بهینه سازی مدل سخت‌شوندگی کششی بتن براساس تحلیل غیرخطی لایه‌ای تیرهای بتنی مسلح شده با میلگردهای FRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان،زاهدان، ایران

چکیده

اثر سخت شوندگی کششی که ناشی از مشارکت بتن بین ترک‌ها در تحمل کشش است، منجر به کاهش کرنش‌های عضو بتن مسلح نسبت به کرنش میلگردها به تنهایی می‌شود. در برخی پیشنهادها، این اثر در رفتار تنش- کرنش بتن بعد از ترک‌خوردگی گنجانده شده است که تعداد اندکی از آنها بتن با مسلح کننده‌های FRP را بررسی کرده‌اند. در ً گستردهای از تیرهای بتنی این تحقیق از مقایسه نتایج تحلیل غیرخطی لایه‌ای و نتایج آزمایشگاهی مجموعه‌ی نسبتا مسلح شده با میلگردهای FRP نسبت به تحقیقات پیشین، برای استخراج رابطه‌ی تنش- کرنش بتن بعد از ترک‌خوردگی استفاده شده‌است. مدل به دست آمده برخلاف مدل‌های پیشین برای همه‌ی انواع میلگردهای FRP ارائه شده است. ثابت‌های مدل با کاربرد روش بهینه‌سازی ژنتیک به دست می‌آیند. از 87 نمودار بار- خیز آزمایشگاهی تیرهای بتنی مسلح شده با میلگردهای FRP تحت خمش چهارنقطه‌ای ، 78 نمودار برای استخراج ثابت‌های مدل و 9 نمودار برای بررسی مدل بهینه به دست آمده به کار می‌روند. علاوه براین 20 درصد از داده‌های 78 تیر درنظر گرفته شده برای استخراج مدل، به صورت تصادفی حذف شده و به جای محاسبه‌ی مدل در کنترل مدل به کار می‌روند. میانگین لگاریتم طبیعی نسبت خیز آزمایشگاهی به محاسباتی برای داده‌های انتخاب شده برای کنترل، با کاربرد مدل اولیه 1/0457و با کاربرد مدل بهینه 0/2668 است. با توجه به اینکه مقدار ایده‌آل لگاریتم نسبت خیز آزمایشگاهی به محاسباتی صفر است، کاربرد مدل بهینه این پارامتر آماری را 74 درصد بهبود داده است. نتایج تحلیل غیرخطی با مدل‌های اولیه و بهینه با روابط آیین‌نامه‌ای نیز مقایسه شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of concrete tension stiffening model based on layered nonlinear analysis of FRP – RC beams

نویسندگان [English]

  • Arezoo Kamali 1
  • Seyed Roohollah Mousavi 2
  • mohammadreza ghasemi 3
1 M.Sc Student, Department of Civil Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
2 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
3 Professor, Department of Civil Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran.
چکیده [English]

Tension stiffening effect, which is due to participation of concrete in resisting tension between cracks, results in the reduction of strains of reinforced concrete member relative to pure bars. In some researches, this effect was involved at strain – stress behavior of concrete after cracking that few researches investigated FRP reinforced concrete. In Present investigation, comparison of experimental data with results of layered nonlinear analysis of wide collection FRP-reinforced concrete beams relative to prior researches was used for extracting of concrete strain – stress after cracking. The resulting model unlike previous models was developed for all type of FRP bars. The constants of model are obtained from optimization method based on genetic. 78 curves from 87 curves of FRP – reinforced concrete beams under four-point bending are used for deriving of model coefficients and the others are used for investigating of optimal model. Furthermore, 20 percent of load – deflection data of 78 beams are also randomly selected for controlling of optimal model instead of developing of model. The average natural logarithm of experimental/calculated deflection ratios for randomly selected data by applying initial model and optimal model is 1.0457 and 0.2668, respectively. According to ideal value of zero for natural logarithm of experimental/calculated deflection ratio, applying optimal model has improved this statistical parameter by 74 percent. Responses of nonlinear analysis by using initial model and optimized model are compared with those of code relations.

