Summary
Vi foreslår en testprotokoll som kan kombineres med allment tilgjengelige analysemetoder for å vurdere de mekaniske egenskapene til skjærkontakter for bruk i utformingen av isolerte betongveggpaneler for å forutsi fullskala isolert paneloppførsel.
Abstract
Dette dokumentet inneholder anbefalinger for å utføre en ikke-standard, dobbeltskjærtest egnet for både kontinuerlige og diskrete isolerte sandwichveggpaneler i betong (ICSWPs). En slik standardisert test eksisterer ikke, men flere iterasjoner av denne og lignende tester har blitt utført i litteraturen med varierende grad av suksess. Videre er testene i litteraturen sjelden eller noen gang beskrevet i detalj eller diskutert i lengden med hensyn til testing, dataanalyse eller sikkerhetsprosedyrer. En testprøvekonfigurasjon anbefales her, og variasjoner diskuteres. Viktige mekaniske egenskaper identifiseres fra last- versus forskyvningsdata, og utvinningen av dem er detaljert. Bruken av testdata for design, for eksempel for å bestemme stivheten til kontaktene, er kort demonstrert for å vise hvordan ICSWP-avbøyning og sprekkeoppførsel kan beregnes. Styrkeoppførselen til paneler kan bestemmes ved bruk av full belastning versus forskyvningskurve eller bare maksimal kontaktstyrke. Mangler og ukjente er erkjent, og betydelig fremtidig arbeid er avgrenset.
Introduction
Sandwichveggpaneler i isolert betong (ICSWPs) består av et isolasjonslag plassert mellom to betonglag, ofte kalt wythes, som synergisk gir en termisk og strukturelt effektiv komponent for å bygge konvolutter eller bærende paneler 1 (figur 1). For å tilpasse seg den raskt skiftende byggebransjen og nye byggeforskrifter om termisk effektivitet, produserer precasters ICSWPs med tynnere betonglag og tykkere isolasjonslag med høyere termisk motstand; I tillegg bruker designere mer raffinerte metoder for å redegjøre for det delvis sammensatte samspillet mellom betongkonstruksjonene for å redusere de totale byggekostnadene samtidig som de øker termisk og strukturell ytelse2. Selv om det er kjent at strukturell effektivitet i stor grad avhenger av den strukturelle forbindelsen mellom betonglagene og at flere proprietære skjærkontakter er tilgjengelige på markedet, finnes det ingen standardisert testprotokoll i litteraturen for å undersøke de mekaniske egenskapene til disse kontaktene. De tilgjengelige kontaktene varierer mye i geometri, materialer og produksjon, så det er vanskelig å få en enhetlig analytisk tilnærming for å bestemme deres mekaniske egenskaper. Av denne grunn har mange forskere brukt sine egne tilpassede oppsett i laboratoriet som prøver å etterligne den grunnleggende oppførselen til kontaktene ved tjenesten og styrkegrensetilstandene 3,4,5,6,7,8,9,10. Imidlertid er bare to av dem en del av en testevalueringsordning5,8, til tross for at de ikke er nyttige for alle kontaktområder på grunn av deres store variasjon i form, stivhet og materialsammensetning.
Figur 1: Typisk sammensetning av et sandwichveggpaneleksemplar. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
En vanlig metode for å teste disse kontaktene er det som ofte kalles enkeltskjær med enten en rad eller to rader med kontakter, som beskrevet tidligere 3,11,12, som ofte er basert på ASTM E488, en betongankerteststandard 13. ASTM E488 krever ikke, men antyder sterkt gjennom tegninger av de foreslåtte testoppsettene, at et enkelt anker som stikker ut fra en fast betongbase vil bli testet. Når prøvene er testet, plottes et sett med belastnings- versus forskyvningskurver, og gjennomsnittsverdiene for den ultimate elastiske belastningen (Fu) og den elastiske stivheten (K0.5Fu) oppnås fra slike kurver. En av hovedfordelene ved å bruke denne tilnærmingen er at den gir resultater med lav variabilitet og ikke nødvendiggjør store laboratorieplasser eller mange sensorer14. En annen tilnærming består av å laste en wythe-kontakt i dobbeltskjær for å bestemme de mekaniske egenskapene for bruk i utformingen av disse panelene 6,7,14,15,16. De resulterende dataene behandles på samme måte, og gjennomsnittsverdiene for den ultimate elastiske belastningen (Fu) og den elastiske stivheten (K0,5Fu) oppnås ved testing. Selv om denne testtilnærmingen innebærer å bruke mer materiale og trenger flere sensorer, er det anekdotisk lettere å bruke belastnings- og grenseforholdene i et laboratorium.
De to teststilene virker ikke dramatisk forskjellige, men gir forskjellige resultater i stor grad basert på deres evne til å etterligne kontaktoppførselen i et fullskala panel. Testoppsettet med ett skjær og én rad gir en klemmehandling, som vist i figur 2B,C, og et ekstra veltemoment, som beskrevet tidligere14,17, som ikke ville være til stede i et fullskala panel. Dobbeltskjæret gjør en bedre jobb med å etterligne denne fullskala oppførselen - den modellerer den rene skjæroversettelsen av de ytre wythes i forhold til den sentrale wythe. Som et resultat har dobbeltskjærverdiene som brukes i analysemetoder vist seg å gi resultater som er nærmere de som er oppnådd i storskala testing av representative isolerte veggpaneler14. Figur 3 viser det skjematiske testoppsettet for enkelt- og dobbeltskjærtesting av en kontakt.
Figur 2: Eksempler på ulike tilkoblingstestkonfigurasjoner brukt i litteraturen. Prøver med én kontakt har vist seg å forårsake belastning som ikke representerer den parallelle oversettelsen av wythes sett i fullskala paneler. (A) Dobbeltskjær med to kontakter; (B) Dobbeltskjær med en kontakt; (C) Enkeltskjær med én kontakt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
En fellesnevner for alle disse studienes konklusjoner er at begge testmetodene er egnet for å bestemme de mekaniske egenskapene til fleksible kontakter, men resultatene av dobbeltskjærtestingsskjemaet ligner mer på oppførselen til kontakten i et ekte panel under bøyning. Med andre ord, når brukeren bruker slike testresultater i en analytisk modell, samsvarer de nøye med resultatene av store tester der kontaktene brukes. Det er viktig å nevne at resultatene av slik testing er passende for modeller som er avhengige av de mekaniske egenskapene som inngangsdesignparametere direkte, for eksempel empirisk avledede metoder, lukkede løsninger av sandwichstråleteorien og endelige elementmodeller med 2-D og 3-D fjærer 7,18,19,20.
Figur 3: Skjematisk oversikt over testprotokollene i litteraturen. En ram brukes til å oversette wythes av prøvene i forhold til hverandre. (A) Testprotokoller for enkeltskjær og (B) dobbeltskjær. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
I dette arbeidet presenteres en eksperimentell protokoll for å oppnå verdiene til ryggradskurven og de mekaniske egenskapene til isolerte veggpaneler, nemlig Fu og K0.5Fu. Metoden er basert på testing av kontakter ved hjelp av en dobbel skjærtesttilnærming med noen modifikasjoner for å eliminere kilder til variabilitet og gi mer pålitelige resultater. Alle prøvene er konstruert i et temperaturkontrollert miljø, hvor de testes når betongen når måltrykkstyrken. Den største fordelen med denne testprotokollen er at den lett kan følges, kan replikeres av forskjellige teknikere, og beskriver nøye den virkelige oppførselen til wythe-kontakten i et ekte, isolert betongveggpanel under flexure eller flexure og aksial kraft kombinert, som vist i litteraturen.
Anvendelsen av den foreslåtte wythe connector-testprotokollen for å bestemme mekaniske egenskaper og materialoppførsel vil forbedre nøyaktigheten av testresultatene for den isolerte betongveggpanelindustrien og redusere barrierer for gründere som er interessert i å skape innovative nye kontakter. Den fremtidige store økningen i isolert panelkonstruksjon i både tilt-up og prefabrikkerte betongindustrier vil kreve bedre bruk av materialer og mer enhetlige metoder for å oppnå tekniske egenskaper til panelene.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Fremstilling av testprøven
- Velg den diskrete eller kontinuerlige skjærkontakten for å teste og overholde dimensjonene til prøven som er angitt i figur 4. Endre dimensjonene til testavstandsavstandsavstandene om nødvendig ved å endre kantavstanden for kontakten.
MERK: Generelt er det viktig å følge produsentens retningslinjer, selv om denne testen kan brukes til å utvikle disse retningslinjene. Betong- og isolasjonsdimensjonene vil bli diktert av kontakten av interesse. De mekaniske egenskapene fra testen er bare gyldige for denne spesifikke kombinasjonen av wythe dimensjoner, betongstyrke, isolasjonstetthet og type og kontakt. - Angi måltrykkstyrken til den konkrete representanten for designsituasjonen av interesse. Hvis du prøver å modellere fullskala testresultater, må du sørge for at betongstyrken er den samme som for fullskalaprøven eller den tiltenkte utformingen på testtidspunktet. Hvis du målretter mot et bestemt scenario, som minimumsstyrken for løfting av panelet, utfør testen med den styrken.
- Lag betongforskalingen ved hjelp av enten en vertikal eller horisontal utforming av betonglagene. Kontroller at testingen samsvarer med konstruksjonsstilen, slik at installasjonen av kontaktene samsvarer med situasjonen i felten.
MERK: De fleste ICSWP-er i bruk er produsert med en horisontal utforming av hvert lag. - Perforer skumisolasjonen (for pin-stil bånd) eller orienter isolasjonsstykkene (for søminstallerte bånd) og plasser kontaktene på stedene som er angitt i standardtegningene levert av produsenten. Plasser kontaktene i den retningen testanlegget ønsker for å samle egenskapene (f.eks. en 0° eller 90°-eller annen vinkel mot den sterke aksen og den påførte belastningen).
MERK: Installasjonen av kontaktene skal være som angitt av produsenten/leverandøren, med mindre installasjonen er en testvariabel av interesse. - Plasser det første stålarmeringslaget i formene for å forhindre at prøven sprekker hvis betongstykkene sprekker under håndtering eller testing.
MERK: Siden prøvene sjelden sprekker på grunn av påførte belastninger, antas ikke mild armering å være nødvendig med mindre det forventes å delta i bindingen av kontakten til betongen. Figur 5 viser organiseringen av trinn 1.5-1.14 gjennom prosessen. - Hvis alle lagene av betong ikke kan plasseres i tide før betongens første sett, må du støpe lagene minst 3 timer fra hverandre eller i henhold til kontaktprodusentens anbefalinger.
MERK: Trinn 1.7-1.14 indikerer påfølgende konkret plassering. - Hell den friske betongen i formene og vibrer tilstrekkelig for å forhindre dannelse av store lufthull i betongen eller dårlig komprimering av partikler.
- Plasser det første isolasjonslaget som inneholder kontaktene, eller skyv dem inn i skummet etter behov. Plasser isolasjonslaget slik at det kommer i kontakt med den friske betongen. For å sikre at betongen er konsolidert rundt kontaktene, vibrerer kontakten med en intern betongvibrator ved 12 000 vibrasjoner/min, med mindre annet er anbefalt av kontaktens produsent.
MERK: Vibrerende for 2-5 s er nok til å sikre konsolidering rundt kontaktene. - Plasser en 1 tonn kapasitet (eller sterkere avhengig av prøvens endelige vekt) løfteanker i det midterste laget av betongen for enkel håndtering.
- Plasser det andre stålforsterkningslaget i formene i midten av midten.
- Hell det andre laget av fersk betong i formene og konsolider betongen tilstrekkelig som beskrevet ovenfor.
- Plasser det andre isolasjonslaget som inneholder kontaktene, eller installer dem i skummet, som beskrevet i trinn 1.4. Sørg nøye for at betongen er konsolidert rundt kontaktene.
- Plasser det tredje stålarmeringslaget i formene i midten av det tredje betonglaget.
- Hell det tredje og siste laget av fersk betong i formene og vibrer tilstrekkelig.
- Lag betongflasker for hver betong som brukes i konstruksjonen av prøvene med henblikk på kompresjonsstyrkedokumentasjon.
MERK: Dette trinnet kan fullføres når som helst under konstruksjonen av prøvene, men anbefales når du er halvveis i plasseringen av en gitt batch. Sylinderklargjøring og feltherding skal følge ASTM C3121. - Herd prøvene i et temperaturkontrollert miljø til betongen har nådd ønsket styrke. Ta prøvene ut av formene når betongen har herdet tilstrekkelig for løfteutstyret.
2. Testing av dobbeltskjærprøven
MERK: Figur 6 viser en representativ layout av testprøven klar til å bli testet (skrallestropp ikke avbildet).
- Ta prøven til laboratoriet for prøvetaking når betongen som brukes til å fremstille prøvene har nådd ønsket styrke.
MERK: Trykkfasthetstesting bør følge ASTM C3922. Romtemperaturen bør forbli relativt konstant under den fysiske testbehandlingen, med temperaturen foreslått å være 25 ° C ± 5 ° C, og under testing og lagring av prøvene. Testtemperaturområdet er ikke ment å kontrolleres strengt, da egenskapene til de involverte materialene ikke bør variere betydelig med typiske romtemperaturer. - Plasser to 3 mm x 100 mm x 600 mm polytetrafluoretylen (PTFE) putestrimler i bunnen av de ytre betongskivene for å minimere friksjon under testing.
- Sett prøven under lasterammen med det midterste betonglaget sentrert under lasteapparatet. Bruk en hydraulisk ram eller en stor universell testmaskin for å påføre lasting på toppen av midten, og pass på å spre lasten ut med en lagerplate som er tilstrekkelig stor til å forhindre lagerfeil for de forventede belastningene.
- Fest stålvinkelen til den midterste wythe med en betong- eller murskrue. Lag et skille på minst 5 mm mellom stålvinkelen og betongoverflaten ved hjelp av stål- eller plastskiver for å forhindre at vinkelen ellers interagerer med prøven (figur 6).
- Fest forskyvningssensorene til de to utvendige wythes, på motsatte sider av prøven (fire totalt), for å måle bevegelsen av stålvinkelen i forhold til deres faste posisjon på utsiden.
MERK: De anbefalte forskyvningssensorene er lineære variable differensialtransdusere eller potensiometre. Sensorer skal alltid oppbevares i et tørt etui som er fritt for støv, fuktighet og magnetiske effekter for å forhindre tap av kalibrering. Analoge skivemålere anbefales ikke. - Plasser en 50 mm bred nylonstropp løst rundt den øvre delen av prøven for å sikre at en uventet sprø kontakt ikke vil forårsake skade på omgivelsene, inkludert skade på teknikeren og sensorene. Forsikre deg om at stroppen er løs nok til ikke å forstyrre prøveforskyvningen, som vist i figur 7.
MERK: Stroppen vil forhindre wythes fra fullstendig separasjon og lette fjerning av prøven etter feil, selv om wythes ikke lenger er skilt. Dette trinnet (trinn 2.6) er imidlertid valgfritt. - Plasser lastcellen sentrert oppå den midterste wythe, klemt inn mellom to 20 mm x 150 mm x 150 mm stålplater. Forsikre deg om at stålplatene ikke henger over senteret for ikke å forstyrre isolasjonen under deformasjonen av prøven.
- Koble last- og forskyvningssensorene til datainnsamlingssystemet (DAQ).
- Start datainnsamlingen med en samplingsfrekvens på minst 10 Hz for å sikre at belastningen og forskyvningen registreres riktig.
- Last prøven i midten wythe til maksimal realistisk forskyvning er nådd og styrken har falt betydelig; Etter at 50% av belastningen er tapt, anbefales det å stoppe testen, selv om dette er vilkårlig. Hvis ytterligere informasjon langs den synkende grenen er ønsket, bruk ønsket deformasjon. Påfør lasting på en monotonisk, kvasi-statisk måte som er rask nok til at kontakten og betongkrypet ikke forstyrrer testresultatene, men ikke så fort at det ikke lenger kan betraktes som statisk, med mindre en høy belastningshastighet er testvariabelen av interesse.
MERK: Dette vil indikere at testen skal ta i størrelsesorden 5 min til kanskje flere timer. Tilstrekkelige resultater er funnet ved bruk av en hydraulisk håndpumpe med en testvarighet i størrelsesorden 5-10 min. - Stopp datainnsamlingen og trekk lastapplikasjonsapparatet tilbake til den opprinnelige posisjonen.
- Fjern alle sensorene og oppbevar dem på et trygt sted, som angitt ovenfor.
- Flytt det testede prøven til et rent område og skill de tre betonglagene for å identifisere typen feil: betongbrudd, koblingsskjærfeil eller annet. Ta opp feilmodus, kvaliteten på isolasjonsbindingen og annen relevant visuell informasjon. Husk å ta bilder.
3. Analysere dataene og rapportere resultatene
Denne delen beskriver dataanalysen for å vurdere flere tekniske egenskaper som er brukt i litteraturen. Andre tekniske egenskaper kan være av interesse, og dataenes nytte er ikke begrenset til egenskapene nedenfor.
- Overfør datafilene som følge av testing fra DAQ til datamaskinen/mappen der dataanalysen utføres.
- Plott gjennomsnittet av de fire forskyvningssensorene på abscissen med kontaktbelastningen på ordinatet (definert som den målte belastningen delt på antall kontakter).
MERK: Brukeren av den eksperimentelle metoden må gjennomgå dataene for eventuelle defekte sensorer eller upålitelige målinger før gjennomsnitt og rapportering av dem. - Finn maksimal belastning og tilhørende forskyvning ved hjelp av riktig funksjon av dataanalyseprogramvaren og lagre disse verdiene som henholdsvis F u ogδ u.
- Del maksimal belastning med 2 for å oppnå halv maksimal kraft, F0,5Fu, og finn den tilsvarende forskyvningen δ0,5.
- Finn den elastiske stivheten (K 0,5 Fu) til kontakten ved å dele den halvmaksimale kraften, F 0,5Fu, med forskyvningen ved halv maksimal kraft, δ 0,5. Hvis F0.5Fu ikke er i den generelt elastiske delen av testen, velg en lavere belastning som åpenbart er i regionen og rapporter nummeret. Hvis en lavere verdi brukes, må du huske å dokumentere brøkdelen av Fu og den tilsvarende kraftstørrelsen.
MERK: For øyeblikket brukes enden av K0.5Fu-linjen av noen designere som en øvre grense for servicekrefter i kontakten. - Rapporter gjennomsnittlige resultater av fem prøver for hvert koblingsmerke, type eller betongstyrke som er samplet.
MERK: De rapporterte resultatene er bare gyldige for den spesifikke kombinasjonen av betong wythe, isolasjon wythe, betongstyrke og kontakt valgt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figur 8 og figur 9A viser en typisk belastning per kontakt kontra den gjennomsnittlige forskyvningskurven som følge av en dobbeltskjærtest av en fiberforsterket polymerkontakt (FRP) i laboratoriet. Som tallene viser, øker belastningen jevnt opp til maksimumspunktet og faller deretter dramatisk, noe som vanligvis observeres i de fleste tester som involverer polymerer. Imidlertid, som figur 9B antyder, flater kurven ut etter at maksimal belastning er nådd hvis en duktil metallkontakt er samplet, noe som gir to mulige utfall for belastningen versus forskyvningsplottet: en duktil eller en sprø feil (figur 9A, B). Selv om noen FRP-kontakter i litteraturen har vist en viss duktilitet (figur 9C), er dette svært lite sammenlignet med kontaktene laget av duktile metaller. Data for figur 8 er presentert i tilleggsfil 1. Data for hver delfigur i figur 9 er presentert i tilleggsfil 2, tilleggsfil 3 og tilleggsfil 4.
Figur 10 viser to mulige feilmoduser som kan oppstå ved dobbeltskjærtesting. Den første og mest ønskelige er svikt i kontakten, som utelukkende innebærer et skjærbrudd uten betongspalte. Den andre feilmodusen er et betongbrudd kombinert med et brudd på kontakten, noe som kan indikere at kontakten er for sterk for betongtykkelsen eller at betongen ikke er sterk nok til at kontakten når maksimal styrke. Den endelige feilmodusen er en konkret strekkbrudd på de ytre overflatene. Denne feilmodusen oppstår vanligvis når kontakten er langt fra å bryte, men strekkspenningen på den ytre wythe overstiger betongens.
Testdataene kan brukes i en endelig elementmodell som bruker fjærer som numerisk kontaktanalog23,24, eller de kan brukes med andre mekanikkbaserte metoder som skjærstrømningsberegninger25,26,27. Slike resultater har blitt rikelig demonstrert i andre artikler som er sitert ovenfor, men et eksempel er gjengitt i figur 11 for fullstendigheten av dette arbeidet. Det er viktig å nevne at disse resultatene avhenger av andre egenskaper, for eksempel isolasjonstype og tykkelse, betongens trykkfasthet og dybden på innbyggingen av kontaktene9. Testanlegget må derfor gjennomføre en test som samsvarer tett med situasjonen der kontakten vil bli brukt, inkludert alle variablene nevnt ovenfor.
Figur 4: En typisk prøvekonfigurasjon som beskrevet her. Prøven består av tre betonglag og to isolasjonslag. Koblinger trenger inn i isolasjonslagene. Nominell armering er inkludert i betonglagene for å forhindre sprø svikt ved sprekker. En blokkering er gitt nederst for å lette wythe-oversettelsen; Dette er imidlertid valgfritt. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 5: Prøvefabrikasjonstrinn i anbefalt posisjon. Disse trinnene etterligner med vilje prosessen med å installere koblinger i et produksjonsmiljø. Prøven er støpt flatt, med hvert lag installert på en suksessiv måte. Hvis dette ikke kan oppnås før det første settet, er det tillatt å vente minst 3 timer før du kaster neste lag. Se protokoll punkt 1 om fremstilling av prøveprøven. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 6: Dobbeltskjærtesting. Instrumenter er plassert på det ikke-synlige ansiktet identisk med de her. Forkortelser: LVDT = lineær variabel differensialtransformator; PTFE = polytetrafluoretylen. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 7: Nylonstropp plassert rundt prøven. Legg merke til at stroppene er løse og bare ment å forhindre at prøven faller etter feil. Den overdrevne klemmehandlingen er også utstilt på dette bildet. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 8: Plott av en FRP-skjærkontakt og tilhørende funksjoner. Beregningen av sekantstivheten og den endelige styrken til kontakten identifiseres. Forkortelse: FRP = fiberforsterket polymer. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 9: Representativ belastning per kontakt versus glidende respons av tre mulige utfall fra testingen . (A) Sprø oppførsel, (B) duktil oppførsel og (C) semi-duktil oppførsel. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 10: Dokumentasjon av betong- eller koblingssvikt; eksempelbilder av mulige utfall ved testing av kontakter . (A) Brudd på koblingssvikt, (B) betonggjennomslag og (C) betongbøyefeil med eller uten koblingsbrudd. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 11: En endelig elementmodell ved bruk av bjelke- og fjærelastiske elementer, inkludert resultatene fra dobbeltskjærtestene . (A) Modellsammensetning, og (B) sammenligning av de elastiske modellresultatene med en storskala test fra Naito et al.28. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Tilleggsfil 1: "Fig. 8 Data.xlsx" presenterer dataene vist i figur 8 som samlet inn. Kolonne A inneholder tidsangivelsen. Kolonne B, C, D og E er hver av de fire LVDT-målingene. Kolonne F er lastcelleavlesningen. Kolonne G, H, I og J er de nullede LVDT-avlesningene. Kolonne K er nullet lastcelleavlesning. Kolonne L er den gjennomsnittlige LVDT-avlesningen for hver av G-, H-, I- og J-kolonnene. Plottet er også gjengitt i denne filen. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfil 2: "Fig. 9A Data.xlsx" presenterer dataene vist i figur 9A som samlet inn. Kolonne A inneholder tidsangivelsen. Kolonne B, C, D og E er hver av de fire LVDT-målingene. Kolonne F er lastcelleavlesningen. Kolonne G, H, I og J er de nullede LVDT-avlesningene. Kolonne K er nullet lastcelleavlesning. Kolonne L er den gjennomsnittlige LVDT-avlesningen for hver av G-, H-, I- og J-kolonnene. Plottet er også gjengitt i denne filen. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfil 3: "Fig. 9B-data.xlsx" presenterer dataene vist i figur 9B som samlet inn. Kolonne A inneholder tidsangivelsen. Kolonne B, C, D og E er hver av de fire LVDT-målingene. Kolonne F er lastcelleavlesningen. Kolonne G, H, I og J er de nullede LVDT-avlesningene. Kolonne K er nullet lastcelleavlesning. Kolonne L er den gjennomsnittlige LVDT-avlesningen for hver av G-, H-, I- og J-kolonnene. Plottet er også gjengitt i denne filen. Klikk her for å laste ned denne filen.
Tilleggsfil 4: "Fig. 9C-data.xlsx" presenterer dataene vist i figur 9C som samlet inn. Kolonne A inneholder tidsangivelsen. Kolonne B, C, D og E er hver av de fire LVDT-målingene. Kolonne F er lastcelleavlesningen. Kolonne G, H, I og J er de nullede LVDT-avlesningene. Kolonne K er nullet lastcelleavlesning. Kolonne L er den gjennomsnittlige LVDT-avlesningen for hver av G-, H-, I- og J-kolonnene. Plottet er også gjengitt i denne filen. Klikk her for å laste ned denne filen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Mange forskere har brukt en eller annen variant av denne typen tester for ICSWP, men dette er den første forekomsten av å skissere alle de enkelte trinnene. Litteraturen tar ikke for seg de kritiske trinnene i testing, inkludert sensortyper og prøvehåndtering. Denne metoden beskriver en måte å teste på som i større grad etterligner oppførselen til kontaktene når et panel lastes i bøyning i motsetning til enkeltskjærtesten. Det er flere variabler for dette arbeidet som ennå ikke er studert. Spesielt er informasjon relatert til grensebetingelsene ikke kjent, men kan påvirke testen. På samme måte kan toleransen for lastplassering være viktig, og det samme kan belastningspåføringshastigheten. Basert på mekanikken for dobbeltskjærprøven skissert andre steder10,14, er den kritiske variabelen lengden på prøven.
Mens tilsynelatende tilstrekkelige resultater har blitt vist for prøver som er 1,200 mm høye, og selv om flere forskere har prøvd mange forskjellige lengder, er den optimale lengden ikke kjent. Anekdotisk har forfatterne funnet klemmeoppførsel i lengder lavere enn denne 1,200 mm-prøven, som tidligere ble demonstrert14. Det er ikke kjent om valg av større lengder vil gjøre noen vesentlig forskjell. Tverrgående dimensjoner antas ikke å påvirke testingen, med mindre kanteffekter eller interaksjon mellom kontaktene er notert. Anbefalingene som presenteres her, bør ikke skape kanteffekter eller samhandling mellom koblingene basert på innebyggingsdimensjonene for kommersielle koblinger. Det bør utvises forsiktighet for å eliminere denne effekten hvis individuell kontaktadferd er målet, eller hvis det er målet å forstå disse effektene gjennom nærmere avstand mellom kontakter.
I tillegg er effekten av sprekker i prøven (nær kontaktene eller på annen måte) ikke kjent. Forfatterne har testet flere eksemplarer som har kommet sprukket. I noen tilfeller syntes sprekkene å påvirke testen, mens i andre gjorde de det ikke. Fremtidig arbeid bør strebe etter å forstå dette bedre. Testprotokollene til International Code Council (ICC) fastsetter ikke-sprukne prøver5. Det er klart at ICSWP-er i drift sprekker av forskjellige årsaker. Det er viktig å forstå om dette påvirker kontaktens oppførsel på dobbelt skjærnivå og på servicenivå. Fremtidige testprogrammer kan utføre slik testing.
Ulike feilmoduser har blitt observert i litteraturen, men enten betongen eller kontakten vil mislykkes. Noen kontakter er avhengige av betongens binding til isolasjonen. I disse tilfellene er det viktig at man oppnår et godt bånd med fersk betong, selv om det vanligvis er lite veiledning for dette. De konkrete feilene som observeres i litteraturen inkluderer betongutbrudd29, hvor kontaktene trekker ut av betongen, og betongstans19, hvor kontakten skyver gjennom betongflaten. Koblingsfeil kan være svært variable og består vanligvis av sprø skjærbrudd, strekkbrudd, strekklaminær rive og plastbøyningshengsling10,29. Koblingsfeil bør dokumenteres, spesielt hvis feilene er inkonsekvente mellom prøver av samme type. Isolasjonsbindingens tilstand bør noteres med fotografier og skriftlige beskrivelser i tilfeller der isolasjonen er forsettlig bundet til betongen.
Selv om det ble nevnt ovenfor, fortjener det ytterligere diskusjon at wythe tykkelse, betongstyrke, isolasjonstype og koblingsgeometri testet i en gitt test bare gjelder for den spesifikke kombinasjonen. Hvis tynnere betong wythes brukes, kan det være en punch-through feil19 av wythes som kanskje ikke er representert i dobbeltskjærtesten. Hvis en annen isolasjonstetthet eller type brukes for koblingssystemer som er avhengige av isolasjonen for en viss lastoverføring, vil den tilsynelatende mekaniske oppførselen til dobbeltskjærprøven være annerledes. Isolasjonslagtykkelsen og koblingsgeometrien spiller sannsynligvis de største rollene, men intensjonen med denne testen er å identifisere systemoppførselen (betong, isolasjon og wythe-kontakt som virker sammen) og til slutt utvide det til fullskala oppførsel, design eller analyse.
Presisjonen og skjevheten til denne testen er ikke kjent, og det har heller ikke vært noen interlaboratory round-robin-studie for å løse dette. Forfatterne mener at dette bør gjøres, da denne testen er sterkt nødvendig i bransjen for kvalitetskontrollformål og utvikling av en ICSWP-teststandard. En grundig robusthetsstudie30 med tanke på faktorene nevnt ovenfor eller andre faktorer bør også gjennomføres.
Forfatterne gir flere anbefalinger for en vellykket test. Når en test har begynt, bør testen ikke stoppes, da dette kan føre til en ukjent mengde permanent skade på kontakten, noe som resulterer i en omstart som gir feil data. Alle prøvefeil skal noteres riktig før og etter testen. En grundig sensorkontroll bør utføres før testing. En funksjonsfeil (dvs. ikke avlesning) forskyvningssensor kan skape artefakter i den gjennomsnittlige sensoravlesningen som brukes til ryggradskurven.
Riktig personlig verneutstyr er viktig fordi denne testen kan innebære betydelig belastning og sprø feil. Det anbefalte sikkerhetsutstyret inkluderer stålstøvler og muligens metatarsale beskyttere, en hard lue, øyevern, hansker, lange slitesterke bukser og hørselsvern. Det må utvises forsiktighet for ikke å stå for nær prøven, da en sprø feil kan føre til at lastcellen og platemonteringen faller i vinkel fra prøven. Uventet feil kan oppstå av flere grunner, inkludert sprø kontakter, feil installerte kontakter eller feil lastplassering, noe som resulterer i en lagerfeil.
Det er ingen kjente begrensninger i teknikken, men kortere prøver vil sannsynligvis gi konservative estimater av styrke og stivhet av de grunner som er skissert i innledningen. Men med mer utbredt bruk kan begrensningene bli tydelige. De fremtidige applikasjonene for denne metoden inkluderer å studere tilleggsparametere som lasthastighetsavhengighet, syklisk oppførsel og krypeoppførsel av fleksible wythe-kontakter.
DATATILGJENGELIGHET:
Alle data som ligger til grunn for resultatene fra denne studien er tilgjengelige i originalfilformatet som en del av dette manuskriptet. Tilleggsfiler lastes opp for dataene i figur 8 og figur 9A-C. Disse filene er merket med det tilsvarende figurnummeret i .xlsx format.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Arbeidet beskrevet ovenfor ble ikke direkte finansiert av en enkelt organisasjon eller i løpet av en enkelt bevilgning, men informasjonen ble samlet over år med industrisponset forskning. Til dette formål takker forfatterne sine sponsorer fra det siste tiåret og er takknemlige for å jobbe i en raskt utviklende bransje.
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. Behaviour of Load-bearing Sandwich-type Structures. The National Swedish Institute for Building Research. , Sweden. (1965).
- 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).
