Skip to main content
SUPERVISOR
Davood Mostofinejad
داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammadjavad Hajrasouliha
محمدجواد حاج رسولیها

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Shear Retrofitting of Corner 3D Reinforced Concrete Beam-Column Joints Using FRP Composites Under Reversed Cyclic Loading
Beam-column joints are fundamental structural components to provide stability to a concrete frame. Compared to other types of joint, corner joints are more susceptible to failure due to their smaller size and inferior confinement; therefore, it is necessary to develop efficient techniques for strengthening three-dimensional (3D) corner deficient joints of reinforced concrete (RC) structures. However, most research has focused on two-dimensional (2D) joints due to the complexity of casting and testing 3D ones. Moreover, the effect of lateral beams on the confinement of the joint zone has been neglected in most cases. These shortcomings undermine the applicability of some of the retrofitting configurations proposed so far to real 3D structures. This study investigates the shear strengthening of non-seismic 3D corner joints, i.e. those lacking adequate transverse reinforcement in the joint zone, using carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets. To delay the debonding of CFRP sheets off the concrete substrate, the externally bonded reinforcement on groove (EBROG) technique is used, and the hysteretic response of 3D corner joints strengthened via the EBROG method is analyzed. Nine 3D joint specimens in half-scale size were manufactured and tested. The specimens consisted of one control specimen, one standard specimen conforming to code requirements, and seven FRP-retrofitted specimens with L-shaped and X-shaped strengthening configurations. Results indicated that the adopted strengthening configurations prevented the shear failure of the joint. Comparison of the maximum loads achieved at a drift ratio of 4.5% revealed that the EBROG technique combined with FRP fans prevented any load reduction up to the test termination. Keywords 3D Reinforced concrete beam-column joints, FRP composites, Shear strengthening, EBROG, FRP fans.
قاب­های خمشی که از اتصال تیرها و ستون­ها تشکیل شده­اند، یکی از متداول­ترین سیستم­های مقاوم در برابر بارهای جانبی به شمار می­روند. در زمان وقوع زلزله، خرابی اتصالات سبب افزایش ناگهانی تغییر مکان طبقه و افزایش امکان خرابی سازه می­شود. اتصالات گوشه در ساختمان­های بتنی به علت سهم بار ثقلی کم­تر، دارای ابعاد ستون کوچک­تر و در نتیجه ابعاد هسته­ی اتصال کم­تر می­باشند؛ و نیز به دلیل وجود حداقل تیر جانبی در ناحیه­ی اتصال، کم­ترین محصور شدگی را در میان انواع اتصالات داراست؛ لذا در برابر بارهای رفت و برگشتی در معرض آسیب پذیری بیش­تری قرار دارد. ازاهداف تحقیق حاضر، بررسی امکان تقویت برشی هسته­ی اتصالات سه بعدی گوشه­ی فاقد آرماتور برشی در هسته­ی اتصال قرار داده شد. این اتصالات به نحوی طراحی می­شوند که شکست آن­ها ناشی از شکست برشی هسته­ی اتصال بوده و سپس با ارائه­ی الگوهای تقویت منطبق با وضعیت سه بعدی اتصالات گوشه، کارآیی کامپوزیت­های CFRP در افزایش مقاومت و شکل پذیری این گروه از اتصالات ارزیابی می­گردد. با توجه به اهداف تعریف شده، در ابتدا تعداد 9 نمونه اتصال گوشه به صورت سه بعدی و 1 نمونه اتصال دو بعدی و بدون تیر جانبی با مشخصات هندسی و آرماتورگذاری طولی و عرضی یکسان ساخته شد. تمامی نمونه­های سه بعدی مورد آزمایش در این تحقیق، اتصالات سه بعدی گوشه می­باشند که شامل نصف ارتفاع ستون، نصف دهانه­ی تیر اصلی، هسته­ی اتصال و تیر جانبی به طول 1200 میلی متر می­باشند. در نمونه­ی دو بعدی نیز تنها تفاوت عدم وجود تیر جانبی در محل اتصال می­باشد و سایر مشخصات هندسی و آرماتور گذاری نمونه­های 2 بعدی و 3 بعدی کاملاً یکسان است. در 8 نمونه­ی سه بعدی، آرماتورهای عرضی مورد نیاز در ناحیه­ی هسته­ی اتصال اجرا نمی­گردد تا نیروی برشی ایجاد شده در هسته­ی اتصال، زمینه­ی شکست برشی را فراهم کند. سایر مشخصات آرماتور گذاری اتصالات مطابق با ضوابط آیین نامه­ی ACI 318-14 طراحی شده است. در تک نمونه­ی استاندارد سه بعدی نیز مطابق با ضوابط شکل پذیری قاب­های خمشی ویژه در آیین نامه­ی ACI 318-14 در طولی معادل دو برابر ارتفاع مقطع تیر، در محل تکیه گاه تیر اصلی، در سرتاسر تیر جانبی، کل ستون و حتی داخل هسته­ی اتصال آرماتور گذاری عرضی ویژه انجام گردید. به منظور تقویت برشی اتصالات گوشه­ی 3 بعدی از دو الگوی کلی X و L شکل که منطبق با شرایط واقعی ساختمان می­باشد، استفاده می­شود. در الگوی L شکل سه نمونه­ی اتصال 3 بعدی گوشه و درالگوی X شکل چهار نمونه تعریف گردید. در راستای اهداف رساله­ی حاضر، در کلیه­ی 10 نمونه اتصال، بار محوری 160 کیلو نیوتن بر ستون اعمال گردید و سپس نمونه­ها تحت بارگذاری شبه استاتیکی رفت و برگشتی مورد آزمایش قرار گرفتند. به منظور مقایسه­ی نتایج، پارامترهای مختلفی از جمله بار نهایی، شکل پذیری، استهلاک انرژی، میرایی چرخه­ای و زوال سختی از منحنی چرخه­ای نمونه­ها استخراج گردید. در اکثر نمونه‌های تقویت شده، از روش شیار زنی به منظور آماده سازی سطح نصب ورق کامپوزیت استفاده شد. بررسی‌ بر روی نتایج آزمایشگاهی این گروه از نمونه‌ها نشان داد که جدا شدگی سطحی کامپوزیت‌های FRP از سطح بتن توسط روش شیار زنی به طور کامل حذف شده و جدا شدگی انتهایی ورق‌های تقویت نیز در برخی از نمونه‌ها با FRP باد بزنی مهار گردید. بدین صورت مود شکست از مفصل برشی در هسته‌ی اتصال به مفصل خمشی در تیر در نقطه‌ی قطع ورق تقویت تبدیل شد. ظرفیت باربری نمونه‌های تقویت شده‌ی از % 21 تا % 53 و ضریب شکل پذیری تغییر مکانی از % 20 تا % 80 نسبت به نمونه‌ی کنترلی افزایش یافت. میزان استهلاک انرژی نمونه‌های تقویت شده تا حد % 60 نسبت به نمونه‌ی مبنا رشد یافته و نسبت میرایی چرخه­ای معادل نمونه­های تقویت شده تا حد 47 درصد نسبت به نمونه­ی مبنا افزایش داشت. در مرحله‌ی بعد، اتصالات تجربی در نرم افزار OpenSees مدل سازی و تحلیل غیر خطی شدند. نتایج حاصل از تحلیل مزبور، انطباق مناسبی را با نتایج آزمایشگاهی حاضر نشان داد. در ادامه با تغییر برخی پارامترهای اصلی نظیر نسبت آرماتور تیر، تنش تسلیم آرماتورها و مقاومت فشاری بتن شرایط برای ارزیابی رفتار نمونه­ی شاهد سه بعدی و نمونه­ی تقویت شده فراهم گردید. کلمات کلیدی: اتصال سه بعدی تیر- ستون بتن آرمه، کامپوزیت‌های FRP، تقویت برشی، نصب خارجی ورق روی شیار.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی