SUPERVISOR
Davood Mostofinejad
داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Mas'ood Nowrooz Olyaei
مسعود نوروزعلیائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Experimental Study of Slenderness Effects on Behavior of Circular RC Column Strengthened with FRP sheets by Grooving Method under Constant Eccentric Loading
: Application of FRP composites is one of the most prevalent methods for retrofitting concrete structures. Strengthening of columns as a major member of structures which undergo concentric or eccentric loads is of considerable importance. The column under eccentric loading experiences lateral deflection at any particular column height which is defined as an eccentricity for the axial load at the both ends of the column. The lateral deflection would lead to secondary moment which its combination with primary moment will produce more significant effects. Although concrete columns are mostly under eccentric loading in practical use and are vulnerable to instability caused by slenderness effect, limited experimental studies have been conducted on the behavior of slender concrete columns strengthened with FRP composites in comparison with strengthened short columns. Previous studies state that the strength of columns increases with retrofitting with FRP, however, the strengthening effect of FRP on the column under axial-bending (P-M) loading would be reduced with increase in slenderness. In other words, the bearing capacity of FRP is not used completely and the column is vulnerable to instability and buckling. As a result of that, slenderness effect may refrain the column to achieve its maximum bearing capacity. This study is aimed to investigate the behavior of slender concrete columns retrofitted with FRP composites by the means of grooving method in order to lessen the slenderness effect observed in other retrofitting methods. For this purpose, eighteen circular concrete specimens of 130 mm in diameter and 500, 700 and 900 mm in height under eccentric loading with 60 mm eccentricity were tested. Half of the specimens are reinforced with normal strength steel () and half with high strength steel (HSS). All the specimens are retrofitted with FRP composites in longitudinal direction by the means of externally bonded reinforcement (EBR) and externally bonded reinforcement on grooves (EBROG) method. In EBROG method, 8 surrounding grooves with the size of 10 mm in depth and width and 460, 660 and 860 mm in length were cut and longitudinal sheets were installed. In this work, in addition to the employment of mechanical LVDTs for measuring displacements and strains, particle image velocimetry (PIV) method was used. The results obtained from these two methods are in great correspondence. Results showed that in a particular slenderness ratio, specimens retrofitted by EBROG method have more bearing capacity in comparison with EBR method. Moreover, slenderness influences the bearing capacity of retrofitted specimens with EBROG method more slightly compare to specimen retrofitted with EBR method or specimens of no retrofitted in the case of reinforced with and HSS strength reinforcement. Keywords: FRP composites, retrofitting, RC Column, Slender Column, Secondary Effect, Externally Bonded Reinforced (EBR), grooving method (GM)
یکی از روش های متداولی که امروزه در مقاوم سازی سازه های بتن آرمه از آن استفاده می شود، استفاده از کامپوزیت های FRP می باشد. تقویت ستون ها به عنوان یکی از ارکان اصلی سازه ها که بار محوری را به صورت خالص یا به همراه لنگر خمشی منتقل می کنند، از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. ستونی که تحت بار محوری و لنگر خمشی قرار گرفته باشد، از خود تغییر مکان جانبی بروز می دهد؛ این تغییر مکان جانبی در هر قسمت از طول ستون، یک خروج از مرکزیت برای بار محوری وارد شده در انتهای ستون محسوب می شود که حاصل ضرب بار محوری در تغییر مکان جانبی مذکور سبب ایجاد لنگر ثانویه ای خواهد شد. اثر این لنگر با لنگر اولیه ای که بر ستون اثر می کرده است جمع شده و اثرات بحرانی تری را در ستون به وجود می آورد. با وجود آن که در عمل ستونهای بتنی اغلب تحت بار دارای خروج از مرکزیت بوده و ممکن است در معرض ناپایداری ناشی از اثرات لاغری باشند، بر روی رفتار ستونهای بتن آرمهی لاغر محصور شده با FRP، مطالعات آزمایشگاهی کمتری نسبت به ستونهای کوتاه تقویت شده با آن انجام شده است. هر چند مطالعات موجود مبین افزایش مقاومت ستون با تقویت آن به وسیلهی FRP میباشند، اما اثر تقویتی FRP بر روی ستون تحت بارگذاری محوری – خمشی (P-M)، با افزایش لاغری کاهش مییابد. به عبارت دیگر از ظرفیت FRP به طور کامل استفاده نشده و ستون در معرض ناپایداری و کمانش قرار میگیرد؛ در نتیجه اثرات لاغری میتوانند مانع از دستیابی ستون به حداکثر ظرفیت خود شوند. هدف از تحقیق حاضر، بررسی رفتار ستون های لاغر تقویت شده با کامپوزیت FRP با تکنیک شیارزنی بوده تا اثرات ناشی از لاغری که در سایر روش های تقویت مشاهده می شود، کاهش یابد. به منظور دست یابی به اهداف مورد نظر در تحقیق حاضر، تعداد 18 عدد نمونه ی بتن آرمه ی دایروی با قطر 130 میلی متر و با ارتفاع های 500، 700 و 900 میلی متر تحت بار با خروج از مرکزیت ثابت60 میلی متر مورد آزمایش قرار گرفتند. نیمی از نمونه ها مسلح به آرماتور مقاومت معمولی و نیمی دیگر مسلح به آرماتور مقاومت بالا می باشند. نمونه های مذکور با استفاده از کامپوزیت های FRP به صورت طولی و با استفاده از روش نصب خارجی (EBR) و تکنیک شیار زنی (EBROG) تقویت شدند. در روش EBROG، از تعداد 8 شیار در محیط نمونه با عرض و عمق 10 میلی متر و طول های 460، 660 و 860 میلی متر در جهت ارتفاع ستون استفاده شده و نوارهای طولی بر روی این شیارها تعبیه گردیدند. در تحقیق حاضر، علاوه بر استفاده از جا به جایی سنج های مکانیکی جهت اندازه گیری تغییر مکان ها و کرنش های نمونه، از روش سرعت سنجی تصویری ذره (PIV)، نیز استفاده شده است؛ نتایج حاضر از مطابقت نتایج حاصل از این دو روش حکایت می کنند. نتایج نشان داد در یک نسبت لاغری خاص، نمونه های تقویت شده به روش شیار زنی، افزایش باربری بیش تری نسبت به نمونه های تقویت شده به روش EBR نشان می دهند. هم چنین لاغری بر ظرفیت باربری ستون های تقویت شده به روش شیار زنی، در هر دو نوع نمونه های مسلح به آرماتور مقاومت معمولی و بالا، به میزان بسیار کم تری نسبت به روش تقویت EBR و نمونه های بدون تقویت اثر می گذارد. کلمات کلیدی: کامپوزیت FRP، تقویت، ستون بتن آرمه، ستون لاغر، اثرات ثانویه، تقویت ستون لاغر، روش نصب خارجی (EBR)، شیار زنی (GM)