مقاوم سازی خمشی ستون های بتن مسلح با استفاده از میلگردهای کامپوزیتی مدفون در سطح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

در چند سال اخیر استفاده از مواد کامپوزیت جهت تقویت و مقاوم‌سازی سازه‌های بتن مسلح رشد چشمگیری داشته است. تحقیقات بسیاری در خصوص افزایش ظرفیت باربری محوری، ظرفیت برشی و شکل‌پذیری ستون‌های بتن مسلح دور پیچ شده با الیاف کامپوزیت انجام گرفته‌است  که همه این تحقیقات نشان از عملکرد مناسب مواد کامپوزیت در بهبود عملکرد ستون‌های بتن مسلح دارد، اما دورپیچ کامپوزیت تاثیر چندانی بر روی افزایش ظرفیت خمشی و ظرفیت باربری جانبی ستون‌های بتن مسلح ندارد. در این مقاله از میلگردهای کامپوزیت مدفون در نزدیک سطح که NSM (Near Surface Mounted) نامیده می‌شود، جهت افزایش ظرفیت خمشی ستون‌های بتن مسلح استفاده می‌گردد. این روش شامل قرار دادن میلگردهای NSM در داخل شیارهای ایجاد شده بر روی سطح بتن و پر کردن داخل شیار با چسب مخصوص می‌باشد. به این منظور هفت نمونه ستون بتن مسلح ساخته شده و با درصد مختلف میلگردهای NSM تقویت شده‌است. نمونه‌های ساخته شده، تحت بارگذاری محوری ثابت و جابه‌جایی جانبی سیکلی قرار گرفته و نتایج آن بررسی شده‌است. هم‌چنین عملکرد این روش در ترکیب با دورپیچ FRP نیز مورد بررسی قرار گرفته‌است. لزوم مهار انتهای میلگردهای NSM در داخل بتن نیز بخش دیگری از این تحقیق است. نتایج آزمایش‌های نشان از عملکرد مناسب میلگردهای NSM در ترکیب با دورپیچ FRP در افزایش ظرفیت خمشی، سختی و میزان انرژی جذب شده توسط ستون‌های بتن مسلح دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Strengthening of RC Columns with NSM Bars and CFRP Jacketing

نویسندگان [English]

  • M. Esfandi Sarafraz 1
  • ّّF. Danesh 2
1 Department of Civil Engineering, Islamic Azad University, West Tehran Branch, Tehran, Iran
2 Department of Civil Engineering, KNT University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

This paper shows the results of an experimental study on the behavior of rectangular reinforced concrete columns that strengthened in bending with NSM FRP bars and CFRP jacketing under combined compression axial load and cyclic lateral loading. Near surface mounted (NSM) fiber reinforced polymer (FRP) is one of the best retrofitting techniques for reinforced concrete (RC) structures. This technique is based on inserting fiber reinforced polymer bars into slits in the cover of reinforced concrete members. For this purpose, seven rectangular RC columns including one control specimen constructed and tested under constant axial load and lateral cyclic displacement. Experimental parameters include different ratios of NSM FRP bar, maximum lateral load capacity, and failure modes are describes based on the test results. The crack patterns in the specimens are also presented. Also, the study was designed to evaluate the necessity of anchoring the end of NSM FRP bars in the foundation. The test results show that a significant increase in the load carrying capacity, stiffness, and energy dissipation of rectangular RC columns can be achieved by using the NSM technique.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flexural Strengthening
  • NSM
  • FRP
  • Reinforced Concrete Column

مراجع

[1] R. Park, Improving the resistance of structures to earthquakes, Bulletin of the New Zealand National Society for Earthquake Engineering, 34(1) (2001) 1-39.
[2] H. Saadatmanesh, M. R. Ehsani, and L. Mu-Wen, Strength and ductility of concrete columns externally reinforced with fiber composite straps, ACI Structural Journal, 91(4) (1994) 434-447.
[3] H. Saadatmanesh, M. R. Ehsani, and L. Mu-Wen, Seismic strengthening of circular bridge pier models with fiber composites, ACI Structural Journal, 93(6) (1996) 639-738.
[4] F. Seible, M. N. Priestley, G. A. Hegemier, and D. Innamorato, Seismic retrofit of RC columns with continuous carbon fiber jackets, Journal of composites for construction, 1(2) (1997) 52-62.
[5] A. Mirmiran, M. Shahawy, M. Samaan, H. E. Echary, J. C. Mastrapa, and O. Pico, Effect of column parameters on FRP-confined concrete, Journal of Composites for construction 2(4)(1998) 175-185.
[6] M. Saafi, H. Toutanji, and Z. Li, Behavior of concrete columns confined with fiber reinforced polymer tubes, ACI Materials Journal, 96(4) (1999) 500-509.
[7] ACI Committee 440, Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures, American Concrete Institute, 2017.
[8] R. El-Hacha, and S. Rizkalla, Near-surface-mounted fiber-reinforced polymer reinforcements for flexural strengthening of concrete structures, ACI Structural Journal, 101(5) (2004) 717-726.
[9] L. De Lorenzis, and A. Nanni, Bond between NSM fiber-reinforced polymer rods and concrete in structural strengthening, ACI Structural Journal, 99(2) (2002) 123-132.
[10] J. Sena Cruz, and J. A. O. Barros, Bond between near-surface mounted carbon-fiber-reinforced polymer laminate strips and concrete, Journal of composites for construction, 8(6) (2004) 519-527.
[11] L. De Lorenzis, Anchorage length of near-surface mounted fiber-reinforced polymer rods for concrete strengthening—Analytical modeling, ACI Structural Journal, 101(3) (2004) 375-386.
[12] L. De Lorenzis, K. Lundgren, and A. Rizzo, Anchorage length of near-surface mounted fiber-reinforced polymer bars for concrete strengthening-experimental investigation and numerical modeling, ACI Structural Journal, 101(2) (2004) 269-278.
[13] H. Tarek, and S. Rizkalla, Bond mechanism of NSM FRP bars for flexural strengthening of concrete structures, ACI Structural Journal, 101(6) (2004) 830-839.
[14] I. S. Liu, D. J. Oehlers, and R. Seracino, Tests on the ductility of reinforced concrete beams retrofitted with FRP and steel near-surface mounted plates, Journal of Composites for Construction, 10(2) (2006) 106-114.
[15] J. A. O. Barros, D. Ferreira, A. S. Fortes, and S. Dias, Assessing the effectiveness of embedding CFRP laminates in the near surface for structural strengthening, Construction and Building Materials, 20(7) (2006) 478-491.
[16] J. A. O. Barros, K. V. Rajendra, J. Sena-Cruz, and A. Azevedo, Near surface mounted CFRP strips for the flexural strengthening of RC columns: Experimental and numerical research, Engineering Structures, 30(12) (2008) 3412-3425.
[17] D. A. Bournas, and T. C. Triantafillou, Flexural strengthening of RC columns with NSM FRP or stainless steel, ACI Structural Journal, 106(4) (2009) 495-505.
[18] L. Ding, G.Wu, S. Yang, and Z. Wu, Performance advancement of RC columns by applying basalt FRP Composites with NSM and confinement system, Journal of Earthquake and Tsunami, 7(2) (2013) 1-20.
[19] X. Li, H. L. Lv, G. C. Zhang, S. Y. Sha, and S. C. Zhou, Seismic retrofitting of rectangular reinforced concrete columns using fiber composites for enhanced flexural strength, Journal of Reinforced Plastics and Composites, 32(9) (2013) 619-630.
[20] S. F. Jiang, X. Zeng, S. Shen, and X. Xu, Experimental studies on the seismic behavior of earthquake-damaged circular bridge columns repaired by using combination of near-surface-mounted BFRP bars with external BFRP sheets jacketing, Engineering Structures, 106 (2016) 317-331.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 51، شماره 1
فروردین و اردیبهشت 1398
صفحه 101-110

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار