نمودارهای اندرکنش ستون بتنی مسلح توخالی محصور با FRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده عمران، گرایش سازه، دانشگاه تبریز

2 استادیار، دانشکده عمران، گرایش سازه، دانشگاه تبریز

3 کارشناس ارشد، مهندسی عمران، گرایش سازه، دانشگاه تبریز

چکیده

ستون های توخالی بتن مسلح برای کاهش هزینه و کاهش نسبت وزن به سختی اعضا استفاده می شوند. این ستون ها اغلب بارهای محوری همراه با لنگر خمشی را تحمل می کنند.
مقاوم سازی ستون توخالی بتن مسلح با پوشش FRP حالت محصور شدگی برای بتن فراهم می کند. در این مطالعه ستون ها بدون پوشش و با پوشش پیرامونی FRP بررسی و تحلیل شده، نمودار اندرکنش هر گروه با نتایج تجربی موجود مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، افزایش لایه های FRP تا اندازه ای در افزایش مقاومت ستون موثر است، اما افزایش لایه ها به بیش از 5 لایه اقتصادی نیست. استفاده ازسه لایه، مقاومت محوری ستون ها را بین%30 تا %40 افزایش می دهد، اما در خمش خالص این مقدار به %50 هم می رسد. افزایش مقاومت با هفت و نه لایه حدود %5 بیشتر از مقاوم سازی با پنج لایه است. همچنین افزایش ابعاد سوراخ باعث کاهش مقاومت نهایی ستون ها می شود. مقایسه ستون های با سوراخ مربعی و دایره ای نشان می دهد ستون های با سوراخ دایره ای عملکرد بهتری دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Interaction diagrams of FRP Wrapped Hollow Core Reinforced Concrete Columns

نویسندگان [English]

  • Majid Barghian 1
  • Masood Farzam 2
  • Pari Ramazani 3
1 Associate Professor, University of Tabriz
2 Assistant Professor, University of Tabriz
3 M.Sc. student, University of Tabriz
چکیده [English]

Hollow core reinforced concrete columns are usually used to decrease the cost and weight/stiffness ratio of members. These columns usually carry axial forces together with bending moment.
Fiber- reinforced polymer FRP wrapping provides a confinement to the concrete.In this study,concrete columns were analyzed with and without external confinement; and interaction diagramswere compared with those obtained from experimental results. Based on the results it was realized that external confinement with FRP composite could increase the strength of concrete column.However, the influence of the number of layers of FRP on the specimens after five Layers under loading is not so pronounced.  Wrapping three layers of FRP increases columns axial strength about 30% to 40%, while it can reach up to 50% for pure bending. Strength increase with seven and nine layers is about 5% more than retrofitting with five layers. Also, increasing hole dimensions reduces columns ultimate strength. Comparing columns with circular and square hole shows that columns with circular hole have better function.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hollow Core Reinforced Concrete
  • Fiber Reinforced Polymer
  • FRP
[1] سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، نشریه شماره 345 ، راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمانهای بتنی موجود با .FRP استفاده از مصالح تقویتی
[2] Hadi, M.N.S.; “Behavior of FRP wrapped normal strength concrete columns under eccentric loading”,Composite Structures, 72, pp: 503-511, 2006.
[3] Yazici, V.; Hadi, M.N.S; “Axial Load-Bending Moment Diagrams of Carbon FRP Wrapped Hollow Core Reinforced Concrete Columns”, JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION © ASCE /JULY/ AUGUST, 2009.
[4] Hsu, HL.; Liang, LL.; “Performance of hollow composite members subjected to cyclic eccentric loading”, Earthq Eng Struct Dyn, 32, pp: 443 – 61,2003.
[5] Lignola, GP.; Prota, A.; Manfredi, G.; Cosenza,E.; “Deformability of reinforced concrete hollow columns confined with CFRP”, ACI Struct J, 104(5),pp: 629 – 37, 2007.
[6] Teng, J.G.; Chen, J.F.; Smith, S.T.; and Lam, L.; “FRP - strengthened RC structures”, Wiley, West Sussex,
U.K, 2002.
[7] Samaan, M.; Mirmiran, A.; Shahawy, M.; “Model of concrete confined by fibre composite”, J Struct Eng,
124 (9), pp: 1025 – 31, 1998.
[8] Spoelstra, M.R.; Monti, G.; “FRP-confined concrete model”, J Compos, Constr, 33, pp: 143 – 150, 1999.
[9] Toutanji, H.A.; Balaguru, P.; “Effects of freezethaw exposure on performance of concrete columns
strengthened with advanced composites”, ACI Mater J, 96(6), pp: 605 – 10, 1999.
[10] Nanni, A.; Bradford, N.M.; “FRP jacketed concrete under uniaxial compression”, Constr. Build, Mater,
92, pp: 115 – 124, 1995.
[11] Mirmiran, A.; Shahawy, M.; “Behavior of concrete confined by fiber composites”, J, Struct, Eng, 123 (5),
pp: 583 – 590, 1997.
[12] Fam, A.Z.; Rizkalla, S.H.; “Behavior of axially loaded concrete-filled fiber reinforced polymer tubes”, ACI
Struct, J, 9 (83), pp: 280 – 289, 2001.
[13] Lignola, G.P.; Prota, A.; Manfredi, G.; Cosenza, E.; “Experimental Performance of RC Hollow Columns
Confined with CFRP”, J Compos Constr, 11(1), pp:42 – 9, 2007.
[14] Hadi, M.N.S.; “The behavior of FRP wrapped HSC columns under different eccentric loads”, J Compos
Struct, 78(4), pp: 560 – 566,2007.
[15] Xiao Y, Wu H. 2003. Compressive behavior of concrete confined by various types of FRP composites
jackets. J Reinf Plast Compos; 22(13), pp: 1187 –202.
[16] Richart, F.E.; Brandtzaeg, A.; Prown, R.L.; “A study of the failure of concrete under combined compressive
stress”. Bulletin No 190, Engineering Experiment Station, University of Illinois, Urbana 1928; April,73, 1928.
[17] Karbhari, V.M.; Gao, Y.; “Composite jacketed concrete under uniaxial compression – verification of
simple design equations”. J Mater Civil Eng, 9(4), pp:185 – 93, 1997.
[18] ACI318, “Building code requirements for structural concrete”, American Concrete Institute, USA, 2002.
[19] “Australian Standards 3600, Concrete structures”,Australian Standard, Australia 2001.
[20] Lam, L.; Teng, J.G.; “Strength models for fiberreinforced plastic-confined concrete”. J Struct Eng,
128(5), pp: 612 – 22, 2002.
[21] Kusumawardaningsih, Y.; Had,i M.N.S.;“Comparative behavior of hollow columns confined with FRP composites”, Compos Struct, doi, 10.1016,2010.
[22] Zahn, F.A.; Park, R.; and Priestley, M.J.N.; “Flexural strength and ductility of circular hollow reinforced
concrete columns without confinement on inside face”,, ACI Struct, J, 8(72), pp: 156 – 166, 1990.
[23] William, K.J.; Warnke, E.P.; “Constitutive model for the triaxial behavior of concrete. IABSE Proc”, Int,
Association for Bridge and Structural Engineering,Zürich, 1975.
[24] Mander, J.B.; Priestley, M.J.N.; and Park, R.;“Theoretical stress-strain model for confined concrete”, J, Struct, Eng, 114 (8), pp: 1804 –1826,1988.
[25] Darwin, D.; Pecknold, D.A.; “Analysis of cyclic loading of plane reinforced concrete structures”.Comput. Struct, 71, pp: 137 – 147, 1977.
[26] Popovics, S.; “A numerical approach to the complete stress-strain curves of concrete”, Cem, Concr, Res,
35, pp: 583 – 599, 1973.
[27] Yuan, X.F.; Lam, L.; Teng, J.G.; Smith, S.T.; “FRPconfined RC columns under combined bending and
compression: a comparative study of concrete stress –strain models”, FRP Composites in Civil Engineering;
I, pp: 749 – 58, 2001.
[28] Ozbakkaloglu, T.; Saatcioglu, M.; “Seismic Performance of Square High-Strength Concrete Columns in FRP Stay - in - Place Formwork”, Journal
of Structural Engineering © ASCE, 2007.
[29] Lignola, G.P.; Prota, A.; Manfredi, G.; Cosenza, E.;“Experimental Performance of RC Hollow Columns
Confined with CFRP”, J Compos Constr, 11(1), pp:42 – 9, 2007.
[30] Jankowiak, T.; Lodygowski, T.; “Identifiction of Parameters of Concrete Damage Plasticity Constitutive model” oznzn University of Technology,Poznan 2005, ISSN 1642 - 9303.