SUPERVISOR
Kiachehr Behfarnia
کیاچهر بهفرنیا (استاد راهنما)
STUDENT
Ahmadreza Shirneshan
احمدرضا شیرنشان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Seismic Behavior of FRP-Retrofitted Concrete Shear Wall with Openings
Reinforced concrete shear wall is a resistance system against lateral load induced by earthquake and wind in high rise buildings.The functional requirements such as architectural and even mechanical requirements entail openings to be installed in structural walls. These openings may significantly influence its behaviors, such as changing its force transfer mechanism, deducting its strength and stiffness, and decreasing its ductility level. Also, there are limited recommendations related to the seismic design of shear walls with openings. Therefore, repair and retrofit of the shear walls with openings is both necessary and important. In recent years, fibre reinforced polymers (FRP) have been greatly used in strengthening and retrofitting of structural elements. Therefore it could be concluded that application of FRP strips is proper way to retrofit shear wall with openings. A review on the previous studies showed that very limited analytical and experimental studies have been conducted on the FRP retrofitting of RC shear wall with openings. This thesis presents the effects of creating opening in shear wall without considering its effect on structural behavior of the wall and strengthening these walls by FRP strips. Also, retrofitting shear walls with opening that were initially subjected to lateral loading and damaged in lateral loading and subsequently repaired with FRP strips. In this study, nonlinear finite element analysis was utilized to study the effects of fiber reinforced plastic (FRP) on the shear walls with opening using the finite element software ABAQUS. In all of cases the effects of increasing the FRP thickness was studied. Results show that the creating opening in shear wall play a major effect on lateral load capacity and ultimate lateral displacement and these effects depend on opening sizes and opening location. The performance of the retrofitted walls was observed to be better than the original walls before retrofitting in terms of the flexural behavior, shear strength, ductility capacities and ultimate lateral load resistance. Furthermore in retrofitting applications, shear wall that were retrofitted by the wrapped FRP strips in piers of wall was effective in significantly increasing the ultimate displacement and lateral load capacity of the wall and performance of these walls was observed to be better than applying CFRP strips around the opening . The mechanism of failing in retrofitted walls that retrofitted by wrapped FRP strips is FRP rupture whereas, in walls that FRP strips applying around the opening was FRP de-bonding. Increasing the CFRP strips thickness had the highest effect on ultimate displacement of models which retrofitting by wrapped CFRP strips. Key Words: Shear Wall, Openings, Retrofit, FRP, Finite Element
دیوارهای برشی بتن آرمه یکی از رایج ترین سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی حاصل از باد و زلزله در سازه ها هستند. یکی از انواع دیوارهای برشی، دیوار برشی دارای بازشو است که این بازشو‌ها به دلایل مکانیکی و معماری (تعبیه پنجره، در و...) در دیوار برشی ایجاد می‌شوند. وجود این بازشو‌ها در دیوار برشی باعث ایجاد تاثیراتی در مقاومت نهایی، تغییر در رفتار توزیع نیرو‌ها و تغییر در مکانیزم شکست و ... می‌شوند. همچنین با توجه به اینکه بعضی از دیوارهای برشی با استفاده از آیین‌نامه‌های قدیمی طراحی شده‌اند و این آیین‌نامه‌ها رفتار شکل‌پذیر دیوار برشی را تامین نمی‌نمایند و با توجه به عدم تطابق طرح لرزه‌ای این آیین‌نامه‌ها با آیین‌نامه‌های جدید، نیاز به ترمیم وتقویت این دیوار‌ها امری اجتناب‌ناپذیر است. امروزه استفاده ازکامپوزیت هایFRP به صورت گسترده و موفقیت آمیزی در بهبود رفتار لرزه ای سازه ها مورد توجه قرار گرفته است. تحقیقات انجام شده بر روی سازه های تقویت شده با ورق هایFRP بیشتر مربوط به تقویت تیر و ستون است. در حالی که تاثیر ورق هایFRP بر ظرفیت دیوارهای برشی به خصوص دیوار های برشی دارای بازشو کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه ابتدا رفتار دیوار های برشی که بدون در نظر گرفتن ملزومات آیین نامه ای مربوط به ایجاد بازشو در دیوار، طراحی شده اند، مورد بررسی قرار گرفته است و پس از بررسی نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی در زمینه تقویت دیوار های برشی، رفتار دیوار های برشی دارای بازشو(یک دیوار کوتاه و یک دیوار متوسط) که با استفاده از ورق هایFRP تقویت شده اند، مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین یکی از مسائل مهم در زمینه ی تقویت اجزای سازه ای با استفاده از ورق های FRP، تقویت اجزای آسیب دیده تحت اثر بارگذاری اولیه است. بر طبق بررسی های انجام گرفته مطالعات اندکی در زمینه ی تقویت دیوار برشی آسیب دیده با استفاده از ورق های FRP وجود دارد و بیشتر این مطالعات به صورت آزمایشگاهی هستند. بنابراین در این پایان نامه سعی شده است اثر تقویت دیوارهای برشی آسیب دیده دارای بازشو با استفاده از ورق های FRP با به کارگیری روش های عددی مورد ارزیابی قرار گیرد. به همین منظور در این پایان‌نامه از روش اجزاء محدود غیر خطی استفاده شده است و با توجه به ویژگی‌های نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS، در مدل‌سازی دیوارهای برشی، این نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین در تمامی حالات ذکر شده تاثیر افزایش ورق FRP بر رفتار دیوارهای تقویت شده مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این مطالعه مشخص گردید که ایجاد بازشو در دیوار برشی تاثیر به سزایی در رفتار دیوار برشی هم از نظر شکل پذیری و هم از نظر میزان باربری حداکثر ایجاد می نماید. میزان این تاثیر به محل ایجاد بازشو و ابعاد بازشو بستگی دارد. نتایج حاصل از تقویت دیوارهای برشی دارای بازشو با استفاده از ورق های FRP، بهبود رفتار دیوارهای تقویت شده در هر دو حالت دیوارهای بدون آسیب و دیوارهای آسیب دیده را نشان می دهد. در این مطالعه مشخص گردید که دیوارهایی که در آنها ورق های FRP به صورت دورپیچ در نواحی اطراف بازشو مورد استفاده قرار گرفته اند، نسب به حالتی که ورق های FRP در اطراف بازشو به سطح بتن چسبانده شده اند، رفتار بهتری از خود نشان می دهند(هم از نظر شکل پذیری و هم از نظر میزان باربری حداکثر). در حالتی که ورق ها به سطح بتن چسبانده شده اند مکانیزم شکست دیوار تقویت شده به صورت جدایی ورق از سطح بتن است، اما در حالتی که ورق FRP به صورت دورپیچ مورد استفاده قرار گرفته است، از ظرفیت ورق به طور کامل استفاده شده و مکانیزم شکست به صورت پارگی ورق است. همچنین تاثیر افزایش ضخامت ورق FRP در حالت دورپیچ بیش تر بوده، به طوری که با افزایش ضخامت ورق میزان شکل پذیری دیوارهای تقویت شده افزایش می یابد. کلمات کلیدی: دیوار برشی بتن آرمه، بازشو، ورق FRP، روش اجزای محدود غیر خطی، ABAQUS