مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

مدل تحلیلی برای پیش‌بینی حداکثر مقاومت فشاری ستون‌های بتنی با محصورشدگی گسسته با ورق‌های FRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناس ارشد، دانشگاه مازندران، مازندران، ایران
2 دانشیار، دانشگاه مازندران، بابلسر، مازندران، ایران
3 دانشجوی دکترا، دانشگاه مازندران، مازندران
4 دانشجوی دکترا، دانشگاه مینهو، براگا، پرتغال
چکیده
مدل‌های تحلیلی زیادی برای تعیین حداکثر مقاومت فشاری ستون‌‌های بتنی محصورشده توسط الیاف تقویت شده پلیمری (FRP) ‌با محصورشدگی پیوسته پیشنهاد شده‌اند. با این وجود، قابلیت اتکا به این مدل‌ها برای ستون‌های بتنی با سیستم محصورشدگی گسسته نیازمند بررسی بیشتر می‌باشد. در این مطالعه، مدل جدیدی برای پیش‌بینی مقاومت فشاری ستون‌ بتنی با محصورشدگی گسسته با قابلیت کاربرد برای حالت محصورشدگی پیوسته ارائه شده است. به منظور یکپارچه‌سازی مدل برای حالات محصورشدگی پیوسته و گسسته، براساس مکانیسم رفتاری ستون‌های بتنی با محصورشدگی گسسته، با در نظر گرفتن توزیع فشار جانبی و ناحیه محصور شده موثر، تعریف جدیدی از مفهوم «ضریب موثر محصورشدگی» ارائه می‌شود. متعاقبا، ضریب اصلاح برای فشار جانبی ایجاد شده توسط نوارهای FRP پیشنهاد خواهد شد. برای تعیین بهترین برازش پارامترهای مدل براساس تحلیل رگرسیون و همچنین بررسی عملکرد مدل پیشنهادی، پایگاه داده‌ای جامع شامل 1699 نمونه آزمایشگاهی با محصورشدگی پیوسته و گسسته فراهم شده است. عملکرد مدل پیشنهادی براساس شاخص‌های آماری با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می‌شود. مطابق با مقادیر پیش‌بینی شده توسط مدل و نتیجه گزارش شده از آزمایشگاه، مقدار میانگین خطا (MV) برابر با 0.977 ، ضریب تغییرات (CoV) برابر با 0.211، میانگین درصد خطای مطلق (MAPE) برابر با 0.154، میانگین مربع خطا (MSE) برابر با 0.259، و ضریب تعیین (R2) برابر با 0.864 حاصل شده است. همچنین، عملکرد مدل پیشنهادی با سایر مدل‌های موجود در ادبیات فنی مقایسه می‌شود. شاخص‌های آماری حاصل شده، قابلیت و دقت مدل پیشنهادی و برتری عملکرد آن در مقایسه با سایر مدل‌های موجود را نشان می‌دهند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Analytical Model for Predicting Maximum Compressive Strength of Concrete Columns with Partial Confinement with FRP Sheets

نویسندگان English

Hananeh ِDashtaki 1
Habib Akbarzadeh Bengar 2
Taha Akbarzadeh 3
Javad Shayanfar 4
1 Master of Science, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar
2 Associated professor, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar
3 PhD Candidate, Department of Civil Engineering, University of Mazandaran, Babolsar, Iran
4 PhD Candidate, ISISE, Department of Civil Engineering, University of Minho, Azurém 4800-058 Guimarães, Portugal
چکیده English

Several analytical models have been suggested to determine the maximum compressive strength of concrete columns confined by fiber-reinforced polymer (FRP) full confinement arrangements. However, the capability and reliability of such models need further assessment for the case of partially FRP-confined concrete columns. In this study, a new model is provided to predict the maximum compressive strength of concrete columns with partial confinement which is also applicable to full confinement ones. For unifying the model for full and partial confining systems, based on the confinement mechanism in the case of partially confined concrete, a new definition is proposed for the concept of ‘confinement efficiency factor’ considering the distributions of lateral confining pressure and effective confinement area. Subsequently, a reduction factor is considered in terms of the confinement pressure generated by FRP strips. To find the best-fit model parameters obtained from regression analysis and evaluate the model predictive performance, a compressive experimental dataset comprising 1699 test specimens with full and partial confinement systems has been collected. The performance of the proposed model is assessed with experimental results based on statistical indicators. Based on the values predicted by the model and the results reported by experiments, Mean Value (MV), Coefficient of Variation (CoV), Mean Squared Error (MSE), Mean Absolute Percentage Error (MAPE), and R-squared (R2) were achieved as 0.977, 0.211, 0.154, 0.259, and 0.864, respectively. Furthermore, the performance of the proposed model is evaluated with other models available in the literature. The archived statistical indicators demonstrate the capability and accuracy of the proposed model and its better performance compared to other models.

کلیدواژه‌ها English

Analytical Models
Concrete Columns
Partial Confinement
Confinement Efficiency
Factor
Compressive Strength
[1] Wang, J., Xiao, H., Lu, L., Yang, J., Lu, S., & Shayanfar, J. (2024). Axial stress-strain model for concrete in partially FRP wrapped reinforced concrete columns. Construction and Building Materials, 416, 135028.‏
[2] Liao, J., Zeng, J. J., Zhuge, Y., Zheng, Y., Ma, G., & Zhang, L. (2023). FRP-confined concrete columns with a stress reduction-recovery behavior: a state-of-the-art review, design recommendations and model assessments. Composite Structures, 117313.‏
[3] Valasaki, M. K., & Papakonstantinou, C. G. (2023). Fiber reinforced polymer (FRP) confined circular concrete columns: An experimental overview. Buildings, 13(5), 1248.‏
[4] Oliveira, D. S., Raiz, V., & Carrazedo, R. (2019). Experimental study on normal-strength, high-strength and ultrahigh-strength concrete confined by carbon and glass FRP laminates. Journal of Composites for Construction, 23(1), 04018072.‏
 [5] Shayanfar, J., Barros, J. A., & Rezazadeh, M. (2021). Generalized analysis-oriented model of FRP confined concrete circular columns. Composite Structures, 270, 114026.‏
[6] Zeng, J. J., Guo, Y. C., Gao, W. Y., Chen, W. P., & Li, L. J. (2018). Stress-strain behavior of concrete in circular concrete columns partially wrapped with FRP strips. Composite Structures, 200, 810-828.‏
[7] Zeng, J., Guo, Y., Li, L., & Chen, W. (2018). Behavior and three-dimensional finite element modeling of circular concrete columns partially wrapped with FRP strips. Polymers, 10(3), 253.‏
[8] Guo, Y.C., Gao, W.Y., Zeng, J.J., Duan, Z.J., Ni, X.Y. and Peng, K.D., 2019. Compressive behavior of FRP ring-confined concrete in circular columns: Effects of specimen size and a new design-oriented stress-strain model. Construction and Building Materials, 201, pp.350-368.
[9] Guo, Y.C., Xiao, S.H., Luo, J.W., Ye, Y.Y. and Zeng, J.J., 2018. Confined concrete in fiber-reinforced polymer partially wrapped square columns: axial compressive behavior and strain distributions by a particle image velocimetry sensing technique. Sensors, 18(12), p.4118.
[10] Ghani, M. U., Ahmad, N., Abraha, K. G., Manj, R. Z. A., Sharif, M. H., & Wei, L. (2024). Review and Assessment of Material, Method, and Predictive Modeling for Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Partially Confined Concrete Columns. Polymers, 16(10), 1367.‏
 [11] Lin, S., Zhao, Y.G., Li, J. and Lu, Z.H., 2021. Confining stress path-based compressive strength model of axially loaded FRP-confined columns. Journal of Composites for Construction, 25(1), p.04020077.
 [12] Fib Bulletin 90. Externally applied FRP reinforcement for concrete structures. Task Group 5. 1, International Federation for Structural Concrete, 2019.
 [13] CNR-DT 200. Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening existing structures. Italian National Research Council, 2004.
 [14] ACI 440.2R-17. Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures; American Concrete Institute (ACI): Farmington Hills MI USA, 2017.
 [15] Shayanfar, J., Barros, J. A., & Rezazadeh, M. (2022). Unified model for fully and partially FRP confined circular and square concrete columns subjected to axial compression. Engineering Structures, 251, 113355
 [16] Shayanfar, J., Rezazadeh, M., & Barros, J. A. (2020). Analytical model to predict dilation behavior of FRP confined circular concrete columns subjected to axial compressive loading. Journal of Composites for Construction, 24(6), 04020071.‏
 [17]  Mander, J. B., Priestley, M. J., & Park, R. (1988). Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of structural engineering, 114(8), 1804-1826.‏

  • تاریخ دریافت 06 خرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 18 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 26 آذر 1403