بررسی آزمایشگاهی رفتار ستون‌های بتنی غیرمسلح تقویت شده با شیوه نوین کاربرد ترکیبی ژاکت‌های فولادی- پلیمری

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی سهند تبریز

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند

10.22034/ceej.2018.7585

چکیده

در این مقاله شیوه نوین تقویت، محصورکنندگی ترکیبی با استفاده هم­زمان از عناصر فولادی مسلح کننده و الیاف FRP، به منظور تقویت ستون­ها و پایه­های بتنی غیرمسلح پیشنهاد و کفایت آن با انجام مطالعه آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه­های استوانه­ای از بتن با مقاومت پایین ساخته شده و تحت بارگذاری فشاری در شرایط آزمایشگاهی، برخی مشخصه­های مکانیکی از قبیل میزان جذب انرژی، تغییر شکل محوری، سختی اولیه و رفتار بار- تغییر شکل برای آنها تعیین گردید. دو نمونه تقویت نشده به عنوان نمونه معیار انتخاب شده و 18 نمونه دیگر با استفاده از روش­های مرسوم تقویت از قبیل دورپیچ کردن با CFRP، GFRP، دورپیچ کردن با استفاده هم­زمان پوشش FRP و میلگردهای فولادی نصب شده در سطح بتن (NSM) و در نهایت دو روش پیشنهادی در این تحقیق تقویت شدند. بر مبنای نتایج آزمایش مشخص گردید که با استفاده از شیوه تقویت پیشنهادی ظرفیت باربری فشاری، میزان جذب انرژی و تغییرشکل محوری نسبت به استفاده از سایر روش­های تقویت بهبود یافته، هرچند در میزان سختی الاستیک نمونه­ها افزایش ایجاد شده است. از روش تقویتی پیشنهاد شده می­توان برای تقویت برشی و خمشی ستون­ها و پایه­های بتنی غیر مسلح پل­های جاده­ای و راه­آهن استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Experimental Investigation about the Behavior of Retrofitted Plain Concrete Columns using a Novel Hybrid Steel-FRP Confinement

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Noori Shirazi 1
  • Hasan Afshin 2
  • Karim Abedi 3
1 Faculty of Civil Engineering, Sahand University of Technology
2 Faculty of Civil Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz
3 Faculty of Civil Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz
چکیده [English]

     In current study, a novel retrofitting scheme, hybrid confinement using steel reinforcement profiles and FRP wraps was presented for strengthening of columns and plain concrete piers and verified using the results of an experimental work results. Twenty cylindrical concrete specimens were produced in laboratory conditions and energy dissipation, axial deformation, initial stiffness and load-deflection curve was calculated for each specimen. Two of specimen was used as benchmark, however the other were retrofitted using CFRP wraps, GFRP wraps, near surface mounted steel rods, FRP confinement and proposed retrofitting scheme. Based on the results, axial compressive strength, energy dissipated and ductility was enhanced. The axial force-axial displacement behavior of hybrid confined specimens had two parts. In the first part a parabola curve was observed whereas in the second part the behavior was linear. The failure of specimens was brittle and had explosive nature towards CFRP or GFRP rupture. However the results proved that we will be able to use the proposed novel confinement scheme for shear and flexural strengthening of columns and plain concrete piers of road and railroad bridges.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Retrofitting
  • Hybrid steel strips- FRP confinement
  • Axial strength
  • Energy dissipation
  • Elastic stiffness
Ghobarah A, Biddah A, Mahgoub M, “Rehabilitation of reinforced concrete columns using corrugated steel jacketing”,Journal of Earthquake Engineering, 1997, 1 (4), 651-673.
Abdullah V, Katsuki T, “An investigation into the behavior and strength of reinforced concrete columns strengthened with ferrocement jackets”, Cement and Concrete Composites, 2003, 25 (2), 233-242.  
Rahai A, Norouzi A, “Evaluation of the vulnerability and bridge improvement function”, Amirkabir University of Technology Publications, Iran, 2005, (in Farsi).
American Association State, “Standard test methods for tension testing of metallic materials”, Highway and Transportation Officials Standard, AASHTO, No. T68.    
Bournas DA, Triantafillou TC, “Flexural strengthening of reinforced concrete columns with near-surface-mounted FRP or stainless steel”,ACI Structural Journal, 2009, 106 (4). 
Choi DU, Thomas H, Kang K, Ha SS, Kim KH, Kim W, “Flexural and hybrid carbon-glass fiber-reinforced polymer sheets”,ACI Structural Journal, 2011, 108 (1).
Choi E, Rhee I, Park J, Cho BS, “Seismic retrofit of plain concrete piers of railroad bridges using composite of FRP-steel plates”, Composites - Part B, 2011, 42, 1097-1107.  
Tang GG, Chen JF, Smith LM, “Strengthening of concrete structures with FRP sheets”, 2008.
Xiong GJ, Wu XY, Li FF, Yan Z, “Load carrying capacity and ductility of circular concrete columns confined by ferrocement including steel bars”, Construction and Building Materials, 2011, 25, 2263-2268. 
Li G, “Experimental study of hybrid composite cylinders”, Composite Structures, 2007, 78, 170-181.
Lia J, Samali B, Ye L, Bakoss S, “Behaviour of concrete beam-column connections reinforced with hybrid FRP sheet”, Composite Structures, 2002, 57, 357-365.
Li J, Gong J, Wang L, “Seismic behavior of corrosion-damaged reinforced concrete columns strengthened using combined carbon fiber-reinforced polymer and steel”, Construction and Building Materials, 2009, 2653-2663.   
Abedi K, Afshin H, Noori Shirazi MR, “Numerical  study on the seismic retrofitting of reinforced concrete columns using rectified steel jackets”, Asian Journal of Civil Engineering (Building And Housing), 2010, 11 (2), 219-240.
Lam L, Teng JG, “Design-oriented stress–strain model for FRP-confined concrete”, Construction and Building Materials, 2003, 17 (6 & 7), 471-489.
Lu YY, Chen SX, Zhao GF, “An experimental study on the seismic behavior of reinforced concrete column strengthened with bonded steel hoops and carbon fiber reinforced polymer sheet”, China Civil Engineering Journal, 2005, 38 (8), 10-17.
Mirmiran A, Shahawy M, “Behavior of concrete columns confined by fibre composites”, Journal of Structural Engineering, 1999, 123 (5), 583-590.
Mirmiran A, Shahawy M, Samaan M, Echary HE, Mastrapa JC, Pico O, “Effect of column parameters on FRP-confined concrete”, Journal of Composites for Construction, 1998, 2 (4), 175-185.
Planning and Budget Organization, “National Building Regulations of Iran: Issue 9”, (in Farsi).
Sheikh SA, Yau G, “Seismic behavior of concrete columns confined with steel and fiber-reinforced polymers”, ACI Structural Journal, 2002, 99 (1), 72-80.        
Vandoros KG, Dritsos SE, “Concrete jacket construction detail effectiveness when strengthening RC columns”, Construction and Building Materials, 2008, 22 (3), 264-276.
Zhishen W, Wenxiao L, Sakuma N, “Innovative externally bonded FRP/concrete hybrid flexural members”, Composite Structures, 2006, 72, 289-300.