اثرات خوردگی بر عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی بتن‌آرمه

شایانفر, محسنعلی; ساوج, حمید رضا; قانونی بقا, محمد; خدام, علی

doi:10.22065/jsce.2017.86063.1183

اثرات خوردگی بر عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی بتن‌آرمه

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

² دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایرانن

³ استادیار، گروه مهندسی عمران، واحد تهران شرق(قیامدشت)، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

⁴ استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اراک، اراک، ایران

10.22065/jsce.2017.86063.1183

چکیده

در سالهای اخیر، بررسی تاثیرات استهلاک و خوردگی آرماتورها بر رفتار لرزه ای سازه های بتن مسلح تحت اثر زلزله به شدت مورد توجه جوامع مهندسی سازه و زلزله قرار گرفته است که این توجه عمدتا به دلیل اهمیت موضوع از دیدگاه اقتصادی و ایمنی و توسعه پایدار می باشد. خوردگی آرماتورها در سازه‌های بتن‌آرمه، موجب تغییر در رفتار غیرخطی این سازه‌ها ‌می‌گردد که نادیده گرفتن آن ممکن است به تخریب زود هنگام سازه منجر شود. بررسی اثرات خوردگی آرماتورها بر رفتار اعضا در سازه‌های بتنی موضوع اصلی این پژوهش می‌باشد. در این تحقیق ابتدا مکانیزم‌های خوردگی فولاد در اعضای بتن‌ آرمه بررسی شده و سپس اثرات منفی خوردگی بر رفتار مقطع و چگونگی لحاظ این اثرات در منحنی لنگر-انحنا مورد مطالعه قرار می‌گیرد. سرانجام با استفاده از مطالعه موردی قاب دو بعدی، رفتار لرزه ای اعضا و کل سازه، تحت سناریوهای مختلف خوردگی مورد نظر در این تحقیق با رویکرد نشریه 360 مقایسه می-شود. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل قاب مذکور، پیشنهاد می‌شود در نشریه 360 جهت اعمال اثرات خوردگی، ضریب آگاهی به جای حد تغییر شکل، همواره ظرفیت نهایی مقطع را کاهش دهد. نتیجه حاصل از نشریه مذکور در حالت بدون خوردگی نسبت به واقعیت اندکی محافظه کارانه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

تحلیل، طراحی و اجرای سازه های بتنی

عنوان مقاله [English]

The effects of corrosion on seismic performance of reinforced concrete moment frames

نویسندگان [English]

Mohsen Ali Shayanfar ¹
Hamid Reza Savoj ²
Mohammad Ghanooni-Bagha ³
Ali Khodam ⁴

¹ Associate Professor, Department of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology

² School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, P.O. Box 16765-163, Narmak, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Department of civil Engineering, East Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

⁴ Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Arak University of Technology, Arak, Iran

چکیده [English]

In recent years, evaluation of deterioration and aging effects on seismic performance assessment of existing reinforced concrete structures has been paid much attention in earthquake and structural engineering community due to economical and safety issues. Corrosion of concrete reinforcement causes changing of nonlinear behaviour of reinforced concrete structures and ignoring these changes may lead to structural damage during the design life time of RC structures. Investigation of reinforcement corrosion effects in concrete structures on nonlinear behaviour of reinforced concrete members is the main subject of this research. In this study, the structural behaviour of the moment-curvature curve was investigated under these corrosion effects. After occurring the corrosion, cross section of the reinforcement is gradually reduced and consequently load bearing capacity of the reinforced concrete members will be reduced significantly. Accordingly, the relationship between corrosion and moment-curvature curve of structural members will be discussed. A two-dimensional frame is considered to investigate the seismic behaviour of structural frame and members, under different scenarios of corrosion in comparison with the approach proposed by Instruction for Seismic Rehabilitation of Existing Buildings (No. 360). Based on these results, to take the corrosion effects into consideration, it is recommended to use a k factor associated to ultimate sectional capacity instead of ductility limit.

کلیدواژه‌ها [English]

Reinforced Concrete Structures
Corrosion effect
Moment-curvature
Nonlinear hinge
Pushover analysis

مراجع

[1] شایان فر محسنعلی, قانونی بقا محمد. مطالعه اثرات خوردگی آرماتورها در باربری ستون های بتن آرمه پل ها به روش المان محدود غیر خطی، مجله عملی-پژوهشی شریف، دوره 2-28، شماره 3، پاییز 1391 ، صفحه 59-68.

[2] Salari, M.R. and Spacone, E. (2001). Finite element formulations of one-dimensional elements with bond-slip. Engineering structures, 23(7), pp.815-826.

[3] Shayanfar, M.A., Barkhordari, M.A. and Ghanooni-Bagha, M. (2015). Estimation of Corrosion Occurrence in RC Structure Using Reliability Based PSO Optimization. Periodica Polytechnica. Civil Engineering, 59(4), p.531.

[4] Simioni, P. (2009). Seismic response of reinforced concrete structures affected by reinforcement corrosion. Doctoral dissertation. University of Florence.

[5] Al-Sulaimani, G.J., Kaleemullah, M. and Basunbul, I.A. (1990). Influence of corrosion and cracking on bond behavior and strength of reinforced concrete members. Structural Journal, 87(2), pp.220-231.

[6] Maalej, M., Ahmed, S.F. and Paramasivam, P. (2003). Corrosion durability and structural response of functionally-graded concrete beams. Journal of Advanced Concrete Technology, 1(3), pp.307-316.

[7] M Mangat, P.S. and Elgarf, M.S. (1999). Flexural strength of concrete beams with corroding reinforcement. Structural Journal, 96(1), pp.149-158.

[8] Ou, Y.C., Tsai, L.L. and Chen, H.H. (2012). Cyclic performance of large‐scale corroded reinforced concrete beams. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 41(4), pp.593-604.

[9] Ma, Y., Che, Y. and Gong, J. (2012). Behavior of corrosion damaged circular reinforced concrete columns under cyclic loading. Construction and Building Materials, 29, pp.548-556.

[10] Kivell, A., Palermo, A. and Scott, A. (2012). Corrosion Related Bond Deterioration and Seismic Resistance of Reinforced Concrete Structures. In: ASCE/SEI Structures Congress. Chicago, Illinois, USA (pp. 29-31).

[11] Inci, P., Goksu, C., Ilki, A. and Kumbasar, N. (2012). Effects of reinforcement corrosion on the performance of RC frame buildings subjected to seismic actions. Journal of Performance of Constructed Facilities, 27(6), pp.683-696.

[12] Yalciner, H., Sensoy, S. and Eren, O. (2012). Time-dependent seismic performance assessment of a single-degree-of-freedom frame subject to corrosion. Engineering Failure Analysis, 19, pp.109-122.

[13] محسنعلی شایانفر، محمد قانونی بقا، "آموزش کاربردی روش های مقاوم سازی ساختمان ها" ، انتشارات فدکایساتیس، 1392

[14] International federation for structural concrete (FIB). (2006). Model code for service life design. Switzerland, p.110.

[15] Apostolopoulos, C.A. and Papadakis, V.G. (2008). Consequences of steel corrosion on the ductility properties of reinforcement bar. Construction and Building Materials, 22(12), pp.2316-2324.

[16] قانونی بقا، محمد، "مطالعه اثرات خوردگی آرماتورهادر ظرفیت باربری ستونها به روش المان محدودغیرخطی "، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علم وصنعت ایران، زمستان ۱۳۸۸.

[17] Rodriguez, J. and Andrade, C. (2001). CONTECVET—a validated user’s manual for assessing the residual service life of concrete structures.Madrid: GEOCISA.

[18] Rodriguez, J., Ortega, L.M. and Casal, J. (1994). Corrosion of reinforcing bars and service life of reinforced concrete structures: corrosion and bond deterioration. In: International conference on concrete across borders. Odense, Denmark (Vol. 2, pp. 315-326).

[19] Vu, K.A.T. and Stewart, M.G. (2000). Structural reliability of concrete bridges including improved chloride-induced corrosion models. Structural safety,22(4), pp.313-333.

[20] قانونی بقا، محمد، "برآورد کاهش ظرفیت اعضای قابی سازه های بتن آرمه تحت اثر خوردگی آرماتورها"، رساله دکتری، دانشگاه علم وصنعت ایران، اردیبهشت 1394.

[21] Kwak, H.G. and Kim, S.P. (2002). Nonlinear analysis of RC beams based on moment–curvature relation. Computers & structures, 80(7), pp.615-628.

[22] Scott, B.D., Park, R. and Priestley, M.J.N. (1982). Stress-strain behavior of concrete confined by overlapping hoops at low and high strain rates. ACI journal, 79(1), pp.13-27.

[23] سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمانهای موجود (نشریه شماره 360)، 1385.