نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سازه، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

در چند دهه ی اخیر، مقاوم سازی ستون های بتنی و بررسی رفتار آنها تحت بار زلزله به خصوص از نقطه نظر شکل پذیری و قابلیت جذب انرژی سازه، مورد توجه قرار گرفته است. بخش قابل توجهی از این مطالعات بر محصور سازی اعضای بتنی به منظور افزایش شکل پذیری و جذب انرژی آنها در برابر نیروهای ناشی از زلزله می باشد. در این مطالعه 3 روش عمده برای مقاوم سازی ستون های بتنی شامل تقویت ستون با استفاده از ورق های FRP، استفاده از ژاکت فولادی و استفاده از ژاکت بتنی در مقاوم سازی ستون مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است.
در این راستا مقاوم سازی ستون های بتنی تحت بارهای لرزه ای با بکارگیری تحلیل های عددی با استفاده از نرم افزارABAQUS انجام گرفت. ابتدا روش عددی با نتایج حاصل از مطالعات تجربی صحت سنجی گردید. با استفاده از نمونه هایی با متغیر های شامل مقاومت بتن، نوع الیاف و تعداد لایه های FRP برای بتن تقویت شده باFRP ، متغیر ها شامل ابعاد ورق ها، تعداد و ضخامت ورق های فولادی برای ستون های تقویت شده با ژاکت فولادی و متغیرها شامل مقاومت بتن، ابعاد پوشش بتن و اندازه تنگ و فاصله بین آنها برای ستون های تقویت شده با ژاکت بتنی، در 3 روش، میزان مقاومت، شکل پذیری و افزایش ظرفیت جذب انرژی بر اساس نتایج حاصل مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که نمونه های تقویت شده با ورق های FRP، عمدتاً باعث بهبود در شکل پذیری شده اند. نمونه های تقویت شده با بتن اگرچه باعث بهبود قابل توجه در تحمل حداکثر مقاومت برشی شده و دامنه عملکرد خطی را ارتقاء داده اند و نیز قابلیت جذب انرژی را بهبود بخشیده اند لیکن شکل پذیری مناسبی از خود نشان نداده اند و نمونه های تقویت شده با ژاکت فولادی، ضمن بهبود در بیشینه مقاومت برشی و قابلیت جذب انرژی، شکل پذیری مناسبی را از خود نشان داده اند. در حالتی که متغیر های سه روش مقاوم سازی با بار محوری ثابت را طوری تغییر دادیم که ظرفیت باربری جانبی یکسان داشته باشند، نمونه ژاکت فولادی و بتنی شکل پذیری بهتری نسبت به نمونه تقویت شده با FRP نشان می دهند. همچنین نمونه تقویت شده با ژاکت فولادی بیشترین جذب انرژی را دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A Finite Element Study on Seismic Behavior of Various Concrete Column Retrofitting Methods

نویسندگان [English]

  • Atieh Daemi 1
  • Alireza Khaloo 2

1 M.Sc. Structural Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

2 Distinguished Professor, Department of Civil Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

In recent decades, concrete column retrofitting methods and their seismic behavior under cyclic loading, especially from ductility and energy absorption standpoints, have been extensively focused by researchers. Significant amount of this research has been allocated to confinement of concrete elements in order to advance the ductility and energy absorption capability of the concrete structures facing the forces induced by earthquake. In this study four methods of concrete column retrofitting methods, including FRP plates, steel jackets, and concrete jackets, have been assessed and thoroughly compared with each other in terms of seismic behavior advancement measurements. To achieve this objective, different retrofitting methods were simulated in ABAQUS FEA software, based on prominent finite element analysis and numerical modeling. The modeling results were verified with equivalent experimental tests which further validates the accuracy of the modeling approach. In addition, the impact of the following variables were studied using sensitivity analysis on the replicated models: Core concrete strength, texture and number of layers of FRP plates, size and thickness of steel plates, and dimensions of concrete jacket, along with diameter and placing of stirrups and bars. Strength, ductility, and energy absorption capacity of the simulated models were recorded in order to compare efficiency of each retrofitting method. Results have shown that retrofitting through FRP plates leads to increasing ductility. Retrofitting using concrete jackets, despite increasing the energy absorption capability and maximum shear strength, will not result in acceptable ductility. On the under hand steel jackets, along with improving a maximum shear strength and energy absorption ability of the element, shows promising improvement in ductility. Moreover, for the models with the same axial load and lateral load capacity, steel jacketing and concrete jacketing methods have proved to show better ductility, compared to FRP. Plus, steel jacketing resulted in the highest energy absorption capability among all the three methods under the aforementioned condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • FRP
  • Steel Jacket
  • Concrete Jacket
  • Concrete Column Retrofitting
  • finite element analysis

[1].  Katsumata, H., Kobatake, Y., & Takeda, T. (1988, August). A study on strengthening with carbon fiber for earthquake-resistant capacity of existing reinforced concrete columns. In Ninth World Conference on Earthquake Engineering, 517-522.

[2].    Garzón-Roca, J., Adam, J. M., Calderón, P. A., & Valente, I. B. (2012). Finite element modelling of steel-caged RC columns subjected to axial force and bending moment. Engineering Structures40, 168-186.

[3].    Vandoros, K. G., & Dritsos, S. E. (2008). Concrete jacket construction detail effectiveness when strengthening RC columns. Construction and Building Materials22(3), 264-276.

[4].    Jankowiak, T., & Lodygowski, T. (2005). Identification of parameters of concrete damage plasticity constitutive model. Foundations of civil and environmental engineering6(1), 53-69.

[5].  Hosseini, A., Khaloo, A. R., & Fadaee, S. (2005). Seismic performance of high-strength concrete square columns confined with carbon fiber reinforced polymers (CFRPs). Canadian Journal of Civil Engineering32(3), 569-578.

[6].  Chastre, C., & Silva, M. A. (2010). Monotonic axial behavior and modelling of RC circular columns confined with CFRP. Engineering Structures32(8), 2268-2277.

[7].  Vandoros, K. G., & Dritsos, S. E. (2008). Concrete jacket construction detail effectiveness when strengthening RC columns. Construction and Building Materials22(3), 264-276.

[8].  Kmiecik, P., & Kamiński, M. (2011). Modelling of reinforced concrete structures and composite structures with concrete strength degradation taken into consideration. Archives of Civil and Mechanical Engineering,11(3), 623-636.

[9].  Tahsiri, H., Sedehi, O., Khaloo, A., & Raisi, E. M. (2015). Experimental study of RC jacketed and CFRP strengthened RC beams. Construction and Building Materials95, 476-485.