بهسازی لرزه ای ستون های بتن مسلح با نوارهای CFRP تحت بارهای رفت و برگشتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 کارشناسی ارشد مهندسی زلزله، دانشکده مهندسی عمران، موسسه آموزش عالی آل طه

چکیده

در سالهای اخیر استفاده از مواد کامپوزیت در صنایع و رشته های مختلف توسعه یافته است. یکی از زمینه های جدید و پر کاربرد در مهندسی عمران، استفاده از مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) به منظور تقویت و بهسازی سازه های بتن مسلح می باشد. مقاوم سازی سازه های بتن مسلح توسط این مواد با هدف افزایش مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت خمشی صورت می گیرد.
در این مقاله، دو ستون مربعی شکل بتن مسلح محصور نشده و محصور شده با کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) توسط نرم افزار اجزای محدود ABAQUS مدلسازی شده اند و تحت بار محوری ثابت و بار جانبی رفت و برگشتی قرار گرفته اند. به منظور بررسی صحت مدلسازی، نتایج حاصل از مدلسازی ها با نتایج بدست آمده از آزمایشهای تجربی و همچنین روابط آیین نامه ای مقایسه شده و تطابق بسیار خوب بین نتایج بدست آمده است.
مقاوم سازی ستون با نوارهای FRP تاثیر قابل توجهی در کاهش مقدار تغییر مکان ستون، در راستای جانبی و طولی در محل مفصل خمیری، به میزان 50 درصد و افزایش ظرفیت خمشی مقطع تا 5 برابر داشته است. همچنین به‌سازی با این نوارها منجر به افزایش مقاومت فشاری ستون به میزان 30 درصد و افزایش ظرفیت چرخشی در محل اتصالات تا 6 برابر شده است.
مطابق با نتایج حاصله، تقویت ستون ها به این روش منجر به تغییر مود گسیختگی ستون از مود برشی زودرس به مود خمشی، کاهش تغییر مکان ستون در راستای طولی و جانبی در محل تشکیل مفصل خمیری، افزایش ظرفیت خمشی مقطع، افزایش شکل پذیری ستون، افزایش مقاومت فشاری و کرنش محوری ستون، افزایش ظرفیت چرخشی در محل اتصالات می گردد. همچنین بمنظور جلوگیری از مصرف غیر ضروری این مواد کامپوزیت توصیه می شود کاربرد آن در ناحیه مفصل پلاستیک ستون بهینه تر باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Seismic retrofitting of reinforced concrete columns under cyclic loading by CFRP strips

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Aram 1
  • Hosna Noroozbeigy 2
1 Assistant Professor of Nuclear Science and Technology Institude
2 Master of Science in Earthquake Engineering, Civil Engineering Department, Ale Taha Institute of Higher Education
چکیده [English]

In recent years the use of composite materials in various industries has been developed. A new and useful field in civil engineering is to apply of fiber reinforced polymer composite materials for strengthening and retrofitting of the reinforced concrete structures. Retrofitting of reinforced concrete columns by these materials causes to increase strength, ductility and flexural capacity. In this paper, both unconfined and confined concrete columns with composite carbon fiber reinforced polymer (CFRP) have been modeled by ABAQUS finite element software under constant axial loading and cyclic lateral loading.
The FE results have been compared with the experimental results and analytical equations and a very good correlation has been obtained. Retroffited columns in this way resulted in a change in early shear mode to the flexural mode, reducing of column displacement in longitudinal and lateral directions in the plastic hinge region of the column, increasing of flexural capacity, increasing of ductility, increasing of axial compressive strength, increasing of column axial strain and increasing of rotational capacity at the joints.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Seismic Retrofitting
  • FRP
  • Confinement
  • Reinforced Concrete Columns
  • carbon fiber
  • cyclic loading

1-آرم، محمد رضا؛ نصرالله زاده، کورش، (1391)، بهسازی لرزه ای ستون های بتنی با استفاده از نوارهای پیش تنیده FRP (بررسی آزمایشگاهی)، چاپ اول، تهران، انتشارات مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.

2-شهبازی، رضا؛ یکرنگ نیا، محمد، (1393)، ”راهنمای کاربردی Abaqus به همراه مسائل مهندسی عمران“، چاپ دوم، تهران، نشر علم عمران.

3-فدایی، سعید، (1383)، تقویت ستون های بتن آرمه با استفاده از مواد پلیمری (FRP)، اولین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف، 1-10.

4-مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، شورای راهبردی مقاوم سازی، (1392)، ”دستورالعمل مقاوم سازی ساختمان ها با استفاده از FRP“، چاپ اول، تهران، انتشارات مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.

5-Abaqus Analysis User's Manual, ABAQUS 6.12, Universiy of Cambridge, 2012.

6-ACI 440, (2008), Fiber-Reinforced Polymer Reinforcement, American Concrete institute.

7-Abdel-Hay, A. S., (2014), Partial strengthening of R.C square columns using CFRP, HBRC Journal, pp. 1-8.

8-ISIS, (2007), Reinforcing Concrete Structures with Fiber Reinforced Polymers, Isis Canada Research Network.

9-Khairallah, F., (2013), Mechanical behavior of confined self-compacting reinforced concrete circular columns under concentric axial loading, Ain Shams Engineering Journal, Vol. 4, pp. 641-649.

10-Kwan, A. K. H.; He, X. G., (2001), Finite Element Analysis of Effect of Concrete Confinement on Behavior of Shear Walls, Computer and Structures, Vol. 79, pp. 1799-1810.

11-Mander, J. B., Priestley, M. J. N., and Park, R., (1988), Theoretical Stress- Strain Model for Confined Concrete, Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 8, pp. 1804-1826.

12-Raval, R., Dave, U., (2013), Behavior of GFRP Wrapped RC Columns of different shapes, Procedia Engineering, Vol. 51, pp. 240-249.

13-Richart, F.E., Brandtzaeg, A., and Brown, R. L. (1928). “A study of failure of concrete under combined compressive stresses.” Eng. Exp. Station Bull. No. 185, Univ. of Illinois.

14-Rousakis, T. C.; Karabinis, A. I.; Kiousis, P. D., (2006), FRP-confined concrete members: Axial compression experiments and plasticity modeling, Engineering Structures, Vol. 29, pp. 1343-1353.

15-Samaan, M., Mirmiran, A., and Shahawy, M., (1988), Model of Concrete Confined by Fiber Composites, Journal of Structural Engineering, Vol. 124, No. 9, pp. 1025-1031.

16-Sharma, S. S., Dave, U. V, Solanki, H., (2013), FRP wrapping for RC Columns with Varying Corner Radii, Procedia Engineering, Vol. 51, pp. 220-229.