بررسی و مقایسه ظرفیت و شکل پذیری ستون های بتن آرمه بیضی شکل با غلاف GRP و دورپیچ CFRP تحت نیروی محوری خالص

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 دانشجوی دکتری عمران- سازه، گروه عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

10.22124/jcr.2021.18008.1464

چکیده

ﭘل‌ها ﺑﻪ ﻟﺤﺎظ رﻓﺘﺎر نسبت به ﺳﺎزهﻫﺎی ﻣﻌﻤﻮﻟﻲ ویژه هستند. درﺟﻪ ﻧﺎﻣﻌﻴﻨﻲ ﭘﻞﻫﺎ ﻧﺴﺒﺖ به ﺳﺎﺧﺘﻤﺎنﻫﺎ ﺑﺴﻴﺎر کم‌تر است، لذا ﺷﻜﺴﺖ ﻳﻚ ﺳﺘﻮن در پل ﻣﻲﺗﻮاﻧﺪ ﻣﻨﺠـﺮ ﺑـﻪ ﺧﺮاﺑـﻲ کامل شود. اﺳﺘﻔﺎده از ﻛﺎﻣﭙﻮزﻳت‌های الیاف پلیمری تقویتی به ﺻﻮرت دورﭘﻴﭻ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻳﻜﻲ از شیوه‌های ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﺳـﺘﻮن‌های بتن‌آرمه ﭘﻞها در ﺳﺎﻟﻴﺎن اﺧﻴﺮ ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ زیادی اﺳﺖ. ﺳﺨﺘﻲ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻣﺸﺨﺼﻪ ﺑـﺎﻻ، ﻋﻤـﺮ ﻣﻔﻴـﺪ زﻳﺎد، مقابله با ﺧﻮردﮔﻲ و ﺧواص ﺣﺮارﺗﻲ ﻗﺎﺑﻞ ﻛﻨﺘﺮل از اﻣﺘﻴﺎزات ﻣﻬﻢ FRP ﺑـﺮ ﻣﺼﺎﻟﺢ ﻣﻌﻤﻮلی ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. کاربرد لوله‌های پلاستیکی تقویت‌شده با الیاف شیشه به عنوان غلاف ستون‌های پل‌ها باعث حذف قالب‌بندی، کاهش هزینه‌ها، افزایش جذب انرژی و شکل‌پذیری و کاهش آب‌شستگی اطراف پایه‌های پل می‌شوند. در این تحقیق بر روی شش نمونه ستون بتن‌آرمه بیضی‌شکل به قطرهای 200 و120 و ارتفاع 600 میلی‌متر با و بدون غلاف، آزمایش مقاومت فشاری انجام شد و تاثیر دورپیچ الیاف پلیمری تقویتی کربنی برآن‌ها به عنوان محصورکننده بررسی گردید. نتایج نشان داد که دورپیچ و غلاف باعث افزایش مقاومت فشاری و شکل‌پذیری ستون‌ها می‌شوند. افزودن یک‌لایه و دو‌لایه دورپیچ به‌ترتیب به طور میانگین باعث افزایش%7/19 و %7/28 مقاومت گردید، درحالی که کاربرد غلاف افزایش 15/4 برابری مقاومت ستون‌ها را نتیجه داد. هرچند دورپیچ و غلاف هر دو محصوریت ایجاد می‌کنند، ولی غلاف به خاطر محصوریت بیش‌تر، تاثیر بسیار افزون‌تر بر افزایش مقاومت و شکل‌پذیری ستون‌های مذکور دارد. مقایسه محصوریت غلاف با دورپیچ در تغییرشکل نهایی محوری این ستون‌ها، نشان داد که غلاف بسیار موثرتر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigation and comparison of capacity and ductility of elliptical RCC's with GRP casing and CFRP wrapping under pure axial load

نویسندگان [English]

  • Seyed Fathollah Sajedi 1
  • Mohamad Morad Raghpour 2
1 Associate professor, Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Department of Civil Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده [English]

Bridges are behaviorally special compared to conventional structures. The uncertainty of bridges is much less than that of buildings, so the failure of columns in a bridge can lead to complete failure. The use of fiber reinforced polymer (FRP) composites into wrapping as one of the methods of strengthening of reinforced concrete columns (RCCs) of bridges has received much attention in recent years. High stiffness and characteristic strength, long life, corrosion resistance and controllable thermal properties are important advantages of FRP over conventional materials. The use of glass-fiber reinforced plastic pipes (GRP) as casing for bridge piers, removes molds, reduces costs, increases energy absorption and ductility, and reduces water-washing around bridge piers. In this study, compressive strength tests were performed on six samples of oval RCCs with diameters of 200 and 120 and height of 600 mm with and without casings and the effect of carbon-FRP on them as an enclosing was investigated. The results showed that the wrapping and casing increases the strength and ductility of the columns. Addition of one-layer and two-layer wrapping averagely increased the strength by 19.7% and 28.7%, respectively; while the use of casing resulted in a 4.15-fold increase in the strength. Although the wrapping and the casing both create the enclosure, the casing has a much greater effect on increasing the strength and ductility of the columns due to its greater enclosure. Comparison of wrapping enclosure with casing in the final axial deformation of these columns showed that the casing is much more effective.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Elliptical reinforced concrete column (RCC'
  • s)
  • Capacity
  • Ductility
  • GRP casing
  • CFRP wrapping

