نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

نشریه مهندسی عمران امیرکبیر

بررسی عددی رفتار لرزه‌ای قاب‌های بتن‌آرمه تقویت‌شده در ناحیه پای ستون با ورقه‌های HPFRCC مسلح به میلگردهای GFRP تحت بارگذاری چرخه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
استادیار گروه مهندسی عمران، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران
چکیده
نواحی پای ستون در قاب‌های بتن‌آرمه از جمله بخش‌های بحرانی سازه محسوب می‌شوند که تحت بارگذاری‌های چرخه‌ای ناشی از زلزله در معرض تمرکز تنش، ترک‌خوردگی و تشکیل مفصل پلاستیک قرار دارند. در این پژوهش، عملکرد لرزه‌ای قاب‌های بتن‌آرمه تقویت‌شده در ناحیه پای ستون با استفاده از ورقه‌های کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند مسلح به میلگردهای پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه به‌صورت عددی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای انتخاب مخلوط مناسب جهت ساخت ورقه‌های تقویتی، خواص مکانیکی طرح‌های مختلف حاوی پودر ولاستونیت بررسی شد و ترکیب دارای ۲۰ درصد ولاستونیت به‌عنوان گزینه بهینه تعیین گردید. مدل عددی قاب بتن‌آرمه پس از صحت‌سنجی با نتایج آزمایشگاهی، برای انجام مطالعه پارامتریک به‌کار گرفته شد تا اثر ضخامت ورقه‌های کامپوزیت سیمانی و ویژگی‌های میلگردهای پلیمری بر رفتار سازه ارزیابی شود. نتایج نشان داد استفاده از سیستم تقویتی ورقه‌های کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند مسلح به میلگردهای پلیمری موجب افزایش قابل‌توجه ظرفیت باربری و توان جذب انرژی می‌شود؛ به‌طوری‌که ظرفیت باربری قاب نسبت به نمونه مرجع حدود ۳۶ درصد و ظرفیت جذب انرژی حدود ۴۰ درصد افزایش یافت. با این حال، ارزیابی شاخص کارایی تقویت نشان داد که طرح‌هایی با ضخامت کمتر ورقه و میلگردهای کم‌قطر، علیرغم ظرفیت مطلق پایین‌تر، کارایی بسیار بالاتری در استفاده از مصالح دارند. در مجموع، یافته‌ها نشان می‌دهد که سیستم ورقه‌های کامپوزیت سیمانی مسلح به میلگردهای پلیمری می‌تواند به‌عنوان روشی مؤثر برای تقویت ناحیه پای ستون و بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های بتن‌آرمه تحت بارگذاری چرخه‌ای مورد استفاده قرار گیرد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Seismic Behavior of Reinforced Concrete Frames Strengthened at the Column Base Using HPFRCC Sheets Reinforced with GFRP Bars under Cyclic Loading

نویسنده English

Reza Khaleghi
Department of Civil Engineering, Ker.C., Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده English

Column base regions are among the most critical parts of reinforced concrete (RC) frames, as they are highly susceptible to stress concentration, cracking, and plastic hinge formation under cyclic seismic loading. In this study, the seismic performance of RC frames strengthened at the column base using High-Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composite (HPFRCC) plates reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer (GFRP) bars was numerically investigated. To determine the optimal mixture for manufacturing the strengthening plates, the mechanical properties of several HPFRCC mixtures containing different percentages of wollastonite powder were evaluated, and the mixture with 20% cement replacement by wollastonite was selected as the optimum composition. After validation against experimental results, the numerical model of the RC frame was employed in a parametric study to investigate the effects of HPFRCC plate thickness and GFRP bar characteristics on the structural behavior. The results demonstrated that the proposed HPFRCC–GFRP strengthening system significantly enhanced both the load-carrying capacity and energy absorption of the frame, increasing the lateral load capacity by approximately 36% and the energy absorption capacity by about 40% compared with the reference specimen. However, the evaluation of the strengthening efficiency index revealed that configurations with thinner HPFRCC plates and smaller-diameter GFRP bars, despite exhibiting lower absolute capacities, provided considerably higher material efficiency. Overall, the findings indicate that HPFRCC plates reinforced with GFRP bars can serve as an effective strengthening technique for column base regions, leading to substantial improvements in the seismic performance of reinforced concrete frames subjected to cyclic loading.

کلیدواژه‌ها English

HPFRCC
Wollastonite powder
Reinforced concrete beam
strengthening
Numerical analysis