או של העיצוב המיועד בזמן הבדיקה. אם אתם מתמקדים בתרחיש מסוים, כמו החוזק המינימלי להרמת הפאנל, בצעו את הבדיקה בעוצמה זו.
  3. לייצר את טפסות הבטון באמצעות פריסה אנכית או אופקית של שכבות הבטון. ודא שהבדיקה תואמת את סגנון הבנייה כך שהתקנת המחברים תתאים למצב בשטח.
    הערה: רוב ה- ICSWPs בשירות מפוברקים עם פריסה אופקית של כל שכבה.
  4. נקב את בידוד הקצף (עבור קשרים בסגנון פין) או כיוון את חלקי הבידוד (עבור קשרים המותקנים בתפר) והנח את המחברים במיקומים המצוינים בשרטוטים הסטנדרטיים שסופקו על ידי היצרן. מקם את המחברים באמצעות הכיוון שמתקן הבדיקה מעוניין לאסוף את המאפיינים (לדוגמה, זווית 0° או 90° או זווית אחרת לציר החזק ולעומס המופעל).
    הערה: התקנת המחברים צריכה להיות כפי שצוין על-ידי היצרן/ספק, אלא אם כן ההתקנה היא משתנה בדיקה של עניין.
  5. מקם את שכבת חיזוק הפלדה הראשונה בצורות כדי למנוע מהדגימה כשל שביר אם חתיכות הבטון נסדקות במהלך הטיפול או הבדיקה.
    הערה: מכיוון שהדגימות נסדקות לעתים רחוקות עקב עומסים שהופעלו, חיזוק עדין אינו נחשב נחוץ אלא אם כן הוא צפוי להשתתף בקשר של המחבר לבטון. איור 5 מציג את ארגון שלבים 1.5-1.14 בתהליך.
  6. אם לא ניתן למקם את כל שכבות הבטון בזמן לפני הסט הראשוני של הבטון, יצקו את השכבות בהפרש של 3 שעות לפחות או בהתאם להמלצות יצרן המחבר.
    הערה: שלבים 1.7-1.14 מציינים מיקום בטון רציף.
  7. יוצקים את הבטון הטרי לתוך הצורות ורוטטים כראוי כדי למנוע היווצרות של חללי אוויר גדולים בבטון או דחיסה לקויה של חלקיקים.
  8. מניחים את שכבת הבידוד הראשונה המכילה את המחברים או דוחפים אותם לתוך הקצף, לפי הצורך. מניחים את שכבת הבידוד כך שהיא יוצרת מגע עם הבטון הטרי. כדי להבטיח שהבטון מאוחד סביב המחברים, רטט את המחבר באמצעות ויברטור בטון פנימי במהירות של 12,000 רטט לדקה, אלא אם כן הומלץ אחרת על-ידי יצרן המחבר.
    הערה: רטט במשך 2-5 שניות מספיק כדי להבטיח איחוד סביב המחברים.
  9. הניחו עוגן הרמה בעל קיבולת של 1 טון (או חזק יותר, תלוי במשקל הסופי של הדגימה) בשכבה האמצעית של הבטון כדי להקל על הטיפול.
  10. מניחים את שכבת חיזוק הפלדה השנייה בצורות במרכז המרכז.
  11. יוצקים את השכבה השנייה של הבטון הטרי לתוך הצורות ומאחדים כראוי את הבטון כמתואר לעיל.
  12. הנח את שכבת הבידוד השנייה המכילה את המחברים או התקן אותם בקצף, כמתואר בשלב 1.4. ודא בזהירות כי הבטון מאוחד סביב המחברים.
  13. מניחים את שכבת חיזוק הפלדה השלישית בצורות במרכז שכבת הבטון השלישית.
  14. יוצקים את השכבה השלישית והאחרונה של בטון טרי לתוך הצורות ורוטטים כראוי.
  15. הפוך גלילי בטון עבור כל בטון המשמש לבניית הדגימות לצורך תיעוד חוזק דחיסה.
    הערה: שלב זה עשוי להסתיים בכל עת במהלך בניית הדגימות, אך מומלץ כאשר הוא נמצא באמצע הדרך במיקום של אצווה נתונה. הכנת הצילינדר וריפוי השדה צריכים לעקוב אחר ASTM C3121.
  16. לרפא את הדגימות בסביבה מבוקרת טמפרטורה עד שהבטון מגיע לחוזק הרצוי. הוציאו את הדגימות מהטפסים לאחר שהבטון התקשה כראוי לחומרת ההרמה.

2. בדיקת דגימת הגזירה הכפולה

הערה: איור 6 מציג פריסה מייצגת של דגימת הבדיקה המוכנה לבדיקה (רצועת מחגר אינה בתמונה).

  1. קח את הדגימה למעבדה לדגימה כאשר הבטון המשמש לייצור הדגימות הגיע לחוזק הרצוי.
    הערה: בדיקת חוזק דחיסה צריכה להתבצע בהתאם לתקן ASTM C3922. טמפרטורת החדר צריכה להישאר קבועה יחסית במהלך הפעולה הפיזית של הבדיקה, כאשר הטמפרטורה המוצעת היא 25 מעלות צלזיוס ± 5 מעלות צלזיוס, ובמהלך הבדיקה והאחסון של הדגימות. טווח טמפרטורות הבדיקה אינו מיועד להיות מבוקר בקפדנות מכיוון שתכונות החומרים המעורבים אינן אמורות להשתנות באופן משמעותי עם טמפרטורות חדר טיפוסיות.
  2. מקם שתי רצועות כרית פוליטטרה-פלואורואתילן (PTFE) בגודל 3 מ"מ x 100 מ"מ x 600 מ"מ בתחתית פסי הבטון החיצוניים כדי למזער את החיכוך במהלך הבדיקה.
  3. הניחו את הדגימה מתחת למסגרת ההעמסה כאשר שכבת הבטון האמצעית ממורכזת מתחת למנגנון ההעמסה. השתמש באיל הידראולי או במכונת בדיקה אוניברסלית גדולה כדי להחיל העמסה בחלק העליון של הפתח האמצעי, תוך הקפדה על פיזור העומס באמצעות לוחית נושאת גדולה מספיק כדי למנוע כשל מיסב עבור העומסים הצפויים.
  4. חברו את זווית הפלדה לוויט האמצעי באמצעות בורג בטון או בנייה. צרו הפרדה של לפחות 5 מ"מ בין זווית הפלדה למשטח הבטון באמצעות מכונות כביסה מפלדה או פלסטיק כדי למנוע מהזווית לקיים אינטראקציה אחרת עם הדגימה (איור 6).
  5. חברו את חיישני התזוזה לשני הוויתים החיצוניים, בצדדים מנוגדים של הדגימה (ארבעה בסך הכל), כדי למדוד את תנועת זווית הפלדה ביחס למיקומם הקבוע על הוויט החיצוני.
    הערה: חיישני התזוזה המומלצים הם מתמרים דיפרנציאליים משתנים ליניאריים או פוטנציומטרים. יש לאחסן חיישנים תמיד במארז יבש ללא אבק, לחות והשפעות מגנטיות כדי למנוע אובדן כיול. מדי חיוג אנלוגיים אינם מומלצים.
  6. הנח רצועת ניילון ברוחב 50 מ"מ באופן רופף סביב החלק העליון של הדגימה כדי להבטיח ששבר בלתי צפוי במחבר שביר לא יגרום נזק לסביבה, כולל פגיעה בטכנאי ובחיישנים. ודאו שהרצועה רופפת מספיק כדי לא להפריע לעקירת הדגימה, כפי שמוצג באיור 7.
    הערה: הרצועה תמנע את ההפרדה המוחלטת של ה-wythes ותקל על הסרת הדגימה לאחר כשל גם אם ה-wythes כבר לא מופרדים. עם זאת, שלב זה (שלב 2.6) הוא אופציונלי.
  7. מניחים את תא המטען במרכזו על גבי הפתח האמצעי, דחוק בין שני לוחות פלדה בגודל 20 מ"מ x 150 מ"מ x 150 מ"מ. ודא כי לוחות פלדה לא overhang את מרכז wythe כדי לא להפריע בידוד במהלך עיוות של הדגימה.
  8. חבר את חיישני העומס והתזוזה למערכת איסוף הנתונים (DAQ).
  9. התחל את איסוף הנתונים באמצעות קצב דגימה של לפחות 10 הרץ כדי להבטיח שהעומס והתזוזה נרשמים כראוי.
  10. טען את הדגימה במרכז wythe עד להגעה לתזוזה מציאותית מקסימלית והכוח ירד באופן משמעותי; לאחר 50% מהעומס אבד, מומלץ לעצור את הבדיקה, אם כי זה שרירותי. אם ברצונך לקבל מידע נוסף לאורך הענף היורד, השתמש בכל עיוות רצוי. החל העמסה באופן מונוטוני, מעין סטטי, מהיר מספיק כדי שהמחבר וזחילת הבטון לא יפריעו לתוצאות הבדיקה אך לא כל כך מהר עד שכבר לא ניתן לראות בו סטטי, אלא אם כן שיעור עומס גבוה הוא משתנה הבדיקה של הריבית.
    הערה: זה יצביע על כך שהבדיקה צריכה להימשך בסדר גודל של 5 דקות עד אולי מספר שעות. תוצאות נאותות נמצאו באמצעות משאבת יד הידראולית עם משך בדיקה בסדר גודל של 5-10 דקות.
  11. עצור את רכישת הנתונים ובטל את מנגנון יישום העומס למיקום המקורי.
  12. הסר את כל החיישנים ואחסן אותם במקום בטוח, כפי שצוין לעיל.
  13. הזיזו את הדגימה שנבדקה לאזור נקי והפרידו בין שלוש שכבות הבטון כדי לזהות את סוג הכשל: פריצת בטון, כשל גזירה של מחבר או אחר. תעד את מצב התקלה, את איכות קשר הבידוד וכל מידע חזותי רלוונטי אחר. זכרו לצלם.

3. ניתוח הנתונים ודיווח על התוצאות

הערה: סעיף זה מתאר את ניתוח הנתונים כדי להעריך מספר מאפיינים הנדסיים ששימשו בספרות. מאפיינים הנדסיים אחרים עשויים לעניין, והשימושיות של הנתונים אינה מוגבלת למאפיינים שלהלן.

  1. העבר את קבצי הנתונים הנובעים מבדיקה מה- DAQ למחשב/תיקיה שבהם מתבצע ניתוח הנתונים.
  2. התווה את הממוצע של ארבעת חיישני התזוזה על abscissa עם עומס המחבר על ordinate (מוגדר כעומס הנמדד חלקי מספר המחברים).
    הערה: המשתמש בשיטת הניסוי חייב לסקור את הנתונים עבור חיישנים פגומים או מדידות לא מהימנות לפני הממוצע והדיווח עליהם.
  3. מצא את העומס המרבי ואת התזוזה המתאימה באמצעות הפונקציה המתאימה של תוכנת ניתוח הנתונים ואחסן ערכים אלה כ- F u ו- δu, בהתאמה.
  4. חלק את העומס המרבי ב -2 כדי לקבל את הכוח המרבי למחצה, F0.5Fu, ומצא את התזוזה המתאימה δ 0.5.
  5. מצא את הקשיחות האלסטית (K 0.5Fu) של המחבר על-ידי חלוקת הכוח החצי-מרבי, F0.5Fu, על-ידי תזוזה בכוח החצי-מרבי, δ0.5. אם ה- F0.5Fu אינו נמצא בחלק האלסטי בדרך כלל של הבדיקה, בחר עומס נמוך יותר שנמצא כמובן באזור ודווח על המספר. אם נעשה שימוש בערך נמוך יותר, הקפד לתעד את השבר של Fu ואת גודל הכוח המתאים.
    הערה: נכון לעכשיו, הקצה של קו K0.5Fu משמש מעצבים מסוימים כגבול עליון עבור כוחות שירות במחבר.
  6. דווח על התוצאות הממוצעות של חמש דגימות עבור כל מותג, סוג או חוזק בטון מחבר שנדגמו.
    הערה: התוצאות המדווחות תקפות רק עבור השילוב הספציפי של wythe בטון, wythe בידוד, חוזק בטון, ומחבר שנבחר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 8 ואיור 9A מראים עומס אופייני לכל מחבר לעומת עקומת התזוזה הממוצעת הנובעת מבדיקת גזירה כפולה של מחבר פולימר מחוזק בסיבים (FRP) במעבדה. כפי שמתארים הנתונים, העומס עולה בהתמדה עד לנקודה המקסימלית ואז יורד באופן דרמטי, מה שנצפה בדרך כלל ברוב הבדיקות המערבות פולימרים. עם זאת, כפי שאיור 9B מציע, העקומה משתטחת לאחר שמגיעים לעומס המרבי אם נדגם מחבר מתכתי רקיע, ובכך נותנת שתי תוצאות אפשריות עבור העומס לעומת חלקת התזוזה: רקיע או כשל שביר (איור 9A,B). אף על פי שכמה מחברי FRP בספרות הפגינו משיכות מסוימת (איור 9C), זה קטן מאוד בהשוואה למחברים העשויים ממתכות רקיע. הנתונים לתרשים 8 מוצגים בתיק משלים 1. הנתונים עבור כל תת-דמות באיור 9 מוצגים בתיק משלים 2, בתיק משלים 3 ובתיק משלים 4.

איור 10 מציג שני מצבי כשל אפשריים שיכולים להתרחש בבדיקות הטיה כפולה. הראשון הרצוי ביותר הוא כישלון של המחבר, אשר אך ורק כרוך שבר גזירה ללא spall בטון. מצב הכשל השני הוא פריצת בטון בשילוב עם שבר של המחבר, מה שיכול להצביע על כך שהמחבר חזק מדי לעובי הבטון או שהבטון אינו חזק מספיק כדי שהמחבר יגיע לחוזק המרבי. מצב הכשל הסופי הוא קרע מתיחה בטון על משטחי wythe החיצוניים. מצב כשל זה מתרחש בדרך כלל כאשר המחבר רחוק מלהישבר, אך לחץ המתיחה על הוויתה החיצונית עולה על זה של הבטון.

ניתן להשתמש בנתוני הבדיקה במודל אלמנטים סופיים המשתמש בקפיצים כמחבר הנומרי אנלוגי23,24, או שניתן להשתמש בהם עם שיטות אחרות המבוססות על מכניקה כגון חישובי זרימת גזירה25,26,27. תוצאות כאלה הודגמו רבות במאמרים אחרים שצוטטו לעיל, אך דוגמה לכך משוחזרת באיור 11 לשלמות העבודה הזו. חשוב להזכיר כי תוצאות אלה תלויות בתכונות אחרות, כגון סוג הבידוד ועובי, חוזק הדחיסה של הבטון ועומק ההטבעה של המחברים9. לפיכך, על מתקן הבדיקה לבצע בדיקה התואמת באופן הדוק את המצב בו יופעל המחבר, לרבות כל המשתנים שהוזכרו לעיל.

Figure 4
איור 4: תצורת דגימה טיפוסית כמתואר כאן. הדגימה מורכבת משלוש שכבות בטון ושתי שכבות בידוד. מחברים חודרים לשכבות הבידוד. חיזוק נומינלי נכלל בשכבות הבטון כדי למנוע כשל שביר במקרה של סדקים. חסימה מסופקת בתחתית כדי להקל על התרגום; עם זאת, זה אופציונלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 5
איור 5: שלבי ייצור דגימה במיקום המומלץ. שלבים אלה מחקים במכוון את תהליך התקנת המחברים בסביבת ייצור. הדגימה יצוקה שטוחה, כאשר כל שכבה מותקנת ברצף. אם לא ניתן להשיג זאת לפני הסט הראשון, מותר להמתין לפחות 3 שעות לפני הטלת השכבה הבאה. ראה פרוטוקול סעיף 1 על ייצור דגימת הבדיקה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 6
איור 6: ערכת בדיקה של גזירה כפולה. המכשירים מונחים על הפנים הלא נראות לעין באופן זהה לאלה שכאן. קיצורים: LVDT = שנאי דיפרנציאלי משתנה ליניארי; PTFE = פוליטטרפלואורואתילן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 7
איור 7: רצועת ניילון הממוקמת סביב הדגימה. שימו לב שהרצועות רופפות ונועדו רק למנוע מהדגימה ליפול לאחר תקלה. פעולת הצביטה המוגזמת מוצגת גם בתמונה זו. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 8
איור 8: תרשים של מחבר גזירה FRP והתכונות המתאימות. חישוב קשיחות הסקאנס והחוזק האולטימטיבי של המחבר מזוהים. קיצור: FRP = פולימר מחוזק בסיבים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 9
איור 9: עומס מייצג לכל מחבר לעומת תגובת החלקה של שלוש תוצאות אפשריות מהבדיקה . (A) התנהגות שבירה, (B) התנהגות רקיע, ו-(C) התנהגות רקיע למחצה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 10
איור 10: תיעוד של כשל הבטון או המחבר; תמונות לדוגמה של תוצאות אפשריות בעת בדיקת מחברים. (A) קרע בגזירת כשל במחבר, (B) ניקוב בטון, ו-(C) כשל פלקסורלי של בטון עם או בלי קרע במחבר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

Figure 11
איור 11: מודל אלמנטים סופיים המשתמש באלמנטים אלסטיים של קרן וקפיץ, כולל התוצאות ממבחני הגזירה הכפולה . (A) הרכב המודל, ו-(B) השוואה של תוצאות המודל האלסטי עם מבחן בקנה מידה גדול מ- Naito et al.28. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של נתון זה.

קובץ משלים 1: "איור 8 נתונים.xlsx" מציג את הנתונים המוצגים באיור 8 כפי שנאספו. עמודה A מכילה את חותמת הזמן. טורים ב', ג', ד' ו-ה' הם כל אחת מארבע קריאות ה-LVDT. עמודה F היא קריאת תא הטעינה. טורים G, H, I ו- J הם קריאות LVDT מאופסות. עמודה K היא קריאת תא העומס האפס. עמודה L היא הקריאה הממוצעת של LVDT של כל אחת מהעמודות G, H, I ו- J. העלילה מועתקת גם בקובץ זה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 2: "נתוני איור 9א.xlsx" מציג את הנתונים המוצגים באיור 9א כפי שנאספו. עמודה A מכילה את חותמת הזמן. טורים ב', ג', ד' ו-ה' הם כל אחת מארבע קריאות ה-LVDT. עמודה F היא קריאת תא הטעינה. טורים G, H, I ו- J הם קריאות LVDT מאופסות. עמודה K היא קריאת תא העומס האפס. עמודה L היא הקריאה הממוצעת של LVDT של כל אחת מהעמודות G, H, I ו- J. העלילה מועתקת גם בקובץ זה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 3: "איור 9B נתונים.xlsx" מציג את הנתונים המוצגים באיור 9B כפי שנאספו. עמודה A מכילה את חותמת הזמן. טורים ב', ג', ד' ו-ה' הם כל אחת מארבע קריאות ה-LVDT. עמודה F היא קריאת תא הטעינה. טורים G, H, I ו- J הם קריאות LVDT מאופסות. עמודה K היא קריאת תא העומס האפס. עמודה L היא הקריאה הממוצעת של LVDT של כל אחת מהעמודות G, H, I ו- J. העלילה מועתקת גם בקובץ זה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

קובץ משלים 4: "איור 9C נתונים.xlsx" מציג את הנתונים המוצגים באיור 9C כפי שנאספו. עמודה A מכילה את חותמת הזמן. טורים ב', ג', ד' ו-ה' הם כל אחת מארבע קריאות ה-LVDT. עמודה F היא קריאת תא הטעינה. טורים G, H, I ו- J הם קריאות LVDT מאופסות. עמודה K היא קריאת תא העומס האפס. עמודה L היא הקריאה הממוצעת של LVDT של כל אחת מהעמודות G, H, I ו- J. העלילה מועתקת גם בקובץ זה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

חוקרים רבים השתמשו בווריאציה מסוימת של סוג זה של בדיקה עבור ICSWP, אך זהו המקרה הראשון של תיאור כל השלבים הבודדים. הספרות אינה מתייחסת לשלבים הקריטיים בבדיקות, כולל סוגי חיישנים וטיפול בדגימות. שיטה זו מתארת אופן בדיקה המחקה באופן הדוק יותר את התנהגות המחברים כאשר לוח נטען בכיפוף לעומת מבחן הגזירה הבודדת. ישנם מספר משתנים לעבודה זו שטרם נחקרו. באופן ספציפי, מידע הקשור לתנאי הגבול אינו ידוע היטב אך עשוי להשפיע על הבדיקה. באופן דומה, הסובלנות למיקום העומס עשויה להיות חשובה, וכך גם קצב יישום העומס. בהתבסס על המכניקה של דגימת הגזירה הכפולה המתוארת במקום אחר10,14, המשתנה הקריטי הוא אורך הדגימה.

אמנם הוכחו תוצאות נאותות לכאורה עבור דגימות שגובהן 1,200 מ"מ, ולמרות שכמה חוקרים ניסו אורכים רבים ושונים, האורך האופטימלי אינו ידוע. באופן אנקדוטלי, החוקרים מצאו התנהגות צביטה באורכים נמוכים יותר מדגימה זו של 1,200 מ"מ, שהוכחה קודםלכן 14. לא ידוע אם בחירה באורכים גדולים יותר תעשה הבדל משמעותי. ממדים רוחביים אינם נחשבים כמשפיעים על הבדיקה, אלא אם כן צוינו השפעות קצה או אינטראקציה בין המחברים. ההמלצות המוצגות כאן אינן צריכות ליצור אפקטי קצה או אינטראקציה בין המחברים בהתבסס על מידות ההטבעה של מחברים מסחריים. יש להקפיד על ביטול אפקט זה אם התנהגות מחברים בודדים היא המטרה או אם הבנת השפעות אלה באמצעות המרווח הקרוב יותר של מחברים היא המטרה.

בנוסף, ההשפעה של פיצוח הדגימה (קרוב למחברים או אחרת) אינה ידועה. המחברים בדקו כמה דגימות שהגיעו סדוקות. במקרים מסוימים, נראה כי הסדקים השפיעו על הבדיקה, בעוד שבאחרים הם לא. עבודה עתידית צריכה לשאוף להבין זאת טוב יותר. פרוטוקולי הבדיקה של מועצת הקוד הבינלאומית (ICC) קובעים דגימות לא מפוצצות5. ברור ש- ICSWPs בשירות נסדקים מסיבות שונות. חשוב להבין אם הדבר משפיע על התנהגות המחבר ברמת הגזירה הכפולה וברמת השירות. תוכניות בדיקה עתידיות יכולות לבצע בדיקות כאלה.

מצבי כשל שונים נצפו בספרות, אך הבטון או המחבר ייכשלו. מחברים מסוימים מסתמכים על הקשר של הבטון לבידוד. במקרים אלה, הכרחי שיושג קשר טוב עם בטון טרי, אם כי בדרך כלל יש מעט הדרכה לכך. כשלי הבטון שנצפו בספרות כוללים פריצה מבטון29, שבה המחברים נשלפים מהבטון, ובטוןאגרוף דרך 19, שבו המחבר דוחף דרך פני הבטון. כשלים במחברים יכולים להיות משתנים מאוד ובדרך כלל מורכבים מקרע גזירה שביר, קרע במתיחה, קריעת למינר מתיחה וצירי פלסטיקפלקסורלי 10,29. יש לתעד כשל במחבר, במיוחד אם הכשלים אינם עקביים בין דגימות מאותו סוג. יש לציין את מצב קשר הבידוד בתצלומים ובתיאורים כתובים במקרים בהם הבידוד מחובר במכוון לבטון.

למרות שהוזכר לעיל, ראוי לדיון נוסף כי עובי הוויתן, חוזק הבטון, סוג הבידוד וגיאומטריית המחבר שנבדקו בכל מבחן נתון חלים רק על אותו שילוב ספציפי. אם נעשה שימוש בוויתות בטון דקות יותר, יכול להיות כישלון אגרוף19 של wythes כי לא יכול להיות מיוצג במבחן גזירה כפולה. אם צפיפות או סוג בידוד שונים משמשים עבור מערכות מחברים המסתמכות על הבידוד להעברת עומס כלשהי, ההתנהגות המכנית לכאורה של דגימת הגזירה הכפולה תהיה שונה. עובי שכבת הבידוד וגיאומטריית המחבר ממלאים ככל הנראה את התפקידים הגדולים ביותר, אך מטרת בדיקה זו היא לזהות את התנהגות המערכת (בטון, בידוד ומחבר wythe הפועלים יחד) ובסופו של דבר, להרחיב זאת להתנהגות, עיצוב או ניתוח בקנה מידה מלא.

הדיוק וההטיה של בדיקה זו אינם ידועים, וגם לא היה שום מחקר בין-מעבדתי עגול כדי לטפל בכך. המחברים מאמינים שיש לעשות זאת מכיוון שבדיקה זו נחוצה מאוד בתעשייה למטרות בקרת איכות ופיתוח תקן בדיקות ICSWP. יש לבצע גם מחקר קשיחות קפדני30 בהתחשב בגורמים שהוזכרו לעיל או בגורמים אחרים.

המחברים מציעים מספר המלצות לבדיקה מוצלחת. לאחר תחילת הבדיקה, אין לעצור את הבדיקה, מכיוון שהדבר עלול לגרום לכמות לא ידועה של נזק בלתי הפיך למחבר, וכתוצאה מכך הפעלה מחדש המספקת נתונים שגויים. יש לציין כראוי את כל הפגמים בדגימה לפני הבדיקה ולאחריה. יש לבצע בדיקת חיישן יסודית לפני הבדיקה. חיישן תזוזה לא תקין (כלומר, לא קריאה) עלול ליצור ממצאים בקריאת החיישן הממוצעת המשמשת לעקומת עמוד השדרה.

ציוד מגן אישי תקין הוא בעל חשיבות עליונה מכיוון שבדיקה זו יכולה להיות כרוכה בעומס משמעותי ובכישלון שביר. ציוד הבטיחות המומלץ כולל מגפי פלדה, ואולי גם מגנים מטטרסליים, כובע קשיח, הגנה על העיניים, כפפות, מכנסיים ארוכים ועמידים והגנה על האוזניים. יש להיזהר שלא לעמוד קרוב מדי לדגימה שכן כשל שביר עלול לגרום לתא העומס ולמכלול הצלחת ליפול בזווית מהדגימה. כשל בלתי צפוי עלול להתרחש מכמה סיבות, כולל מחברים שבירים, מחברים שאינם מותקנים כראוי או מיקום עומס לא תקין, וכתוצאה מכך כשל במיסב.

לא ידוע על מגבלות לטכניקה, אך דגימות קצרות יותר עשויות לייצר הערכות שמרניות של חוזק ונוקשות מהסיבות שפורטו במבוא. עם זאת, עם שימוש נרחב יותר, המגבלות עשויות להתברר. היישומים העתידיים לשיטה זו כוללים לימוד פרמטרים נוספים כגון תלות בקצב העומס, התנהגות מחזורית והתנהגות זחילה של מחברי wythe גמישים.

זמינות נתונים:
כל הנתונים העומדים בבסיס תוצאות מחקר זה זמינים בפורמט הקובץ המקורי שלהם כחלק מכתב יד זה. קבצים משלימים מועלים עבור הנתונים הכלולים באיור 8 ובאיור 9A-C. קבצים אלה מסומנים עם מספר האיור המתאים בתבנית .xlsx.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgments

העבודה שתוארה לעיל לא מומנה ישירות על ידי ארגון יחיד או במהלך מענק יחיד, אך המידע נאסף במשך שנים של מחקר בחסות התעשייה. לשם כך, המחברים מודים לנותני החסות שלהם מהעשור האחרון והם אסירי תודה על העבודה בתעשייה המתפתחת במהירות.

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.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Collins, T. F. Precast concrete sandwich panels for tilt-up construction. Journal of the American Concrete Institute. 50 (2), 149-164 (1954).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Tomlinson, D. Behaviour of partially composite precast concrete sandwich panels under flexural and axial loads. , Queen's University. Canada. PhD thesis (2015).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. ASTM International. Standard test methods for strength of anchors in concrete elements. ASTM. , E488M-22 (2022).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Olsen, J., Maguire, M. Pushoff shear testing of composite sandwich panel connectors. 2016 PCI Convention and National Bridge Conference. , Paper 1233 (2016).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Cox, B., et al. Lumped GFRP star connector system for partial composite action in insulated precast concrete sandwich panels. Composite Structures. 229, 111465 (2019).
  20. Pozo, F. On thermal bowing of concrete sandwich wall panels with flexible shear connectors. , Utah State University. Master's thesis (2018).
  21. ASTM International. Standard practice for making and curing concrete test specimens in the field. ASTM International. , ASTM C31/C31M-19a (2019).
  22. ASTM International. Standard test method for compressive strength of cylindrical concrete specimens. ASTM International. , ASTM C39/C39M-18 (2018).
  23. Pozo-Lora, F., Maguire, M. Thermal bowing of concrete sandwich panels with flexible shear connectors. Journal of Building Engineering. 29, 101124 (2020).
  24. 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).
  25. Losch, E. D., et al. State of the art of precast/prestressed concrete sandwich wall panels. PCI Journal. 56 (2), 131-176 (2011).
  26. 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).
  27. Holmberg, A., Plem, E. Behaviour of Load-bearing Sandwich-type Structures. The National Swedish Institute for Building Research. , Sweden. (1965).
  28. 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).
  29. 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).
  30. ASTM International. Standard practice for conducting ruggedness tests. ASTM International. , 1169-1121 (2021).

Tags

הנדסה גיליון 188 מחברי גזירה פולימריים מחוזקים בסיבים (FRP) מחברי גזירה גמישים לוחות קיר מבודדים בדיקות גזירה כפולות קיימות יעילות תרמית
קביעת התכונות המכניות של מחברים גמישים לשימוש בלוחות קיר בטון מבודדים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pozo-Lora, F. F., Maguire, M.… More

Pozo-Lora, F. F., Maguire, M. Determination of the Mechanical Properties of Flexible Connectors for Use in Insulated Concrete Wall Panels. J. Vis. Exp. (188), e64292, doi:10.3791/64292 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter