تقویت ستون های بتن آرمه تحت اثرات توام نیروی محوری و گشتاور خمشی دومحوره با استفاده از مصالح FRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد سنندج، سنندج، ایران

2 دپارتمان سازه و زلزله، مهندسان مشاور فراپیشگام، سنندج، ایران

چکیده

امروزه کامپوزیت‌های پلیمری الیافی (FRP) با مقاومت بالا به­طور گسترده در بهسازی و مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کامپوزیت‌ها برای تقویت اجزای مختلف سازه از جمله تیرها، ستون‌ها و اجزای صفحه‌ای مانند دال‌های سقف‌ و دیوارهای برشی قابل کاربرد است. با وجود استفاده گسترده، دستورالعمل‌های موجود فاقد روش جامعی برای تقویت اجزای ستون‌های بتن آرمه تحت شرایط عمومی بارگذاری هستند. از آن‌جایی که ستون‌ها در سازه‌های بتنی درجا عموماً تحت اثرات توام نیروی محوری و خمش دو محوره قرار می‌گیرند، ارزیابی و تقویت آن‌ها تحت اثر تلاش‌های توام مذکور در کارهای عملی مقاوم‌سازی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. این مقاله به مطالعه تقویت و بهسازی اجزا ستون‌های بتن‌آرمه تحت اثرات ترکیبی نیروی محوری-گشتاور خمشی با استفاده از کامپوزیت‌های FRP می‌پردازد. برای این منظور، ضمن توسعه روابط موجود تقویت ستون‌های تحت اثر نیروی محوری و گشتاور خمشی تک‌محوره با الیاف FRP با جهت‌گیرهای عرضی، طولی و نیز ترکیبی دو جهته، روشی محاسباتی برای تقویت ستون‌های بتنی مستطیلی تحت اثرات توام نیروی محوری و خمش دو محوره پیشنهاد می‌شود. در ادامه، با استفاده از یک مطالعه موردی، روش پیشنهادی این مقاله تشریح شده و مزایا و معایب استفاده از الیاف عرضی، طولی و یا ترکیب آن‌ها از طریق مقایسه منحنی‌های اندرکنش ستون‌ تقویت شده مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که روش پیشنهادی برای کارهای عملی مقاوم سازی مناسب بوده و همچنین الیاف عرضی تنها و یا الیاف ترکیبی عرضی و طولی برای تقویت ستون‌های با هر دو رفتار فشار-کنترل و کشش-کنترل موثر است. با این وصف، نشان داده خواهد شد که الیاف طولی تنها، صرفاً برای تقویت ستون‌های با رفتار کشش-کنترل موثر است. به علاوه، روش تحلیلی پیشنهادی با نتایج آزمایشگاهی موجود در ادبیات فنی وارسی و صحت‌سنجی خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Retrofitting of RC Columns under Combined Effects of Axial Force and Biaxial Bending Moments Using FRP Materials

نویسندگان [English]

  • S. Manie 1
  • E. Jami 2
  • S. Rostami 2
چکیده [English]

Fiber reinforced polymer (FRP) composites are widely used in retrofit and strengthening of reinforced concrete (RC) structures. FRP composites are applicable for strengthening various structural elements including beams, columns and plane elements such as floor slabs and shear walls. Despite their broad usage, available guidelines typically do not contain a comprehensive procedure for retrofitting design of RC elements under general loading conditions. As RC columns are essentially subjected to simultaneous axial force and bending moment in monolithic construction, their evaluation and retrofit under such combined effects are of major importance in the retrofit design process. It appears that available expressions in most design guidelines merely accounts for the possible increase in the compressive strength of concrete due to the enhanced confinement on the concrete core provided by the FRP jackets. Theoretical and experimental studies on the behavior of columns confined by FPR composites subjected to axial force and bending moment are available in the literature. Those studies have demonstrated that FRP jacketing enhances the elements behavior in term of both strength and ductility. Most of studies are primarily devoted to the strengthening of RC elements under pure axial force. In recent years, however, studies have been conducted on response of RC elements under combined effects of axial load and uniaxial bending. Rocca (2009), among others, conducted a very precise and valuable practical study on the effects of bending moments on retrofitting of RC columns using FRP composite. He introduced the interaction curves of retrofitted RC columns with FRP jackets based on the principles of equilibrium and strain compatibility. Moreover, results of various experimental tests are found in the literature emphasizing the behavior of RC elements under eccentric loading conditions. Such tests have investigated the effects of various parameters including the strength of FRP composites, number of FRP layers, orientation of FRP layers, etc. on both the strength and ductility of the retrofitted members.