کلیدواژه‌ها [English]

  • deflection
  • Tension stiffening
  • FRP bars
  • Nonlinear analysis
  • Optimization

مراجع

[1] P. Ng, J. Lam, A. Kwan, Effects of concrete-toreinforcement bond and loading conditions on tension stiffening, Procedia engineering, 14 (2011) 704-714.
[2] R.S. Stramandinoli, H.L. La Rovere, An efficient tension-stiffening model for nonlinear analysis of reinforced concrete members, Engineering Structures, 30(7)(2008)2069-2080
[3] S. Khalfallah, Tension stiffening model for nonlinear analysis of GFRP-RC members, The IES Journal Part A: Civil & Structural Engineering, 6(4) (2013) 269277.
[4] G. Kaklauskas, V. Gribniak, D. Bacinskas, P. Vainiunas, Shrinkage influence on tension stiffening in concrete members, Engineering Structures, 31(6) (2009) 1305-1312.
[5] P.H. Bischoff, R. Paixao, Tension stiffening and cracking of concrete reinforced with glass fiber reinforced polymer (GFRP) bars, Canadian Journal of Civil Engineering, 31(4) (2004) 579-588.
[6] R. Nayal, H.A. Rasheed, Tension stiffening model for concrete beams reinforced with steel and FRP bars, Journal of Materials in Civil Engineering, 18(6) (2006) 831-841.
[7] F.J. Vecchio, M.P. Collins, The modified compressionfield theory for reinforced concrete elements subjected to shear, ACI J., 83(2) (1986) 219-231.
[8] P.C. Miglietta, G. Grasselli, E.C. Bentz, Finite/discrete element model of tension stiffening in GFRP reinforced concrete, Engineering Structures, 111 (2016) 494-504.
[9] T.T. Hsu, R.R. Zhu, Softened membrane model for reinforced concrete elements in shear, Structural Journal, 99(4) (2002) 460-469.
[10] G. Kaklauskas, V. Tamulenas, M.F. Bado, D. Bacinskas, Shrinkage-free tension stiffening law for various concrete grades, Construction and Building Materials, 189 (2018) 736-744.
[11] S. Khalfallah, D. Guerdouh, Tension stiffening approach in concrete of tensioned members, International Journal of Advanced Structural Engineering, 6(1) (2014) 2.
[12] A., Kamali,. “Effect of tension stiffening on the deflection of flexural FRP- reinforced concrete members”. MS Thesis, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Feb. (2012), See also URL http://www.usb.ac.ir.
[13] V. Gribniak, G. Kaklauskas, L. Torres, A. Daniunas, E. Timinskas, E. Gudonis, Comparative analysis of deformations and tension-stiffening in concrete beams reinforced with GFRP or steel bars and fibers, Composites Part B: Engineering, 50 (2013) 158-170.
[14] M. El Sayed, T. El Maaddawy, Analytical model for prediction of load capacity of RC columns confined with CFRP under uniaxial and biaxial eccentric loading, Materials and structures, 44(1) (2011) 299-311.
[15] T.H. Almusallam, Analytical prediction of flexural behavior of concrete beams reinforced by FRP bars, Journal of Composite Materials, 31(7) (1997) 640-657.
[16] A.C.I.C. 440, Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with FRP Bars: ACI 440.1 R-06, in, American Concrete Institute, 2006.
[17] C. Kassem, A.S. Farghaly, B. Benmokrane, Evaluation of flexural behavior and serviceability performance of concrete beams reinforced with FRP bars, Journal of Composites for Construction, 15(5) (2011) 682-695.
[18] S. Khalfallah, Explaining the riddle of effective moment of inertia models for FRP concrete beams, International Journal of Structural Engineering, 2(1) (2011) 23-34.
[19] R. Masmoudi, M. Theriault, B. Benmokrane, Flexural behavior of concrete beams reinforced with deformed fiber reinforced plastic reinforcing rods, Structural Journal, 95(6) (1998) 665-676.
[20] S.H. Alsayed, Flexural behaviour of concrete beams reinforced with GFRP bars, Cement and Concrete Composites, 20(1) (1998) 1-11.
[21] M. Theriault, B. Benmokrane, Effects of FRP reinforcement ratio and concrete strength on flexural behavior of concrete beams, Journal of composites for construction, 2(1) (1998) 7-16.
[22] C. Barris, L. Torres, J. Comas, C. Mias, Cracking and deflections in GFRP RC beams: an experimental study, Composites Part B: Engineering, 55 (2013) 580-590.
[23] S.R. Mousavi, M.R. Esfahani, Effective moment of inertia prediction of FRP-reinforced concrete beams based on experimental results, Journal of Composites for Construction, 16(5) (2012) 490-498.
[24] A.C. Institute, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14): Commentary on . Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318R-14): an ACI Report, American Concrete Institute. ACI, 2014.
[25]  ISIS Canada, Reinforcing concrete structures with fibre reinforced polymers, Design Manual,3, (2001), Winnipeg Manitoba.
[26]  P.H. Bischoff, Reevaluation of deflection prediction for concrete beams reinforced with steel and fiber. reinforced polymer bars, Journal of structural engineering, 131(5) (2005) 752-767.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 52، شماره 11
بهمن 1399
صفحه 2779-2794

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار