ALTA RESISTENCIA Y COLUMNAS DE HORMIGN EN POLVO REACTIVOS SOMETIDOS AL IMPACTO: ANLISIS EXPERIMENTAL

RESUMENLas estructuras de hormign armadas durante su etapa de construccin y vida til pueden experimentar graves escenarios de carga, tales como las cargas de impacto. En la literatura, hay numerosos experimentos y estudios que investigan el comportamiento de losas y vigas RC sometidos a cargas de impacto, sino la de RC columnas son escasos, especialmente para una alta resistencia y muy alta resistencia columnas de hormign. Este estudio experimental investiga la actuacin de diecisis columnas RC de tres tipos diferentes, es decir, hormign de alta resistencia, alta fuerza de la base de hormign con cscara en polvo de concreto reactiva y polvo reactivo RC bajo, con los impactos de mediana velocidad. El efecto de la fuerza axial, la excentricidad de carga y el uso de fibra de acero de hormign de polvo reactivo, como un reemplazo para el hormign convencional, en el rendimiento de impacto se consideran de columnas. Los resultados experimentales mostraron que la fuerza axial y su excentricidad tienen una influencia significativa tanto en la resistencia al impacto y el modo de fallo de las columnas sometido a impacto. Adems, se observ que la aplicacin de hormign de polvo reactivo puede mejorar el rendimiento de impacto de las columnas.

1. INTRODUCCINPilares de puentes, columnas de aparcamientos de varios pisos y columnas de edificios, son los componentes estructurales ms vulnerables al vehculo por colisin (cargas de impacto). El costo econmico y la prdida de la vida humana despus de un dao severo en las columnas del edificio y pilares de puentes pueden ser significativos. En consecuencia, la proteccin y el impacto de mitigacin de daos de hormign armado (RC), columnas contra escenarios de carga tales como colisiones de vehculos es una consideracin de diseo importante.Durante las ltimas tres dcadas, estudios numricos se han dedicado a la conducta de los miembros de RC sujetos a cargas de tasa alta tensin (por ejemplo, el impacto de la colisin de un vehculo, dejando caer la masa y la onda expansiva). En los estudios numricos, algunos de los investigadores se han centrado en el desarrollo de constitutiva, apropiando leyes que pueden capturar adecuadamente la dependencia de la velocidad de deformacin de hormign y el comportamiento de acero, mientras que otros investigadores han empleado modelos no lineales de elementos finitos (FE) para capturar la respuesta local y global de elementos de concreto armados y sometidos a cargas de impacto. Por ejemplo, los Modelos de FE se han utilizado para capturar la respuesta de columnas sometidas a impactos de vehculo transversales, evaluando la progresiva respuesta de colapso de la RC enmarcando el severo dao y prdida de una columna debido a un impacto de BLAST, determinando el modo de fallo y la resistencia al impacto de las losas de RC y los paneles. Adems de los modelos Fe basado-continuo, Modelos de FE marco 1D se han desarrollado y utilizado de manera eficiente para capturar el comportamiento global de las vigas sometidas a impacto / cargas de impulsos. Los estudios experimentales realizados por diferentes investigaciones de grupos, cubren diversos aspectos de conducta de RC sujeta a impacto de carga en el material, as como el nivel de estructura. En el nivel de material, el efecto de la velocidad de deformacin en la resistencia, rigidez y dureza del hormign y el acero de refuerzo ha sido ampliamente estudiado y tambin el comportamiento de los diferentes tipos de hormign (por ejemplo, de peso ligero, de alta resistencia y acero de fibra de hormign armado) bajo carga de impacto se han investigado. En el nivel de la estructura, dinmica, modo de fallo y mitigacin de daos de vigas RC, las losas y paneles sometidos a impacto de la explosin y la masa dejando caer han sido ampliamente estudiados. Sin embargo, menos atencin se ha prestado a la conducta de columnas RC sometido a los impactos transversales. Particularmente, la influencia de magnitud y la excentricidad de la carga axial sobre el comportamiento de impacto de columnas RC / vigas y columnas no han sido investigadas a fondo. Las Implicaciones del uso de alta resistencia (HSC) y polvo de reaccin hormign (RPC) de la resistencia de absorcin de energa, y el impacto de vigas RC, las losas y paneles han sido estudiadas por diferentes investigadores. A partir de los datos experimentales disponibles y los anlisis numricos, se puede concluir que el uso de HSC y RPC puede mejorar la resistencia al impacto y alterar el modo de fallo y patrn de grietas y costras en vigas y losas, pero hay pocos datos experimentales sobre el desempeo estructural, del impacto de columnas de resistencia y los modos de fallo de HSC y RPC sometidos a las cargas de impacto transversal.Este trabajo presenta un estudio experimental de concreto de alta resistencia (HSC), hormign polvo reactivo (RPC) y ncleo de concreto de alta resistencia (HSC): polvo reactivo de hormign (RPC), las columnas y las vigas sometidas a mltiples impactos. El programa de pruebas era diseado para investigar el uso potencial de RPC como un reemplazo para HSC para columnas crticas, con la expectativa de que la resistencia al impacto y la capacidad de absorcin de energa de las columnas sern significativamente mejoradas. Las columnas fueron probadas horizontalmente, usando peso de impacto y la respuesta dinmica, el impacto de resistencia, el modo de falla y disipacin de energa de todos los especmenes bajo mltiples impactos fueron grabadas y se discuten los resultados. El modo de fallo (frgil / dctil y flexin / corte) tambin estudia la viga-columna debido a la carga axial y su excentricidad.2. Programa ExperimentalEl programa experimental consisti en tres partes, la parte esttica, la piloto y las principales pruebas de impacto. Las pruebas estticas tenan por objeto la determinacin de la resistencia esttica y la rigidez y la disipacin de energa de los especmenes. El principal objetivo de la prueba piloto fue explorar los pasos esenciales en la realizacin de un ensayo de impacto incluyendo la seal procesamiento, el clculo de la fuerza de impacto y la calibracin del acelermetro. Las principales pruebas de impacto, se llevaron a cabo para investigar el comportamiento del impacto y modo de fallo de especmenes de HSC, las muestras con un ncleo y cscaras de RPC y especmenes RPC.Las principales variables en el programa experimental son:Composicin de las columnas del hormign (es decir, HSC, RPC y HSC ncleo con cscara RPC).La Magnitud y la excentricidad de la fuerza axial en las columnas.Los detalles del programa experimental incluyendo geometras de muestra, pruebas set-up, procedimientos de instrumentacin y ensayos, los cuales se proporcionan en las siguientes secciones.2.1. Las muestras de ensayoEn total, diecisis especmenes (trece vigas y columnas y tres vigas) eran probados y se clasifican en 6 series con respecto a las condiciones del ensayo (ver Tabla 1). La serie de pruebas piloto incluy dos columnas con ncleo HSC y la cubierta RPC. La Serie de la prueba 1, 4 y 5 se compona de tres columnas, una HSC, una RPC y un espcimen con HSC.Tipo de Muestra

