절연 콘크리트 벽 패널에 사용하기위한 유연한 커넥터의 기계적 특성 결정
Summary
우리는 본격적인 단열 패널 거동을 예측하기 위해 절연 콘크리트 벽 패널 설계에 사용할 전단 커넥터의 기계적 특성을 평가하기 위해 널리 사용 가능한 분석 방법과 결합 할 수있는 테스트 프로토콜을 제안합니다.
Abstract
이 문서에는 연속 및 개별 절연 콘크리트 샌드위치 벽 패널(ICSWP) 모두에 적합한 비표준 이중 전단 테스트를 수행하기 위한 권장 사항이 포함되어 있습니다. 이러한 표준화 된 테스트는 존재하지 않지만이 테스트와 유사한 테스트의 여러 반복이 문헌에서 다양한 정도의 성공으로 수행되었습니다. 또한, 문헌에서의 시험은 시험, 데이터 분석 또는 안전 절차와 관련하여 상세하게 설명되거나 길게 논의되는 경우는 거의 없다. 시험 시편 구성이 본원에서 권장되며, 변형이 논의된다. 중요한 기계적 특성은 하중 대 변위 데이터에서 식별되며 추출이 자세히 설명되어 있습니다. 커넥터의 강성 결정과 같은 설계에 테스트 데이터를 사용하여 ICSWP 처짐 및 균열 거동을 계산하는 방법을 간략하게 보여줍니다. 패널의 강도 거동은 전체 하중 대 변위 곡선 또는 최대 커넥터 강도만 사용하여 결정할 수 있습니다. 단점과 알려지지 않은 점이 인정되고 중요한 미래 작업이 설명됩니다.
Introduction
절연 콘크리트 샌드위치 벽 패널(ICSWP)은 종종 wythes라고 하는 두 개의 콘크리트 층 사이에 배치된 절연 층으로 구성되며, 이는 건물 외피 또는 내하중 패널에 대한 열적 및 구조적으로 효율적인 구성 요소를 시너지 효과로 제공합니다1(그림 1). 급변하는 건설 산업과 열효율에 대한 새로운 건축 법규 규정에 적응하기 위해 프리 캐스터는 더 얇은 콘크리트 층과 더 높은 열 저항을 가진 두꺼운 단열층으로 ICSWP를 제작하고 있습니다. 또한 설계자는 콘크리트 Wythes의 부분적으로 복합적인 상호 작용을 설명하기 위해 보다 정제된 방법을 사용하여 전체 건축 비용을 줄이면서 열 및구조적 성능을 높이고 있습니다2. 구조적 효율성은 콘크리트 층 간의 구조적 연결에 크게 좌우되고 여러 독점 전단 커넥터가 시장에 나와 있는 것으로 알려져 있지만 이러한 커넥터의 기계적 특성을 검사하기 위한 표준화된 테스트 프로토콜은 문헌에 없습니다. 사용 가능한 커넥터는 형상, 재료 및 제조가 매우 다양하므로 기계적 특성을 결정하기 위한 통일된 분석 접근 방식을 얻기가 어렵습니다. 이러한 이유로 많은 연구자들은 서비스 및 강도 한계 상태 3,4,5,6,7,8,9,10에서 커넥터의 기본 동작을 모방하려고 시도하는 실험실에서 자체 맞춤형 설정을 사용했습니다. 그러나 그 중 두 개만이 테스트 평가 체계5,8의 일부이지만 모양, 강성 및 재료 구성의 다양한 변화로 인해 모든 범위의 커넥터에 유용하지는 않습니다.
그림 1: 샌드위치 벽 패널 시편의 일반적인 구성. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이러한 커넥터를 테스트하는 일반적인 방법은 이전에 설명한3,11,12와 같이 한 행 또는 두 줄의 커넥터가있는 단일 전단이라고하는 것으로, 이는 종종 콘크리트 앵커 테스트 표준 488 인 ASTM E13을 기반으로합니다. ASTM E488은 제안된 테스트 설정의 도면을 통해 고정된 콘크리트 바닥에서 튀어나온 단일 앵커를 테스트할 것을 요구하지는 않지만 강력하게 암시합니다. 시편이 테스트되면 하중 대 변위 곡선 세트가 그려지고 이러한 곡선에서 극한 탄성 하중(Fu) 및 탄성 강성(K0.5Fu)의 평균값을 얻습니다. 이 접근법을 사용하는 주요 이점 중 하나는 낮은 가변성 결과를 생성하고 큰 실험실 공간 또는 많은 센서(14)를 필요로 하지 않는다는 것이다. 다른 접근법은 이중 전단에 와이어를 로딩하여 해당 패널 6,7,14,15,16의 설계에 사용할 기계적 특성을 결정하는 것으로 구성됩니다. 결과 데이터는 동일한 방식으로 처리되며 테스트에서 극한 탄성 하중 (Fo) 및 탄성 강성 (K0.5Fu)의 평균값을 얻습니다. 이 테스트 접근 방식에는 더 많은 재료를 사용하고 더 많은 센서가 필요하지만 실험실에서 하중 및 경계 조건을 적용하는 것이 일화적으로 더 쉽습니다.
두 가지 테스트 스타일은 크게 다르지 않지만 전체 크기 패널에서 커넥터 동작을 모방하는 능력에 따라 크게 다른 결과를 생성합니다. 단일 전단, 단일 행 테스트 설정은 그림 2B,C에 표시된 것처럼 핀칭 동작과 이전에 설명한 대로 추가 전복 모멘트를 생성하며, 이는 전체 스케일 패널에 존재하지 않습니다. 이중 전단은 이 본격적인 동작을 모방하는 더 나은 작업을 수행합니다.-중앙 위스에 대한 외부 위스의 순수한 전단 변환을 모델링합니다. 결과적으로, 분석 방법에 사용되는 이중 전단 값은 대표적인 절연 벽 패널(14)의 대규모 테스트에서 얻어진 결과에 더 가까운 결과를 생성하는 것으로 나타났다. 그림 3은 커넥터의 단일 및 이중 전단 테스트를 위한 회로도 테스트 설정을 보여줍니다.
그림 2: 문헌에 사용된 다양한 커넥터 테스트 구성의 예. 단일 커넥터 시편은 실물 크기 패널에서 볼 수 있는 wythes의 병렬 변환을 나타내지 않는 하중을 유발하는 것으로 나타났습니다. (A) 두 개의 커넥터가있는 이중 전단; (B) 하나의 커넥터가있는 이중 전단; (C) 하나의 커넥터가있는 단일 전단. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 모든 연구의 결론에 대한 공통 분모는 두 테스트 방법론 모두 유연한 커넥터의 기계적 특성을 결정하는 데 적합하지만 이중 전단 테스트 방식 결과는 굴곡 상태에서 실제 패널에서 커넥터의 동작과 더 유사하다는 것입니다. 즉, 사용자가 이러한 테스트 결과를 분석 모델에 사용하면 커넥터가 사용되는 대규모 테스트의 결과와 거의 일치합니다. 이러한 테스트의 결과는 경험적으로 도출 된 방법, 샌드위치 빔 이론의 폐쇄 형 솔루션 및 2-D 및 3-D 스프링 7,18,19,20이있는 유한 요소 모델과 같이 입력 설계 매개 변수로서 기계적 특성에 직접 의존하는 모델에 적합하다는 점을 언급하는 것이 중요합니다.
그림 3: 문헌에 있는 테스트 프로토콜의 개략도. 숫양은 서로에 대한 표본의 wythes를 번역하는 데 사용됩니다. (A) 단일 전단 및 (B) 이중 전단 테스트 프로토콜. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이 작업에서는 백본 곡선의 값과 절연 벽 패널 wythe 커넥터의 기계적 특성, 즉 Fu 및 K0.5Fu를 얻기위한 실험 프로토콜이 제시됩니다. 이 방법은 가변성 원인을 제거하고 보다 신뢰할 수 있는 결과를 생성하기 위해 일부 수정과 함께 이중 전단 테스트 접근 방식을 사용하는 테스트 커넥터를 기반으로 합니다. 모든 샘플은 콘크리트가 목표 압축 강도에 도달하면 테스트되는 온도 제어 환경에서 구성됩니다. 이 테스트 프로토콜의 주요 장점은 쉽게 따를 수 있고 다른 기술자가 복제할 수 있으며 문헌에 표시된 것처럼 굴곡 또는 굴곡 및 축력이 결합된 실제 절연 콘크리트 벽 패널에서 wythe 커넥터의 실제 동작을 자세히 설명한다는 것입니다.
기계적 특성 및 재료 거동을 결정하기 위해 제안된 wythe 커넥터 테스트 프로토콜을 적용하면 절연 콘크리트 벽 패널 산업의 테스트 결과의 정확성이 향상되고 혁신적인 새 커넥터를 만드는 데 관심이 있는 기업가의 장벽이 줄어듭니다. 틸트 업 및 프리 캐스트 콘크리트 산업 모두에서 절연 패널 구조의 향후 크게 증가는 패널의 엔지니어링 특성을 얻기 위해 재료를 더 잘 사용하고 더 통일 된 방법을 요구할 것입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
많은 연구자들이 ICSWP에 대해 이러한 유형의 테스트를 약간 변형했지만 이것은 모든 개별 단계를 간략하게 설명하는 첫 번째 사례입니다. 문헌은 센서 유형 및 시편 취급을 포함하여 테스트의 중요한 단계를 다루지 않습니다. 이 방법은 단일 전단 테스트와 달리 패널이 굴곡 상태에서로드 될 때 커넥터의 동작을보다 가깝게 모방하는 테스트 방식을 설명합니다. 이 작업에는 아직 연구되지 않은 몇…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
위에서 설명한 작업은 단일 조직에서 직접 자금을 지원하거나 단일 보조금 과정에서 자금을 조달한 것이 아니라 수년간의 업계 후원 연구를 통해 정보를 수집했습니다. 이를 위해 저자는 지난 10 년 동안 후원자에게 감사하고 빠르게 진화하는 산업에서 일하는 것에 감사합니다.
Materials
| 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. |
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