بررسی تاثیر پارامترهای کلیدی در عملکرد لرزه ای ستون های بتن مسلح مقاوم سازی شده به روش نزدیک سطح

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

در مطالعه‌ی حاضر، یک روش مقاوم‌سازی براساس مدفون کردن نوارهای پلیمری کربنی چسبیده در نزدیک سطح در پوشش بتن به منظور بهبود ظرفیت خمشی ستون‌ها ناشی از بارهای جانبی رفت و برگشتی استفاده شده است. در این روش، از بروز پدیده جدا شدن جلوگیری شده که قادر به استفاده از ظرفیت کامل نوار است و همچنین حفاظت بالاتر در برابر آتش سوزی فراهم می‌شود. از روش المان محدود جهت مشاهده و بررسی رفتار خمشی ستون بتنی تقویت شده با روش نزدیک سطح استفاده شده است. بدین منظور از مدل‌های رفتاری بتن و فولاد چند خطی در نرم‌افزار اپنسیس استفاده شدند و پس از اعتبارسنجی، نتیجه‌ی مدل‌سازی با نتایج تجربی آزمایشگاهی تطبیق بسیار خوبی داشتند. پارامترهای مدل‌سازی مانند قطر میلگرد مدفون‌، مقاومت فشاری بتن و تعداد نوارهای پلیمری در ساخت مدل‌های عددی در نظر گرفته شدند. نتایج حاصل از تحلیل نمونه‌های تقویت شده تحت بارگذاری چرخه‌ای جانبی نشان داد که افزایش قابل توجهی در ظرفیت باربری ستون‌ها با استفاده از روش بکاربردن المان در نزدیک سطح در حالت‌های مختلف بدست می‌آید. نتایج عددی با نتایج مطالعه تحلیلی براساس سازگاری کرنش مقایسه شد که تطبیق قابل قبولی بین دو نتایج مشاهده شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of Effectiveness of Key Parameters on Seismic Performance RC Columns Strengthened with Near-Surface Mounted (NSM) Method

نویسندگان [English]

  • Mohammad-Kazem Sharbatdar 1
  • Mehdi Alizadenozari 2
1 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

In this paper, a strengthening method based on embedded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips in near surface on concrete cover was applied for improving flexural capacity of reinforced concrete columns with low strength compressive concrete subjected lateral cyclic loads. The debonding phenomena is prevented in this suggested method and the strip capacity is completely used and there is more protection against fire. In order to investigate the flexural behavior of near surface mounted (NSM) strengthened RC columns, a finite element method is sued. poly-linear behavior of concrete and steel was used. There was good similarity between finite element and experimental results that indicates suggested model was calibrated. The new models consisting of different variables such as embedded steel bar diameter, concrete strength, and the numbers of CFRP strips were considered. The test results show that by using the NSM technique, the flexural strength and lateral load capacity of the columns increase significantly. The numerical results were also compared with the results obtained from the analytical study that was conducted based on strain compatibility. A good agreement between analytical and experimental results was observed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NSM method
  • RC Column
  • Carbon fiber reinforced polymer
  • OpenSees
  • Flexural capacity
  1. FIB. (2001). Externally bonded FRP reinforcement for RC structures. Bulletin 14.Lausanne. p. 138.
  2.  ACI. (2002). Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures. American concrete institute (Committee 440); p. 118.
  3. Warren, G. E. (1998). Waterfront repair and upgrade, Advanced Technology Demonstration Site No. 2: Pier 12, NAVSTA San Diego, Site Specific Report SSR-2419-SHR, Naval Facilities Engineering Service Center, Port Hueneme, CA.
  4. Nordin, H. , Täljsten, B. “Concrete beams strengthened with prestressed near surface mounted CFRP,” Journal of Composites for Construction, vol. 10, no. 1, pp. 60–68, 2006. 
  5. Ordin, H., Täljsten, B. , Carolin, A. (2001). “Concrete beams strengthened with prestressed near surface mounted reinforcement (NSMR)”, Proceedings, International Conference on FRP Composites in Civil Engineering, Volume 2, Teng J.-G. (Ed). ISBN: 0-08-043945-4, (2001), pp. 1067–1075.
  6. Olivova, K., Bilcik, J., “Strengthening of concrete columns with CFRP”. Slovak Journal of Civil Engineering 2009: 1-9.
  7. Yu, B., Kodur, V.K.R., “Effect of Temperature on Strength and Stiffness Properties of NSM FRP Reinforcement”. Composites part B 2014; 58: 510-17.
  8. Chellapandian, M., Suriya Prakash, S., Sharma, A., “Strength and Ductility of Innovative Hybrid NSM Reinforced and FRP Confined Short RC Columns under Axial Compression”, Composite Structures (2017).
  9. Jiang, Sh., Zeng, X., Shen, Sh., Xu, X.,  “Experimental studies on the seismic behavior of earthquake-damaged circular bridge columns repaired by using combination of near-surface-mounted BFRP bars with external BFRP sheets jacketing”, Engineering Structures, Volume 106, 1 January 2016, Pages 317-331.
10. Bournas, D., and Triantafillou, T. (2009). “Strengthening of reinforced concrete columns with near-surface-mounted FRP or stainless steel.” ACI Struct. J., 106(4), 495–505.

  1. 11.  Barros ,J.A.O., Varma, R.K.J., Sena-Cruz, M. , Azevedo, A.F.M.,  (2008). “Near surface mounted CFRP strips for the flexural strengthening of RC columns: Experimental and numerical research”. Engineering Structures, Volume 30, Issue 12, December 2008, Pages 3412-3425.
12. Barros JAO, Dias SJE. (2006). “Near surface mounted CFRP laminates for shear strengthening of concrete beams”,  J Cem Concr Compos ;28(3):27692.

13. Mazzolini, S., McKenna, F., Scott, M. H., and Fenves, G. L. (2006). “Open system for earthquake engineering simulation, user command-language manual, Version 2.4.4.” Pacific Earthquake Engineering Research Center, Univ. of California, Berkeley, CA.

14. Menegotto M., Pinto P.E. (1973), “Method of anaysis for cyclically loaded reinforced concreteplane frames including changes in geometry and non-elastic behavior of elements undercombined normal force and bending”, IABSE Symposium of Resistance and UltimateDeformability of Structures Acted on by Well-Defined Repeated Loads, InternationalAssociation of Bridge and Structural Engineering, Libson, Portugal, Vol. 13: 15-22.

15. Designers’ 2005 Guide to EN 1992-1-1 and EN 1992-1-2. Eurocode 2: Design of Concrete Structures. General Rules and Rules for Buildings and Structural Fire Design. A. W. Beeby and R. S. Narayanan. 0 7277 3105 X. Published.

16. Todeschini, C., Bianchini, A.C., and Kesler, C.E. (1964). “Behavior of Concrete Columns Reinforced with Strength Steels”, ACI Journal, Proceedings, 61(6), 701-716.