بررسی تحلیلی عملکرد دینامیکی دال های بتن آرمه تقویت شده با ورقه های FRP تحت بارگذاری ضربه

خالو, علیرضا; سلطانی, حسام; عبدوس, هاتف

doi:10.30478/jcsm.2022.335415.1262

بررسی تحلیلی عملکرد دینامیکی دال های بتن آرمه تقویت شده با ورقه های FRP تحت بارگذاری ضربه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استاد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی شریف

² دانشجوی دکتری مهندسی سازه، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

10.30478/jcsm.2022.335415.1262

چکیده

در این مطالعه به بررسی تحلیلی رفتار دال های بتنی مسلح به آرماتورهای فولادی و مقاوم سازی شده با ورقه های FRP تحت بارگذاری ضربه ناشی از سقوط وزنه پرداخته شده است. با استفاده از تئوری صفحات ارتوتروپیک، رابطه حاکم بر مقادیر جابه جایی هر نقطه دلخواه از یک دال بتنی با شرایط تکیه گاهی ساده تعیین و سپس مقادیر حاصل از مطالعات تحلیلی با نتایج مطالعات آزمایشگاهی مقایسه شده که با خطای حداکثر 7 درصدی در تخمین مقادیر جابه جایی، مؤید دقت بالای رابطه تحلیلی پیشنهادی است. همچنین، تأثیر استفاده از لایه های FRP و نیز درصد آرماتورهای فشاری بر بهبود عملکرد دینامیکی دال ها تحت بارگذاری ضربه بررسی شده است. نتایج مطالعات پارامتریک نشان می دهد که افزایش تعداد لایه های GFRP تا 7 لایه در سطح تحتانی دال های بررسی شده می تواند منجر به کاهش 33 درصدی مقادیر جابه جایی شود. همچنین، با افزایش درصد آرماتورهای فشاری به میزان آرماتورهای کششی موجود در مقطع، برای دال های تک آرمه و نیز دال تقویت شده با لایه سراسری از ورقه GFRP به ترتیب کاهش 30 و 23 درصدی مقادیر جابه جایی را به همراه داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

تعمیر، تقویت، بهسازی و نگهداری سازه‌های بتنی

عنوان مقاله [English]

Analytical investigation on the impact response of FRP-retrofitted RC slabs

نویسندگان [English]

Alireza Khaloo ¹
Hesam Soltani ²
Hatef Abdoos ²

¹ Distinguished Professor, Department Civil Engineering, Sharif University of Technology

² Ph.D. student of Structural Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran

چکیده [English]

This study aims to analytically investigate the impact response of FRP-retrofitted RC slabs. In this regard, based on the orthotropic plate theories, an applicable formulation is derived to assess the displacement of simply supported RC slabs due to the applied impact loading induced by dropping an impactor. The results have then been compared with the experimental data available in the literature. The proposed analytical formulation is proved to be reliable and efficacious to an extent that the displacement can be attained up to seven percent error. The effect of number of FRP layers and compressive reinforcement ratio have also been examined on the impact response of FRP-retrofitted RC slabs. The results indicate that adding 7 layers of GFRP strips to the bottom face of the RC slabs can attenuate the displacement values up to 33 percent. Moreover, the effect of compressive reinforcements on improving the impact response of RC slabs was estimated to be 30 and 23 percent, respectively, for RC slabs being examined.

کلیدواژه‌ها [English]

RC slabs
Analytical investigation
Orthotropic plates
Impact loading
FRP layers

مراجع

[1] G.G. Corbett, S.R. Reid, W. Johnson, Impact loading of plates and shells by free-flying projectiles: a review, Int. J. Impact Eng. 18 (1996) 141–230.

[2] R.P. Kennedy, A review of procedures for the analysis and design of concrete structures to resist missile impact effects, Nucl. Eng. Des. 37 (1976) 183–203.

[3] Q.M. Li, S.R. Reid, H.M. Wen, A.R. Telford, Local impact effects of hard missiles on concrete targets, Int. J. Impact Eng. 32 (2005) 224–284.

[4] D.Z. Yankelevsky, Local response of concrete slabs to low velocity missile impact, Int. J. Impact Eng. 19 (1997) 331–343.

[5] Q.M. Li, D.J. Tong, Perforation thickness and ballistic limit of concrete target subjected to rigid projectile impact, J. Eng. Mech. 129 (2003) 1083–1091.

[6] J. Sawan, M. Abdel-Rohman, Impact effect on RC slabs: experimental approach, J. Struct. Eng. 112 (1986) 2057–2065.

[7] N. Kishi, K.G. Matsuoka, H. Mikami, Y. Goto, Impact resistance of large scale RC slabs, in: Proc. Second Asia-Pacific Conf. Shock Impact Loads Struct. Melbourne, Aust., 1997: pp. 213–220.

[8] M. Zineddin, T. Krauthammer, Dynamic response and behavior of reinforced concrete slabs under impact loading, Int. J. Impact Eng. 34 (2007) 1517–1534.

[9] Y. Chen, I.M. May, Reinforced concrete members under drop-weight impacts, Proc. Inst. Civ. Eng. Build. 162 (2009) 45–56.

[10] A.Q. Bhatti, N. Kishi, K.H. Tan, Impact resistant behaviour of RC slab strengthened with FRP sheet, Mater. Struct. 44 (2011) 1855–1864.

[11] N. Kishi, Y. Kurihashi, S. Ghadimi Khasraghy, H. Mikami, Numerical simulation of impact response behavior of rectangular reinforced concrete slabs under falling-weight impact loading, in: Appl. Mech. Mater., Trans Tech Publ, 2011: pp. 266–271.

[12] A. Hummeltenberg, B. Beckmann, T. Weber, M. Curbach, Investigation of concrete slabs under impact load, in: Appl. Mech. Mater., Trans Tech Publ, 2011: pp. 398–403.

[13] A.A. Mutalib, Damage assessment and prediction of FRP strengthened RC structures subjected to blast and impact loads, University of Western Australia, 2011.

[14] J. Radnić, D. Matešan, N. Grgić, G. Baloević, Impact testing of RC slabs strengthened with CFRP strips, Compos. Struct. 121 (2015) 90–103.

[15] W. Wang, N. Chouw, Experimental and theoretical studies of flax FRP strengthened coconut fibre reinforced concrete slabs under impact loadings, Constr. Build. Mater. 171 (2018) 546–557.

[16] H. Sadraie, A. Khaloo, H. Soltani, Dynamic performance of concrete slabs reinforced with steel and GFRP bars under impact loading, Eng. Struct. 191 (2019) 62–81.

[17] K. Daneshvar, M.J. Moradi, K. Ahmadi, H. Hajiloo, Strengthening of corroded reinforced concrete slabs under multi-impact loading: Experimental results and numerical analysis, Constr. Build. Mater. 284 (2021) 122650.

[18] T. Yılmaz, Ö. Anil, R.T. Erdem, Experimental and numerical investigation of impact behavior of RC slab with different opening size and layout, in: Structures, Elsevier, 2022: pp. 818–832.

[19] J.B. Kennedy, S.K. Bali, Rigidities of concrete waffle-type slab structures, Can. J. Civ. Eng. 6 (1979) 65–74.

[20] S.K. Bali, Analytical and experimental studies on the rigidities of orthogonally and non-orthogonally rib-stiffened concrete slabs., (1980).

[21] A. Deb, M. Deb, M. Booton, Analysis of orthotropically modeled stiffened plates, Int. J. Solids Struct. 27 (1991) 647–664.

[22] E. Ventsel, T. Krauthammer, E. Carrera, Thin plates and shells: theory, analysis, and applications, Appl. Mech. Rev. 55 (2002) B72–B73.

[23] A.C. Ugural, Stresses in beams, plates, and shells, CRC press, 2009.

[24] S. Timoshenko, P, and goodier, jn theory of elasticity, (1970).

[25] H. Soltani, A. Khaloo, H. Sadraie, Dynamic performance enhancement of RC slabs by steel fibers vs. externally bonded GFRP sheets under impact loading, Eng. Struct. 213 (2020) 110539.

[26] R.E. Rowe, Concrete bridge design, Elsevier Science & Technology, 1962.

[27] H. Jahangir, D.R. Eidgahee, A new and robust hybrid artificial bee colony algorithm–ANN model for FRP-concrete bond strength evaluation, Compos. Struct. 257 (2021) 113160.