تحلیل عددی اتصالات خارجی تیر- ستون بتن مسلح تقویت‌شده با استفاده از FRP تحت اثر بارهای چرخه ای

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه هرمزگان، بندرعباس

چکیده

زلزله ­های اخیر در سراسر جهان قابلیت آسیب­ پذیری اتصالات تیر- ستون ساختمان­ های بتن مسلح موجود را تحت اثر بارهای لرزه­ای، آشکار ساخت. آرماتورهای برشی ناکافی در اتصالات تیر- ستون موجود، به­ خصوص در اتصالات بیرونی علت اصلی خرابی و یا فروپاشی بسیاری از قاب­ های خمشی بتن مسلح می ­باشد. ازاین‌رو روش­ های تقویت اقتصادی و مؤثر برای افزایش مقاومت برشی اتصالات در سازه ­های موجود ضروری است. تقویت کردن با استفاده از کامپوزیت­ های FRP (Fiber Reinforced Polymer) به­ دلیل مزیت­ های آن از جمله نصب سریع و آسان، نسبت مقاومت به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی در دو دهه اخیر رشد بسیاری داشته است. در این مطالعه بر روی 11 نمونه اتصالات تیر- ستون بیرونی بدون تقویت و تقویت‌شده با FRP و با آرایش ­های تقویتی متفاوت تحت اثر بارگذاری چرخه­ ای، تحلیل عددی صورت گرفته است. آنالیزها به ­وسیله نرم­ افزار اجزاء محدود ABAQUS انجام و با نتایج آزمایشگاهی کالیبره شده است. یک محدوده از موضوعاتی که در این اتصالات موردبررسی قرار می­ گیرد شامل حداکثر نیرو، سختی اولیه و استهلاک انرژی و همچنین منحنی­ های چرخه ای نیرو- جابه ­جایی، سختی- جابه­ جایی و استهلاک انرژی- جابه­ جایی می ­باشد. نتایج تحلیل عددی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی نشان می ­دهد. نتایج حاصل از تحلیل عددی در این مطالعه همانند نتایج آزمایشگاهی نشان دادند که تقویت اتصالات بتن مسلح توسط پوشش خارجی FRP یک راه حل مناسب برای افزایش مقاومت، استهلاک انرژی و خصوصیات سختی این اتصالات تحت اثر بارهای لرزه­ ای است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Analysis of Reinforced Exterior Concrete Beam-Column Joints Retrofitted Using FRP under Cyclic Loads

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Mohammadizadeh
  • Saeed Hoseinzadeh
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Hormozgan, Hormozgan, Iran
چکیده [English]

Recent earthquakes worldwide have illustrated the vulnerability of existing reinforced concrete (RC) beam-column joints to seismic loading. Inadequate shear reinforcement in the existing beam-column joints, especially exterior ones, is believed to be the prime cause of failure/collapse of many moment-resisting RC frame buildings. Hence, effective and economical strengthening techniques to upgrade joint shear resistance in existing structures are needed. Retrofitting using FRP composites has grown in popularity over the last two-decade advantages such as fast and easy installation, high strength/weight ratio, and resistance to corrosion. In this study have been conducted a numerical analysis of 11 RC beam-column joints without FRP and strengthened with FRP in a variety of configurations under cyclic loads. The analyses are performed by ABAQUS finite element program and are calibrated with the experiments. A range of issues in joints, including maximum load, initial stiffness, energy dissipation, load-displacement hysteresis loops, stiffness-displacement curves, and energy dissipation-displacement curves, are investigated. The numerical results were in good agreement with the corresponding experimental ones. The results obtained from the numerical analysis in this study, similar experimental results demonstrated that externally bonded FRP reinforcement is a viable solution towards enhancing the strength, energy dissipation, and stiffness characteristics of RC joints subjected to seismic loads.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical analysis
  • Retrofitted
  • FRP
  • Reinforced concrete beam-column joints
  • Cyclic loads
 ACI Committee 318, “Building Code Requirements for Structural and Commentary”, ACI 319-99, American Concrete Institute, Detroit, 1999.
Allam KH, “Analytical and Experimental Evaluation of Seismic Performance of Interior RC Beam-Column Joints Strengthened with FRP Composites”, Ph. D. Thesis, University of California, 2010.
Allam K, Mosallam AS, Salama MA, “Top of formbottom of form experimental evaluation of seismic performance of interior rc beam-column joints strengthened with frp composites”, Engineer Structures, 2019, 196, 109308.
Antonopoulos CP, Thanasis C, “Experimental Investigation of FRP-Strengthened RC Beam– Column Joints”, Journal of Composites for Construction, 2003, 7, 39-49.
Daryan A, Bahrampour B, Arabzadeh H, “Complete Manual of Abaqus”, Nashre angize, first Edition, 2010, In Persian.
Granata PJ, Parvin A, “An Experimental Study on Kevlar Strengthening of Beam-Column Connections”, Composite Structures, 2001, 53, 163-171.
Hu HT, Lin FM, Jan Y, “Nonlinear Finite Element Analysis of Reinforced Concrete Beams Strengthened by Fiber-Reinforced Plastics”, Composite Structures, 2004, 63, 271-281.
Hibbitt H, Karlsson B, Sorensen P, “Abaqus analysis user’s manual version 6.10”, Dassault Systèmes Simulia Corp., Providence, RI, US, 2011.
Lee J, Fenves GL, “Plastic-Damage Model for Cyclic Loading of Concrete Structures”, Journal of Engineering Mechanics, 1998, 124 (8), 892-900.
Li B, Kai Q, “Seismic Behavior of Reinforced Concrete Interior Beam- Wide Column Joints Repaired Using FRP”, Journal of Composites for Construction, 2011, 15 (3), 327-338.
Li J, Samali B, Ye L, Bakoss S, “Reinforced of Concrete Beam-Column Connection with Hybrid FRP Sheet”, Composite Structures, 1999, 57, 805-812.
Laseima SY, Mutalib AA, Osman SA, Hamid NH, “Seismic Behavior of Exterior RC Beam-Column Joints Retrofitted using CFRP Sheets”, Latin American Journal of Solids and Structures, 2020, 17 (5). DOI:10.1590/1679-78255910.
Mostofinezhad D, “Concrete Structures”, Arkan Danesh, 42th Edition, 2018, In Persian.
Mukherjee A, Joshi M, “FRPC Reinforced Concrete Beam-Column Joints under Cyclic Excitation”, Composite Structures, 2005, 70, 185-199.
Pantelides CP, Okahashi Y, Reaveley LD, “Seismic Rehabilitation of Reinforced Concrete Frame Interior Beam-Column Joints with FRP Composite”, Journal of Composites for Construction”, 2008, 12 (4), 435-445.
Parvin A, Altay S, Yalcin C, Kaya O, “CFRP Rehabilitation of Concrete Frame Joints with Inadequate Shear and Anchorage Details”, Journal of Composites for Construction, 2010, 14 (1), 72-82.
Parvin A, Granata P, “Investigation on the Effects of Fiber Composites at Concrete Joints”, Composites: Part B”, 2000, 31, 499-509.
Parvin A, Wu S, “Ply Angel Effect on Fiber Composite Wrapped Reinforced Concrete Beam-Column Connections under Combined Axial and Cyclic Loads”, Composite Structures, 2008, 82, 532-538.
Paulay T, Priestley MJN, “Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings”, John Wiley & Sons, INC, 1992.
Tasnimi A, “Seismic Behavior and Design of Reinforced Concrete Buildings”, Housing Research Center, 2001, In Persian.
Truong GT, Dinh NH, Kim JC, Choi KK, “Seismic Performance of Exterior RC Beam-Column Joints Retrofitted using Various Retrofit Solutions”, International Journal of Concrete Structures and Materials, 2017, 11, 415-433.
Zamani Beydokhty E, Shariatmadar H, “Behavior of Damaged Exterior RC Beam- Column Joints Strengthened by CFRP Composites”, Latin American Journal of Solids and Structures, 2016, 13 (5), 880-896.