بررسی عملکرد غشائی در ظرفیت باربری تیرهای بتن مسلح لاغر مقید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 عضو هیئت علمی، دانشکده مهندسی، گروه عمران، دانشگاه فردوسی مشهد، ایران

چکیده

در سال­ های اخیر در پژوهش­ های متعددی به عملکرد غشائی و چگونگی محاسبه آن پرداخته شده است. عوامل و پارامترهای متعددی در تحلیل و محاسبه این پدیده نقش دارند. تعیین میزان اثرگذاری هر پارامتر بر پاسخ ظرفیت باربری با توجه یه افزایش طول، باعث شد در این پژوهش ضرورت بر آن باشد تا با بهره ­گیری از یک مدل عددی به تحلیل تیرهای بتن مسلح با نسبت ­های لاغری (طول دهانه به ارتفاع مقطع) متفاوت و بررسی تاثیر پارامترهای مقاومت فشاری بتن، نسبت مسلح ‌کننده، سختی محوری و سختی دورانی تکیه‌گاهی بر پاسخ ظرفیت باربری تیر پرداخته شود. این مدل عددی مبتنی بر تحلیل‌های مقطعی در امتداد تیر و برقراری شرایط تعادل و سازگاری در هر مقطع و در کل تیر است که با استفاده از نرم‌افزار برنامه نویسی فرترن کدنویسی شده است. نتایج تحلیل­ ها نشان می‌دهد با افزایش لاغری میزان تاثیر پارامترها بر عمل غشائی در تیرهای بتن مسلح کاهش می‌یابد. همچنین مشاهده می‌شود تاثیر افزایش هر چهار پارامتر بر ظرفیت باربری در تیرهای کوتاه بیشتر است. به صورتی که افزایش 0/75 درصدی مقاومت فشاری بتن در تیر با نسبت لاغری 9 باعث افزایش ظرفیت باربری به میزان ­kN 111 می‌شود در حالی که برای لاغری ­31 این مقدار ­kN 26 افزایش می­یابد که برای سایر پارامترها نیز به همین نسبت کاهش مشاهده می ­شود. همچنین برای سختی‌های تکیه ­گاهی نیز مشاهده شد اثرپذیری پاسخ ظرفیت باربری با مقدار سختی‌ها رابطه غیرخطی دارد به صورتی که افزایش 10 درصدی در سختی‌های پایین تاثیر بیشتری نسبت به افزایش 10 درصدی در سختی­ های بالا بر پاسخ تیر دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

An Investigation on the Capacity of Membrane Action of Restrained Slender Reinforced Concrete Beams

نویسنده [English]

  • Mehdi Koohestani 1
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad. Mashhad. Iran
چکیده [English]

In recent years, several studies have been conducted on the membrane action of restrained reinforced concrete beams. Several factors and parameters are involved in the analysis and calculation of this phenomenon. Determination of the effect of each parameter on the response of the load-carrying capacity of these beams is the main purpose of this study. An analytical model for the analysis of slender restrained reinforced concrete beams with different span-depth ratios is used to investigate the effect of four parameters of concrete compressive strength, reinforcement ratio, axial stiffness and rotational stiffness of the support. This analytical model is formulated based on a sectional analysis approach to establish equilibrium and compatibility conditions. Programming of the model is carried out with FORTRAN software. The results show that with increasing the span-depth ratio, the effect of membrane action on the capacity of beams decreases. It is also observed that the effect of all four parameters on the load-carrying capacity is greater in short beams. With an increase of 0.75% in the concrete compressive strength with a span-depth ratio of 9, the load-carrying capacity increases to 111 kN, while for the ratio of 31, this value increases only to 26 kN. The load-carrying capacity response is nonlinear with the amount of support stiffnesses. In evaluating the effect of support stiffnesses on the membrane action response, it was observed that membrane action capacity increases with restraint stiffness only in the regime of weak restraints.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Membrane action
  • Beam
  • Slender
  • Reinforced concrete
  • Analytical model

مراجع

[1] K. Qian, B. Li, J.-X. Ma, Load-carrying mechanism to resist progressive collapse of RC buildings, Journal of Structural Engineering, 141(2) (2015) 04014107.
[2] F. Vecchio, K. Tang, Membrane action in reinforced concrete slabs, Canadian Journal of Civil Engineering, 17(5) (1990) 686-697.
[3] L.K. Gore, E.J. Rhomberg, Membrane action in partially restrained slabs, Structural Journal, 85(4) (1988) 365-373.
[4] M.E. Ruddle, Arching action and the ultimate capacity of reinforced concrete beams,  (1992).
[5] Y. Su, Y. Tian, X. Song, Progressive collapse resistance of axially-restrained frame beams, ACI Structural Journal, 106(5) (2009).
[6] J. Yu, K.-H. Tan, Experimental and numerical investigation on progressive collapse resistance of reinforced concrete beam column sub-assemblages, Engineering Structures, 55 (2013) 90-106.
[7] K. Christiansen, The effect of membrane stresses on the ultimate strength of the interior panel in a reinforced concrete slab, The Structural Engineer, 41(8) (1963) 261-265.
[8] R. Park, Ultimate strength of rectangular concrete slabs under short-term uniform loading with edges restrained against lateral movement, Proceedings of the Institution of Civil Engineers, 28(2) (1964) 125-150.
[9] G.I.B. Rankin, Punching failure and compressive membrane action in reinforced concrete slabs, Queen's University of Belfast, 1982.
[10] S.-B. Kang, K.H. Tan, Analytical study on reinforced concrete frames subject to compressive arch action, Engineering Structures, 141 (2017) 373-385.
[11] A.T. Pham, K.H. Tan, J. Yu, Numerical investigations on static and dynamic responses of reinforced concrete sub-assemblages under progressive collapse, Engineering Structures, 149 (2017) 2-20.
[12] R. Ahmadi, O. Rashidian, R. Abbasnia, F. Mohajeri Nav, N. Usefi, Experimental and numerical evaluation of progressive collapse behavior in scaled RC beam-column subassemblage, Shock and Vibration, 2016 (2016).
[13] J. Yu, K.H. Tan, Analytical model for the capacity of compressive arch action of reinforced concrete sub-assemblages, Magazine of Concrete Research, 66(3) (2014) 109-126.
[14] S. Wu, Rational modeling of arching action in laterally restrained beams, 2013.
[15] R.M. Botticchio, Determining and Validating the Three-dimensional Load Path Induced by Arching Action in Bridge Deck Slabs, 2014.
[16] R. Mansour, An Analytical Model for Predicting the Behaviour of Laterally Restrained Reinforced Concrete Beams, 2016.
[17] J.C. Walraven, Model Code 2010-Final draft: Volume 1, fib Fédération internationale du béton, 2012.
[18] S. Popovics, A numerical approach to the complete stress-strain curve of concrete, Cement and concrete research, 3(5) (1973) 583-599.
[19] J.B. Mander, Seismic design of bridge piers,  (1983).
[20] U. Mayer, R. Eligehausen, Bond behavior of ribbed bars at inelastic steel strains, in:  Proc. 2nd Int. PhD Symposium in Civil Engineering, Technical University of Budapest, Budapest, Hungary, 1998, pp. 39-46.
[21] A.S. Nowak, K.R. Collins, Reliability of structures, CRC Press, 2012.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 54، شماره 4
تیر 1401
صفحه 1533-1552

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار