مقاوم سازی ستون های فولادی پرشده با ملات دارای نقص توسط CFRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد زاهدان، زاهدان، ایران

چکیده

اخیرا، استفاده از ستون‌های فولادی پرشده با بتن  CFST ))به‌دلیل مزایای متعددی که دارند، رواج فراوانی پیدا کرده است. برخی از ستون‌های CFST ممکن است که متحمل آسیب‌های ناشی از عوامل مختلف بوده و از اینرو، نیازمند تقویت باشند. یکی از روش‌هایی که می‌توان برای بهبود عملکرد ستون‌های آسیب دیده استفاده نمود، مقاوم‌سازی با پلیمرهای مسلح شده به الیاف FRP )) می‌باشد. مطالعۀ حاضر به صورت عددی و آزمایشگاهی، اثر مقاوم‌سازی ستون‌های فولادی دارای نقص پرشده با مالت گروت را مورد بررسی قرار می‌دهد. مدل‌سازی عددی به صورت سه‌بعدی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس ABAQUS ))و مطالعه آزمایشگاهی توسط دستگاه فشار یکنواخت انجام گرفت. نقص‌های ایجاد شده به‌صورت افقی و عمودی در مرکز ستون به وجود آمد. نمونه‌ها شامل یک نمونه ستون کنترل و چهار نمونه دارای نقص‌های افقی و عمودی بود که دو عدد از آنها با چهار لایه پلیمر مسلح شده به الیاف کربن CFRP )) مقاوم‌سازی شده بودند. نتایج مشخص نمود، نقص افقی ایجادشده در ستون باعث بیشترین کاهش ظرفیت باربری نسبت به نمونۀ کنترل (%46 )-شد. مقاوم‌سازی نمونه‌ها با چهار لایه الیاف کربنی (دو لایه عرضی و دو لایه طولی) به صورت مناسب باعث افزایش ظرفیت تحمل بار، در حدود 27 %افزایش نسبت به نمونه دارای نقص، شد. استفاده از الیاف کربنی به صورت دورپیچ کامل، کمک شایانی به افزایش مقاومت محصورشدگی و کنترل گسیختگی‌های موضعی اعضا نمود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Strengthening of Deficient Mortar Filled Steel Columns using CFRP

نویسندگان [English]

  • Iman Badih Damghani
  • Kambiz Narmashiri
Department of Civil Engineering, Zahedan Branch, Islamic Azad University, Zahedan, Iran
چکیده [English]

Recently, the application of concrete-filled steel tubes (CFST) columns has been widely trended due to their several advantages. Some of the CFST columns may be damaged due to different problems and need to be strengthened. One of the methods which can be applied to improve the efficiency of the damaged columns is the strengthening using fiber reinforced polymers (FRP). The present research investigates the effects of strengthening deficient columns through numerical and experimental studies. The numerical simulation has been adopted using ABAQUS software in 3D simulation method, and the experimental test has been done using steady pressure test machine. The defects created horizontally and vertically at the center of the columns. The specimens include one control and four deficient specimens, which two of them were strengthened using four carbon fiber reinforced polymers (CFRP) layers. The results showed that the horizontal deficiencies in columns resulted the most reduction in load-bearing capacity in comparison with Control (-46%). Strengthening using four CFRP layers (two-transverse and two-longitudinal) resulted in improving load bearing capacity appropriately (approximately %27 increment in comparison by the deficient column). The application of CFRP improved confinement strength and controlled the local failures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • deficiency
  • steel column
  • mortar filled
  • CFST
  • CFRP
[1]  J.G. Teng, T. Yu, D. Fernando, Strengthening of steel structures with fiber-reinforced polymer composites, Journal of  Constructional Steel Research, 78 (2012) 131-143.
[2] M. Batikha, J.F. Chen, J.M. Rotter, J.G. Teng, Strengthening metallic cylindrical shells against elephant's foot  buckling with FRP, Thin-Walled Structures, 47(10) (2009) 1078-1091.
[3] J.G. Teng, Y.M. Hu, Behaviour of FRP-jacketed circular steel tubes and cylindrical shells under axial compression,  Construction and Building Materials, 21(4) (2007) 827-838.
[4] J. Haedir, X.-L. Zhao, Design of CFRP-strengthened steel CHS tubular beams, Journal of Constructional Steel  Research, 72 (2012) 203-218.
[5] S. Kalavagunta, S. Naganathan, K.N. Bin Mustapha, Proposal for design rules of axially loaded CFRP strengthened  cold formed lipped channel steel sections, Thin-Walled Structures, 72 (2013) 14-19.
[6] U. Devi, K.M. Amanat, Non-linear finite element investigation on the behavior of CFRP strengthened steel square H SS columns under compression, International Journal of Steel Structures, 15(3) (2015) 671-680.
[7] M. Sundarraja, S.J.J.o.S.E. Sivasankar, Behaviour of CFRP jacketed HSS tubular members under compression an e xperimental investigation, 39(5) 574-582.
[8] A. Shaat, A. Fam, Axial loading tests on short and long hollow structural steel columns retrofitted using carbon fibre  reinforced polymers, 33(4) (2006) 458470.
[9] M.R. Bambach, H.H. Jama, M. Elchalakani, Static and dynamic axial crushing of spot-welded thin-walled  composite steel–CFRP square tubes, International Journal of Impact Engineering, 36(9) (2009) 1083.4901
[10] H. Dong, D. Jiangfeng, W. Qingyuan, C. Xuelian, Mechanical behaviour of recycled concrete filled steel tube  conlumns strengthened by CFRP, in:  2011 International Conference on Multimedia Technology, 2011, pp. 1110-1113.
[11] M.C. Sundarraja, G.G. Prabhu, Experimental study on CFST members strengthened by CFRP composites under  compression, Journal of Constructional Steel Research, 72 (2012) 75-83.
[12] J.F. Dong, Q.Y. Wang, Z.W. Guan, Structural behaviour of recycled aggregate concrete filled steel tube columns  strengthened by CFRP, Engineering Structures, 48 (2013) 532-542.
[13] P. Feng, Y. Zhang, Y. Bai, L. Ye, Strengthening of steel members in compression by mortar-filled FRP tubes, Thin- Walled Structures, 64 (2013) 1-12.
[14] G. Ganesh Prabhu, M.C. Sundarraja, Behaviour of concrete filled steel tubular (CFST) short columns externally  reinforced using CFRP strips composite, Construction and Building Materials, 47 (2013) 1362-1371.
[15] M.R. Ghaemdoust, K. Narmashiri, O. Yousefi, Structural behaviors of deficient steel SHS short columns  strengthened using CFRP, Construction and Building Materials, 126 (2016) 1002-1011.
[16] M. Karimian, K. Narmashiri, M. Shahraki, O. Yousefi, Structural behaviors of deficient steel CHS short columns  strengthened using CFRP, Journal of Constructional Steel Research, 138 (2017) 555-564.
[17] O. Yousefi, K. Narmashiri, M.R.J.S. Ghaemdoust, C. Structures, Structural behaviors of notched steel beams  strengthened using CFRP strips, 25(1) (2017) 35-43.
[18] M. Shahraki, M.R. sohrabi, G. Azizian, K. Narmashiri, Reliability Assessment of CFRP-Strengthened Deficient  Steel SHS Columns, AUT Journal of Civil Engineering, 3(1) (2019) 23-36.
[19] R. Shahabi, K.J.S. Narmashiri, C. Structures, Effects of deficiency location on CFRP strengthening of steel CHS  short columns, 28(3) (2018) 267-278.
[20] Ministry of Housing and Urban Development, Iranian National Building Code Part 10: Design and Construction of Steel Structures, Tehran, Iran (2013) (in Persian).