SUPERVISOR
Davood Mostofinejad
داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Sayedmahdi Alavi Dehkordi
سیدمهدی علوی دهکردی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Experimental Study on the Effect of Using High Strength Rebars on the Behavior of Reinforced Concrete Columns
One of the aims of researchers study is always to improve the quality and strength of materials which use in reinforced concrete (RC) members. Steel rebars are one of the most widely used materials in structural members which the quality has an important role in structure performance. The performance of high strength rebars has been compared to conventional reinforcements In studies which have been conducted on the use of this type of rebars in columns and beam-column connections. But due to the effect of improving quality and the yield stress of rebars,which are not completely known for researchers, thus this study tries to find out the effect of using high strength reinforcements on the behavior of RC columns. One of the advantages of using high strength reinforcement is to reduce the amount of longitudinal rebars. If the structural performance of high strength steel (A-IV) would be appropriate, The amount of longitudinal reinforcement of column can be reduced to about 30% without any changes in the load-carrying capacity and structural behavior. In this study, the performance of rebars with yield stress of 600 MPa (A-IV) and rebars with the yield stress of 420 MPa (A-III) have been investigated. This study was conducted in two experimental parts. In the first part, 20 RC columns with 500 mm height and 133×133 mm cross, were tested under axial load with eccentricity of zero, 60 and 90 mm and under 4-point flexural bending test to investigate the axial and flexural behavior of columns. Half of the columns are reinforced with high strength longitudinal rebars (A-IV) and the other half columns are reinforced with conventional longitudinal rebars (A-III).The specimens are designed in a way to have the same flexural capacity , so that the product of is similar for both categories of columns. In the second part, 2 beam-column connections with cale were tested under lateral cyclic quasi-static load. these two beam-column connections are designed to have the same flexural capacity. So that the moment capacity of beam and column of connection which is reinforced with conventional rebars (A-III) is similar to the one which is reinforced with high strength rebars (A-IV) The experimental results in the first part of this study demonstrated that although the amount of longitudinal rebars was reduced to about 30% in columns with high strength rebars (A-IV), but load carrying capacity did not noticeably change in comparison with reference specimens. The ductility index before the balanced point (eccentricity of zero and 60 mm) decreased in columns reinforced with high strength rebar in comparison with reference specimens .So while the eccentricity increases, the ductility index difference reduces. In the second part , the results showed that the performance of high strength rebars (A-IV) is similar to specimen which reinforced with A-III rebars up to drift ratio of 4% and the behavior of the beam-column connection which reinforced with high strength rebar is desirable up to this lateral displacement in terms of load capacity, dumping ratio and energy dissipation. Key Words High strength rebar, Concrete reinforced column, High strength concrete, Beam-column connection, Eccentric loading, Lateral cyclic loading.
یکی از اهداف مورد مطالعهی محققان، همواره بالا بردن کیفیت و مقاومت مواد و مصالح مصرفی در اعضای بتن آرمه بوده است. از مصالح پر کاربرد در اعضای سازهای که کیفیت آن میتواند نقش مهمی بر عملکرد سازه داشته باشد میلگردهای فولادی میباشند. از آنجا که تأثیر بهبود کیفیت مقاومت و تنش تسلیم میلگردهای موجود در ستونهای بتن آرمه هنوز به طور کامل برای محققان شناخته شده نمیباشد از این رو در این تحقیق سعی بر آن شده است تا به بررسی تأثیر استفاده از آرماتورهای با مقاومت بالا بر رفتار ستون های بتن آرمه پرداخته شود. در مطالعاتی که تاکنون در زمینهی استفاده از این نوع میلگردها در ستونها و اتصالات تیر-ستون انجام گرفته است، سعی شده است تا عملکرد این نوع آرماتورها با آرماتورهای معمولی مقایسه گردد. از جمله مزایای استفاده از میلگردهای با مقاومت بالا کاهش تراکم آرماتورهای طولی میباشد. در صورتی که عملکرد سازهای میلگردهای با مقاومت بالا (A-IV) مناسب باشد؛ می توان تراکم آرماتورهای طولی ستون را تا حدود 30 درصد کاهش داد، بدون آن که تغییری در ظرفیت باربری و رفتار سازه شاهد باشیم. در تحقیق حاضر عملکرد میلگردهای با تنش تسلیم 600 مگاپاسکال (A-IV) و میلگردهای معمولی با تنش تسلیم420 مگا پاسکال (A-III) بررسی و مقایسه شده است. این تحقیق در دو بخش آزمایشگاهی انجام گرفته است. در بخش اول به منظور بررسی رفتار محوری و خمشی ستونها، 20 عدد ستون بتن آرمه به ارتفاع 500 میلی متر و با ابعاد مقطع 133 × 133 میلی متر تحت بار محوری با خروج از مرکزیت صفر، 60 و 90 میلی متر و نیز تحت خمش چهار نقطه ای قرارگرفت که از این تعداد، نیمی از ستونها مسلح به میلگردهای طولی با مقاومت بالا (A-IV) و نیم دیگر ستونها مسلح به میلگردهای طولی معمولی A-III میباشند. نمونهها به گونهای طراحی شدهاند که ظرفیت خمشی همگی یکسان باشد؛ به طوری که حاصل ضرب برای هر دو دسته از ستونها برابر میباشد .در بخش دوم، 2 عدد اتصال تیر-ستون با مقیاس تحت بار جانبی شبه استاتیکی رفت و برگشتی، مورد آزمایش قرار گرفته است، این دو اتصال به گونهای طراحی شدهاند که ظرفیت خمشی تیر و ستون اتصال ساخته شده با میلگرد معمولی (A-III) برابر با اتصال مسلح به میلگردهای با مقاومت بالا (A-IV) باشد. نتایج حاصل از آزمایشها در بخش اول نشان داد که در ستونهای مسلح به میلگرد با مقاومت بالا (A-IV) اگرچه 30 درصد از تراکم آرماتورها کاسته شد اما ظرفیت باربری آنها نسبت به نمونههای شاهد، تغییر محسوسی نکرد. این در حالی است که میزان شکلپذیری ستونها قبل از نقطه تعادل (در خروج از مرکزیتهای صفر و 60 میلیمتر) در ستونهای مسلح به میلگرد با مقاومت بالا نسبت به نمونههای شاهد کاهش مییابد در حالی که با افزایش خروج از مرکزیت اختلاف شاخص شکل پذیری کاهش می یابد. هم چنین در بخش دوم، نتایج نشان داد که عملکرد میلگردهای A-IV تا تغییر مکان نسبی 4 درصد، مشابه عملکرد نمونهی شاهد با میلگرد A-III میباشد و رفتار اتصال ساخته شده با میلگرد با مقاومت بالا از لحاظ باربری، میرایی و جذب انرژی، تا این تغییر مکان جانبی مطلوب ارزیابی میگردد. کلمات کلیدی: میلگرد با مقاومت بالا، ستون بتن آرمه، بتن با مقاومت بالا، اتصال تیر-ستون، بار با خروج از مرکزیت، بار جانبی رفت و برگشتی.