بررسی عددی مقاوم‌سازی ستونهای بتن‌آرمه با استفاده از ترکیب تسمه‌های فولادی و ورق‌های CFRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد آذرشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، آذرشهر، ایران.

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، واحد آذرشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، آذرشهر، ایران.

چکیده

کاربرد ورق­های پلیمری تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) و روکش‌ فولادی برای مقاوم­سازی ستون‌های بتن‌آرمه رایج است. در پژوهش حاضر، روش جدیدی برای مقاوم‌سازی ستون­ها، با استفاده همزمان‌ از این مصالح پیشنهاد می‌شود. اثر روش ترکیبی بر روی عملکرد ستونها در بارگذاری جانبی، به صورت عددی بررسی می‌گردد. بدین منظور، مدل‌های عددی با استفاده از مدل­های آزمایشگاهی معتبر در زمینه ستون‌های محصور با پوششی از الیاف کربن یا روکش فولادی صحت‌سنجی می­شوند. روش‌ مقاوم‌سازی ستونهای بتنی در مطالعه حاضر، شامل ترکیب لایه‌ای‌ از CFRP در ضخامت‌های مختلف با قفسی فولادی است که به صورت روکش کامل یا ترکیبی از مقاطع L شکل با تسمه‌های فولادی ساخته می‌شود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می‌دهد که استفاده همزمان از روکش فولادی و CFRP باعث افزایش ظرفیت باربری ستون، حداکثر تا 4 برابر ظرفیت باربری ستون تقویت نشده می­گردد. همچنین، روکش‌ جایگزین که متشکل از تسمه اتصال است موجب عملکرد بهتر از نظر افزایش مقاومت و نیز سهولت اجرا می‌شود. در نهایت باید دقت داشت که وجود الیاف کربنی باعث کاهش شکل­پذیری ستونهای مورد مطالعه می­گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of RC Columns Strengthened by the Combination of Steel Strips and CFRP Sheets

نویسندگان [English]

  • Ramin Ketabfroush Badri 1
  • Arash Asefi 2
1 1- Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Azarshahr Branch, Islamic Azad University, Azarshahr, Iran. (Corresponding author)
2 2- MSc Student, Department of Civil Engineering, Azarshahr Branch, Islamic Azad University, Azarshahr, Iran.
چکیده [English]

The carbon-fiber-reinforced polymer sheets (CFRP) and steel jackets are typically used for strengthening of the concrete columns. In the current study, a new approach is considered for the columns retrofitted applying those materials simultaneously. The effect of hybrid methods on the performance of columns under lateral loading is investigated numerically. For this purpose, the numerical models are verified using valid laboratory tests on the columns confined with FRP or steel jackets. Strengthening methods of concrete columns in the present study include the combination of a CFRP layer of different thicknesses and a steel cage, which is made as a complete steel jacket or the combination of L-shaped sections with steel bands. The results show that the concurrent use of steel jacketing and CFRP wrapping techniques increase the bearing capacity of the column, up to 4 times the bearing capacity of the unreinforced column. The alternative steel jackets composed of the connection strips lead to better performance in terms of the increasing strength, as well as the ease of execution. Ultimately, it should be noted that the presence of carbon fibers reduces the ductility of the studied columns.

کلیدواژه‌ها [English]

  • retrofitting
  • Steel Strips
  • CFRP sheets
  • Reinforced concrete column
 
[1].       Afshin H, Shirazi MRN, Abedi K. (2019). Experimental and numerical study about seismic retrofitting of corrosion-damaged reinforced concrete columns of bridge using combination of FRP wrapping and steel profiles. Steel and Composite Structures, 30:231-251.
[2].       Belal MF, Mohamed HM, Morad SA. (2015). Behavior of reinforced concrete columns strengthened by steel jacket. HBRC Journal, 11:201-212.
[3].       Chastre C, Silva MA. (2010). Monotonic axial behavior and modelling of RC circular columns confined with CFRP. Engineering Structures, 32:2268-2277.
[4].       Daemi A, Khaloo A. (2016). A Finite Element Study on Seismic Behavior of Various Concrete Column Retrofitting Methods. Journal of Concrete Structures and Materials, 1:5-22. doi:10.30478/jcsm.2016.47141.
[5].       Del Zoppo M, Di Ludovico M, Balsamo A, Prota A, Manfredi G. (2017). FRP for seismic strengthening of shear controlled RC columns: Experience from earthquakes and experimental analysis. Composites Part B: Engineering, 129:47-57.
[6].       Ezz-Eldeen H. (2016). Steel jacketing technique used in strengthening reinforced concrete rectangular columns under eccentricity for practical design applications. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), 35
[7].       Garzón-Roca J, Adam JM, Calderón PA, Valente IB. (2012). Finite element modelling of steel-caged RC columns subjected to axial force and bending moment. Engineering Structures, 40:168-186.
[8].       Habibpour M, Farhang F. (2015). Strengthening Of RC Columns Using Multi Directional FRP Composites. Journal of concrete research, 8:101-115.
[9].       Katsumata H, Kobatake Y. (1996). Seismic Retrofit with carbon fibers for reinforced concrete columns. Strain, 12:4.
[10].     Li J, Gong J, Wang L. (2009). Seismic behavior of corrosion-damaged reinforced concrete columns strengthened using combined carbon fiber-reinforced polymer and steel jacket. Construction and Building Materials, 23:2653-2663.
[11].     Obaidat YT. (2011). Structural Retrofitting of Concrete Beams Using FRP. Doctoral thesis, Lund University, Lund, Sweden
[12].     Paultre P, Boucher-Trudeau M, Eid R, Roy N. (2016). Behavior of Circular Reinforced-Concrete Columns Confined with Carbon Fiber–Reinforced Polymers under Cyclic Flexure and Constant Axial Load. Journal of Composites for Construction, 20:04015065.
[13].     Salman HM, Al-Sherrawi MH. (2018). Finite Element Modeling of a Reinforced Concrete Column Strengthened with Steel Jacket. Civil Engineering Journal, 4:916-925.
[14].     Sung YC, Liu KY, Su CK, Tsai IC, Chang KC. (2005). A study on pushover analyses of reinforced concrete columns. Structural Engineering and Mechanics, 21:35-52.
[15].     Tarabia A, Albakry H. (2014). Strengthening of RC columns by steel angles and strips. Alexandria Engineering Journal, 53:615-626.
[16].     Wang D, Huang L, Yu T, Wang Z. (2017). Seismic performance of CFRP-retrofitted large-scale square RC columns with high axial compression ratios. Journal of Composites for Construction, 21:04017031.
[17].     Wang D, Wang Z, Yu T, Li H. (2018). Seismic performance of CFRP-retrofitted large-scale rectangular RC columns under lateral loading in different directions. Composite Structures, 192:475-488.
[18].     Wang J, Yang J, Cheng L. (2019). Experimental study of seismic behavior of high-strength RC columns strengthened with CFRP subjected to cyclic loading. Journal of Structural Engineering, 145:04018240.
[19].     Yang J, Wang J. (2018). Seismic performance of shear-controlled CFRP-strengthened high-strength concrete square columns under simulated seismic load. Journal of Composites for Construction, 22:04018061.
[20].     Zeng J, Lin G, Teng J, Li L. (2018). Behavior of large-scale FRP-confined rectangular RC columns under axial compression. Engineering structures, 174:629-645.
دوره 5، شماره 2 - شماره پیاپی 10
پاییز و زمستان 1399
صفحه 94-109
  • تاریخ دریافت: 11 مهر 1399
  • تاریخ بازنگری: 23 آذر 1399
  • تاریخ پذیرش: 24 آذر 1399