تحلیل استاتیکی ورق‌ها و مقاطع فولادی تقویت شده با ورق‌های FRP به کمک مدل‌سازی اجزاء محدود

عموشاهی, حسین; قاسمی تبار, محمد

doi:10.22065/jsce.2018.109862.1407

تحلیل استاتیکی ورق‌ها و مقاطع فولادی تقویت شده با ورق‌های FRP به کمک مدل‌سازی اجزاء محدود

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، دانشگاه اصفهان

² موسسه آموزش عالی دانش پژوهان

10.22065/jsce.2018.109862.1407

چکیده

امروزه استفاده از کامپوزیت‌های FRP به عنوان روشی نوین برای تقویت اعضای سازه‌های فولادی مورد توجه محققان قرار گرفته است. در تحقیق حاضر، با انجام مدل‌ سازی و تحلیل استاتیکی ورق‌ها و مقاطع فولادی در نرم‌ افزار اجزاء محدود ABAQUS، اقدام به ارزیابی مقادیر تغییرشکل‌ها، قبل و پس از تقویت با ورق‌های GFRP گردیده است. نتایج بدست آمده میزان افزایش سختی و ظرفیت باربری صفحات و تیر‌های I شکل فولادی مورد مطالعه را نشان می‌دهد. در این روش مقاوم‌ سازی، با قرارگیری ورق GFRP بر روی بال تیر نتایج بهتری نسبت به حالت چیدمان ورق برروی جان حاصل می‌گردد. برای ستون‌های فولادی با مقطع توخالی و I شکل مورد بررسی نیز با مقایسه رفتار محوری و جانبی نمونه‌ها قبل و بعد از تقویت، نتایج میزان افزایش سختی محوری و به دنبال آن افزایش ظرفیت حمل بار ستون نسبت به نمونه‌های تقویت نشده را نشان می‌دهد. در پژوهش حاضر، تاثیر میزان ناکاملی هندسی اولیه بر کاهش ظرفیت صفحات فولادی تقویت شده و تقویت نشده نیز ارزیابی گردیده است. نتایج نشان می‌دهد از طریق تقویت صفحات فولادی با ورق GFRP می‌توان میزان حساسیت آن‌ها را نسبت به مقادیر مختلف نقص هندسی اولیه بویژه برای صفحات با نسبت پهنا به ضخامت بالاتر کاهش داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

نقش مصالح در افزایش دوام و مقاومت سازه ها

عنوان مقاله [English]

Static Analysis of Steel Plates and Sections Retrofitted with FRP Plates by Finite Elements Modelling

نویسندگان [English]

Hossein Amoushahi ¹
Mohammad Ghasemitabar ²

¹ Assistant Professor, University of Isfahan

² Daneshpajoohan higher education institue

چکیده [English]

Nowadays the use of FRP composites for strengthening steel structures has been considered by researchers. In present study, The maximum deformation of steel plates and structural sections before and after strengthening by GFRP plates was evaluated by modelling and static analysis using ABAQUS finite element software. The results indicated the amount of increasing rate in stiffness and load capacity of studied steel plates and I-shaped beams. In this strengthening method, better results would be achieved by installing GFRP plates to the flange of the beam in comparison with installing them to the web of the beam. The results for studied steel hollow sections and I-shaped columns, comparing axial and lateral behaviour of specimens before and after strengthening indicates the increasing rate in axial stiffness and therefore increase in load carrying capacity of columns in comparison with bare specimens. In this research, the influence of geometric imperfection on the reduction of the limit loads of the bare as well as the retrofitted steel plates was also evaluated. The results indicated that the strengthening of steel plates with GFRP plates could be decreased by the sensitivity of them due to presence of initial geometric imperfections, particularly for plates with higher width-to-thickness ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

FRP Composite
Static analysis
Steel Members
strengthening
Finite Element

مراجع

[1] Bekey, S., Peng, F., Lieping, Y. (2011). “Experimental Study on Behavior of FRP Anti-Buckling Strengthening Steel Members”, Advances in FRP Composites in Civil Engineering, pp. 919–924.
[2] Shaat, A., Schnerch, D., Fam, A., Rizkalla, R. (2004). “Retrofit of Steel Structures Using Fiber Reinforced Polymers: State-of-the-Art”, Transportation Research Board, Report 04-4063.
[3] Accord, N.B., Earls, C.J. (2006). “Use of Fiber-Reinforced Polymer Composite Elements to Enhance Structural Steel Member Ductility”, Composites For Construction, Vol. 10, pp. 337–344.
[4] Harries, K.A., Peck, A.J., Abraham, E.J. (2009). “Enhancing Stability of Structural Steel Sections Using FRP”, Thin-Walled Structures, Vol. 47, pp. 1092–1101.
[5] Shaat, A., Fam, A.Z. (2009). “Slender Steel Columns Strengthened Using High-Modulus CFRP Plates for Buckling Control”, Journal of Composites for Construction, Vol. 13, pp. 2–12.
[6] Linghoff, D., Al-Emrani, M., Kliger, R. (2010) “Performance of Steel Beams Strengthened with CFRP Laminate – Part 1: Laboratory Tests”, Composites: Part B: Engineering, Vol. 41, pp. 509–515.
[7] Narmashiri, K., RamliSulong, N.H., Jumaat, M.Z. (2012) “Failure Analysis and Structural Behaviour of CFRP Strengthened Steel I-beamsˮ, Construction and Building Materials, Vol. 30, pp.1–9.
[8] El-Tawil, S., Ekiz, E., Goel, S., Chao, S.H. (2011) “Retraining Local and Global Buckling Behavior of Steel Plastic Hinges Using CFRP”, Constructional Steel Research, Vol.67, pp. 261–269.
[9] Teng, J.G., Yu, T., Fernando, D. (2012). “Strengthening of Steel Structures with Fiber-Reinforced Polymer Composites”, Constructional Steel Research, Vol. 78, pp. 131–143.
[10] Park, J.W., Yeom, H.J., Yoo, J.H. (2013). “Axial Loading Tests and FEM Analysis of Slender Square Hollow Section (SHS) Stub Columns Strengthened with Carbon Fiber Reinforced Polymers”, Steel Structures, Vol. 13, pp. 731–743.
[11] Siddique, M.A.A., El Damatty, A.A. (2013). “Improvement of Local Buckling Behaviour of Steel Beams Through Bonding GFRP Plates”, Composite Structures, Vol. 96, pp. 44–56.
[12] Teng, J.G., Fernando, D., Yu, T. (2015). “Finite Element Modelling of Debonding Failures in Steel Beams FlexurallyStrengthened with CFRP Laminatesˮ, Engineering Structures, Vol. 86, pp. 213–224.
[13] Siddique, M.A.A., El Damatty, A.A. (2012). “Enhancement of Buckling Capacity of Steel Plates Strengthened with GFRP Plates”, Thin-Walled Structures, Vol. 60, pp. 154–162.
[14] El Damatty, A.A., Abushagur, M. (2003). “Testing and Modeling of Shear and Peel Behavior for Bonded Steel/FRP Connections”. Thin-Walled Structures, Vol. 41, pp. 987–1003.
[15] ABAQUS standard user’s manual, Version 6.11,(2011).