Overview
ソース: ロベルト ・ レオン、ブラックスバーグ, バージニア バージニア工科大学土木環境工学科
圧縮コンクリートに焦点を当てて、前研究室、コンクリートが一軸圧縮力を受ける非常に大きな応力を耐えることができますが見られました。ただし、圧縮失敗ですが最大引張力が発生するすべり面に沿って障害障害の観察ができませんでした。したがって、それはその究極の両方を支配し、サービス動作として緊張と特に最大強度のコンクリートの挙動を理解することが重要です。究極の観点から引張りとせん断応力の組み合わせは割れと即時かつ致命的な失敗に します。構造のアプリケーションで非強化状態で使用された場合はその理由、コンクリートはめったこれらの亀裂を停止することができ、ひび割れ幅の制限最もコンクリート部材が鋼で強化されます。分布が耐久性に重要ですこれは、除氷塩と貫通し、補強の鋼鉄腐食から類似した化学物質を阻害、後者は、ひび割れ幅を制御するので保守性の観点から重要です。
この実験の目的は三重: (1) (2) ビーム試験コンクリートの引張強度を確認し、(3) 鉄筋の影響を示すことを実施する、コンクリートの引張強度を確認する引張分割シリンダー テストを実施するには軽く rc 梁無補強の 1 つの動作を比較することによって動作します。
Principles
コンクリートのような脆性複合材料の引張容量 (ft) が多い圧縮容量 (f'c) の 1/10 の範囲。この現象は、モルタルと骨材の界面遷移ゾーン (ITZ) と呼ばれる、非常に弱い層の存在によって駆動されます。この非常に薄層 (のみ約 40 μ m 程度) を含むより少ない unhydrated セメントおよびカルシウム ケイ酸塩水和物 (S C H) 水酸化カルシウム (C H) 同様のより大きい単結晶の方位が、モルタルよりも trisulfate の水和物として (またはエトリンガイト、長い針のよう構造)。これらの要因の両方はこの層の大きな気孔率そしてこうして低い強度に貢献します。さらに、骨材粒子間の平均間隔だけ、イッツ川の 2 倍から 2.5 倍の厚さであること事実によって、モルタルの非常にかなりの量が 40% までの見積もり、この弱い材料から成っているを意味します。
コンクリートの脆性挙動は、骨材とモルタルとの間に発生する応力集中から伝播する微小クラックの成長によって駆動されます。概念的には、理想の丸い骨材粒子のまわりの応力状態圧縮荷重が適用されます。粒子の周辺に、「流動」する圧縮しようとすると、力のベクトルになる傾向がある、水平方向の引張力を開発します。これらの力は、応力集中によりインターフェースで高くなっています。大きな引張力と弱い ITZ の組み合わせは、この分野で優遇の割れに します。
円筒試験による圧縮応力が増加、これらのひびは成長し、横方向引張応力、既存の初期マイクロク ラックと弱い ITZ の存在の結果として伝達を開始します。亀裂成長意志なるコンクリートとして不安定に達するその最大の強度とコンクリートはクラック非常に急速に強さを維持する能力を失うは、偉大な速度で伝達します。コンクリート、および界面が弱いゾーンで多くの類似したセラミック材料を全般的に脆性挙動でこの結果します。
コンクリートの特徴的な低い引張能力も直接張力テストが非常に困難を実施する従来の引張試験片は、応力集中によるグリップで失敗する傾向があるので。この問題を回避のエレガントな解決策は、彼らの側にシリンダーをテストすることです。円柱、またはブラジルのテストに呼び出されます。読み込みヘッドから 1 つの動きとして、このテストで均一水平引張応力場を開発する、複雑な応力状態があります。コンクリートは張力が弱いため、これは垂直き裂とシリンダーの分裂に します。統計調査から分割円筒試験は引張能力 6√f'cの順序を与えると予想されます。
緊張でコンクリートのテストのもう一つの間接的な方法は、4 点曲げテスト構成で短スパン梁試験体を使用することです。ビームの中央部分は一定の瞬間とゼロのせん断、つまり、破壊荷重、幾何学的特性と弾性理論の原理を用いた梁部材の引張強度とシンプル リレーションシップを派生できます。ビームは下部に亀裂を形成すると同時に突然失敗し、残留強度があります。それはよく知られている障害コンクリート梁の梁せいのひずみ分布にかなり従っていない弾性理論のこの不整合によって一般に最終的な結果にほとんど影響を持っていると見なされます。統計学から梁引張試験引張能力 7.5√f'cの順序を与える予定です。
コンクリート梁試験における観察突然および脆性破壊は、実用的なアプリケーションで受け入れられない、少なくとも実行する靭性と残留強度重力加速度荷重が必要があります。突然このような障害を防ぐために梁の下部 (または引張り側) に鉄筋を追加します。コンクリートに亀裂と、鋼は引張力を取るに開始されます。技術は、コンクリートから力を移すように表面の変形がある、バーが正しく固定している限り、動作します。ここでテストされるような短スパン梁の場合これはバーの端にフックを提供することによって実現されます。さらに、ビームの深層に近い斜めせん断亀裂の発生、ためにと垂直鐙一般に提供されます。最後に、鉄筋コンクリート構造の中間の性質のため、確認のため、引張、圧縮負荷の特定のセットの下でビームを知ることは困難です。そのため、バーはまたほとんど梁鉄筋コンクリート構造物に見られる、典型的なスティール ・ ケージの上部に配置されます。
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Procedure
1. 分割引張試験
- このテストでは、以前に準備されたサンプル シリンダーを使用します ("フレッシュ コンクリートのゼウス ビデオ"テストを参照)。シリンダーに負荷が分散されるようにバルサ木材または類似 (約 1/8" 1"幅 x 8 × 厚さ'長い) の 2 つの薄いストリップを取得します。
- 2 つのシリンダーの寸法を測定します。シリンダーを二等分された供試体の両端に直径に沿って線を引きます。
- 試験機の下部のベアリング ブロックの中央に沿って中心の 1 つのストリップ。
- ストリップにシリンダーを配置し、供試体の両端にマークされた行、ストリップ上垂直方向で中央揃えになるよう配置。
- シリンダー縦第 2 ストリップを配置します。
- アセンブリがマシンに固定されるまで、試験機の頭を読み込み上限を下げます。
- 引張強さと仮定すると最大積載試料を取ることができる見積もりは 6√f'c 、 f'cは公称のコンクリートの圧縮強度。
- ゆっくり (1 分 200 psi 約 100 psi) の圧縮荷重を適用および標本が分割緊張で失敗するまで継続的に。
- 最大荷重を記録します。
- 破面を調べるし、フラクチャは、集計の割合を推定します。
2. 梁引張試験
- 4 インチ x 4 インチ断面や長さは 36 インチ 1 つコンクリート梁を構築します。
- 試験機の 4 点曲げ試験装置をインストールします。
- 慎重にビームを持ち上げ、テストの設定にそれをインストールします。
- 試験機をオンにし、荷重と変形を読み取るソフトウェアをアクティブにします。
- 供試体は引張強さと仮定すると取ることができる最大の荷重は 7.5√f'cを予測し、ゆっくり (1 分 200 psi 約 100 psi) の圧縮荷重を適用し、供試体が失敗するまで継続的に。
- 最大荷重を記録します。
- 破面を調べるし、フラクチャは、集計の割合を推定します。
3. 補強ビーム試験
- 2 #3 バー (3/8 インチ径) で補強されたコンクリート梁底から約 0.5 インチあるを構築します。バーはバーを防ぐために両端にフックを持って撤退失敗。ビームは 4 インチ x 4 インチ断面でサポートされていない長さは 36 インチで。
- 試験機の 4 点曲げ試験装置をインストールします。
- 慎重にビームを持ち上げ、テストの設定にそれをインストールします。
- 試験機をオンにし、荷重と変形を読み取るソフトウェアをアクティブにします。
- 供試体は引張強さと仮定すると取ることができる最大の荷重は 7.5√f'cを予測し、ゆっくり (1 分 200 psi 約 100 psi) の圧縮荷重を適用し、供試体が失敗するまで継続的に。
- テストが進むにつれて、荷重が加わると変形を記録します。
鉄筋コンクリート造がこの検査で示すように大きな引張力を運ぶため補強で鋼を使用できるため無筋コンクリートより大きい強さがあります。
コンクリートは、一軸圧縮力の下で非常に大きなストレスに耐えることができます。ただし、観測された障害は圧縮最大引張力が発生するすべり面に沿って障害が自然の中ではありません。この突然の種類のエラー、構造のアプリケーションで許容されていないときにほとんどコンクリートは、その強度と延性を向上する鋼鉄で補強されています。
実用的なアプリケーションは、引張破壊の潜在的な平面を横断するスティール ・ ケージ パターンでバーが追加されます。鉄筋は割れを制限し、ひび割れ幅は、構造物の寿命を増加させる提供しています。除氷塩などの化学物質が侵入し、鉄筋を腐食から障害します。構造部材の剛性を維持し、長期たわみが減少すると、コンクリート構造物の美観が向上します。
このビデオでは、コンクリートの引張強度と無筋コンクリートで補強された比較を確認するテストを実施します。
コンクリート、モルタルと骨材、界面遷移ゾーンと呼ばれる非常に薄い層の非常に低い引張強さの結果します。一般的なコンクリートの設計は、骨材の量を最大化し、モルタルの量を最小限に抑える必要性によって駆動はので、粒子間隔は弱い ITZ 材料から成っているモルタル量の 40% までと、非常に小さい。ローカルの大きい、水セメント比混合、界面領域で硬化中、イッツ川の弱い結晶構造で起因します。不規則な凝集粒子の周りの応力集中と相まって、この条件は、この地域における優遇き裂成長につながります。
引張特性をテスト、コンクリート分割円筒試験と呼ばれる方法がよく使用されます。荷重が加わる場所で制服、水平引張応力の生じる圧縮力が適用されます。
これらの関係の変化の典型的な係数が高い相関関係引張り、圧縮強さ間に見られる通常。使用されるもう一つの方法は、4 点曲げテスト構成です。このテストでトップの繊維は張力の圧縮と、一番は。引張強度に達したとき、下部がすぐに故障の原因に亀裂を形成。
このテストの引張り、圧縮強さのような相関関係が見られます。ビームは、一般的に 30 〜 50% 分割引張り試験より大きい引張容量の予測で結果をテストします。しかし、曲げによるコンクリートの多くの要素の割れは、ビーム試験の値が設計に用いられます。鉄筋コンクリート無筋を比較するため、鉄筋の梁の下の引張側に配置し、テストしました。
次のセクションでは、分割引張試験を用いた補強コンクリートの引張強度を測定し、比較無補強の引張強度と鉄筋コンクリート梁の引張試験を使用しています。
これらのテストには、フレッシュ コンクリートを議論する私たちのビデオで準備されたサンプル シリンダーを使用します。圧縮試験機で円筒形の読み込みヘッドから均等に負荷が分散されるように、バルサ材と硬い鋼棒の薄いストリップを使用します。シリンダーを二等分された試料の両端に直径に沿って線を引きます。次に、1 つの木製のストリップ及び試験機の下部のベアリング ブロックの中央に沿って硬い鋼棒を中心します。
今、ストリップにシリンダーを配置し、供試体の両端にマークされた行、ストリップ上垂直方向で中央揃えになるよう配置。次に、場所 2 番目の木製のストリップ及び鋼棒、シリンダーの上に縦。アセンブリがマシンに固定されるまで、試験機の頭を読み込み上を下ろしてください。
ゆっくりと連続的に圧縮荷重を適用試料分割緊張で失敗するまで。最後に、最大荷重を記録します。破面を調べるし、フラクチャは、集計の割合を推定します。変化のアイデアを得るに二番目のシリンダーに対してこの処理を繰り返します。
2 つの梁、補強、なしと底から約 0.5 インチをある 2 数の 3 つのバーで補強された 1 つを構築します。バーは、バー引抜エラーを防ぐための両端にフックを持ってください。両方のビームは、サポートされていない長さ 16 インチの断面に 4 インチで 4 インチです。
慎重にコンクリート梁を持ち上げ、セットアップにインストールします。示すように、試験機の 4 点曲げ試験装置をインストールします。両端に 2 つのサポートと 3 番目の点で 2 つのロード ポイントがある、テストは 4 点曲げ試験と呼ばれます。
試験機をオンにし、荷重と変形を読み取るソフトウェアをアクティブにします。次に、ゆっくりと継続的に圧縮荷重を適用試料が失敗するまで。最大荷重を記録します。最後に、破面を調べるし、骨折が集計のパーセンテージを推定します。
鉄筋コンクリートの梁に同じプロトコルを繰り返します。この場合は、下または梁の引張側で鉄筋で突然脆性障害を防ぎます。コンクリートに亀裂と、鋼は引張力を取るに開始されます。この手法は、限り、コンクリートから力を移すように表面の変形がある、棒鋼、きちんと固定を動作します。
分割の引張試験中に到達した最大圧縮荷重の引張強度を計算します。これらのテストの平均は 22.2 psi の標準偏差で 388 psi です。
梁の引張試験中に到達した最大圧縮荷重の引張強度を計算します。これらのテストの平均 522.9 psi であった。補強鉄筋コンクリート梁の荷重変形曲線を見て比較できます。
当初は、両方のビームはおそらく支持条件の変化により、初期剛性の差と同様のパスに追った。無補強梁は、初期のクラックは約 450 ポンドの負荷予測の引張強度に近い負荷ですぐに失敗しました。Rc 梁は高い負荷でひびが入ったが、低い全体的な剛性にとはいえ、すぐにその強さを取り戻した。鋼を開始後、降伏するまでを増加し続けている負荷曲線から平らにします。鋼は非常に延性、ひずみ硬化、失敗に大変形が発生します。
2 つの曲線の比較では、パフォーマンスの劇的な違いを示しています。強度の違いは非常に大きいが、これは鋼使用の領域に関連するに注意してください。
鉄筋コンクリートの必要性を理解することは、一般的なアプリケーションのいくつかを見てみましょう。コンクリートの断面の面積だけ 1 つに 1 と 1.5% の鋼を使用することができます経済的・安全なコンクリート構造物を作るし、良い保守性を提供します。シカゴのソルジャー ・ フィールドなど、多くのサッカー競技場は、鉄筋コンクリートに、一意のフォームを借りています。
フランク ・ ロイド ・ ライトは、現代建築の世界に鉄筋コンクリートをもたらした。サポートされていないカンチレバーの完全性を維持する能力を利用して、ライトは、ペンシルベニア州の落水荘を含む彼の最も偉大な作品のいくつかの素材を使用しました。
ゼウスの緊張硬化コンクリートの圧縮試験の概要を見てきただけ。コンクリートに引張障害の脆性の性質を理解してそして無補強の強度と引張り鉄筋コンクリートを決定する標準的な検査を知っている必要があります。
見てくれてありがとう!
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Results
分割の引張試験中に到達した最大圧縮荷重の引張強度は次式で与えられます。
ft = 2Pmax/(πDL)
D は直径 (インチ)、L は長さ (インチ)、Pmax は引張試験中に到達した最大圧縮荷重 (ポンド)。これらのテストでは、平均 22.2 psi (表 1) の標準偏差と 388 の psi であった。
| # をテストします。 |
 (psi) |
P (ポンド) |
 (psi) |
 |
| 1 | 4780 | 18456 | 367.17 | 5.31 |
| 2 | 4780 | 20678 | 411.38 | 5.95 |
| 3 | 4780 | 19385 | 385.65 | 5.58 |
| 平均 = | 388.07 | 5.61 | ||
| サン開発 | 22.20 | 0.32 |
表 1。分割の引張試験の結果。
梁の引張試験中に到達した最大圧縮荷重の引張強度は次式で与えられます。
ft = P最大L/(bd2)
d は奥行き (インチ)、b は幅、L は長さ (インチ)、P最大引張試験中に到達した最大圧縮荷重 (ポンド)。この数式は 3 点で荷重を適用する場合に有効です。これらのテストの平均 522.9 psi (表 2) であった。
| # をテストします。 |
(psi) |
P (ポンド) |
(psi) |
|
| 1 | 4780 | 2675 | 501.6 | 7.3 |
| 2 | 4780 | 2903 | 544.3 | 7.9 |
| 平均 = | 522.9 | 7.6 | ||
| サン開発 | 30.23 | 0.44 |
表 2。梁の引張試験の結果。
補強鉄筋コンクリート梁の荷重-変位曲線を図1 に示します。無補強梁可能性が高い同じ読み込みパスを最初に、続いてが初期ひび割れが発生するとすぐに失敗しました。初期ひび割れが発生したときのわずかな不連続性とひび割れの状態に再度負荷を拾うを開始、わずかに低い剛性強化の 1 つを示しています。コンクリートまで増加する連続的な負荷を収率、曲線が平坦化を開始したときに開始します。ただし、鋼は、非常に延性とひずみ硬化、負荷が若干増加し続ける、上コンクリートを押しつぶすとき、非常に大きな変形でエラーが発生します。
図 1: 荷重-変形関係の比較曲線無補強 (青) と (赤) 鉄筋コンクリートの梁 (、) の小さな負荷で、(b) 大規模な (完全曲線) を読み込みます。
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Applications and Summary
テストは脆性コンクリートの引張障害性、引張強さはごく (1/8-1/12)、ことを示した圧縮強度のこと。このタイプの脆性障害可能性があります人間の安全のための破局的な結果を持っている、従ってすべてのコンクリート構造物は、引張力がかかるに鋼の (または類似の) バーで補強する必要があります。補強と補強梁の荷重-変形曲線の比較を示すだけでなく、後者を持っていることより強度も大きな変形能力。
安全性とコンクリート構造物の長期性能の鍵は、高い引張とせん断応力の領域で鉄筋を提供することです。一般に、この目標を達成するに必要な鋼の量が少なければ、コンクリートの断面積の 1%-1.5% 程度。このような少量ではコンクリート構造物が経済的、安全、良い保守性を提供します。さらに、いずれかにコンクリートをキャストする能力は、審美的に喜ぶ構造の開発にフォームを与える建築家大きい風圧量を望まれています。
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