Journal of Concrete Structures and Materials

Journal of Concrete Structures and Materials

The Investigation of Dynamic properties Effects on the Seismic Behavior of Duplex Reinforced Concrete Structures Strengthened with FRP Sheets

Document Type : Original Article

Authors
Fatemeh Talehi 1
Mohammad Kazem Sharbatdar 2
1 M.Sc ,Structural, Faculty of Civil Engineering, Semnan University
2 Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
10.30478/jcsm.2021.294666.1213
Abstract
Many concrete structures do not meet the provisions of new regulations due to the reasons such as duplex structures and there is not direct suggestion given by provisions, so it is necessary to provide strengthening and rehabilitation methods such structures among which the use of FRP sheet. In this paper, the seismic behavior of regular and duplex reinforced concrete buildings non-strengthened and strengthened with CFRP was studied via non-linear analyses fifty buildings with 3, 5,10 and 15 stories with the span number of 1-5. Different parameters such as the maximum displacement of the structure, drift, the shear force applied on the stories, the performance points and the structure capacity curve have been studied and the structure strengthening effect and the structure making duplex effect and the height increase effect and the number of spans were investigated. The results indicated that confining the beams and columns of the reinforced concrete structure with CFRP increased the area under the pushover curve which indicates the structure depreciated energy. Even more the initial gradient and stiffness of the strengthened structure were 1.5-2.5 times more than those of original structure. Generally, 5- story building showed better behavior in terms of maximum stiffness and minimum displacement, and 15- story building showed the best performance in terms of greater energy absorption comparing the other structures. By comparing the capacity curves of the regular and duplex buildings, it can be expressed that the maximum initial stiffness and the minimum lateral displacement belong to the duplex model.
Keywords
Reinforced Concrete Structures Strengthening CFRP
Duplex
Structures Performance
Capacity Curve
Subjects
  1. قدرتی ­امیری، غلامرضا، رادمان، بهنام. "بهسازی لرزه­ای ساختمان­های بتن مسلح تقویت شده با الیاف CFRP"، چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه تهران، تهران ، ایران، اردیبهشت
  2. Sheikh, G.Yau, "Seismic Behavior of Concrete Columns Confined With Steel and Fiber Reinforced Polymers", ACI Structural Journal, Vol. 99, No. 1, 2002, pp 72-80.
  3. توکلی­زاده، محمدرضا، قدس، امیر صمد. "مروری بر آیین­نامه تقویت عضوهای بتنی با ورق­های   FRP  (ACI 440.2R-08)".
  4. فاروقی، علیرضا. "راهنمای کاربردی بهسازی لرزه­ای سازه­ها"، کتاب، نشر سیمای دانش، چاپ سوم، 1388.
  5. بهنام، مهسا. "بررسی رفتار ساختمان­های بلند دوبلکسی فولادی (با اختلاف تراز) با هسته مقاوم بتن مسلح"، پایان­نامه کارشناسی ارشد دانشگاه سمنان، سمنان، شهریور 1393.
  6. G. Razaqpur, A. H. Kashef, “State-of-the-Art on Fiber Reinforced Plastics for Buildings”, Institute for Research in Construction – National Research Council of Canada, Carleton University, Ottawa, 1993.
  7. اقبالی، علی­اکبر. "ارزیابی عملکرد لرزه­ای ساختمان­های بتنی طراحی شده بر اساس آیین­نامه­ی 2800، با روش طیف ظرفیت"، پایان­نامه کارشناسی ارشد دانشگاه یزد، یزد، شهریور 1383.
  8. "Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures", Reported by ACI Committee 440, 2002.
  9. خالو، علیرضا، دریابیگی، سیدرضا. تقویت سازه­های بتن مسلح با کامپوزیت FRP، چاپ اول ، نشر دانشگاه صنعتی شریف، ایران، 1387.
  10. G. Teng, L. Lam, "Behavior and Modeling of Fiber Reinforced Polymer-Confined Concrete", Journal of Structural Engineering, Vol. 130, No. 11, November 1, 2004.
  11. میرنظامی، علیرضا. "بررسی رفتار ساختمان­های نامنظم فولادی با اختلاف تراز طبقات (ساختمان های دوبلکسی) "، پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی عمران- گرایش سازه، دانشگاه سمنان، 1382.
  12. نعیم، فرزاد. "طرح سازه­ها در برابر زلزله"، کتاب مرجع، ترجمه اوشک سرائی، جلد اول، انتشارات دانشگاه گیلان، 1374.
  13. Kheyroddin, A.Mirnezami, "Seismic behavior steel building with different floor", Proc.,National conf. on Code of Practice for Seismic Design of Building, Tehran,Iran, 2002.
  14. Dyah Kusumastuti, "Development of Benchmark Model for Irregular Structures", Department of Civil, Structural, and Environmental Engineering, University at Buffalo.
  15. J. Athanassiadou, "Seismic performance of R/C plane frames irregular in elevation", Department of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki, Greece, Engineering Structures. 2007
  16. خیرالدین، علی، کارگران، علی. " بررسی رفتار لرزهای ستونهای کوتاه بتن آرمه ناشی از احداث سازه برروی سطح شیبدار"، مجله مدل سازی در مهندسی، سال 7، شماره 18، 1388، صفحه 57-62.
  17. خلیلی، علی، خیرالدین، علی، شربتدار، محمدکاظم، فراهانی، احمد. " بررسی رفتار غیرخطی قابهای بتن مسلح مقاوم­سازی شده به کمک طوقه و دستک فولادی در اتصال و تقویت تیر و ستون"، مجله مدل سازی در مهندسی، سال 14، شماره 46، 1395، صفحه 25-38.
  18. Haedir, XL. Zhao, , "Design of short CFRP-reinforced steel tubular columns", Journal of Constructional Steel Research.67:497-509. 2011.
  19. Lieping, Yue Qingrui, Zhao shuhong, Li Quanwang, "Shear strength of reinforced concrete columns strengthened with carbon Fiber Reinforced plastic sheet", Journal of Structural Engineering.;128: 1527-1534. 2002.
  20. Moretti, TP. Tassios, "Behaviour of short columns subjected to cyclic shear displacements: Experimental results." Engineering Structures:29;2018-2029. 2007.
  21. Moretti, TP. Tassios, "Behaviour and ductility of reinforced concrete short columns using global truss model", ACI Structural Journal.;103 :319-327. 2006.
  22. Uy, Z. Tao, LH. Han, "Behavior of short and slender concrete-filled stainless steel tubular columns." Journal of Constructional Steel Research. 67:360-378. 2011.
  23. Liang, S. Fragomeni, "Nonlinear analysis of circular concrete-filled steel tubular short columns under axial loading." Journal of Constructional Steel Research.65:2186-2196. 2009.
  24. K. Zou, J.G. Teng, L.De Lorenzis, S.H. Xia, "Optimal performance-based design of FRP jackets for seismic retrofit of reinforced concrete frames", Composites: Part B 584–597, 2006.
  25. Niroomandi, A. Maheri, M.R. Maheri, S.S. Mahini, "Seismic performance of ordinary RC frames retrofitted at joints by FRP sheets", Engineering Structures 32 (2010) 2326_2336, 2010.
  26. A. Hadigheh, M.R. Maheri, S.S. Mahini, "Performance Of Weak-Beam, Strong-Column Rc Frames Strengthened at The Joints By FRP", IJST, Transactions of Civil Engineering, Vol. 37, No.C1, pp 33-51, 2013.
  27. D. Ludovico, A. Prota, G. Manfredi, E. Cosenza, "Seismic strengthening of an under-designed RC structure with FRP", Department of Structural Engineering, University of Naples Federico II, 80125 Naples, Italy, 2007.
  28. Mortezaei, H.R. Ronagh, A. Kheyroddin, "Seismic evaluation of FRP strengthened RC buildings subjected to near-fault ground motions having fling step", Composite Structures 92 ,1200–1211, 2010.
  29. Eslami, H.R. Ronagh, "Improving the Seismic Performance of an 8-storey RC Frame Using GFRP", University of Queensland, Australia, 15 Wcee Lisboa 2012.
  30. تسنیمی، عباسعلی، جعفری، مرتضی. "تحلیل غیرخطی قاب­های خمشی بتن مسلح با شکل­پذیری زیاد به روش طیف ظرفیت"، نشریه مهندسی ساختمان و علوم مسکن، شماره پنجم، دوره دوم، پائیز و زمستان ١٣83.
  31. دانش، فخرالدین ، شاهرودی، مهناز. "بررسی ظرفیت شکل­پذیری ستون­های بتنی تقویت شده با الیاف CFRP"، نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری- دانشکده فنی، دوره ٤٤ ، شماره ٤، دی ١٣٨٩.
  32. بهرامی، معصومه، آقایاری، رضا. "بررسی رفتار و شکل پذیری برشی تیرهای عمیق بتن مسلح تقویت شده با FRP" ، مجله مدلسازی در مهندسی، سال شانزدهم، شماره 52بهار 1397
  33. روح پرور، محمدرضا، حاجی کاظمی، حسن. "کاربرد مصالح FRPدر بادبندهای کمانش ناپذیر"، مجله مدلسازی در مهندسی، سال پانزدهم، شماره ،50پاییز 1396.
  34. قاسمی، محمدرضا، شهریاری احمدی، آرش، توکلی زاده، محمدرضا. "تحلیل عددی رفتار خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با مواد کامپوزیتی FRP با استفاده از روش اجزا محدود"، پایان نامه کارشناسی ارشد عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان،1388.
  35. آیین­نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ایران، ویرایش چهارم، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 139۸.
  36. "دستورالعمل بهسازی لرزه­ای ساختمان­های موجود"، نشریه شماره 360، معاونت امور فنی، تدوین معیارها و کاهش خطرپذیری ناشی از زلزله، 1385
  37. Karimipour, A., Mohebbi Najm Abad, J., Fasihihour, N., “Predicting the load-carrying capacity of GFRP-reinforced concrete columns using Artificial neural networks and Evolutionary Strategy”, Composite Structures, 275(2):114470.DOI:10.1016/j.compstruct.2021.114470
  38. Bagheri, M., Chahkandi, A., and Jahangir, H., "Seismic Reliability Analysis of RC Frames Rehabilitated by Glass Fiber-Reinforced Polymers" International Journal of Civil Engineering, 2019; 17: 1785–1797.
    DOI: 10.1007/s40999-019-00438-x.
  39. Jahangir, H., Bagheri, M. and Delavari, S.M.J.,”Cyclic Behavior Assessment of Steel Bar Hysteretic Dampers Using Multiple Nonlinear Regression Approach.” Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Civil Engineering, 2020. pp.1-25. DOI: 10.1007/s40996-020-00497-4.
  40. Jahangir, H., and Rezazadeh Eidgahee, D. “A New and Robust Hybrid Artificial Bee Colony Algorithm–ANN Model for FRP-Concrete Bond Strength Evaluation.” Composite Structures, 2020.

  • Receive Date 11 July 2021
  • Revise Date 27 September 2021
  • Accept Date 30 October 2021