ارزیابی آزمایشگاهی رفتار غیرخطی دیوارهای بنایی غیر مسلح مقاوم‌سازی شده به روش تسلیح مغزه

شهری, علی; معصومی, علی; سلطانی محمدی, مسعود; همامی, پیمان

doi:10.22065/jsce.2020.204810.1976

ارزیابی آزمایشگاهی رفتار غیرخطی دیوارهای بنایی غیر مسلح مقاوم‌سازی شده به روش تسلیح مغزه

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی

² استاد و رییس دانشکده فنی و مهندسی / دانشگاه خوارزمی

³ گروه مهندسی زلزله، دانشکده مهندسی عمران و محیط زسیت، دانشگاه تربیت مدرس

10.22065/jsce.2020.204810.1976

چکیده

آسیب‌پذیری در برابر زلزله، ضعف عمده سازه‌های مصالح بنایی غیر مسلح است. تاکنون روش‌های مختلفی برای مقاوم‌سازی این سازه‌ها در برابر زلزله ارائه شده است که برای سازه‌هایی از این نوع و در عین حال دارای ارزش تاریخی و فرهنگی، مناسب نیستند. یکی از روش‌های مناسب مقاوم‌سازی این نوع خاص از سازه‌ها، روش تسلیح مغزه است که در آن ظاهر بنا دستخوش هیچگونه تغییری نمی‌شود. تاکنون مطالعات اندکی در مورد این روش مقاوم‌سازی انجام شده و عمده تحقیقات صورت گرفته در این زمینه معطوف به مطالعه پایه‌های آجری بوده است. در این تحقیق رفتار غیرخطی درون صفحه‌ای دو نمونه دیوار مصالح بنایی غیرمسلح با اندازه واقعی که با سه و پنج هسته مسلح مقاوم‌سازی شده‌اند تحت بارگذاری چرخه‌ای مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفت و منحنی‌های هیسترزیس نیرو- تغییر مکان، پوش نیرو- تغییر مکان، اتلاف انرژی و زوال سختی سکانتی نمونه‌ها ترسیم گردید. با استفاده از منحنی پوش، پارامترهای شکل‌پذیری و سختی موثر هریک از نمونه‌ها استخراج شد و نتایج، با نمونه دیوار مقاوم‌سازی نشده مرجع، مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که این روش مقاوم‌سازی موجب افزایش 42 درصدی مقاومت نهایی و 55 درصدی شکل‌پذیری در نمونه سه‌هسته‌ای و افزایش 84 درصدی مقاومت نهایی و 236 درصدی شکل‌پذیری نمونه پنج‌هسته‌ای شده است. همچنین سختی مؤثر نمونه‌های مقاوم‌سازی شده افزایش چشمگیری نسبت به نمونه مقاوم‌سازی نشده داشته است. الگوی‌های خرابی نمونه‌های مقاوم‌سازی شده نشان داد که مود خرابی آنها نسبت به نمونه مقاوم‌سازی نشده مرجع، از شکست قطری به مود ترکیبی شکست قطری و لغزش تبدیل شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مرمت و مقاوم سازی سازه ها

عنوان مقاله [English]

Experimental evaluation of nonlinear behavior of unreinforced masonry (URM) walls retrofitted using center-core technique

نویسندگان [English]

Ali Shahri ¹
Ali Massumi ²
Masoud Soltani Mohammadi ³
Peyman Homami ¹

¹ Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Kharazmi University, Tehran, Iran

² Professor, Dean / Kharazmi University

³ Department of Earthquake Engineering, Faculty of Civil & Environmental Engineering, Tarbiat Modares University

چکیده [English]

Earthquake vulnerability is the major weakness of unreinforced masonry structures. Various methods have so far been proposed to strengthen such structures against earthquakes. The recommended procedures are not especially suitable for this type of structures, that are meanwhile historically and culturally valuable. One of the adequately suitable methods of retrofitting of this particular type of structures is the center-core technique; based on which the façade of buildings with no change whatsoever. Scantly little studies have so far been conducted on structural retrofitting and the essential research carried out in this area has focused on the study of masonry piers. In this study, the in-plane nonlinear behavior of two full scale unreinforced masonry wall specimens, retrofitted with three and five reinforced cores, were tested under experimental cyclic loading; and their related hysteresis force-displacement, envelop force-displacement (backbone curve), energy dissipation and secant stiffness degradation curves, were plotted. Using envelop curves, ductility and effective stiffness parameters of each of the two specimens were extracted and the results were compared with those of the reference non-retrofitted wall specimen. The outcome results revealed that this method has led to 42% increase in ultimate strength and a 55% increase in ductility of the three-core specimens compared to 84% increase in the ultimate strength and 236% rise in ductility of the five-core sample. Also, the reinforced samples’ effective stiffness raised significantly as compared to the non-retrofitted specimen. Failure and damage patterns of the strengthened specimens showed that their failure modes, compared to the non-retrofitted reference specimen, have converted from diagonal to combination of diagonal and sliding failure mode.

کلیدواژه‌ها [English]

Historical buildings
URM
cyclic behavior
retrofitting
center-core technique
ductility

مراجع

[1] Lourenço, P. B. (2001). Analysis of historical constructions: From thrust-lines to advanced simulations. Historical constructions, pp.91-116.

[2] Plecnik, J. Cousins, T. and O'Conner, E. (1986). Strengthening of unreinforced masonry buildings. Journal of Structural Engineering, 112(5), pp.1070-1087.

[3] Breiholz, D. C. (1992). Centercore seismic hazard reduction system for urm buildings. In: Proceedings of Tenth World Conference on Earthquake Engineering. Madrid: Balkema, pp.5395-5399.

[4] Breiholz, D. C. (1993). Centercore strengthening system for seismic hazard reduction of unreinforced masonry bearing wall buildings. In: Symposium on Structural Engineering in Natural Hazards Mitigation. Irvine: ASCE, pp.319-324.

[5] Somers, P. Campi, D. Holmes, W. Kehoe, B. E. Klingner, R. E. Lizundia, B. and Schmid, B. (1996). Unreinforced masonry buildings. Earthquake Spectra, 12(S1), pp.195-217.

[6] City of Los Angeles. (1985). Division 88: Earthquake Hazard Reduction in Existing Buildings. City of Los Angeles Building Code. Los Angeles, California.

[7] Tolles, E. L. Kimbro, E. E. Webster, F. A. and Ginell, W. S. (2000). Seismic stabilization of historic adobe structures. Los Angeles: The Getty Conservation Institute.

[8] Ginell, W. S. and Tolles, E. L. (2000). Seismic Stabilization of Historic Adobe Structures. Journal of the American Institute for Conservation, 39(1), pp.147-163.

[9] Federal Emergency Management Agency (FEMA). (1997). NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings. FEMA 273, Washington, D.C.

[10] ElGawady, M. Lestuzzi, P. and Badoux, M. (2004). A review of conventional seismic retrofitting techniques for URM. In: 13th international brick and block masonry conference. Amsterdam.

[11] Smith, A. and Redman, T. (2009). A critical review of retrofitting methods for unreinforced masonry structures. In: EWB-UK research conference. The Royal Academy of Engineering.

[12] Lanivschi, C. E. (2012). State of the Art for Strengthening Masonry with Fibre Reinforced Polymers. Bulletin of the Polytechnic Institute of Jassy - CONSTRUCTIONS. ARCHITECTURE Section, 58(2), pp.97-114.

[13] Abrams, D. Smith, T. Lynch, J. and Franklin, S. (2007). Effectiveness of rehabilitation on seismic behavior of masonry piers. Journal of Structural Engineering, 133(1), pp.32-43.

[14] Nikooravesh, M. and Soltani, M. (2018). Behavior of unreinforced masonry piers strengthened using centercore method; experimental investigation. Construction and Building Materials, 189, pp.236-244.

[15] Federal Emergency Management Agency (FEMA). (1997). NEHRP Commentary on the Guidelines for the Seismic Rehabilitation of Buildings. FEMA 274, Washington, D.C.

[16] Shabdin, M. Khajeh Ahmad Attari, N. and Zargaran, M. (2019). Experimental study on seismic behavior of Un-Reinforced Masonry (URM) brick walls strengthened with shotcrete. Journal of Earthquake Engineering, [online], pp.1-27. Available at: https://doi.org/10.1080/13632469.2019.1577763 [Accessed 01. Mar. 2019].

[17] American Society for Testing and Materials (ASTM). (2002). Standard Test Methods for Sampling and Testing Brick and Structural Clay Tile. ASTM C-67-00, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2002.

[18] American Society for Testing and Materials (ASTM). (2001). Standard Test Methods for Compressive Strength of Hydraulic Cement Mortars (Using 2-in. or [50-mm] Cube Specimens). ASTM C109/C109M-99, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2001.

[19] Harris, H. G. and Sabnis, G. M. (1999). Structural Modeling and Experimental Techniques. New York, NY: CRC Press.

[20] American Society for Testing and Materials (ASTM). (2002). Standard Test Method for Compressive Strength of Masonry Prisms. ASTM C1314-02a, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2002.

[21] Iranian National Standardization Organization (INSO). (2013). Hot–rolled steel bars for reinforcement of concrete – Specification and test methods. INSO 3132, 2nd.Revision, Iran.

[22] Federal Emergency Management Agency (FEMA). (2006). Techniques for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings. FEMA 547, Washington, D.C.

[23] International Code Council-Evaluation Service (ICC-ES). (2003). Acceptance criteria for concrete and reinforced and unreinforced masonry strengthening using fiber-reinforced polymer (FRP) composite systems. AC125.

[24] American Society of Civil Engineers (ASCE). (2014). Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings. ASCE 41-13, Reston, Virginia.

[25] Tomaževič, M. (1999). Earthquake-resistant design of masonry buildings. London: Imperial College Press, pp.116-118.

[26] Vatani Oskouie, A. and Havaran, A. (2016). Investigation of Utilizing a Secant Stiffness Matrix for 2D Nonlinear Shape Optimization and Sensitivity Analysis. Civil Engineering Infrastructures Journal, 49(2), pp.347-359.

[27] Haach, V. G. Vasconcelos, G. and Lourenço, P. B. (2010). Experimental Analysis of Reinforced Concrete Block Masonry Walls Subjected to In-Plane Cyclic Loading. Journal of structural engineering, 136(4), pp.452-462.