ارزیابی شاخص ایمنی و کالیبراسیون ضرایب بار و مقاومت تیرهای بتنی مسلح تحت اثر تلاش‌های خمشی، برشی و پیچشی

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

2 استادیار، دانشگاه ملایر، ملایر، ایران

چکیده

هدف از طراحی اعضای سازه‌ای، مقاومت در برابر بارهای وارده است به‌طوری‌که ایمنی سازه‌ی موردنظر با توجه به شرایط مختلف بارگذاری تأمین شود. روش موجود در آئین‌نامه‌ طراحی بتن ایران و مبحث نهم استفاده از ضرایب ثابت بار و مقاومت بدون در نظر گرفتن ماهیت تصادفی پارامترهای طراحی می‌باشد. عدم قطعیت‌های موجود در پارامترهای طراحی نظیر بار و مقاومت موجب تغییر ایمنی سازه‌ شده و استفاده از ضرایب ثابت در حالت‌های مختلف بارگذاری گاهی طراحی را غیر ایمن و غیراقتصادی می‌سازد. در مقاله حاضر به طراحی احتمالاتی تیرهای بتنی مسلح تحت اثر هم‌زمان تلاش‌های خمشی، برشی و پیچشی پرداخته شده است. برای این منظور روابط تحلیلی توابع حالت حدی برای ترکیب تلاش‌های مختلف استخراج شده‌اند. با استفاده از این روش، طراح می‌تواند بر اساس اهمیت سازه و سطح ایمنی موردنیاز اقدام به طراحی نماید؛ یعنی برای سطح ایمنی موردنیاز مالک یا کارفرما، طراحی اعضای بتنی انجام می‌گیرد. در ادامه مقاله ضرایب بار و مقاومت در شاخص‌های مختلف ایمنی محاسبه شده و تأثیرپذیری آئین‌نامه از ضرایب بار و مقاومت بررسی شده است. به کمک روش ارائه شده در این تحقیق، طراح قادر است با تغییر شرایط حاکم بر مسئله نظیر ابعاد، بار وارده و خصوصیات مقطع با توجه به ایمنی سازه به طراحی اقدام نماید. برای انجام کار، یک برنامه کامپیوتری در محیط متلب نوشته شده است که روش مورد استفاده در محاسبه شاخص‌های ایمنی روش شبیه‌سازی مونت‌کارلو می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Safety Index and Calibration of Load and Resistance Factors for Reinforced Concrete Beams under Bending, Shear and Torsion Demands

نویسندگان [English]

  • Faeze Jafari 1
  • Jalal Akbari 2
  • Alireza Jahanpour 2
1 MSc, Malayer University, Malayer, Iran
2 Assistant Professor, Malayer University, Malayer, Iran
چکیده [English]

The aim of designing of the structural members is withstanding the members or structures against the different loading conditions such that the safety of the system could be preserved. The conventional method for designing of reinforced concrete members in Iranian concrete code is based on load and resistance factor. Although, load and resistance parameters are random variables, and in the mentioned Code the constant values have been designated for them during the designing procedure. Accounting these factors as the constants parameters will ultimately be led to the unsafe and uneconomical designs. The main purpose of this paper is probability-based designing of reinforcement concrete beams under simultaneous effects of bending, shear and torsion actions. For this purpose, analytical relations of the limit states for combination of bending, shear and torsion have been developed. Using the method, the structural designers could be fulfilled the designing of the RC beams based on the importance of structures and the required safety indexes of the owners.  The next goal of this investigation is evaluation and calibration of load and resistance factors for desired safety index. The economic and fully probabilistic designing of concrete beams for simultaneous effects of bending, shear and torsion are available by implementing the proposed design procedures. In order to calculate the safety indexes a computer program has been written in the MATLAB environment, and the Monte Carlo simulation technique has been utilized.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Limit State Function
  • Reliability-based design
  • Safety index
  • Load and Resistance factors
  • Monte-Carlo simulation

[1] Ellingwood, B. R., & Ang, A. H. (1974). Risk-based evaluation of design criteria. Journal of the Structural   Division, 100(Proc. Paper 10778).

[2] Lu, R., Luo, Y., & Conte, J. P. (1994). Reliability evaluation of reinforced concrete beams. Structural Safety, 14(4), 277-298.

[3] Bentz, E. C., Vecchio, F. J., & Collins, M. P. (2007). Simplified modified compression field theory for calculating shear strength of reinforced concrete elements. 378-379

[4] Shao, L., & Li, C. Q. (2007). Reliability based asset management strategy for concrete infrastructure. International Journal of Materials and Structural Reliability, 5(1), 13-28.

[5] Nowak, A., & Kaszyńska, M. (2011). Target reliability for new, existing and historical structures.

[6] Porco, F., Uva, G., Sangirardi, M., & Casolo, S. (2013). About the Reliability of Punching Verifications in Reinforced Concrete Flat Slabs. Open Construction and Building Technology Journal, 7, 74-87.

[7] Jensen, D. F. (2014). Reliability Analysis For Shear In Lightweight Reinforced Concrete Bridges Using Shear Beam Database.

[8] Backes, M. R., Fernández Ruiz, M., & Muttoni, A. (2014). Interaction between in-plane shear forces and transverse bending moments in concrete bridge webs. In Proc. of the 10th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, Quebec (No. EPFL-CONF-200971, pp. 403-408). Proc. of the 10th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, Quebec.

[9] Trezos, C. G., & Thomos, G. C. (2002). Reliability Based Calibration οf the Greek Seismic Code.

[10] Szerszen, M. M., & Nowak, A. S. (2003). Calibration of design code for buildings (ACI 318): Part 2—Reliability analysis and resistance factors.Structural journal, 100(3), 383-391.

[11] Paik, I., Shin, S., & Shim, C. (2008). Reliability-based code calibration and features affecting probabilistic performance of concrete bridge.

 

[12] Mirza, S. A., & MacGregor, J. G. (1979). Variations in dimensions of reinforced concrete members. Journal of the Structural Division, 105(4), 751-766.

[13] MacGregor, J. G. (1983, July). Load and resistance factors for concrete design. In Journal Proceedings (Vol. 80, No. 4, pp. 279-287).

[14] Galambos, T. V., Ellingwood, B., MacGregor, J. G., & Cornell, C. A. (1982). Probability based load criteria: assessment of current design practice.Journal of the Structural Division, 108(5), 959-977.

[15] Paxton, P., Curran, P. J., Bollen, K. A., Kirby, J., & Chen, F. (2001). Monte Carlo experiments: Design and implementation. Structural Equation Modeling, 8(2), 287-312.

[16] National Building Regulations of Iran- part 9, design and construction of concrete buildings, 2011

[17] Choi, S. K., Grandhi, R. V., & Canfield, R. A. (2006). Reliability-based structural design. Springer Science & Business Media.

[18] MATLAB, "The Language of Technical Computing", (2008), Version 7.6.0. The Math-works Inc.: Natick, MA