نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

بررسی رفتار قاب بتنی ترکیبی مسلح شده با آرماتورهایFRP و فولادی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
فهیمه مالکی
امید رضائی فر
علی خیرالدین
دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران.
10.22060/ceej.2026.24097.8258
چکیده
استفاده از آرماتورهای پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) به عنوان راهکاری برای مقابله با پدیده خوردگی در سازه‌هایی نظیر تیر، دال، پل و پارکینگ‌های طبقاتی رو به گسترش است. اما به دلیل رفتار الاستیک خطی، شکست ترد و مدول الاستیسیته پایین این آرماتورها، نگرانی‌هایی برای استفاده از آن‌ها به لحاظ عملکرد سازه‌ای مطرح می‌گردد. در این مطالعه ده قاب بتنی مسلح یک طبقه و یک دهانه، تحت تحلیل بار افزون در نرم افزار آباکوس مدل‌سازی گردید. هدف اصلی، ارزیابی و مقایسه رفتار قاب‌های بتنی مسلح با انواع آرماتورهای FRP (در تیر، ستون یا هر دو)، با قاب‌های بتن آرمه است. نتایج حاصل از تحلیل نشان داد که استفاده از آرماتور CFRP در قاب بتنی یک طبقه، سبب افزایش نیروی جانبی حداکثر و تغییر مکان نسبی متناظر با آن، به ترتیب حدود 63% و 32% نسبت به قاب بتن آرمه می‌شود. درحالی‎که استفاده از آرماتورهای GFRP و AFRP در قاب بتنی، نیروی جانبی حداکثر و تغییر مکان نسبی متناظر را نسبت به قاب بتن آرمه کاهش می‌دهد و بهترین عملکرد در قاب‌های مسلح با آرماتورهای GFRP و AFRP استفاده از این آرماتورها در تیرهای قاب بتنی می‌باشد، که نسبت به استفاده از آرماتورهای GFRP و AFRP در ستون قاب‌های ترکیبی مورد بررسی میزان افزایش نیروی جانبی حداکثر، به ترتیب 18% و 16% می‌باشد. همچنین به منظور بررسی روند ایجاد و گسترش ترک‌خوردگی در قاب‌های بتنی مسلح با انواع آرماتورها، کرنش پلاستیک حداکثر در تغییر مکان نسبی مختلف مقایسه شده است.
کلیدواژه‌ها
قاب بتنی ترکیبی
روش اجزا محدود
آرماتور FRP
تغییر مکان نسبی
ترک خوردگی
موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of Structural Behavior in Hybrid Reinforced Concrete Frames with Steel and GFRP Bars

نویسندگان English

Fahimeh Maleki
Omid Rezaifar
Ali Kheyroddin
Faculty of Civil Engineering. Semnan University. Semnan, Iran
چکیده English

The use of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) bars as a solution to prevent corrosion in structures such as beams, slabs, bridges, and multi-story parking structures is gaining prominence. However, due to their linear-elastic behavior, brittle failure, and low modulus of elasticity, concerns have been raised regarding their structural performance. This study presents a numerical investigation into the behavior of ten one-story one-span reinforced concrete frames subjected to pushover analysis using ABAQUS software. The primary objective is to evaluate and compare the performance of frames reinforced with various types of FRP bars (in beams, columns, or both) against conventionally steel-reinforced concrete frames. The results indicate that using CFRP bars in a one-story frame increases the maximum lateral load and corresponding story drift by approximately 63% and 32%, respectively, compared to the steel-reinforced frame. Conversely, the use of GFRP and AFRP bars leads to a reduction in these parameters. Optimal performance was observed when GFRP and AFRP bars were used exclusively in the beams; in this configuration, the maximum lateral load increased by approximately 18% and 16%, respectively, compared to their use in the columns of the investigated hybrid frames. Furthermore, to examine the trend of crack initiation and propagation, the maximum plastic strain was compared at different drift levels.

کلیدواژه‌ها English

Hybrid RC Frames
Finite Element Method
FRP Bars
Drift
Cracking
[1] M.F. Fahmy, H.A. Ibrahim, Steel-FRP Reinforced Concrete Moment-Resisting Frames under Lateral Loads: Numerical Investigation, Journal of Composites for Construction, 24(6) (2020) 04020064.
[2] S. Song, G. Wang, X. Min, N. Duan, Y. Tu, Experimental study on cyclic response of concrete frames reinforced by Steel-CFRP hybrid reinforcement, Journal of Building Engineering, 34 (2021) 101937.
[3] H. Fukuyama, Y. Masuda, Y. Sonobe, M. Tanigaki, 33 Structural performances of concrete frame reinforced with FRP reinforcement, in:  Non-Metallic (FRP) Reinforcement for Concrete Structures: Proceedings of the Second International RILEM Symposium, CRC Press, (1995).
[4] M. Nehdi, A. Said, Performance of RC frames with hybrid reinforcement under reversed cyclic loading, Materials and structures, 38(6) (2005) 627–637.
[5] B. ŞOLPAN, E. ÜNLÜOĞLU, M. ERYILMAZ-YILDIRIM, Ö. KARAGÖZ, An Experimental Study On Behavior Of Concrete Frames Reinforced With Hybrid FRP-Steel Bars, in:  Ulusal 7. Yapı Mekaniği Laboratuvarları Çalıştayı Konya, Turkey, (2019) 59–62.
[6] M. Aliasghar-Mamaghani, A. Khaloo, Seismic behavior of concrete moment frame reinforced with GFRP bars, Composites Part B: Engineering, 163 (2019) 324–338.
[7] H.A. Ibrahim, M. Fahmy, Z. Wu, 3D finite-element analysis for slab effect on the seismic behavior of FRP reinforced concrete (FRC) frames, in:  Proc., 6th Asia-Pacific Conference on FRP in Structures. Singapore: International Institute for FRP in Construction (IIFC), (2017) 1–4.
[8] W. Qu, X. Zhang, H. Huang, Flexural behavior of concrete beams reinforced with hybrid (GFRP and steel) bars, Journal of Composites for construction, 13(5) (2009) 350–359.
[9] 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.
[10] A. Kheyroddin, F. Maleki, Prediction of effective moment of inertia for hybrid FRP-steel reinforced concrete beams using the genetic algorithm, International Journal of Numerical Methods in Civil Engineering, 2(1) (2017) 15–23.
[11] F. Maleki, A. Kheyroddin, H. Naderpour, M. Mirrashid, Estimation of the effective moment of inertia for hybrid concrete beams reinforced with steel and FRP bars, Scientia Iranica, 32(7) (2025) 6576.
[12] A. Kheyroddin, F. Maleki, Investigation of Short-Term Deflection in Reinforced Concrete Beams with FRP Bars, JOURNAL OF FERDOWSI CIVIL ENGINEERING 31(4) (2019) 113–130.
[13] F. Maleki, A. Kheyroddin, Investigation of cracking moment in RC beams with FRP bars, Journal of Concrete Structures and Materials, 2(1) (2017) 37–47.
[14] F. Maleki, M. Gholhaki, A. Kheyroddin, O. Rezaifar, Investigating the behavior of concrete deep beams reinforced with FRP bars, Concrete Research, 14(3) (2021) 83–93. (in Persian)
[15] M. Tavakol, H.H. Kazemi, Comparative assessment of concrete columns reinforced with hybrid steel-GFRP, GFRP, and steel bars under cyclic lateral loading, Structures, 71 (2025) 108034.
[16] S. Liu, X. Wang, Y. Zhou, Y.M. Ali, J. Ding, Z. Wu, Experimental and numerical study of concrete columns reinforced with BFRP and steel bars under eccentric loading, Journal of Composites for Construction, 29(2) (2025) 04025010.
[17] A. Obeidah, W. Nasreddine, M. Harajli, H. Nassif, Assessment of ductility measures of prestressed concrete flexural members: Application to hybrid steel–FRP systems, Journal of Composites for Construction, 29(1) (2025) 04024081.
[18] G. Hopartean, T. Donchev, D. Petkova, C. Georgopoulos, M. Limbachiya, Experimental investigation of concrete frames reinforced with GFRP bars under reversed cyclic loading, Engineering Structures, 302 (2024) 117377.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 58، شماره 3
1405
صفحه 335-352