Columnas de puentes de acero y hormigón con núcleo hueco en FRP bajo carga de torsión

Columnas de puentes de acero y hormigón con núcleo hueco en FRP bajo carga de torsión

El artículo propuesto describe las propiedades del acero polimérico reforzado con fibra hueca. (HC-FCS) La columna soporta carga torsional periódica y carga axial constante. El HC-FCS está compuesto por un tubo exterior de polímero reforzado con fibra (FRP) y un tubo interior de acero, con una carcasa de hormigón intercalada entre los dos tubos. La tubería de FRP se detiene en la superficie inferior y está confinada en la capa de hormigón desde el exterior. La tubería de acero está incrustada en la base y la longitud es 1,8 veces el diámetro de la tubería de acero. La longitud y la lateralidad de las barras cilíndricas de acero solo las proporcionan los tubos de acero. Gran columna HC-FCS con un diámetro de 24 pulgadas la altura de la carga aplicada es de 96 pulgadas. En el curso de dicha investigación, estudia la proporción de cuatro aspectos.

Los estudios demostraron que el rendimiento torsional de las columnas HC-FCS depende principalmente de la rigidez de la tubería de acero y de la interacción entre los componentes de la columna como lo son la carcasa de hormigón, tubería de acero y tubería de FRP. Se compara brevemente la torsión entre columnas de hormigón armado convencionales y columnas HC-FCS. La comparación muestra que ambos tipos de columnas muestran una mayor rigidez inicial bajo cargas de torsión. Sin embargo, las columnas HC-FCS pueden mantener la fuerza de torsión en un ángulo de torsión alto, algo que no hacen las columnas tradicionales de hormigón armado.

Las columnas de los puentes soportan cargas axiales, de flexión, de corte y de torsión durante un terremoto. Los investigadores trataron de desarrollar nuevos sistemas estructurales para aumentar la resistencia y acelerar la construcción de columnas de puentes. El tubo de acero relleno de hormigón (CFST) es uno de los sistemas que se ha desarrollado.

La tubería de acero externa se utiliza como encofrado fijo para proporcionar refuerzo longitudinal y transversal para el núcleo de hormigón y frenar el refuerzo. El núcleo de hormigón se utiliza como material de refuerzo para proporcionar estabilidad lateral y retrasar el pandeo local del tubo de acero. La combinación de tubo de acero y hormigón mejora la resistencia general y la ductilidad de la columna. El costo del material de las columnas CFST es ligeramente más alto que el de las columnas de hormigón armado convencionales, pero más bajo que el de las columnas de acero. CFST se utilizó como pilares de puentes en Europa, China y Japón, y se extendió a los Estados Unidos en forma de pilotes. Recientemente, los polímeros reforzados con fibra (FRP) han reemplazado a las tuberías de acero debido a su alta relación peso-peso y resistencia a la corrosión.

En una de las pruebas descrita por el articulo describe que el ángulo de torsión de la columna es el ángulo en el que la cabeza de la columna gira alrededor de su centro. La distancia entre los dos actuadores del cabezal de carga "a" es de 914 mm. Se giro la columna cromatográfica a θ y determino el desplazamiento correspondiente ∆1 y ∆2 de la lectura del actuador. Por lo tanto, el ángulo de rotación del cilindro se determinó utilizando la fórmula sugerida. Además, la rotación del tubo de FRP se monitoreo para medir cualquier deslizamiento que ocurra entre el tubo de FRP y el cabezal de la columna durante la carga de torsión. La cuerda de longitud L del potenciómetro de cuerda estuvo conectado a la parte superior del tubo de FRP de la columna.

Se determino el ángulo de torsión de FRP "θ1" y fuera de ello también se  determino el ángulo de rotación relativo entre el cabezal de la columna y el tubo de FRP restando "θ1" de "θ". Otro métodos descritos en el artículo consiste en medir el desplazamiento relativo entre el tubo de FRP y la cabeza de la columna. Se conecta una tabla de madera a la parte superior del tubo de FRP en paralelo a la carga. Se fijan dos LVDT horizontalmente en el marco de carga y se conectan a la tabla de madera para medir el desplazamiento correspondiente. Por lo tanto, en la ecuación propuesta, se determina que el desplazamiento relativo es similar. Finalmente, los resultados de los dos métodos para determinar el desplazamiento relativo entre la cabeza de la columna y el tubo de FRP son muy cercanos

Se produce una pérdida de cohesión entre la cabeza de carga y el marco de hormigón en un ángulo de torsión de 0,5 °, lo que resulta en una ligera disminución en la curva de par-ángulo de torsión; sin embargo, la disminución es pequeña. Después de perder la cohesión, el par de la columna depende principalmente de la rigidez de la tubería de acero y de la fuerza de fricción aplicada entre los elementos de hormigón (cimentación, cubierta de hormigón y cabezal de carga) y la tubería de acero. Ésta es la razón por la que el par de la columna continúa aumentando con una rigidez torsional baja. A diferencia de lo que sucede bajo cargas de flexión, la contribución de los tubos de FRP a la resistencia a la torsión es insignificante porque los tubos de FRP no están firmemente fijados en la dirección axial. La rigidez del tubo GFRP permite que el tubo GFRP gire con el marco de hormigón.

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