Interfaz de deslizamiento de acero - El lago de los cisnes Co., Ltd de Shijiazhuang

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 22375 (2022) Citar este artículo

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Bajo la acción de fluencia de las vigas compuestas de acero y hormigón reforzadas con una lámina de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP), la cara de la lámina de CFRP, la viga de acero y la viga de losa de hormigón producen un deslizamiento relativo. Este deslizamiento afecta la interacción de la interfaz, reduce la capacidad portante y la rigidez de los miembros y aumenta la deformación. En este artículo, se utilizan métodos elásticos y energéticos para analizar las fuerzas de interfaz entre vigas de acero y losas de hormigón armado con láminas de CFRP bajo la acción de la fluencia del hormigón. Se establecen las fórmulas de cálculo para deslizamiento de interfaz, fuerza axial y deformación incremental. Se analiza la influencia de los parámetros de diseño en las propiedades mecánicas de la interfaz. Los resultados muestran que los incrementos en el deslizamiento de la interfaz, la fuerza axial y la deformación son cero el día 28. Con el aumento de la edad, los incrementos en el deslizamiento de la interfaz, la fuerza axial y la deformación aumentan gradualmente, y el aumento es grande en los primeros 100 días; básicamente permanece sin cambios durante el intervalo de tiempo de 100 a 1028 días. Cuando la carga aumenta en 5 N/mm (5 kN), los incrementos de deslizamiento aumentan en aproximadamente 0,004 mm, 0,002 mm y 0,002 mm. Los incrementos en la fuerza axial son de aproximadamente 19,4 kN, 15,9 kN y 16,1 kN. Los incrementos de deformación aumentan en aproximadamente 1,7 mm, 1,1 mm y 0,6 mm.

Las estructuras de acero se utilizan ampliamente en edificios industriales y civiles y en la ingeniería de puentes debido a su conveniente construcción y su gran viabilidad1,2. Debido a la influencia de varios factores, como el uso y el medio ambiente, existen varios defectos y daños en la estructura de acero3,4, especialmente cuando la estructura de acero está sobrecargada. En otras palabras, la carga de servicio de la estructura es mucho mayor que la carga de servicio permisible de la estructura5; esta situación acelera el envejecimiento de la estructura y reduce su vida útil, especialmente cuando la propia estructura tiene daños menores causados por la construcción. La sobrecarga aumenta el daño a la estructura y los defectos microscópicos se expanden y convergen gradualmente, lo que resulta en el deterioro del material en términos de propiedades mecánicas macroscópicas; incluso provoca accidentes de ingeniería. Por lo tanto, el estudio de formas de fortalecer y reparar la estructura de acero siempre ha sido un esfuerzo importante en ingeniería civil. Los datos muestran que los proyectos de reconstrucción pueden ahorrar aproximadamente un 40 % de la inversión y acortar el período de construcción en aproximadamente un 50 % en comparación con la nueva construcción6,7. La búsqueda de tecnología de reparación y refuerzo de estructuras de acero rentable no es solo un problema técnico a resolver, sino también un problema social relacionado con el desarrollo sostenible.

Los métodos tradicionales para fortalecer las estructuras de acero incluyen aumentar el número de secciones de los elementos de acero, agregar varillas y soportes adicionales y reforzar el pretensado. Entre ellos, aumentar el número de secciones del elemento de acero implica conectar los elementos de acero nuevos y originales mediante soldadura, remachado, atornillado o pegado de placas de acero8,9. La estructura cambia de un plano a un espacio10,11, y el refuerzo de pretensado se coloca en tirantes pretensados en partes apropiadas de la estructura de acero para formar una tensión opuesta a la carga en la estructura12,13,14. Hasta cierto punto, estos métodos aumentan el tamaño de la sección transversal de los componentes, aumentando el peso de los componentes y los cambios en la rigidez. Esto da como resultado una redistribución de las fuerzas internas de la estructura, transporte e instalación inconvenientes, construcción complicada y altos costos de mantenimiento. En los últimos años, el uso de láminas de polímero reforzado con fibra (FRP) para reforzar vigas de acero ha surgido como un nuevo método de refuerzo en el país y en el extranjero. Este método de refuerzo consiste en pegar o anclar láminas de FRP en vigas de acero. La alta resistencia del material FRP se utiliza para mejorar la capacidad de carga y la rigidez de la viga para lograr el efecto de refuerzo.

En la actualidad, expertos y académicos nacionales e internacionales han estudiado la interacción de la interfaz entre las vigas de acero y las láminas de CFRP15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29, 30,31,32,33,34,35,36 y entre vigas de acero y losas de hormigón, pero los estudios sobre el análisis de deslizamiento de interfaz bajo la influencia del efecto de fluencia son escasos. Por lo tanto, con base en investigaciones previas, los métodos de variación elástica y de energía se utilizan para establecer el incremento de deslizamiento de la interfaz, el eje y el eje de las vigas compuestas de hormigón y acero reforzado con láminas de CFRP bajo la acción de la fluencia del hormigón. Se discuten las fórmulas de cálculo para los incrementos de fuerza y deformación de la viga compuesta, junto con la influencia de los parámetros de diseño.

Dado que el efecto de la temperatura de la viga de acero y el efecto de fluencia de la tela CFRP se han dado en 38, aquí solo se considera el efecto de fluencia del concreto, es decir, solo se considera la fuerza de interfaz entre la losa de concreto y la viga de acero. Se hacen varias suposiciones sobre las características de las estructuras de vigas mixtas de acero y hormigón reforzadas con láminas de CFRP39,42. Bajo uso normal, la viga compuesta es un cuerpo elástico ideal. La conexión a cortante entre la viga de acero y el hormigón forma un arreglo uniforme y continuo a lo largo de la longitud de la viga. Las losas de hormigón, las vigas de acero y las láminas de CFRP tienen la misma curvatura de flexión antes y después de la deformación, independientemente de la elevación vertical entre ellas. La sección transversal se ajusta a la suposición de una sección transversal plana. La fuerza del cuerpo unitario se muestra en la Fig. 1.

Gráfico de fuerza del cuerpo unitario.

Los incrementos de deformación en la superficie superior de la viga de acero y la superficie inferior de la losa de hormigón en el momento \(t\) se describen a continuación:

donde \(y_{s} \left( t \right)\)—t la distancia desde el eje neutral de la viga hasta la parte superior de la viga en el tiempo t; \(y_{c} \left( t \right)\)—t la distancia desde el eje neutral de la placa hasta la parte inferior de la placa en el tiempo t; \(E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)\)—módulo de elasticidad efectivo de la placa ajustado según la edad en el tiempo \(t\), que se puede expresar como \(E_ {c} \left( {t,t_{0} } \right) = \frac{{E_{c} }}{{1 + \chi \left( {t,t_{0} } \right)\phi \izquierda( {t,t_{0} } \derecha)}}\); \(\chi \left( {t,t_{0} } \right)\)—el coeficiente de envejecimiento del concreto de la losa calculado desde el tiempo de carga, t0, hasta el tiempo t, que generalmente varía entre 0.6 y 0.9, y es tomado como 0,8243; \(\Delta N_{sc} \left( t \right)\)—suma de las fuerzas virtuales de cada capa de refuerzo correspondiente a la deformación inicial de la losa de concreto, \(\Delta N_{sc} \left( t \right) = \sum\nolimits_{i = 1}^{n} {E_{si} A_{si} \phi \left( {t,t_{0} } \right)\left( {\varepsilon_{o } + y_{si} \varphi } \right)} = \sum\nolimits_{i = 1}^{n} {E_{si} A_{si} \phi \left( {t,t_{0} } \ derecha)\left\{ { - \frac{N}{{E_{c} A_{c} }} + \frac{{y_{si} \left[ {M - N\overline{y}} \right] }}{{E_{s} I_{s} + E_{c} I_{c} }}} \right\}} = \alpha_{1} M - \beta_{1} N\); \(\alpha_{1} = \sum\nolimits_{i = 1}^{n} {E_{si} A_{si} \phi \left( {t,t_{0} } \right)\frac{{ y_{si} }}{{E_{s} I_{s} + E_{c} I_{c} }}}\); \(\beta_{1} = \sum\nolimits_{i = 1}^{n} {E_{si} A_{si} \phi \left( {t,t_{0} } \right)\left[ { \frac{1}{{E_{c} A_{c} }} + \frac{{\overline{y}y_{si} }}{{E_{s} I_{s} + E_{c} I_{ c} }}} \derecho]}\); \(\phi \left( {t,t_{0} } \right)\)—coeficiente de fluencia del concreto de la losa40, \(\phi \left( {t,t_{0} } \right) = \phi_{ 0} \beta_{c} \left( {t - t_{0} } \right)\); \(\phi_{0} = \phi_{RH} \beta \left( {f_{cm} } \right)\beta \left( {t_{0} } \right)\); \(\phi_{RH} = 1 + \frac{{1 - RH/RH_{0} }}{{0.46\left( {h/h_{0} } \right)^{\frac{1}{3 }} }}\); \(\beta \left( {f_{cm} } \right) = \frac{5.3}{{\left( {f_{cm} /f_{cm0} } \right)^{0.5} }}\); \(\beta \left( {t_{0} } \right) = \frac{1}{{0.1 + \left( {t_{0} /t_{1} } \right)^{0.2} }}\ ); \(\beta_{c} \left( {t - t_{0} } \right) = \left[ {\frac{{\left( {t - t_{0} } \right)/t_{1} } }{{\beta_{H} + \left( {t - t_{0} } \right)/t_{1} }}} \right]^{0.3}\); \(\beta_{H} = 150\left[ {1 + \left( {1.2\frac{RH}{{RH_{0} }}} \right)^{18} } \right]\frac{h} {{h_{0} }} + 250 \le 1500\); \(\varphi_{0}\)—coeficiente de fluencia nominal; \(f_{cm}\)—resistencia a la compresión cúbica promedio del concreto a la edad de 28 días, \(f_{cm} = 0.8f_{cu,k} + 8\); \(f_{cu,k}\)—valor estándar de la resistencia a la compresión del cubo de concreto con una tasa de garantía del 95% a la edad de 28 días; \(\beta_{c} \left( {t - t_{0} } \right)\)—coeficiente de desarrollo de la fluencia con el tiempo después de la carga; \(h\)—espesor teórico del miembro, donde \(h = 2A/u\); \(A\)—área transversal del miembro; \(u\)—perímetro de la superficie de contacto entre el componente y la atmósfera; \(RH\) — humedad relativa media anual del ambiente; \(RH_{0}\) = 100%; \(h_{0}\) = 100 mm; \(t_{1}\) = 1 día; \(f_{cmo}\) = 10 MPa; \(y_{si}\) y \(y_{si} \left( t \right)\)—respectivamente la distancia vertical desde la i-ésima capa de barras de acero en la losa hasta el centro de gravedad de la losa convertida sección en el tiempo \(t_{0}\) y el tiempo \(t\); \(\overline{y}\)—distancia vertical entre el centro de gravedad de la viga y la losa en el momento de \(t_{0}\); \(\varepsilon_{o}\)—deformación inicial en el centro de gravedad de la placa en el momento de \(t_{0}\); \(\varphi\)—curvatura inicial del haz compuesto en el tiempo \(t_{0}\); \(E_{s}\) y \(E_{c}\)—módulos elásticos iniciales en el tiempo \(t_{0}\) de la viga y la placa, respectivamente; \(A_{s}\) y \(A_{c}\)—áreas transversales en \(t_{0}\) de las secciones iniciales de viga y placa, respectivamente; \(I_{s}\) y \(I_{c}\)—momentos de inercia en \(t_{0}\) de la sección inicial de la viga y la placa, respectivamente; \(E_{si}\)—el módulo elástico de la i-la capa de barras de acero en la losa; \(A_{si}\)—área de la sección transversal de la i-ésima capa de barras de acero en la losa; \(n\)—número de capas de refuerzo en la losa.

Dado que las cargas internas y externas no cambian durante el período de tiempo t0 − t, combinadas con la fuerza sobre la sección, se puede obtener la ecuación diferencial del incremento de deslizamiento.

La ecuación diferencial del incremento de la fuerza cortante en la interfaz se puede obtener de acuerdo con la relación entre la fuerza cortante en la interfaz y el deslizamiento.

En la fórmula, \(\lambda^{2} = \frac{{k_{L} y\left( t \right)^{2} }}{{E\left( {t,t_{0} } \ derecha)I\izquierda( t \derecha)}} + \frac{{k_{L} }}{{E\izquierda( {t,t_{0} } \derecha)A\izquierda( t \derecha)}} \); \(\mu_{1} = - \frac{{y\left( t \right)\left[ {\gamma E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_{c} \ izquierda( t \right) - \alpha_{1} } \right]}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}} - \frac{{ \alpha_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \right)}}\); \(\mu_{2} = \delta + \frac{{y\left( t \right)\left[ {\gamma E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_{c } \left( t \right) - \beta_{2} } \right]}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}} + \frac {{\beta_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \right)}}\); \(\mu_{s1} = - \frac{{k_{L} y\left( t \right)\left[ {\gamma E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_ {c} \left( t \right) - \alpha_{1} } \right]}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}} - \frac{{k_{L} \alpha_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \right)}}\) ; \(\mu_{s2} = k_{L} \delta + \frac{{k_{L} y\left( t \right)\left[ {\gamma E_{c} \left( {t,t_{0 } } \right)I_{c} \left( t \right) - \beta_{2} } \right]}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}} + \frac{{k_{L} \beta_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \ bien)}}\); \(\gamma = \frac{{\phi \left( {t,t_{0} } \right)}}{EI}\); \(\delta = \frac{{\phi \left( {t,t_{0} } \right)}}{{E_{c} A_{c} }}\); \(\beta_{2} = \sum\nolimits_{i = 1}^{n} {E_{si} A_{si} y_{si} \left( t \right)\phi \left( {t,t_ {0} } \right)\left[ {\frac{1}{{E_{c} A_{c} }} + \frac{{\overline{y}y_{si} }}{{E_{s} I_{s} + E_{c} I_{c} }}} \right]}\); \(n\)—el número de capas de barras de acero en la placa; \(k_{L}\)—rigidez de la pieza de unión, \(k_{L} = k/m\); \(k\)—rigidez de una sola pieza de conexión; \(m\)—la separación longitudinal de la pieza de conexión.

La fórmula de cálculo del incremento de deslizamiento de la interfaz bajo diferentes cargas se puede obtener de acuerdo con las condiciones de contorno.

En la fórmula, \(\alpha^{2} = \frac{{k_{L} }}{EA} + \frac{{k_{L} y^{2} }}{EI}\); \(\beta = \frac{{k_{L} y}}{EI}\).

Segmento de flexión:

Curva pura:

A la izquierda del punto de carga:

A la derecha del punto de carga:

Con base en la teoría del método de variación de energía44, se supone que no hay deslizamiento entre la viga de acero y la lámina de CFRP. El desplazamiento de la viga de acero es \(U_{s1}\), el desplazamiento del hormigón es \(U_{c1}\), la deformación de la viga es \(W_{1}\), y el desplazamiento en la articulación es \(\Delta_{L1} = U_{s1} - U_{c1} { + }y\left( t \right)W_{1}^{{\prime}}\).

Así, las energías potenciales del sistema estructural en el momento t se muestran a continuación:

Energía de deformación de la viga de acero:

Energía de deformación del hormigón:

Energía de tensión en la unión:

El incremento de energía potencial total del haz se muestra en la ecuación. (13):

De acuerdo con el principio de mínima energía potencial, la variación de la Ec. (13) se integra paso a paso para obtener lo siguiente:

Además, \(\delta U_{s1}^{{}}\), \(\delta U_{c1}^{{}}\), \(\delta W\) son cantidades independientes, por lo que la ecuación. (14) se integra por división y se reduce.

De acuerdo con el equilibrio de fuerzas internas, se puede obtener la ecuación diferencial gobernante del deslizamiento.

La curva de distribución del incremento de deslizamiento con la edad bajo diferentes cargas se muestra en la Fig. 2. El incremento de deslizamiento interfacial entre la viga de acero y la losa de hormigón muestra una distribución no lineal con la edad. Los incrementos de deslizamiento de interfaz a los 28 días son todos cero. Con el aumento de la edad, los incrementos de deslizamiento aumentan gradualmente. El aumento es mayor dentro de los 100 días, y los incrementos de deslizamiento básicamente no cambian de 100 a 1028 días. El incremento de deslizamiento de la interfaz aumenta con el aumento de la carga. Cuanto mayor sea la carga, más empinada será la curva de incremento de deslizamiento. Cuando la carga aumenta en 5 N/mm (5 kN), el incremento de deslizamiento aumenta en aproximadamente 0,004 mm, 0,002 mm y 0,002 mm.

Influencia de la carga bajo fluencia sobre la carga concentrada del incremento del deslizamiento en la interfaz.

Las curvas de distribución de los incrementos de deslizamiento con la edad bajo diferentes rigideces se muestran en la Fig. 3. El incremento de deslizamiento de la interfaz disminuye al aumentar la rigidez. Cuanto mayor sea la rigidez, más suave será la curva de incremento de deslizamiento. La cantidad de cambio en el incremento del deslizamiento interfacial disminuye gradualmente con cada aumento en la rigidez.

Influencia de la rigidez del acoplamiento bajo fluencia en el incremento del deslizamiento de la interfaz.

La ecuación diferencial del incremento de la fuerza axial se puede obtener de la relación \(\frac{{{\text{d}}\Delta N\left( t \right)}}{{{\text{d}}x} } = \Delta \tau_{s} \left( t \right) = k_{L} \Delta s\left( t \right)\) entre el incremento de fuerza axial y el incremento de deslizamiento.

donde \(\lambda^{2} = \frac{{k_{L} }}{{E\left( {t,t_{0} } \right)A\left( t \right)}} + \frac {{k_{L} y^{2} \left( t \right)}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}}\); \(\mu_{1} = - \frac{{y\left( t \right)\left[ {\gamma E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_{c} \ izquierda( t \right) - \alpha_{2} } \right]}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}} - \frac{{ \alpha_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \right)}}\); \(\mu_{2} = \delta + \frac{{y\left( t \right)\left[ {\gamma y\left( {t_{0} } \right)E_{c} \left( { t,t_{0} } \right)I_{c} \left( t \right) - \beta_{2} } \right]}}{{E\left( {t,t_{0} } \right) I\left( t \right)}} + \frac{{\beta_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \bien)}}\).

La fórmula de cálculo del incremento de la fuerza axial bajo diferentes cargas se puede obtener de acuerdo con las condiciones de contorno.

Segmento de flexión:

Curva pura:

A la izquierda del punto de carga:

A la derecha del punto de carga:

La curva de distribución del incremento de la fuerza axial con la edad bajo diferentes cargas se muestra en la Fig. 4. Los incrementos de la fuerza axial a los 28 días son todos cero. Con el aumento de la edad, el incremento de la fuerza axial aumenta gradualmente en 100 días. De 100 a 1028 días, el aumento es mayor y el incremento de la fuerza axial básicamente no cambia; el incremento de la fuerza axial aumenta con el aumento de la carga, y cuanto mayor sea la carga, más empinada será la curva de incremento de la fuerza axial. Cada 5 N/mm (5 kN), los incrementos de fuerza axial aumentan en aproximadamente 19,4 kN, 15,9 kN y 16,1 kN.

Influencia de la carga por fluencia sobre el incremento de la fuerza axial.

La curva de distribución del incremento de la fuerza axial con la edad bajo diferentes valores de rigidez se muestra en la Fig. 5. El incremento de la fuerza axial aumenta con el aumento de la rigidez de la conexión. Cuanto mayor sea la carga, más pronunciado será el cambio en la curva del incremento de la fuerza axial. De manera similar, cuanto mayor sea el aumento en la rigidez de la conexión, menor será el aumento en el incremento de la fuerza axial.

Influencia del acoplamiento de la rigidez bajo fluencia sobre el incremento de la fuerza axial.

De acuerdo a la relación entre deformación y curvatura, combinada con la ecuación diferencial del incremento de deslizamiento, se puede obtener la ecuación diferencial del incremento de deformación.

donde, \(\lambda^{2} = \frac{{k_{L} }}{{E\left( {t,t_{0} } \right)A\left( t \right)}} + \ frac{{k_{L} y\left( t \right)^{2} }}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}}\) ; \(\mu_{1}^{{}} = \frac{{k_{L} }}{{E^{2} \left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \ derecha)A\izquierda( t \derecha)}}\izquierda[ {E_{c} \izquierda( {t,t_{0} } \derecha)I_{c} \izquierda( t \derecha)\gamma - \alpha_ {2} } \right] - \frac{{k_{L} y\left( t \right)}}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right )}}\frac{{\alpha_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \right)}}\); \(\mu_{2}^{{}} = - \frac{{k_{L} }}{{E^{2} \left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)A\left( t \right)}}\left[ {E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_{c} \left( t \right)\gamma y - \beta_{2} } \right] + \frac{{y\left( t \right)k_{L} }}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}}\left[ {\delta + \frac{{\beta_{1} }}{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)A_{c} \left( t \right)}}} \right]\);\(\mu_{3}^{{}} = - \frac{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_ {c} \left( t \right)\gamma - \alpha_{2} }}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}}\); \(\mu_{4}^{{}} = \frac{{E_{c} \left( {t,t_{0} } \right)I_{c} \left( t \right)\gamma y - \beta_{2} }}{{E\left( {t,t_{0} } \right)I\left( t \right)}}\).

De acuerdo con las condiciones de contorno, se puede obtener la fórmula de cálculo del incremento de deformación bajo diferentes cargas.

Segmento de flexión:

Curva pura:

A la izquierda del punto de carga:

A la derecha del punto de carga:

La curva de distribución del incremento de deformación con la edad bajo diferentes cargas se obtiene mediante un cálculo, como se muestra en la Fig. 6. Los incrementos de deformación se distribuyen de forma no lineal. Los incrementos de deformación para 28 días son todos cero. Con el aumento de la edad, los incrementos de deformación aumentan gradualmente. El aumento es mayor dentro de los 100 días, y los incrementos de deformación básicamente no cambian de 100 a 1028 días. El incremento de deformación aumenta con el aumento de la carga. Cuanto mayor sea la carga, más inclinada será la curva de incremento de deformación; por cada aumento de 5 N/mm (5 kN) en la carga, el incremento de deformación aumenta aproximadamente 1,7 mm, 1,1 mm y 0,6 mm.

Influencia de la carga por fluencia sobre el incremento del desplazamiento.

La curva de distribución del incremento de deformación con la edad bajo diferentes condiciones de rigidez se muestra en la Fig. 7. En general, el incremento de deformación disminuye al aumentar la rigidez de la conexión, pero la magnitud de la disminución es mínima, lo que indica que la rigidez de la conexión es muy importante para el incremento de deformación del componente. Este impacto no es obvio.

Influencia de acoplamiento de la rigidez bajo fluencia sobre el incremento de desplazamiento.

En este estudio, se utilizan métodos elásticos y de energía para calcular el deslizamiento interfacial, la fuerza axial y el incremento de deformación en vigas compuestas de acero y hormigón reforzadas con láminas de CFRP bajo fluencia. Las conclusiones se resumen de la siguiente manera:

Se analizó la influencia de los parámetros de diseño sobre las propiedades mecánicas de la interfase. Los resultados del cálculo muestran que la fórmula es correcta y se puede utilizar para calcular el deslizamiento de la interfaz entre la viga de acero y la losa de hormigón armado con láminas de CFRP bajo la acción de la fluencia del hormigón. Sobre la base de las fórmulas de cálculo correctas, se derivan las fórmulas de cálculo para el deslizamiento de la interfaz, la fuerza axial y el incremento de deformación.

Bajo la acción de la fluencia del concreto, la cantidad de deslizamiento, la fuerza axial y el incremento de deformación entre la viga de acero y la losa de concreto reforzada con láminas de CFRP aumentan con el aumento de la carga. Cuanto mayor sea el aumento en la rigidez de la conexión, menor será el aumento en el incremento de la fuerza axial.

Los resultados del cálculo muestran que el incremento del deslizamiento de la interfaz, la fuerza axial y la deformación son cero el día 28. A medida que aumenta la edad, el incremento del deslizamiento de la interfaz, la fuerza axial y la deformación aumentan gradualmente; el aumento es grande en los primeros 100 días y básicamente no cambia de 100 a 1028 días.

Los resultados del cálculo también muestran que cuando la carga aumenta 5 N/mm (5 kN), el incremento de deslizamiento aumenta aproximadamente 0,004 mm, 0,002 mm y 0,002 mm, y el incremento de la fuerza axial aumenta aproximadamente 19,4 kN, 15,9 kN , y 16,1 kN. El incremento de deformación aumenta en aproximadamente 1,7 mm, 1,1 mm y 0,6 mm.

Cuando la rigidez aumenta en un paso, el cambio en el incremento de deslizamiento disminuye gradualmente y la fuerza axial aumenta con un aumento en la rigidez de la conexión. Cuanto mayor sea el aumento en la rigidez de la conexión, menor será el aumento en el incremento de la fuerza axial; el cambio en el incremento de deformación con el aumento de la rigidez de la conexión es mínimo.

La fórmula de derivación teórica en este estudio se basa en una serie de supuestos e ignora la influencia de algunos factores. Se deben considerar varios factores en futuras investigaciones.

Algunos o todos los datos, modelos o códigos generados o utilizados durante el estudio están disponibles a pedido del autor correspondiente.

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Este trabajo fue apoyado por el Proyecto de Semillero de Talento de Ciencia y Tecnología para Jóvenes del Departamento de Educación de la Provincia de Liaoning (No. LJ2020QNL006), el Fondo de Investigación Científica del Departamento de Educación de la Provincia de Liaoning (No. LJ2019JL002) y el Proyecto General de la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Liaoning (No. 2022- MS-399). Nos gustaría agradecer a Editage por la edición en inglés.

Escuela de Ingeniería Civil, Universidad Técnica de Liaoning, Fuxin, 123000, China

Xiangyang Jian, Ni Zhang, Haiqing Liu y Zhongwei Zhao

China Construction Fifth Engineering Division Corp., Ltd, Changsha, 410004, China

ming lei y zimu chen

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XJ escribió el texto principal; NZ aportó la conceptualización, metodología, supervisión y edición; HL hizo escritura-crítica; ZZ proporcionó procesamiento de datos; ML hizo un análisis formal; ZC proporcionó recursos materiales experimentales y sugerencias. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Ni Zhang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Jian, X., Zhang, N., Liu, H. et al. Deslizamiento en la interfaz de vigas compuestas de acero y hormigón reforzadas con lámina de CFRP bajo efecto de fluencia. Informe científico 12, 22375 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-27023-y

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Recibido: 19 julio 2022

Aceptado: 23 de diciembre de 2022

Publicado: 26 diciembre 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-27023-y

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