SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar,Davood Mostofinejad
محمدرضا افتخار (استاد مشاور) داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
Ala Torabian isfahani
آلاء ترابیان اصفهانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Experimental Study on Behavior of Circular Columns under Eccentric Loading with Longitudinal FRP using Grooving Method
Today, the application of fiber reinforced polymer (FRP) composites has been successfully promoted for strengthening or repairing of structural members. Columns are the basic members in a structure that transfer the axial load with or without bending moment. So, strengthening these members by FRP composites and developing new methods in order to improve the efficiency of them is very important. One of the methods for strengthening the reinforced concrete (RC) columns with FRP composites is using the FRP jackets environmentally around the columns. The FRP jackets are used mainly in a condition that all or most of the fibers of composite are perpendicular to the column axis and in hoop direction to provide confinement. However, the axial compressive strength of columns can be increased by using FRP composite with longitudinal fibers; where the fiber sheets contribute by resisting compression directly. Buckling of FRP composite causes inappropriate performance of composite under compressive stresses. In longitudinally strengthened columns with FRP, buckling of FRP composite causes debonding of FRP from concrete surface. On the other hand, researches have shown that the newly developed grooving method as alternative to surface preparation can postpone or in some cases eliminate debonding of FRP sheet from the surface of the concrete beams and columns. Most of the columns in a structure are under axial-flexural loading; so, study the behavior of columns under eccentric loading seems to be necessary. In a column strengthened with longitudinal FRP composites under eccentric loading, some of the composites are under tension stresses and because of their high tension resistance, increase the strength of the columns. On the other hand, some of the composites are under compression stresses; in this case, using grooving method postpones buckling of these composites and they can play an effective role in increasing the strength of the column too. So, in this research the grooving method is used in the specimens that are strengthened with longitudinal FRP composites in order to study the effect of grooving method in postponing the buckling and debonding the FRP sheets from concrete surface and consequently increasing the strength of specimens. In addition, because of the importance of ductility in structural members such as columns, the ductility of the specimens has been investigated in this research. To perform the study, 35 cylindrical reinforced concrete specimens with 150 mm diameter and 500 mm height were tested experimentally under compression loading with eccentricity of zero, 30, 60 and 90 mm and under 4-point flexural bending. In this study, the conventional externally bonded reinforcement (EBR) and the grooving method by externally bonded reinforcement on grooves (EBROG) technique was utilized for installing the FRP sheets with longitudinal fibers. Experimental results showed that using the grooving method by EBROG technique increases the load carrying capacity of columns with longitudinal composite and by increasing the load eccentricity, the effect of longitudinal composites increased. In this case, the compression strength of specimens strengthened with longitudinal composites using EBROG technique, under zero, 30, 60 and 90 mm eccentricity of loading and under 4-point flexural bending, were respectively increased 8.3%, 12.2%, 25.8%, 36% and 53.3% compared with the unconfined specimens. Also according to the results, in all kinds of loading, grooving method is more effective in increasing the load capacity compared with EBR method. In addition, the results of studying about ductility showed that longitudinal composites were effective in increasing the ductility of the specimens. Key Words Cylindrical RC specimen, Load carrying capacity, FRP composite with longitudinal fibers, Buckling, Grooving method, Eccentric loading, 4-point flexural loading
امروزه استفاده از کامپوزیتهای FRP جهت تقویت و یا ترمیم انواع عناصر سازهای به طور چشم گیری گسترش یافته است. ستونهای موجود در سازه از اعضای اصلی آن میباشند که بار محوری را با یا بدون لنگر خمشی منتقل میکنند؛ بنابراین مقاوم سازی این اعضا توسط کامپوزیتهای FRP و ارائهی راهکارهای جدید جهت بهبود عملکرد آنها از اهمیت بالایی برخوردار است. برای تقویت ستونهای بتن آرمه، میتوان از پوششهای کامپوزیتی FRP به دور ستون استفاده کرد. بیشترین کاربرد این پوششها به صورتی است که الیاف کامپوزیت کاملاً یا به صورت عمده در جهت عمود بر محور طولی ستون یا جهت حلقوی قرار گیرند. از طرفی، میتوان با استفاده از کامپوزیت FRP با الیاف در راستای موازی با محور طولی ستون نیز مقاومت ستون را افزایش داد. در صورتی که در تقویت ستون تحت بار محوری خالص از کامپوزیت با الیاف طولی استفاده شود، این کامپوزیت میتواند با تحمل قسمتی از تنش فشاری وارد بر ستون، موجب افزایش ظرفیت باربری ستون گردد. یکی از دلایل عدم کارکرد مناسب کامپوزیت FRP تحت تنشهای فشاری، وقوع پدیدهی کمانش در آن است. در ستونهای تقویت شده با کامپوزیت طولی، کمانش ورق کامپوزیت موجب جدا شدن آن از سطح بتن میگردد. از طرفی، توسعه و بررسی روش جدید شیارزنی به عنوان جایگزینی برای روش آماده سازی سطحی متداول، نشان دهندهی توانایی این روش در به تأخیر انداختن پدیدهی جدا شدگی FRP از سطح بتن در تیرها و ستونهای بتنی و بتن آرمه است. با توجه به این که اکثر ستونهای موجود در سازه تحت اثر توأم بار محوری و لنگر خمشی میباشند، بررسی رفتار ستونها تحت بار خارج از محور ضروری به نظر میرسد. در صورتی که از کامپوزیتهای طولی در تقویت این ستونها استفاده گردد، بخشی از کامپوزیتها تحت کشش قرار گرفته و با مقاومت کششی بالایی که دارند، موجب افزایش باربری نمونه میشوند؛ همچنین بخشی دیگر از کامپوزیتها تحت فشار قرار میگیرند، که با به کارگیری روش شیارزنی تا حد زیادی از کمانش آنها جلوگیری میشود و بنابراین با تحمل فشار، نقش مؤثری در افزایش باربری نمونه خواهند داشت. لذا در این تحقیق، از روش شیارزنی در تقویت نمونههای بتن آرمه با کامپوزیت FRP با الیاف طولی استفاده شد و نمونهها تحت بار محوری و بار خارج از محور قرار گرفت تا تأثیر روش شیارزنی در به تأخیر انداختن کمانش و جدا شدگی FRP از سطح بتن و در نتیجه افزایش باربری نمونهها مورد بررسی قرار گیرد. علاوه بر این، با توجه به اهمیت شکل پذیری در اعضای سازهای و از جمله ستونها، شکل پذیری این نمونهها نیز مورد بررسی قرار گرفت. به منظور دستیابی به اهداف تحقیق، تعداد 35 عدد نمونهی بتن آرمه با مقطع دایرهای به قطر 150 میلی متر و ارتفاع 500 میلی متر تحت بارمحوری با خروج از مرکزیتهای صفر، 30، 60 و 90 میلی متر و نیز تحت خمش چهار نقطهای قرار گرفت. در نمونههای مورد بررسی، از روش متداول نصب سطحی و روش شیار زنی در نصب کامپوزیت طولی FRP استفاده شد. نتایج آزمایشها نشان داد که به کار گیری روش شیار زنی موجب افزایش ظرفیت باربری ستون تقویت شده با کامپوزیت طولی میگردد؛ و با افزایش خروج از مرکزیت بار، میزان کارایی کامپوزیتهای طولی افزایش مییابد. به طوری که میزان افزایش باربری برای بارگذاری با خروج از مرکزیتهای صفر، 30، 60 و 90 میلی متر و برای بارگذاری خمش چهار نقطهای، به ترتیب به میزان 3/8، 2/12، 8/25، 36 و 3/53 درصد نسبت به نمونهی شاهد میباشد. همچنین با توجه به نتایج به دست آمده، در تمامی بارگذاریها، تأثیر روش شیارزنی در افزایش باربری نمونهها به طور چشم گیری بیشتر از روش آماده سازی سطحی میباشد. علاوه بر این، با توجه به نتایج شکل پذیری، میتوان گفت که کامپوزیتهای طولی در افزایش شکل پذیری نمونه مؤثر بودهاند. کلمات کلیدی: ستون بتن آرمه دایرهای، ظرفیت باربری، کامپوزیت FRP با الیاف طولی، کمانش، شیارزنی، بار با خروج از مرکزیت، بارگذاری خمش چهار نقطهای.