تأثیر آلیاژهای حافظه‌دار شکلی بر رفتار چرخه‌ای اتصالات بتن‌آرمه

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران و معماری، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه تربت‌حیدریه، خراسان رضوی

2 دانشکده فنی و مهندسی، استاد مدعو دانشگاه تربت‌حیدریه، خراسان رضوی

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

چکیده

آلیاژهای حافظ ه­دار شکلی (SMAs) خاصیت بازیابی تغییر شکل دائمی را دارا بوده و ازجمله آلیاژهای فلزی هستند که ویژگی ­های معمولی فلزها مانند مقاومت، سختی، کارایی، و غیره را از خود نشان می­ دهند. ازجمله کاربردهای این آلیاژها می‌توان در جداسازی لرزه­ای سازه‌ها، خود ترمیمی عناصر ساختمان، صنعت هواپیما، پزشکی، مکانیکی و ساخت مدل­ های مؤثر و ابزار محاسباتی اشاره نمود. در این مقاله به مطالعه اثر آلیاژهای حافظه­ دار شکلی بر رفتار چرخ ه­ای اتصالات بتن­ آرمه پرداخته می­ شود. برای این منظور، پس از راستی ­آزمایی دو مدل آزمایشگاهی در نرم ­افزار Seismo Struct، تأثیر چهار پارامتر مقاومت فشاری بتن، اثر موقعیت  SMA در داخل ناحیه بحرانی، استفاده هم ­زمان از این آلیاژ به­ عنوان میلگرد و خاموت و تأثیر مقطع معادل دایروی ستون با خاموت تنگ یا دورپیچ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که تغییر مقاومت فشاری بتن در ناحیه الاستیک بر رفتار اتصال بدون تأثیر بوده، اما در ناحیه غیرالاستیک ظرفیت تحمل بار با افزایش 30 درصدی مقاومت فشاری بتن حدود دو درصد افزایش یافته است. از طرفی دیگر، تأثیر SMA در داخل ناحیه بحرانی سبب اضافه سختی، افزایش سختی و انرژی جذب‌شده چرخ ه­ای شده است. همچنین، در حالت استفاده از میلگرد طولی از جنس فولاد و خاموت از جنس SMA، با حذف پدیده باریک­ شدگی از نمودار‌های چرخه‌ای، افزایش در انرژی جذب‌شده چرخ ه­ای را به­ دنبال داشته است. نهایتاً منحنی‌های پوش رفتار چرخ ه­ای نمونه با مقطع ستون دایروی معادل، چه با خاموت از نوع تنگ و چه از نوع دورپیچ، تقریباً منطبق بر یکدیگر بوده و در مقایسه با نمونه مرجع سختی الاستیک بیش­تری داشتند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Influence of Shape Memory Alloys on Cyclic Behavior of Reinforced Concrete Joints

نویسندگان [English]

  • Mohammad Golmohammadi 1
  • Navid Arvin Kheibari 2
  • Mehdi Mokhtari 3
1 Structural Engineering, Civil Engineering Department, Engineering Faculty, University of Torbat Heydarieh, Khorasan Razavi, Iran
2 Structural Engineering, Civil Engineering Department, Engineering Faculty, Visiting Scholar in University of Torbat Heydarieh, Khorasan Razavi, Iran
3 Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

Shape memory alloy (SMA) is a particular type of metal alloy that has the recovery property of permanent deformation. This alloy includes the typical properties of steel, such as resistance, hardness, performance, and so on. SMAs are used in some applications, including based-isolated buildings, self-repairing building components, aircraft industry, medical industry, mechanical equipment, and effective models for computing tools. In this paper, the effect of SMAs on the cyclic behavior of reinforced concrete (RC) joints is analytically investigated. To this end, after validation of two experimental models in Seismo Struct software, some parametric studies are conducted, such as 1- the effect of compressive strength of concrete, 2- the position of SMA into the plastic zone, 3- the simultaneous use of SMA as longitudinal bars and stirrup, and 4- the use of an equivalent column with a circular cross-section containing spirals or stirrups.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shape Memory Alloy
  • Super Elastic
  • Reinforced Concrete Joints
  • Hysteresis behavior
  • Seismo Struct
Armaboldi S, Bassani P, Casati R, Passaretti F, Villa E, Tuissi A, “Wire drawing and functional characterization of thin niti wires”, International of Conference on Shape Memory and Superelastic Technologies, Stresa (literal), 2008.
Asanovic VANJA, Kemal D, “The mechanical behavior and shape memory recovery of cuznal alloys”, Metalurgija, 2007, 13 (1), 59-64.
Auricchio F, Lubliner J, “A uniaxial model for shape memory alloys”, International Journal of Solids and Structures, 1997, 34 (27), 3601-3618.
Azariani HR, Esfahani MR, Shariatmadar H, “Behavior of exterior concrete beamcolumn joints reinforced with shape memory alloy (sma) bars”, International Journal of Steel and Composite Structures. Struct, 2018, 28 (1), 83-98.
Biddah A, Ghobarah A, “Inelastic shear deformation modeling in existing and rehabilitated concrete frames”, Proceedings of the Sixth U.S. National Conference on Earthquake Engineering, Earthquake Engineering Research Institute, Oakland, CA, 1998.
Blume JA, Newmark NM, Corning LH, “Design of multi-storey concrete buildings for earthquake motions”, Portland Cement Association, Skokie, Illinois, 1961.
Boyd JG, Lagoudas DC, “Thermomechanical response of shape memory composites”, International Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1994, 5 (3), 333-346.
Filiatrault A, Lebrun I, “Seismic rehabilitation of reinforced concrete joints by epoxy pressure injection technique”, Seismic Rehabilitation of Concrete Structures, American Concrete Institue, Farmington Hills, 1996, SP-160, 73-92.
Funakubo H, Kennedy JB, “Shape memory alloys”, Gordon and Breach, xii+ 275, Illustrated. 1987.
Hanson NM, Conner HW, “Seismic resistance of reinforced concrete beam-column joints”, Journal of the Structural Division, ASCE, 1967, 93, 533-560.
Ivshin Y, Pence TJ, “A constitutive model for hysteretic phase transition behavior”, International Journal of Engineering Science, 1994, 32 (4), 681-704.
Krumme R, Hayes J, Sweeney S, “Structural damping with shape memory alloys: one class of devices”, In Smart Structures and Materials, International Society for Optics and Photonics, 1995: Passive Damping, 2445, 225-240.
Kuan SYW, “Response of epoxy-repaired r/c exterior beam-column joints”, Proceedings of the 1991 Annual Conference of the Canadian Society for Civil Engineering, Vancouver, British Colombia, Canada, 1991, 335-344.
Lagoudas DC, (Ed.), “Shape memory alloys: modeling and engineering applications”, In Springer Science and Business Media, 2008.
Lecce L, (Ed.) “Shape memory alloy engineering: for aerospace”, Structural and Biomedical Applications, Elsevier, 2014.
Liang C, Rogers CA, “One dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials”, International Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1997, 8 (4), 285-302.
Miller DJ, Fahnestock LA, Eatherton MR, “Development and experimental validation of a nickel-titanium shape memory alloy self-centering buckling-restrained brace”, International Journal of Engineering Structures, 2012, 40, 288-298.
Ölander A, “An electrochemical investigation of solid cadmium-gold alloys”, International Journal of the American Chemical Society, 1932, 54 (10), 3819-3833.
Oudah F, El-Hacha R, “Joint performance in concrete beam-column connections reinforced using sma smart material”, International Journal of Engineering Structures, 2017, 151, 745-760.
Park R, Paulay T, “Reinforced concrete structures”, John Wiley & Sons, New York, 1975.
Pereiro-Barcelo J, Bonet JL, Cabanero-Escudero B, Martínez-Jaen B, “Cyclic behavior of hybrid rc columns using high-performance fiber-reinforced concrete and ni-ti sma bars in critical regions”, International Journal of Composite Structures, 2019, 212, 207-219.
Piazza Castello, “Seismostruct Help File, Release 7.0.4”, Italy, 2016, URL: http://www.seismosoft.com.
Priestley MJN, Seible F, Calvi GM, “Seismic design and retrofit of bridges”, John Wiley and Sons, New York, 1996.
Raniecki B, Rejzner J, Lexcellent C, “Anatomization of hysteresis loops in pure bending of ideal pseudo elastic sma beams”, International Journal of Mechanical Sciences, 2001, 43 (5), 1339-1368.
Shaw JA, Kyriakides S, “Thermomechanical aspects of Ni-Ti”, International Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1995, 43 (8), 1243-1281.
Shiravand MR, Nashtaee MA, Veismoradi S, “Seismic assessment of concrete buildings reinforced with shape memory alloy materials in different stories”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 2017, 26 (15), e1384.
Souza AC, Mamiya EN, Zouain N, “Three-dimensional model for solids undergoing stress-induced phase transformations”, International Journal of MechanicsA/Solids, 1998, 17 (5), 789-806.
The National Building Regulations, “Issue 9”, ed. 1392.
Wilde K, Gardoni P, Fujino Y, “Base isolation system with shape memory alloy device for elevated highway bridges”, International Journal of Engineering Structures, 2000, 22 (3), 222-229.