ارزیابی و مقایسه ظرفیت و گسیختگی ستون‌های بیضی ‌شکل‌ با و بدون غلاف و کاربرد یک ‌لایه و دو لایه دورپیچ تحت فشار محوری خالص

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

2 دانشکده عمران، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

چکیده

     در این تحقیق تاثیر فشار محوری خالص بر ستون­های بتن ­آرمه با مقطع بیضی­ ساخته ­شده از بتن­ های معمولی و پرمقاومت که توسط غلاف پلاستیکی تقویت­ شده با الیاف شیشه و هم­چنین دورپیچ الیاف پلیمری تقویتی، محصور شدند، بررسی گردید. منظور از ظرفیت، ظرفیت فشاری ستون­ ها است. تأثیر نوع بتن، غلاف، دورپیچ و تعداد لایه­ های آن بررسی شدند. جمعا 12 ستون به قطرهای 200 در 120 و ارتفاع 600  میلی ­متر ساخته شدند. ستون ­ها به دو گروه شش­تایی به ترتیب ساخته شده از بتن ­های معمولی و پرمقاومت، و هر گروه نیز به دو بخش سه­ تایی تقسیم شدند. بخش اول دارای غلاف و بخش دوم فاقد آن بودند. از هر بخش یک ستون فاقد لایه تقویتی بود، یک ستون با یک لایه و ستون دیگر با دو لایه دورپیچ شدند. دورپیچ و غلاف هر دو باعث بهبود رفتار ستون­ ها گردیدند. افزودن یک لایه و دو لایه دورپیچ به­ طور میانگین سبب افزایش 19/7% و 28/7% در ظرفیت فشاری در گروه اول و 11% و 7/28% در گروه دوم شدند؛ کاربرد غلاف میانگین افزایش ظرفیت ستون­ ها در گروه اول به میزان 315% و در گروه دوم 251% را نتیجه داد. هر چند که دورپیچ و غلاف هر دو محصوریت ایجاد می­ کنند، اما غلاف به خاطر محصوریت بیش­تر، تاثیر بسیار زیادتری بر بهبود رفتار ستون­ ها دارد، هم­چنین تاثیر محصوریت بر رفتار ستون­های گروه اول بیش­تر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation and comparison of capacity and rupture of elliptical columns, with and without casing, and application of single-layer and double-layer wrapping, under pure axial pressure

نویسندگان [English]

  • Mohamad Morad Raghpour 1
  • Seyed Fathollah Sajedi 1
  • Ahmad Dalvand 2
1 Department of Civil Eignieerng, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Department of Civil Eignieerng, Lorestan University, Khoramabad, Iran
چکیده [English]

The effect of pure axial pressure on elliptical reinforced concrete columns made of normal (NC) and high-strength concretes (HSC) enclosed by glass-fiber reinforced pipes (GRP), as well as a carbon-FRP, was investigated. Behavior refers to compressive capacity (CC). The effect of concrete type, casing, wrapping and its layers were investigated. Totally 12 columns with 200×120 and 600 mm height were constructed; they were divided into 2 groups of NC and HSC; each group was divided into two parts of 3. The first part had a casing and the second part did not. From each part, the first column lacked a reinforcing layer, the second with one layer and the third with two twisted layers. The wrapping and casing improved the columns, behavior. Using one and two wrapping layers increased the CC by 19.7% and 28.7% on average in the first and 11.0% and 28.7% in the second groups, respectively; the use of casing resulted in an average increase in the CC of the columns in the first group by 4.15 times and in the second group by 3.51 times. Although the wrapping and the casing both create confinement, the casing has a much greater effect on improving the columns behavior due to its greater confinement, and the effect of the confinement on the behavior of the first group is also greater. Comparing the effect of casing enclosure with wrapping showed that the casing is much more effective, and its effect is more on columns made of NC.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Elliptical reinforced concrete column
  • Capacity
  • High strength concrete (HSC)
  • GRP casing
  • CFRP wrapping

مراجع

 [1] "سند جامع چشم ­انداز بتن 1404 کشور"، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، تهران، ایران، 1392.
[2] جانمیان، ک.، "تولید صنعتی بتن با مقاومت بالا"، انتشارات علم عمران، چاپ اول، صص15-12، 1390.
[3] Ozbakkaloglu, T., Saatcioglu, M., “Seismic Performance of High-Strength Concrete Columns Cast in Stay-in-Place for Formwork", 13th World Conference on Earthquake Engineering, Vancouver, B.C., Canada, Paper NO.  2719, August 1-6, 2004.
[4] Hosinieh, M.M., Aoude, H., Cook, W.D., Mitchell, D.," Behavior of ultra-high performance fiber reinforced concrete columns under pure axial loading", Engineering Structures, Vol. 99, pp. 388–401, 2015.
[5] Hasan, H.A., Sheikh, M.N., Hadi, M.N.S.," Performance evaluation of high strength concrete and steel fibre high strength concrete columns reinforced with GFRP bars and helices", Construction and Building Materials, Vol. 134, pp. 297-310, 2017.
[6] Zeng, J.J., Guo, Y. Ch., Guo, W.Y., Chen, W.P., Li, L.J., "Stress-Strain Behavior of Circular Concrete Columns Partially Wrapped with FRP Strips",  Composite Structures,  Vol. 200,  pp. 810–828,  2018.
[7] اجتماعی، ب.، ﺗﻮﮐﻠﯽزاده، م، ر.، قدس، ا، ص.، " ﺑﺮرﺳﯽ اﺛﺮ دورﭘﯿﭻ GFRP ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻧﻮارﻫﺎی ﻣﺠﺰا در رﻓﺘﺎر ﺳﺘﻮنﻫﺎی ﺑﺘﻦآرﻣﻪ"، ﻫﺸﺘﻤﯿﻦ ﮐﻨﻔﺮاﻧﺲ ﻣﻠﯽ ﺳﺎﻟﯿﺎﻧﻪ ﺑﺘﻦ اﯾﺮان،  ﺗﻬﺮان، ﻣﻬﺮﻣﺎه 1395.
[8] Santandrea, M., Imohamed, I.A.O., Jahangir, H., Carloni, C., Mazzotti, C., De Miranda, S., Ubertini, F., Savoia, M., Casadei, P., “An Investigation of the Debonding Mechanism in Steel FRP and FRCM Concrete Joints” The New Boundaries of Structural Concrete Conference, Capri Island, Italy, 2016.
[9]جهانگیر، ه.، اصفهانی، م، ر.، " رابطه­سازی کرنش کامپوزیت­های نوین الیافی در آزمون­های خمشی"، نشریه علمی – پژوهشی مهندسی سازه و ساخت، دوره 5، شماره 3، صص 107 - 92 ، 1397.
[10] برقیان، م.، فرزام، م.، رمضانی، پ.، "نمودار اندرکنش ستون بتنی مسلح توخالی محصور با FRP"، نشریه علمی- پژوهشی مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 48، شماره 1، صص 64 - 53 ، 1395.
[11] Seffo, M., Hamcho, M., “Strength of Concrete Cylinder Confined by Composite Materials (CFRP)", Energy Procedia, Vol. 19, pp. 276–285, 2012.
[12] Mirmiran, A., Shahawy, M., Samaan, M., El Echary, H., Mastrapa, J.C., Pico, O., “Effect of column parameters on FRP-confined concrete", journal of composites for construction, Vol.2, No.4, pp. 175–185, 1998.
[13] Ozbakkaloglu, T., “Axial Compressive Behavior of Square and Rectangular High-Strength Concrete-Filled FRP Tubes", journal of composites for construction, Vol. 17, pp. 151-161, 2013.
[14] EL Maaddawy, T., EL Sayed, M., Abdel-Magid, B.,  "The effects of cross-sectional shape and loading condition on performance of reinforced concrete members confined with Carbon Fiber-Reinforced Polymers", Materials and Design, Vol. 31,  pp. 2330–2341, 2010.
[15] Ozbakkaloglu, T., Xie, T., “Geopolymer concrete-filled FRP tubes: Behavior of circular and square columns under axial compression", Composites Part B, Vol. 96, pp. 215-230, 2016.
[16] Mirmiran, A., Shahawy, M., “A new concrete-filled hollow FRP composite column", Composites Part B, Vol. 27B, pp. 263-268, 1996.
[17] Kusumawardaningsih, Y., Hadi, M.N.S., “Comparative behaviour of hollow columns confined with FRP composites", Composite Structures, Vol. 93, pp. 198–205, 2010.
[18] Almusallam, T.H., “Behavior of normal and high-strength concrete cylinders confined with E-glass/epoxy composite laminates", Composites Part B, Vol.38, pp. 629–639, 2007.
[19] Vincent, T., Ozbakkaloglu, T.,   "Influence of concrete strength and confinement method on axial compressive behavior of FRP confined high- and ultra high-strength concrete", Composites: Part B, Vol. 50, pp. 413–428, 2013.
[20] Teng, J. G., Lam, L., “Compressive Behavior of Carbon Fiber Reinforced Polymer-Confined Concrete in Elliptical Columns", Engineering Structures, Vol. 128, pp. 1535-1543, 2002.
[21] Domingo, A.M., Chris, P.P., “Elliptical and circular FRP-confined concrete sections: A Mohr–Coulomb analytical model", International Journal of Solids and Structures, Vol. 49, pp. 881-898, 2012.
[22] Xiao, J., Tresserras, J., Tam, V.W.Y., “GFRP-tube confined RAC under axial and eccentric loading with and without expansive agent", Construction and Building Materials, Vol. 73, pp. 575–585, 2014.
[23] حسن­زاده ، ی.، حکیم­زاده، ح.، عیاری، ش.، " بررسی اثر اشکال مختلف پایه­های پل بر الگوی جریان اطراف آن با استفاده از نرم­افزارFluent "،  تحقیقات منابع آب ایران، ﺳﺎل هفتم، ﺷﻤﺎره سوم،1390.
[24] Uenaka, K., "Experimental study on concrete filled elliptical/oval steel tubular stub columns under compression",  Thin-Walled Structures, Vol. 78, pp. 131-137,  2014.
[25] Shen, Q., Wang, J., Wang, W., Wang, Zh, "Performance and design of eccentrically-loaded concrete-filled round-ended elliptical hollow section stub columns", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 150, pp. 99-114, 2018.
[26] Uenaka, K., Tsunokake, H., Gardner, L., "Concrete filled elliptical steel tubular members with large diameter-to-thickness ratio subjected to bending ",  Engineering Structures, Vol. 5, pp. 58-66,  2016.
[27] Jamaluddin, N., Lam, D., Dai, X.H., Ye, J., “An experimental study on elliptical concrete filled columns under axial compression", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 87, pp. 6-16, 2013.
[28] Mccann, F., Gardner, L., Qiu, W., “Experimental study of slender concrete-filled elliptical hollow section beam-columns", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 113, pp. 185-194, 2015.
[29] Yanga, H., Liua, F., Chanc, T. M., Wang, W., " Behaviours of concrete-filled cold-formed elliptical hollow section beamcolumns with varying aspect ratios",  Thin-Walled Structures, Vol. 120, pp. 9-28,  2017.
[30] Hadi, M.N.S., Wang, W., Sheikh, M.N, " Axial compressive behaviour of GFRP tube reinforced concrete columns", Construction and Building Materials, Vol. 81,  pp. 198–207,  2015.
[31] Xiao, J., Tresserras, J., Tam, V.W.Y., “GFRP-casing confined RAC under axial and eccentric loading with and without expansive agent", Construction and Building Materials, Vol. 73, pp. 575–585, 2014.
[32] Huang, L., Sun, X., Yan, L., Kasal. B., “Impact behavior of concrete columns confined by both GFRP casing and steel spiral reinforcement", Construction and Building Materials, Vol. 131, pp. 438–448, 2017.
[33] Bagheri, M., Chahkandi, A., Jahangir, H., "Seismic Reliability Analysis of RC Frames Rehabilitated by Glass Fiber-Reinforced Polymers" International Journal of Civil Engineering, Vol. 17, pp. 1785–1797, 2019.
[34] ASTM D7565/D7565M-10, Standard test method for determining tensile properties of fibre reinforced polymer matrix composites used for strengthening of civil structures, United States: ASTM International, 2010.
[35] ASTM D2996-01, Standard Specification for Filament-Wound Fiberglass (Glass-Fiber-Reinforced Thermosetting-Resin) Pipe, ASTM Committee D29; 2001.
[36] ASTM D638-02, Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics, ASTM Committee D63; 2002.
[37] ACI Committee 211, Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight and Mass Concrete (Reapproved 2009), ACI 211.1-91. Farmington Hills, MI, USA, 1991.
[38] https://www.ahanpakhsh.com
[39] BS 8110, Structural use of concrete Part 1, Code of practice for design and construction, in, British Standard Institution, London, 1997.
[40] Shafieinia, M., Sajedi, F., "Evaluation and comparison of GRP and FRP applications on the behavior of RCCs made of NC and HSC", smart structures and systems, Vol. 23, No. 5, pp. 495-506, 2019.
[41] Sajedi, F., Shariati, M., "Behavior study of NC and HSC RCCs confined by GRP casing and CFRP wrapping", Steel and Composite Structures, Vol. 30, No. 5, pp. 417-432, 2019.
[42] Hassanein, M.F., Patel, V.I., Hadidy, A.M.E., Abadi, H.A., Elchalakani, M., “Structural behaviour and design of elliptical high-strength concrete-filled steel tubular short compression members”, Engineering Structures, Vol. 173, pp. 495-511, 2018.
 [43] مستوفی­نژاد، د.، سلجوقیان اصفهانی، ع.ر.، "بررسی رفتار محوری و خمشی ستون­های بتن­آرمه با مقطع مربعی، محصور شده با کامپوزیت CFRP"، هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، بابل، اردیبهشت ماه 1393.
[44] J.H, Park., B.W, Jo., S.J, Yoon., S.K, Park., " Experimental investigation on the structural behavior of concrete filled FRP tubes with/without steel re-bar", KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 15, No. 2, pp. 337-345, 2011.
[45] شابختی ، ن.، قلعه نوعی، م.، شهرکی، م.، " تعیین ظرفیت ستون‌های مقاوم‌سازی شده با FRP تحت بار محوری"،  اولین کنفرانس بین­المللی، تبریز. ایران، 29 مهرماه الی 1 آبان ماه 1387.
 [46]  پوراهوازی ، پ.،  گندمکار ، ف.، ع.، " مطالعه عددی رفتار ستون‌های فولادی بیضوی پرشده با بتن تحت نیروی فشاری محوری "، چهارمین کنگره بین المللی عمران، معماری و توسعه شهری، تهران، دبیرخانه دائمی کنفرانس، دانشگاه شهید بهشتی، 1395.
[47] Kumutha, R., Vaidyanathan, R., Palanichamy, M., “ Behaviour of reinforced concrete rectangular columns strengthened using GFRP", Cement and concrete composites, Vol. 29, No. 8, pp. 609-615, 2007.
[48] Shahawy, M., Mirmiran, A., Beitelman. T., “Tests and modeling of carbon-wrapped concrete columns", Composites Part B: Engineering, Vol. 31, No. (6-7), pp. 471-480, 2000.
[49] El Maaddawy, T., El Sayed., M., Abdel-Magid, B., "The effects of cross-sectional shape and loading condition on performance of reinforced concrete members confined with carbon fiber-reinforced polymers", Materials & Design,Vol. 23, No. 5, pp. 2330-2341, 2010.
 [50]  حسینی واعظ، س.ر.،  خانی، ع.،  اردکانی، ا.،  برزگر سلوکلائی، ح.،  باقری، ب.، "بررسی فنی و اقتصادی جایگزینی بتن پرمقاومت در ساختمان­ های بتن ­آرمه"، هفتمین کنفرانس ملی سالیانه بتن، تهران، مرداد 1394.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 54، شماره 3
خرداد 1401
صفحه 1029-1056

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار