مدل‌سازی اتصالات تیر به ستون پیش‌ساخته بتنی گروتی- تزریقی تحت بارگذاری چرخه‌ای

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله

2 پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله

چکیده

     با افزایش روز افزون استفاده از سازه ­های پیش ­ساخته بتنی در صنعت ساختمان، نیاز به انجام مطالعات بر روی این سازه ­ها بیش از پیش احساس می­ شود. در قاب ­های پیش­ ساخته بتنی، تیر از میان یک دهانه تا میان دهانه کناری به­ صورت یک­ تکه و پیش ­ساخته تولید می­شود و بر روی ستون طبقه زیرین قرار می­گیرد. در ناحیه اتصال تیر به ستون، سوراخ­ هایی در تیر برای عبور میلگردهای ستون تعبیه می­شوند. میلگردهای انتظار ستون تحتانی از درون این سوراخ ­ها عبور کرده و پس از اجرای طبقه فوقانی درون داکت­ های (Duct) فولادی موج­دار که در زیرستون فوقانی تعبیه شده‌اند قرار می­گیرند و سپس درون تمام سوراخ ­ها و داکت‌ها گروت تزریق می­شود. عملکرد لرزه ­ای قاب­ های پیش­ ساخته بتنی به رفتار اتصالات تیر به ستون وابسته است و برای طراحی این سازه­ ها لازم است رفتار غیرخطی اتصالات در مدل تحلیلی سازه لحاظ شود. در این مقاله مطالع ه­ای آزمایشگاهی که پیش از این توسط محققین دیگر بر روی اتصالات پیش ­ساخته بتنی انجام شده است معرفی می­گردد. سپس مدل تحلیلی برای شبیه ­سازی اتصالات تیر به ستون بتنی ارائه می­شود و نمونه ­های آزمایشگاهی با استفاده از این مدل تحلیل می­گردند. براساس نتایج این مطالعه، مدل پیشنهادی رفتار هیسترزیس (Hysteretic) اتصالات پیش­ ساخته را با دقت قابل قبولی پیش­ بینی می­کند. این مدل قادر است سختی و مقاومت و همچنین زوال مقاومت و جمع شدگی منحنی هیسترزیس اتصالات را به­ خوبی شبیه­ سازی کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Analytical Modeling of Precast Concrete Grouted Beam- column Joints under Cyclic Load

نویسندگان [English]

  • Mehrafarin Naserkhaki 1
  • Akbar Vasseghi 1
  • Babak Mansouri 2
1 International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran
2 International Institute of Earthquake Engineering and Seismology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Precast concrete frame structures are in many respects superior to the traditional cast-in-place concrete structures. The structural components are built with good quality assurance in a controlled environment and building construction require less site work and can be done at a rapid paste. However, seismic performance of these structures is significantly affected by the behavior of beam-column connections. Fig. 1 shows a typical connection in which the column reinforcements are passed through corrugated steel ducts (sleeves) within the precast beam. The moment resisting connection is finally formed by grouting the sleeves after the top column is set in place. In this paper, a simplified model is presented to simulate the behavior of such joints under cyclic loading condition. The analytical model is verified with experiments which were carried out on five large-scale specimens representing such connections.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Precast concrete
  • Frame structure
  • beam- column joints
  • grouted sleeves
  • Analytical Model
  • Experimental verification
واثقی ا، منصوری ب، رویین­ تن ص، "مطالعه امکان­ سنجی سیستم سازه­ای مرکزگرا برای پایه متداول پل­ های بزرگراهی در کشور"، نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، 1399.
دفتر مقررات ملّی ساختمان، وزارت راه و شهرسازی، "مقررات ملّی ساختمان ایران، مبحث نهم، طرح و اجرای ساختمان­ های بتن آرمه"، ویرایش چهارم، تهران، ایران، 1392.
ACI-ASCE Committee 550, “Emulating cast-in-place detailing in precast concrete structures, 550.1R-01”, Farmingtone Hills, US, 2001.
Bentz EC, “Response-2000. 1.0.5”, Torento, Canada, 2000.
Bentz EC, “Triax-2000. 1.0.0”, Torento, Canada, 2000.
FIB, “Seismic design of precast concrete building structures, FIB27”, Lausanne, Switzerland, 2003.
Ghosh SK, Nakaki SD, Krishnan K, “Precast structures in regions of high seismicity: 1997 UBC design provisions”, PCI Journal, 1997, 42 (6), 76‐93.
Ibarra LF, Medina RA, Krawinkler H, “Hysteretic models that incorporate strength and stifness deterioration”, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 2005, 34, 1489-1511.
Kim YM, “A study of pipe splice sleeves for use in precast beam-column connections”, Masters Thesis, University of Texas, Austin, US, 2000.
Lin CM, “Seismic behaviour and design of reinforced concrete interior beam column joints”, PhD Thesis, University of Canterbury, New Zealand, 1999.
Lowes LN, Mitra N, Altoontash A, “A beam-column joint model for simulating theearthquake response of reinforced concrete frames”, Prepared by Pacific Earthquake Engineering Research Center California, University of California, Berkeley, US, 2003.
Lu C, Dong B, Pan J, Shan Q, Hanif A, Yin W “An investigation on the behavior of a new connection for precast structures under reverse cyclic loading”, Engineering Structures, 2018, 169, 131-140.
Mander JB, Priestley MJN, Park R, “Theoretical stress-strain model for confined concrete”, Journal of Structural Engineering, 1988, 114 (8), 1804-1826.
Mashal M, Palermo A, “Low-damage seismic design for accelerated bridge construction”, Journal of Bridge Engineering, 2019, 24 (7).
Mazzarolo E, “Analysis and development of an innovative prefabricated beam-to-column joint”, PhD Thesis, University of Trento, Italy, 2012.
Menegotto M, Pinto PE, “Method of analysis for cyclically loaded R.C. plane frames including changes in geometry and non-elastic behaviour of elements under combined normal force and bending”, Proc of Symposium on the Resistance and Ultimate Deformability of Structures Acted on by Well Defined Repeated Loads, International Association for Bridge and Structural Engineering,  Lisbon, Portugal, 1973.
New Zealand Concrete Society and the New Zealand Society for Earthquake Engineering”, Guidelines for the use of structural precast concrete in buildings”, Christchurch, University of Canterbury, 1999.
Park R, “Seismic design and construction of precast concrete buildings in New Zealand”, PCI Journal, 2002, 47 (5), 60‐75.
PCI Handbook Committee, “PCI design handbook 6th edition (precast and prestressed concrete)”, Chicago, US, 2004.
Popa V, Papurcu A, Cotofana D, Pascu R, “Experimental testing on emulative connections for precast columns using grouted corrugated steel sleeves”, Bulletin of Earthquake Engineering, 2015, 13, 2429-2447.
Restrepo JI, Park R, Buchanan AH, “Tests on connections of earthquake resisting precast reinforced concrete perimeter frames of buildings”, PCI Journal, 1995, 40 (4), 44-61.
Riva P, “Seismic behaviour of precast column-to-foundation grouted sleeve connections”, Advances in Enginnering Structures, Mechanics & Construction, 2006, 121-128.
SeismoSoft Ltd, “SeismoStruct. 2018”, Pavia, Italy, 2018.
Tullini N, Minghini F, “Grouted sleeve connections used in precast reinforced concrete construction- experimental investigation of a column to column joint”, Engineering Structures, 2016, 127, 784-803.
Vecchio FJ, Collins MP, “The modified compression-field theory for reinforced concrete elements subjected to shear”, ACI Journal, 1986, 83 (22), 219-231.
Walraven J, “Rough cracks subjected to earthquake loading”, Journal of Structural Engineering, 1994, 120 (5), 1510-1524.
Yu W, “Inelastic modeling of reinforcing bars and blind analysis of the benchmark tests on beam-column joints under cyclic loading”, Master’s Thesis, ROSE School, Pavia, Italy, 2006.
Zhao J, Sritharan S, “Modeling of strain penetration effects in fiber-based analysis of reinforced concrete structures”, ACI Structural Journal, 2007, 104 (2), 133-141.