Fig. 1. Seccin transversal esquemtica de las columnas ensayadas (a) HSC, (b) compuesto (shell ncleo-RPC HSC), (c) RPC y (d) contorno geomtrico y detalles de refuerzo de los especmenes

Fig. 2. Esquema de la (a) condiciones de contorno y de prueba (b) Mecanismo de configuracin e ideado para proporcionar apoyo fijada en el extremo de las columnas.

Fig. 3. Configuracin de la mquina de ensayo de cada de peso.

La seccin transversal esquemtica de las columnas probadas y los detalles de refuerzo de las muestras se muestran en la Fig. Serie 1. La Prueba 2 comprende tres muestras de haz para evaluar la influencia de la magnitud de axial, cargada en la respuesta al impacto de las columnas. Es de destacar que los resultados de la columna PL2B de la serie de prueba piloto se pueden agrupar con los de la HSC y columnas RPC de la serie 3, ya que comparten las mismas condiciones de prueba e instrumentacin.Todas las muestras tenan la misma configuracin de la barra de acero, la proporcin y el estribo longitudinal. El refuerzo longitudinal fue proporcionado por las barras deformadas 8N12, uniformemente distribuidos alrededor de la seccin y estribos cerrados fabricados a partir de barras de N6 y espaciados a 125 mm, fueron utilizados como armadura transversal. Una cubierta transparente 10 mm se proporcion para los estribos (ver Fig. 1d).2.2. Configuracin de pruebaEn este trabajo, las columnas de concreto reforzadas con condiciones de contorno sencillas (Soporte de extremo fijado) se ponen a prueba bajo un peso de goteo. Las muestras de 2000 mm de largo, con una distancia de ensayo de 1.500 mm, dejando 250 mm saliente en cada final (Fig. 2a). Para simular el comportamiento real de columnas de RC que llevan la parte superior cargas de piso, una fuerza axial 440 kN, se aplic a la columna terminada por un sistema de acero de placas y barras Macalloy. Las barras Macalloy tenan un dimetro nominal de 36 mm y un mdulo elstico de 170 GPa. Los Momentos de flexin negativos en los extremos de las columnas, pueden desarrollarse debido a la friccin entre el extremo de las placas de acero y el hormign.

Fig. 4. Disposicin de los transductores de desplazamiento lser a lo largo de la muestra en las pruebas estticas

Fig. 5. Ubicacin de los acelermetros en los ensayos de impacto piloto.En consecuencia, dos bisagras se colocaron entre los extremos de las columnas y las placas de acero para asegurar que ningn momento de flexin se desarrolla (ver Fig. 2b). Es de destacar que la fuerza axial 440 kN representa un promedio de tensin de compresin axial de 7,0 MPa, que es una tensin relativamente baja para las columnas tpicas bajo cargas de servicio. Una configuracin de la prueba similar ha sido utilizada con xito por Feyerabend, para investigar el comportamiento del impacto de las columnas de RC. Para evitar la recuperacin de las muestras, los miembros fueron atados a su apoyo por barras de acero a la fuerte baja reaccin del laboratorio (ver Fig. 2a). Los 250 mm de espesor de placa de acero, se utilizaron como una superficie de contacto entre el peso gota y la muestra de RC.Adems de los ensayos de impacto, se llevaron a cabo pruebas de flexin de 3 puntos estticos con columnas cargadas concntricamente con el mismo fin que se admiten las pruebas de impacto. Tambin, la configuracin utilizada para imponer la carga axial, era idntica a la adoptada en las pruebas de impacto. Los 3 puntos estticos de ensayos de flexin, se llevaron a cabo bajo el control de los desplazamientos a una velocidad de 0,8 mm / min para la columna de HSC y 0,9 mm / min para las columnas RPC y columnas con HSC ncleo y la cubierta RPC.

Fig. 6. Ubicacin de las clulas de carga en las pruebas de impacto.

Fig. 7. Aceleracin historial de tiempo a lo largo de las columnas (a) 2A y (b) 4A (disposicin-2) en la prueba de cada segundo.

Fig. 8. Desglose de la fuerza de impacto para apoyar reaccin ms inercia, vigor para las columnas (a) 2A y (b) 4A en la prueba de cada segundo

Cada columna tena la intencin de ser sometida a 3 impactos de cada de una masa de 500 kg a partir de una altura libre de 1,8 m (vase la Fig. 3). El peso de dejar caer la masa y la altura fueron inicialmente determinadas, suponiendo que la columna fallara en un modo de flexin y se obtiene a partir de:awh E 1Donde E es la energa impartida, W es el peso de la masa de la gota, H es la cada de altura y es un factor de reduccin que tiene en cuenta la inercia y se obtuvieron desde: 1 = 1 4w = 5WDonde w es el peso de la muestra (columna).

2.3. InstrumentacinEn las pruebas estticas, la fuerza axial en la muestra, la carga aplicada transversal en la mitad del tramo y el desplazamiento transversal en varios lugares a lo largo de la columna y Se midieron las tensiones en barras de acero de refuerzo. La magnitud de la carga transversal aplicada se midi mediante una clula de carga. Adems, una clula de carga de 1000 kN era colocada al final de la columna para medir la fuerza axial inicial y su variacin durante las pruebas (ver Fig. 2). Siete transductores de desplazamiento lser (LS1-LS7 como se muestra en la tabla siguiente:

Fig. 9. (a) Configuracin de la prueba de flexin de 3 puntos para estimar Gf energa de fractura del hormign (b) la carga de la muestra frente grfico CMOD para RPC y HSC prisma.

Fig. 10. Axial de tensin-deformacin de (a) y HSC RPC hormign bajo compresin y (b) las barras de acero N12 bajo tensin.

Fig. 11. Los patrones de grietas de las columnas de la prueba esttica.

Fig. 12. (a) carga frente a la deflexin mitad del tramo y (b) la variacin de la fuerza axial en la columna frente a la deflexin mitad del tramo.

En la Fig. 4, se midieron los desplazamientos transversales; Se establecieron tres lseres bajo la columna y entre los soportes para medir los desplazamientos a lo largo se emplearon las Span y cuatro lseres para medir el desplazamiento de los salientes (Fig. 4). Para proteger los lseres de los daos causados por los desechos de la prueba, un acero en cubierta se coloc para separar la muestra y los lseres con tres pequeos agujeros cortados en la cubierta de acero, para que los haces de lser pasen a travs de l. Para los ensayos de impacto, la fuerza axial en la columna, para apoyar reacciones, desplazamientos transversales y aceleraciones a lo largo el lapso de la columna y de la tensin en barras de acero longitudinales en distintos lugares fueron medidos.Dos modalidades diferentes de acelermetro se pusieron a prueba en la prueba piloto para determinar exactitud. En acuerdo de 1, siete acelermetros (tipo FGP XA 1020-B) se utilizaron para capturar la aceleracin, tres de los acelermetros fijados Tabla 4Capacidad de carga mxima, el desplazamiento mitad del tramo correspondiente al pico de carga y energa absorcin Est obtuvo de esttica ensayo de flexin de 3 puntos en la serie 1 de muestras.

En la mitad de la muestra, para medir la aceleracin en la direccin transversal y otros cuatro fueron montadas en diagonal y simtricamente, en la masa para proporcionar datos para el clculo de las fuerzas de impacto (Fig. 5a). Los acelermetros montados en la columna fueron compensados con 30 mm de la columna de va central para salir del paso por los barras Macalloy. Dos acelermetros fueron colocados en la masa y cinco acelermetros montados en medio de la muestra (Fig. 5b).Dos clulas de carga 500 kN se colocaron en la parte superior de la pin-asiento y otros dos 1.500 clulas de carga kN se colocaron bajo el fondo para medir las reacciones de apoyo (Fig. 6). En los ensayos de impacto, la disposicin de los transductores de desplazamiento lser fue similar a las pruebas estticas (ver Fig. 4). En la prueba piloto del impacto, la fuerza del impacto se determin directamente multiplicando la masa con su aceleracin y tambin se obtuvo indirectamente sumando las reacciones de apoyo e integral a lo largo de la longitud de la columna. Se encontr que el clculo indirecto de la fuerza de impacto es ms fcil de acercamiento directo, porque la aceleracin registrada por el peso de la cada tuvo significativa interferencia con ruido de alta frecuencia. En consecuencia, la disposicin-2, proporcion ms informacin sobre la aceleracin de la columna, se utiliz en las pruebas principales de impacto. La historia del tiempo de aceleracin a lo largo de columnas 2A y 4A se obtienen a partir de la muestra, de acuerdo a 2 de los acelermetros (Fig. 5B) en la Fig. 7. Adems, los detalles del clculo de la fuerza del impacto, utilizando el mtodo indirecto (reaccin de apoyo + Acelelacin

Fig. 13. Los patrones de grietas / daos en las columnas despus de la prueba segundo impacto; modo de fallo despus de segunda o tercera impacto o dao despus de tercera impacto.

Fig. 14. (a) HSC La muestra 3A despus del tercio de impacto mostrando falla de corte; (b) RPC Muestra 4C despus segunda cada que muestra el fracaso de flexin localizada; (c) RPC Muestra 3C despus de tercero impacto que muestra localizada daos a la flexin.

de masa a lo largo de la longitud de la columna), las muestras 2A y 4A se muestran en la Fig. 8. La fuerza de inercia del haz en la Fig. 8 se obtuvo de la fuerza de inercia P i1 ... 5miai, donde m1 a m5 son la masa de la columna de la RC agrupados en la ubicacin de los acelermetros AC1-AC5 en el arreglo-2 (vase la figura 5b.) y a1 a a5 son el aceleraciones registradas por los acelermetros AC1-AC5).2.4. Materiales y fabricacinPara el hormign de alta resistencia (HSC), la proporcin de mezcla (en peso) de agua: uso general (GP) de cemento Portland: Sydney arena secada en horno: 10 mm metal de color azul: humo de slice de Tasmania: Glenium 51 super-plastificante era 0,22: 1,0: 1,4: 1,83: 0,1: 0,023. Se esperaba que el concreto de alta resistencia para desarrollar una resistencia a la compresin no confinada mnimo, era de aproximadamente 100 MPa en el momento de la prueba. El hormign de polvo reactivo (RPC) contena 2,5% (en volumen) de 13 mm de largo por 0,2 mm de dimetro fibras de acero de rectas con una resistencia a la traccin mnima de 1800 MPa. La proporcin de agua: cemento Portland de propsito general: Sydney, secado en horno arena: humo de slice de Tasmania: Glenium 51 superplasticizer fue de 0,18: 1,0: 1,0: 0,24: 0.034. Esta mezcla dio un hormign reforzado con fibra con la compresin no confinada, se aadieron fibras de acero despus de esta etapa. Con la exigencia de que las fibras eran distribuidas uniformemente en la mezcla, las fibras se dispersan en el hormign para mezclar gradualmente a travs de un tamiz de mezclar. La Mezcla luego continu por ms 10 min.Cuando el hormign empez a endurecerse, las superficies de las muestras y las muestras cubiertas por la arpillera hmeda y las lminas de plstico era de aproximadamente 24 h. El da despus de la fundicin, las muestras de control se desmoldaron y se curaron a 60 C en un bao de agua caliente. Despus de 3 das, se retiraron del agua caliente y se dejaron a temperatura ambiente hasta el da de la prueba. Las propiedades mecnicas del hormign se obtuvieron de la compresin uniaxial de pruebas en cilindros estndar (100 mm de dimetro y 200 mm de altura) y 3 puntos de flexin de prueba en 100? 100? 500 prismas mm. Las muestras fueron arrojadas desde el mismo lote y se cur bajo las mismas condiciones que la de las muestras de columna. Las propiedades mecnicas del hormign incluyendo la uniaxial de tensin-deformacin bajo compresin, FCP resistencia a la compresin, la resistencia a la traccin doble fdp puetazo, elstica mdulo Eo, de Poisson relacin m, se dan mdulo de FCF rotura, fractura Gf energa en la Tabla 2 y las propiedades mecnicas de las barras de acero de refuerzo se dan en Tabla 3. La resistencia a la traccin de doble punzn se obtuvieron usando el dispositivo de ensayo como se describe por Chen y Yuan. La energa de fractura del hormign en tensin Gf se determin de acuerdo con la JCI-S-001 / 002-2003 por flexin de pruebas de 3 puntos realizados sobre 500 mm prismas a lo largo con un perodo de ensayo de 400 mm y una seccin transversal cuadrada 100 mm y una profundidad de la muesca de 30 mm. Los prismas se probaron bajo apertura de la boca de crack la fuerza de alrededor de 160 MPa en el momento de la prueba. El hormign se mezcl en un procedimiento estndar. Todos los componentes slidos eran colocado en el mezclador y se mezclan en seco durante aproximadamente 10 min o hasta que la uniformidad se obtuvo. A continuacin, se aadieron agua y superplastificante gradualmente. Para la RPC

Fig. 15. La fuerza de impacto en la primera gota frente al tiempo para (A) en serie 2, (b) en serie 3, (c) serie-4 y (d) en serie 5 especmenes.

Fig. 16. La fuerza de impacto frente al tiempo para (A) en serie 2, (b) en serie 3, (c) serie-4 y (d) en serie 5 especmenes.

Fig. 17. Desplazamientos mitad del tramo de la primera cada frente al tiempo para (a) de la serie-2, (b) de la serie-3, (c) serie-4 y (d) de la serie-5 especmenes.

El Control de desplazamiento (CMOD) a una velocidad de 500 LE / min. La puesta a punto para la fractura de prueba de la energa se muestra en la Fig. 9a. La carga frente CMOD se obtiene a partir de 3 puntos de flexin de las pruebas sobre las HSC y RPC los prismas se muestran en la Fig. 9b. A partir de los 3 puntos de flexin, los resultados del ensayo y la energa de fractura es obtenido a partir de:

Donde Gf es la energa de fractura (N / mm), Wo rea debajo CMOD curva hasta la rotura de una muestra (Nmm), Alig es zona de ligamento rota encima de la muesca (7200-7300 mm2) y W1 es el trabajo realizado por el peso de la muestra y la plantilla de carga (Nmm) y es obtenido a partir de:

Donde m1 es la masa de la muestra (kg), S est cargando lapso (mm), L es el total longitud de la muestra (mm), m2 es la masa de la carga de la plantilla colocada sobre la muestra (Kg), g es la aceleracin de la gravedad (m / s2) y CMODc es romper el desplazamiento de abrir la boca en el momento de la rotura (mm). Debido a la capacidad de deformacin excesiva el reforzado con fibra de probetas de hormign antes de fracaso, de la JCI-S-002-2003 le permite un desplazamiento del punto de carga (LPD) curva, para ser utilizado en lugar de una curva en el clculo CMOD de Wo. Se observa tambin que en este estudio, las muestras se equilibraron para eliminar el efecto de la auto-peso en la medicin de la fractura y, por lo tanto, W1 ffi 0.La tensin uniaxial de tensin-deformacin del hormign en compresin se muestra en Fig. 10a. Las pruebas se realizaron utilizando el control de la tensin circunferencial; las capas axial se determinaron utilizando transductores de desplazamiento en una longitud de calibre igual a la altura del cilindro (200 mm). Se llevaron a cabo ensayos de traccin uniaxial para la N12 barras de refuerzo bajo el control de la tensin y los resultados se muestran en Fig. 10b.3. LOS RESULTADOS DE LA PRUEBA Y DISCUSIN3.1. Pruebas estticas3.1.1. Los patrones de agrietamientoLos patrones de grietas y el modo de fallo correspondiente despus de pruebas estticas se muestran en la Fig. 11. En las pruebas estticas, el modo de fallo de las muestras era de flexin con ductilidad razonable.3.1.2. Curvas de carga-deflexinLa carga frente a la desviacin de alcance medio y la variacin de la axial fuerza en funcin de la desviacin de mitad de perodo para la serie 1 (especmenes 1A-1C) se muestran en la Fig. 12. Por otra parte, la carga mxima y la mitad del tramo de flexin correspondiente a la carga mxima y la disipacin de energa Est (el rea debajo de las curvas de carga-deflexin) obtenido de la esttica ensayos de flexin de 3 puntos se dan en la Tabla 4. Se ve que la sustitucin de HSC con RPC conduce a mejoras en capacidad de carga mxima, as como la absorcin de energa de los especmenes (vigas y columnas) bajo el escenario de carga esttica.3.2. Las pruebas de impacto3.2.1. Los patrones de agrietamientoLos patrones de grietas y el modo de fallo correspondiente despus de los ensayos de impacto se muestran en la Fig. 13. Los patrones de agrietamiento de HSC, compuesto (HSC shell core-RPC) y columnas RPC sometidas a impacto fueron similares a los de las pruebas estticas. En las columnas de HSC

Fig. 18. Mitad del tramo historial de tiempo de deflexin para (A) en serie 2, (b) en serie 3, (c) serie-4 y (d) en serie 5 especmenes.

Fig. 19. Perfiles desviado de las muestras compuestas (con HSC ncleo y la cubierta RPC) en el primer ensayo de cada para las muestras (a) 2B, (b) 3B, (c) 4B y (d) 5B

Fig. 20. Perfiles desviado de la (a) 3A muestra en las pruebas de tercera gota y (b) 4A muestra en la prueba de cada segundo que llev al fracaso de los especmenes.