مراجع

[1] منیعی، س.، جامی، ا.، رستمی، س.، " تقویت ستون­های بتن­آرمه تحت اثرات توام نیروی محوری و گشتاور خمشی دومحوره با استفاده از مصالح FRP" فصلنامه تحقیقات بتن، سال نهم، شماره اول، صص 95- 83، 1395.
[2] Zeng, J.J., Guo, Y. Ch., Guo, W.Y., Chen, W.P., Li, L.J., " Stress-Strain Behavior of Circular Concrete Columns Partially Wrapped with FRP Strips", Composite Structures,  Vol. 200,  pp. 810–828,  2018.
[3] اجتماعی، ب.، ﺗﻮﮐﻠﯽزاده ، م، ر.،قدس، ا، ص.، " ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮ دورﭘﯿﭻ GFRP ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻧﻮارﻫﺎی ﻣﺠﺰا در رﻓﺘﺎر ﺳﺘﻮنﻫﺎی ﺑﺘن­آرﻣﻪ "، ﻫﺸﺘﻤﯿﻦ ﮐﻨﻔﺮاﻧﺲ ﻣﻠﯽ ﺳﺎﻟﯿﺎﻧﻪ ﺑﺘﻦ اﯾﺮان، ﺗﻬﺮان، ﻣﻬﺮﻣﺎه 1395.
[4] برقیان، م.، فرزام، م.، رمضانی، پ.، "نمودار اندرکنش ستون بتنی مسلح توخالی محصور با FRP"، نشریه علمی-پژوهشی امیرکبیر- مهندسی عمران و محیط زیست، دوره 48، شماره 1، صص 64 - 53 ، 1395.
[5] Seffo, M., Hamcho, M., “Strength of Concrete Cylinder Confined by Composite Materials (CFRP) ", Energy Procedia, Vol. 19, pp. 276–285, 2012.
[6] Mirmiran, A., Shahawy, M., Samaan, M., El Echary, H., Mastrapa, J.C., Pico, O., “Effect of column parameters on FRP-confined concrete", journal of composites for construction, Vol.2, No.4, pp. 175–185, 1998.
[7] Ozbakkaloglu, T., “Axial Compressive Behavior of Square and Rectangular High-Strength Concrete-Filled FRP Casings", journal of composites for construction, Vo. 17, pp. 151-161, 2013.
[8] EL Maaddawy, T., EL Sayed, M., Abdel-Magid, B.,  "The effects of cross-sectional shape and loading condition on performance of reinforced concrete members confined with Carbon Fiber-Reinforced Polymers", Materials and Design, Vol. 31, pp. 2330–2341, 2010.
[9] Ozbakkaloglu, T., Xie, T., “Geopolymer concrete-filled FRP casings: Behavior of circular and square columns under axial compression", Composites Part B, Vol. 96, pp. 215-230, 2016.
[10] Mirmiran, A., Shahawy, M., “A new concrete-filled hollow FRP composite column", Composites Part B, Vol. 27B, pp. 263-268, 1996.
[11] Kusumawardaningsih, Y., Hadi, M.N.S., “Comparative behaviour of hollow columns confined with FRP composites", Composite Structures, Vol. 93, pp. 198–205, 2010.
[12] حیدری، م.، نجاتی، س.، نجاتی، آ.، "معرفی و دامنه کاربرد لوله­های GRP مورد کاربردی در مطالعات شبکه آبیاری و زهکشی اراضی جایگزین طرح شهریار"، کنفرانس و نمایشگاه مهندسی آب، 1394.
[13] Uenaka, K., " Experimental study on concrete filled elliptical/oval steel tubular stub columns under compression",  Thin-Walled Structures, Vol. 78, pp. 131-137,  2014.
[14] Shen, Q., Wang, J., Wang, W., Wang, Zh., " Performance and design of eccentrically-loaded concrete-filled round-ended elliptical hollow section stub columns",  Journal of Constructional Steel Research, Vol. 150, pp. 99-114,  2018.
[15] Uenaka, K., Tsunokake, H., Gardner, L., " Concrete filled elliptical steel tubular members with large diameter-to-thickness ratio subjected to bending ",  Engineering Structures, Vol. 5, pp. 58-66,  2016.
[16] Jamaluddin, N., Lam, D., Dai, X.H., Ye, J., “An experimental study on elliptical concrete filled columns under axial compression", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 87, pp. 6-16, 2013.
[17] Mccann, F., Gardner, L., Qiu, W., “Experimental study of slender concrete-filled elliptical hollow section beam-columns", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 113, pp. 185-194, 2015.
[18] Yanga, H., Liua, F., Chanc, T.M., Wang, W., " Behaviours of concrete-filled cold-formed elliptical hollow section beam columns with varying aspect ratios",  Thin-Walled Structures, Vol. 120, pp. 9-28, 2017.
[19] ASTM D7565/D7565M-10, Standard test method for determining tensile properties of fibre reinforced polymer matrix composites used for strengthening of civil structures, United States: ASTM International, 2010.
[20] ASTM D2996-01, Standard Specification for Filament-Wound Fiberglass (Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe, ASTM Committee D29, 2001.
[21] ASTM D638-02, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, ASTM Committee D63, 2002.
[22] ASTM D2996-01, Standard Specification for Filament-Wound Fiberglass (Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe, ASTM Committee D29, 2001.
[23] ACI Committee 211, Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight and Mass Concrete (Reapproved 2009), ACI 211.1-91. Farmington Hills, MI, USA, 1991.
[24] https://www.ahanpakhsh.com
[25] Teng, J.G., Lam, L., “Compressive strength of FRP-confined elliptical columns", to be published, 2001.
[26] B. 8110, Structural use of concrete Part 1, Code of practice for design and construction, in, British Standard Institution, London, 1997.
[27] Shafieinia, m., Sajedi, f., " Evaluation and comparison of GRP and FRP applications on the behavior of RCCs made of NC and HSC", smart structures and systems, vol. 23, No. 5, pp. 495-506, 2019.
[28] T, El Maaddawy., M, El Sayed., B, Abdel-Magid., " The effects of cross-sectional shape and loading condition on performance of reinforced concrete members confined with carbon fiber-reinforced polymers", Materials & Design (1980-2015), vol. 23, No. 5, pp. 2330-2341, 2010.
[29] د. مستوفی, ع.س. اصفهانی, بررسی رفتار محوری و خمشی ستون­های بتن­آرمه با مقطع مربعی، محصور شده با کامپوزیت   CFRP, هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، بابل، اردیبهشت ماه 1393.
[30] J.H, Park., B.W, Jo., S.J, Yoon., S.K, Park., " Experimental investigation on the structural behavior of concrete filled FRP tubes with/without steel re-bar", KSCE Journal of Civil Engineering, vol. 15, No. 2, pp. 337-345, 2011.
[31] R, Kumutha, R, Vaidyanathan, M, Palanichamy, “Behaviour of reinforced concrete rectangular columns strengthened using GFRP", Cement and concrete composites, vol. 29, No. 8, pp. 609-615, 2007.
[32] شابختی ، ن.، قلعه نوعی، م.، شهرکی، م.، " تعیین ظرفیت ستون‌های مقاوم‌سازی شده با FRP تحت بار محوری"، اولین کنفرانس بین المللی،تبریز. ایران، 29 مهرماه الی 1 آبان ماه 1387.
[33] پوراهوازی ، پ.، گندمکار ، ف، ع.، " مطالعه عددی رفتار ستون‌های فولادی بیضوی پرشده با بتن تحت نیروی فشاری محوری "، چهارمین کنگره بین المللی عمران، معماری و توسعه شهری، تهران، دبیرخانه دایمی کنفرانس، دانشگاه شهید بهشتی، 1395.
[34] Ghalieha, L., Awwad, F., Saad, G., Khatib, H., Mabso, M.," Concrete Columns Wrapped with Hemp Fiber Reinforced Polymer An Experimental Study", Procedia Engineering, Vol. 200, pp. 440–447, 2017.
[35] Youwu, Xu., Jian, Yao., " Axial Bearing Capacity of Elliptical Concrete Filled Steel Tubular Stub Columns ", Materials Science and Engineering, Vol. 220, pp. 12-20,  2017.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار