بررسی رابطه بهینه طراحی آرماتور برشی محصورکننده در شکل‏پذیری ستون‌های بتن مسلح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ادانشیارگروه عمران دانشکده فنی ومهندسی دانشگاه قم

2 دانشگاه قم

3 دانشکده مهندسی و پدافند غیرعامل، گروه عمران،دانشگاه جامع امام حسین (ع)

چکیده

از مهم‌ترین ویژگی‌های سازه‏های بتنی رفتار شکل‌پذیر آنها در برابر زلزله است. شکل‌پذیری یک سازه شامل تحمل تغییرشکل‌های غیرارتجاعی نسبتاً زیاد بدون کاهش چشمگیر مقاومت سازه و نیز مستهلک نمودن و جذب مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله از طریق چرخه‌های رفتاری پایدار است. آئین‏‌نامه‌های مختلف برای شکل‏پذیری انواع المان‏های سازه‌ای، محدودیت‌‏ها و ضوابطی را در نظر گرفته‌اند. هدف از این پژوهش بررسی رابطه بهینه طراحی آرماتور برشی محصورکننده در شکل‏‌پذیری تیرستون‏‌های بتن مسلح است. در این مقاله با استفاده از روش عددی، آرماتورهای برشی محصورکننده برای سه نوع ستون با مقطع دایره‌ای با قطر 750 میلی‎متر و مربع مستطیلی به ابعاد 1000×1000 و 500 ×500 میلی‎متر در حالت‌های شکل‌پذیری متوسط و زیاد، مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین به منظور بررسی اثر مقاومت بتن دو نوع مقاومت 30 و 60 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است. مقادیر آرماتور طراحی از طریق روابط پیشنهادی با روابط مقررات ملی ساختمان ایران و نیز انجمن بتن آمریکا مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین شبیه‌سازی عددی با استفاده از نرم‏افزار آباکوس برای حالت شکل‌پذیری متوسط و زیاد با استفاده از روابط مذکور انجام گرفته است. در نهایت با توجه به شکل‌‏پذیری‏‌های محوری و دورانی و همچنین آنالیز اقتصادی بر مبنای تحلیل ریاضی DBA و Vikor، در شکل‏‌پذیری متوسط روابط پیشنهادی بهینه‌‏ترین روش طراحی در تمامی ستون‏‌ها محسوب می‏‌شود. در شکل‏‌پذیری زیاد نیز، روابط پیشنهادی در ستون‏‌های دایره‏ای و مربع مستطیلی با مقاومت بتن 30 مگاپاسکال بهینه‌‏ترین روش طراحی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Optimal Design Equation for Stirrups Used in Ductile Reinforced Concrete Columns

نویسندگان [English]

  • mohammadreza adlparvar 1
  • Ehsan Dehghani 2
  • Mohmmad Hossein Taghavi Parsa 3
1 Associate professor civil engineering department technical& engineering faculty university of qom
2 University of Qom
3 Ihu
چکیده [English]

One of the most important properties of concrete structures is their ductile behavior against earthquakes. The ductility of a structure includes resisting relatively high plastic deflection without significant reduction of structural strength and absorption of earthquake energy through hysteresis behavior. Different design codes have considered requirements for the ductility of various structural elements. The purpose of this study is to investigate the optimal design equation for stirrups used in ductile reinforced concrete columns. In this investigation, stirrups for three types of columns including the circular column with 750 mm diameter and rectangular columns with dimensions 1000×1000 and 500×500 mm in medium and high ductility were studied. Also, two types of concrete strength 30 and 60 MPa were considered to evaluate the effect of concrete strength. The required stirrups obtained from the proposed equations were compared with IR code and ACI. Moreover, numerical simulation using ABAQUS software for the aforementioned situations was performed. Finally, the results obtained from DBA and Vikor methods considering axial and rotational ductility, and cost showed that the proposed equations are the most optimal design equation in medium ductility. Also, the proposed equations are the best in high ductility when they were used to columns with concrete strength of 30 MPa. In concrete strength 60 MPa, the equations suggested by ACI and IR code are the most optimum as they were applied to the circular column and the rectangular column with cross-section 1000×1000 in high ductility, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ductility
  • Stirrup
  • reinforced concrete column
  • Abaqus
  • DBA
  1. ACI Committee 318; Buildings Code Requirements for Structural Concrete (ACI318-99) and Commentary (318R-99), American concrete Institute, Farmington Hills and Mich., (1999) 391-392.
  2. Section 9 National Building Regulations: Design and Construction of Reinforced concrete buildings, national building regulations, (2013).
  3. Code 360: Seismic improvement instructions for existing buildings, First revision, (2013).
  4. Paultre, L. Legeron, D. Mongeau, Influence of concrete strength and transverse reinforcement yield strength on behaviour of high-strength concrete columns, ACI Structural Journal, 98(4) (2001), 490-501.
  5. Paultre, L. Legeron, Confinement reinforcement design for reinforced concrete column, Journal of Structural Engineering, 134(5) (2008).
  6. Eid, P. Paultre., Analytical model for FRP-confined circular reinforced concrete columns, Journal of Composites for Construction, 12(5) (2008).
  7. Parent, P. Labossière, Finite element analysis of reinforced concrete columns confined with composite materials, Can. J. Civ. Eng., 27 (2000) 400-411.
  8. S. Han, S.W. Shin, B.Y. Bahn, A model of confined concrete in high-strength reinforced concrete tied columns, Magazine of Concrete Research, 55(3) (2003) 203–214.
  9. Binici, An analytical model for stress–strain behaviour of confined concrete, Engineering Structures, 27(7) (2005) 1040–1051.
  10. Bousalem, N. Chikh, Development of a confined model for rectangular ordinary reinforced concrete column, Materials and Structures, 40 (2007) 605–613.
  11. Doran, H.O. Koksal, T. Turgay, Nonlinear finite element modelling of rectangular/square concrete columns confined with FRP, Materials and Design, 30 (2009) 3066–3075.
  12. Yu, J.G. Teng, Y.L. Wong, S.L. Dong, Finite element modelling of confined concrete-II: Plastic-damage model, Engineering Structures, 32 (2010) 680-691.
  13. Demir, H. Ozturk, G. Dok, 3D numerical modelling of RC deep beam behaviour by nonlinear finite element analysis, Disaster Science and Engineering, 2(1) (2016) 13-18.
  14. Najdanović, B. Milosavljević, Strength and ductility of concrete confined circular columns, Građevinar, 5 (2014) 417-423.
  15. Z. Wang, L. Cheng, M.L. Sun, J.Q. Jia, Seismic performance of reinforced concrete columns confined with two layers of stirrups, The Structural Design of Tall Special Buildings, 27(12) (2018).
  16. Li, L. Sun, J. Zhao, P. Lu, F. Yang, Development of a confined model for rectangular ordinary reinforced concrete columns, Materials and Structures, 40 (2007) 605–613.
  17. Moghaddam, K. Pilakoutas, M. Samadi, S. Mohebbi, Behaviour and modelling of concrete columns confined by external post-tensioned strips, ASCE Structures Congress, (2008).
  18. Z. Kabir, E. Shafei, Plasticity modelling of FRP-confined circular reinforced concrete columns subjected to eccentric axial loading, Journal of Composites: Part B, 43 (2012) 3497–3506.
  19. E. Dehghani, M.T. Parsa, Investigation of analytical relations on the effect of confinement in the design of reinforced concrete columns, Journal of Concrete Structure and Materials, 4(1) (2019) 110-125.
  20. Rabczuk, J. Eibl, Numerical analysis of prestressed concrete beams using a coupled element free Galerkin/finite element approach, International Journal of Solids and Structures, 41 (2004) 1061-1080.
  21. ABAQUS Inc., 2004. ABAQUS 6.5 Analysis User’s Manual. SIMULIA.
  22. Pouraminian, S. Pourbakhshian, Multi-criteria shape optimization of open-spandrel concrete arch bridges: Pareto front development and decision-making, World Journal of Engineering, 5(3) (2019) 670–680.