Se observaron grietas finas bien distribuidos, mientras que en compuesto (HSC shell core-RPC) y RPC columnas de ancho localizados en las grietas. Bajo impacto carga en las muestras HSC; fallidos en una flexin de modo de cizalladura o cortante y el modo de fallo de compuesto y muestras RPC fue de flexin, mientras que en las pruebas estticas, el fracaso el modo de muestras fue la flexin. El cambio de modo de fallo para HSC de vigas y columnas que no fueron dominadas por la flexin (por ejemplo, 3A y 5A) era ms notable que los miembros de material compuesto y RPC. El modo de fallo de cizallamiento a la flexin de las muestras de HSC (es decir, 2A y 4A) era dctil y asociado con grandes deflexiones, sin embargo, la falla de corte de los especmenes de HSC (es decir, 3A y 5A) era frgil y se asoci con la ruptura repentina de las barras de refuerzo de acero. La aplicacin y la ubicacin (excentricidad) de la fuerza axial aplicada se encontraron que eran factores determinantes en el comportamiento y el rendimiento de las columnas bajo impacto. Esto se discute en ms detalle en la seccin 3.2.2.3.2.2. Curvas de carga-deflexinLa fuerza de impacto respecto al tiempo para todas las muestras en la primera cada de prueba y en la prueba de cada llevada al fracaso se muestran en las Figs. 15 y 16, respectivamente. La fuerza de impacto se calcul indirectamente sumando las reacciones de apoyo y la fuerza de inercia miembro segn lo recomendado por Saatci [40] y se explica al final de la seccin 2.3. En ella se observa que la fuerza de compresin axial en los miembros RC aumenta el pico de fuerza de impacto inducido, sin embargo, el impulso de Los patrones de las grietas observadas en columnas RPC y RPC vigas (sin carga axial) sin estribo son diferentes. En la prueba Columnas RPC, hay pocas grietas importantes desarrolladas y finalmente las columnas fracasaron debido a la apertura excesiva de esas grandes grietas (Por ejemplo, muestra 3C-5C), Las numerosas grietas finas se desarrollaron a lo largo en gran parte del miembro. Es de destacar que, independientemente de la magnitud y la excentricidad de la fuerza axial, los compuestos RPC las muestras (Tipos B y C en la Fig. 13) fracasaron en un modo de flexin quebradizo asociado con el dao de localizacin. Esta localizacin se atribuye a la alta capacidad de traccin y energas de fractura, debido al alto volumen de fibra, que permanece en las secciones situadas lejos de la inicialmente seccin daada. El dao se localiza alrededor de la inicial, a la flexin, el crack. El Fallo de las muestras se defini por la rotura del refuerzo de acero, los estribos en el caso de falla de corte (Fig. 14a) o los bares longitudinales en el caso de la flexin (Fig. 14b) y el colapso de las muestras en el marco de carga despus del impacto. La Fig. 14C muestra el estado de la 3C muestra RPC cargado concntricamente a la conclusin del tercer impacto; mientras que en la muestra haban algunos daos localizados a la flexin, se mantuvo su capacidad de sostener la carga (rea bajo el diagrama de impacto de fuerza-tiempo) es casi constante (1300-1700 N.s) para todas las muestras.La desviacin de la mitad del tramo, frente a grficos de tiempo en el primer ensayo de cada se muestra en la Fig. 17 y de la respuesta a la desviacin mitad del tramo frente al tiempo en las pruebas de cada que llevaron al fracaso, se muestra en la Figs. 18. Se ve que en la mitad del tramo, el historial de tiempo de desviacin de las primeras pruebas de cada (Ver Fig. 17), el primer pico de la deflexin es mayor que el siguiente pico de deflexiones. Despus de la primera prueba de cada de las muestras, se sostienen algunos daos (grietas de concreto y trituracin), que afectan significativamente la propagacin de las ondas y el impacto de la respuesta de las muestras en las siguientes pruebas de cada. Anomalas mayores de segundo pico en la mitad del tramo de historial de tiempo de desviacin de espcimen 5C en la prueba de segunda gota (ver Fig. 18d), se atribuyen a este dao previo, junto con la reflexin de las ondas de las placas de extremo de carga. Los transductores de desplazamiento lser montados en diferentes lugares a lo largo de las muestras (Fig. 4), se utilizaron para obtener la deflexin historial de tiempo y el perfil desviado de las muestras. Los perfiles desviados de las muestras compuestas (2B-5B) en la primera prueba de cada se muestran en la Fig. 19 y los perfiles desviados de la muestra 3A en la pruebas de cada tercera y 4A muestra en la prueba de cada segundo (Que llev al fracaso de las muestras), se muestran en la Fig. 20. Por otra parte, la variacin de la fuerza axial en las columnas (es decir, series, 3-5) en funcin del tiempo durante las diferentes pruebas de cada se muestra en la Fig. 21.La mxima deformacin permanente en la mitad del tramo y la energa disipada EIMP (el rea debajo del impacto load- curvas de deflexin) despus de cada ensayo de impacto se dan en la Tabla 5. La carga de impacto frente a la desviacin de mitad de perodo en los primeros ensayos de cada para especmenes 2A, 2C, 4A y 4C se muestran en la Fig. 22 y en la grfica de representacin de la energa disipada EIMP; el impacto de carga-deflexin curvas se muestran en la Fig. 23. La energa disipada acumulada EIMP y la proporcin de la energa disipada acumulada despus de mltiples impactos sobre la disipacin de energa durante el ensayo esttico (EIMP / Est) se muestran en la Fig. 24. Se ve que la presencia de la fuerza axial aumenta la resistencia de las columnas RC cuando se somete a las cargas transversales de impacto. Se observa que la energa disipada EIMP poda tambin ser estimada como el rea debajo de la reaccin de apoyo frente curvas de deflexin con pequeos errores.

Fig. 21. Fuerza axial en las columnas frente al tiempo para (a) series-3, (b) series-4 y (c) serie-5 especmenes.

Independientemente de la presencia de una fuerza de compresin axial, la capacidad dinmica EIMP, de disipacin de energa de las muestras son superiores a las capacidades estticas (ver Fig. 24b). En particular, las relaciones son ms del doble en serie 3, que fueron sometidas a la misma fuerza axial concntrica de compresin como las pruebas estticas. La conclusin similar fue dibujado por Saatci y Vecchio en su estudio sobre los mecanismos de corte de vigas RC sometido a mltiples impactos Comparando las deflexiones permanentes (Tabla 5) y la insuficiencia de modo (Fig. 13) para diferentes, columnas sometidas a mltiples impactos de muestra en columnas con las mismas especificaciones (misma geometra, propiedades de los materiales, reforzando la relacin y la configuracin), pero diferente fuerza axial y la excentricidad no slo de exhibir diferente resistencia al impacto, pero tambin exhiben diferentes modos de fallo. La excentricidad de la fuerza de compresin axial puede influir significativamente el modo de fallo de HSC viga-columna sometida a cargas de impacto.Tabla 5 Capacidad de disipacin de energa de los especmenes de prueba.

Fig. 22. Impacto de carga frente a la desviacin de alcance medio en el primer ensayo de cada.

Cuando las vigas y columnas de HSC son flexiones dominadas o cuando la excentricidad de carga es tal que la tensin en la fibra extrema en el lado opuesto al impacto es cercano a cero, el modo de fallo es cizalla flexin (como 2A y 4A serie). De lo contrario, el HSC vigas y columnas pueden ser considerados como la fuerza axial y dominado el modo de fallo es una cizalla frgil (como 3A serie y 5A).

3.2.3. Tensin en barras de acero longitudinalesDoce medidores de tensin estaban pegados a lo largo del refuerzo longitudinal, en tres lugares (A-C), como se muestra en la Fig. 25. La cepa historial de tiempo obtenida de extensmetros datos SG_B2 y SG_B3 en las primeras pruebas de cada se muestra en las figuras. 26 y 27. Se observa que en la primera prueba de cada de las barras de refuerzo de traccin longitudinales producen en todo muestras, excepto 5C muestra. Adems, es observable que la traccin tensin / estrs en las barras de acero longitudinales de muestras de HSC (serie A) es tpicamente mayor que compuesto HSC ncleo-RPC shell (serie-B) o RPC (serie C) ejemplares, debido a una mayor resistencia a la traccin fuerza de RPC y su contribucin en la realizacin de la traccin a la flexin tensiones.Las velocidades de deformacin mximas en las barras de acero en el lugar de impacto se calcularon para la primera y segunda prueba de cada, utilizando un esquema de diferencias finitas y los resultados se representan grficamente en la Fig. 28.

Fig. 23. Representacin grfica de la energa disipada EIMP en la primera prueba de cada

Fig. 24. (a) energa disipada acumulada (EIMP) y (b) relacin de la energa disipada acumulada despus de mltiples impactos en la disipacin de energa durante el ensayo esttico

Fig. 25. Ubicacin de deformacin del acero mide a lo largo de las barras de acero.

En las pruebas de primera, el promedio de la tasa de deformacin mxima medida en la armadura longitudinal era de unos 7,0 s? 1. En la segunda cada, se observ una reduccin de las tarifas mximas de tensin. Esto es debido a que la energa de impacto impartida contribuy a agrietarse en apertura y localizacin promovida en el refuerzo. La prdida de unin entre el las barras de acero debido al hormign y astillamiento fue tambin una razn para la disminucin observada en la cepa tarifa.

Fig. 26. Cepa historial de tiempo en la primera prueba de impacto obtenido de medidores SG_B2 y SG_B3.

Fig. 27. Cepa historial de tiempo en la primera prueba de impacto obtenido de medidores SG_B2 y SG_B3.

4. Conclusiones

Las implicaciones de la sustitucin de hormign de alta resistencia (HSC) con muy alta resistencia del hormign en polvo reactivo (RPC) sobre el fracaso modo, la ductilidad y la capacidad de absorcin de energa (resistencia al impacto) de RC columnas / viga-columnas se investigaron mediante mltiples pruebas de impacto de peso gota. Adems, la influencia de magnitud y la excentricidad de la fuerza de compresin axial sobre el fracaso. Se estudi el modo y la resistencia al impacto de los miembros de RC experimentalmente. Un conjunto de diecisis RC vigas y columnas simplemente apoyadas de tres tipos diferentes, es decir, ncleo HSC, HSC con la cscara de RPC y RPC fueron construidos y probados bajo condiciones estticas y bajo a las cargas de impacto medio-velocidad aplicadas en la mitad del tramo. El hormign tipo y resistencia a la compresin (es decir, HSC con compresin fuerza de 100 MPa y RPC con resistencia a la compresin de 160 MPa) y la magnitud y la excentricidad de la compresin axial fuerza eran las principales variables dentro de las diferentes muestras.

En aras de la simplicidad, con respecto a la seal de flexin momento inducido en el miembro por las cargas de impacto, la especmenes se clasifica a la flexin dominada y axial fuerza dominada. Si el momento de flexin inducida por la carga de impacto tiene el mismo signo que el momento de flexin inicial inducida por la axial excntrica fuerza de compresin, entonces se considera la columna de la viga a ser dominado por flexin bajo cargas de impacto (series 2 y 4); de lo contrario la muestra es la fuerza dominada axial (serie 3 y 5). De los resultados experimentales obtenidos en este estudio, las siguientes se sacan conclusiones:

La excentricidad de la fuerza de compresin axial determinar si el miembro es flexin dominado o dominada por la fuerza axial. Las HSC vigas y columnas de flexin-dominado golpearn cargas fallarn en un modo de cizallamiento flexin (como la serie 2A y 4A) y el axial HSC vigas y columnas de fuerza dominada fallan en un modo de cizalladura frgiles (tales como la serie 3A y 5A). Aunque el fuerzas axiales proporciona una mejora sustancial en la resistencia tanto flexin y cizalladura, la evidencia de las observaciones de este estudio es que el aumento relativo de la resistencia a la flexin es algo mayor que la de cizallamiento. Por lo tanto, dominada fuerza axial especmenes (por ejemplo, 3A y 5A) obtuvieron una flexin significativa mejora de la resistencia y, por tanto, la resistencia al cizallamiento se convirti en crtico en estos especmenes. Un clculo de la flexin y resistencias al cizallamiento por la Norma AS3600-2009 Australia [42] para una viga-columna de 100 MPa de la configuracin probada en este estudio apoyar esto.

En este caso se prev la resistencia a la flexin para aumentar en un 76%, mientras que la resistencia al cizallamiento se prev que aumentar en un 50%. ? Axial fuerza de compresin (pretensado) en elementos de concreto armado aumenta la rigidez efectiva de un miembro de un momento de flexin dada despus de la figuracin y aumenta el pico del impacto inducido la fuerza. Adems, la magnitud y la excentricidad axial de

Fig. 28. Las tasas de deformacin mxima en la (a) primero y (b) pruebas de cada segundos.

Fuerza se encontr que tienen una influencia significativa en el fracaso modo y patrn de los daos / grietas en las vigas y columnas de HSC sometida a cargas de impacto transversales.

La fuerza de compresin axial puede aumentar la resistencia al impacto (Capacidad de absorcin de energa) de los miembros de RC sometido a baja velocidad impactos transversales.

En las pruebas estticas, el modo de fallo de las muestras era de flexin, sin embargo, bajo impacto carga los especmenes HSC fallidos en una flexin modo de cizalladura o cortante y el modo de fallo de compuesto y Especmenes RPC era flexin. El cambio de modo de fallo para especmenes HSC axial de fuerza dominada (es decir, 3A y 5A) fue ms sensible que otros viga-columna. Adems, el falla de corte a la flexin de HSC (es decir especmenes 2A y 4A) era dctil y asociados con grandes deflexiones, sin embargo, la cizalla fracaso de columnas HSC (es decir, 3A y 5A) era frgil y que era asociado con ruptura repentina de las barras de refuerzo de acero.

Independientemente de la magnitud y la excentricidad de la fuerza axial, compuestos (HSC shell core-RPC) y RPC especmenes (tipos B y C) no en un modo de flexin quebradizo. Voo et al. [43,44] espectculo que la adicin de fibras de acero en RPC vigas significativamente aumenta la resistencia al cizallamiento.

Como se desprende de las observaciones de este estudio, en el cambio de modo de fallo por flexin-cizalladura y cortante en las columnas de HSC a la flexin de las columnas de RPC, la cantidad de fibras utilizadas tena una influencia menos significativa en la resistencia a la flexin que en la resistencia al cizallamiento.

Los patrones de grietas / daos en columnas RPC (con axial carga) y en las vigas de RPC (sin carga axial) eran diferentes. En el Vigas de RPC, numerosas grietas finas desarrollados sobre una gran parte del miembro [36], mientras que los especmenes RPC (tipo C) no debido a la apertura excesiva de algunas grietas grandes en las cercanas de la mitad del tramo. Los patrones de grietas en compuesto (HSC de machos Shell) columnas RPC fueron similares a las columnas de RPC, mientras que, patrones de agrietamiento tpicos para la muestra de HSC fue el de bien distribuida grietas.

El especmenes RPC tena mayor capacidad de carga esttica y el impacto la resistencia en comparacin con las muestras de HSC. El mayor impacto la resistencia de los especmenes de RPC se demostr por mayor nmero de impactos requerida para inducir el fracaso. Por consiguiente, se puede concluir que el uso de RPC puede mejorar la energa capacidad de absorcin de RC viga-columna sometida a baja velocidad las cargas de impacto transversales tales como choque de vehculos. Este es particularmente el caso de la fuerza axial dominada RC vigas y columnas.

Para las vigas y columnas de RC analizadas en este estudio, la disipada energa bajo cargas de impacto dinmico fue mayor que la disipada energa para las cargas estticas. Las proporciones de dinmica disipacin de energa a lo largo de disipacin de energa esttica fueron ms del doble en las columnas con compresin axial concntrica la fuerza. Esta observacin fue consistente con experimental anterior estudios sobre el mecanismo de cizallamiento de RC vigas sometidas a mltiples impactos.

Con respecto a las pruebas de impacto realizadas en HSC y RPC vigas y columnas, se puede concluir que los beneficios de la fuerza axial principalmente la capacidad de flexin de una muestra mientras que las fibras de acero favorecer sobre todo la capacidad de corte. En consecuencia, la resistencia al impacto y modo de fallo son funciones de la influencia de la axial fuerza en la mejora de la resistencia a la flexin contra el efecto de las fibras en la mejora de la resistencia a la cizalladura