بررسی عددی تیر‌های بتنی دارای خاموت دورپیچ مستطیلی تحت بارگذاری پیچشی

نوع مقاله : یادداشت فنی

نویسندگان

دانشگاه شهید رجایی

چکیده

در این مطالعه به بررسی عددی رفتار تیرهای بتن‌آرمه با خاموت‌های دورپیچ مستطیلی تحت بارگذاری پیچشی پرداخته شده‌است. این مقاله آنالیز اجزاء محدود، شامل نتایج آزمایشگاهی 27 تیر بتنی دارای خاموت‌گذاری دورپیچ مستطیلی را ارائه می‌دهد، که در آن خاموت‌های دورپیچ مستطیلی دارای فواصل و زاویه ساق‌های قائم و افقی متفاوت می‌باشند و توسط نرم افزار آباکوس به روش تحلیل ضمنی Explicit صحت‌سنجی شده‌اند. شرایط محصورشدگی با تغییر در منحنی تنش ـ کرنش بتن به تیرهای بتنی اعمال شده است. با توجه به نتایج مدل‌سازی، افزایش میزان آرماتور‌های عرضی با افزایش میزان محصورشدگی، باعث افزایش لنگر پیچشی حداکثر و شکل‌پذیری بیشتر تیر‌های بتنی ‌شده‌است. استفاده از خاموتهای دورپیچ مستطیلی پیوسته در مقایسه با خاموتهای معمول، با درصد آرماتور‌های عرضی برابر به طور متوسط باعث افزایش ۵ تا ۳۵ درصدی لنگر پیچشی حداکثر می‌گردد. در خاموت‌های دورپیچ مستطیلی که زاویه‌ی بالای آنها صفر نیست برای زوایای مختلف، با درصد آرماتور عرضی برابر، افزایش زاویه بالایی، باعث افزایش زاویه کناری شده‌است که حاصل آن افزایش لنگر پیچشی حداکثر می‌باشد. این افزایش زاویه بالایی تا ۲۰ درجه باعث افزایش لنگر پیچشی حداکثر و بیشتر از آن باعث کاهش لنگر فوق می‌گردد. بررسی نتایج حاصل از خاموت‌های دورپیچ مستطیلی که زاویه‌ی بالایی آنها صفر نیست و مقایسه آنها با حالتی که صفر می‌باشد، نشان می‌دهد که برای حالاتی که این زاویه کمتر از ۱۴ درجه است، حداکثر لنگر پیچشی حاصل دارای اختلاف اندکی با حالت بدون زاویه است. حتی در برخی حالات، هنگامی که زاویه بالایی صفر است، لنگر پیچشی بیشتری حاصل می‌گردد. از لحاظ اجرایی هم استفاده از خاموت‌های دورپیچ با زاویه بالایی صفر درجه با توجه به سهولت ساخت و کاهش هزینه‌های تولید خاموت‌های دورپیچ، توصیه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Reinforced Concrete Beams with Rectangular Spiral Reinforcement in Torsion

نویسندگان [English]

  • Moosa Mazloom
  • Hamed Kazemi
Shahid Rajaee University
چکیده [English]

In this numerical investigation, rectangular spiral reinforcement behavior have been examined. This article presents the finite element models of the experimental tests of 27 reinforced concrete beams that have rectangular spiral reinforcement with the distance of different vertical and horizontal leg angles. The explicit analyses have been verified the condition of confinement by changing in stress-strain curve of the reinforced concrete beams. According to the results of modeling, increasing the transverse reinforcement and improving in confinement advances the maximum torsion and more ductility of the concrete beams. Using continues rectangular spiral reinforcement in comparison with commonly used stirrups, with the same percentage of transverse reinforcement, improved the maximum torsion capacity from 5 to35%. In rectangular spiral reinforcement with various top angles, and the same percentage of the transverse reinforcement, increasing the top and side angles improves the maximum torsion. This improvement in torsion capacity is for the top angle of up to 20 degree. Exploring the results of rectangular spiral reinforcement that their top angles are not zero indicates that for the angles less than 14 degree, the results of maximum torsion have little deference with the ones having no top angle. Therefore, using rectangular spiral reinforcement with zero top angle is recommended. Its simple manufacturing and decreasing the cost of producing is considerable too.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Rectangular spiral reinforcement"
  • "reinforced concrete beams"
  • "Torsion"
  • "Abaqus"
  • "Finite element"
[1] Park, R. and Paulay, T. (1975). Reinforced concrete structures. New Zealand: Christchurch, 663.
[2] Saatcioglu, M. and Razvi, S. (1992).Strength and ductility of confined concrete. J Struct Eng ASCE, 25, 1590–1607.
[3] Sheik, S and Toclucu, M. (1993).Reinforced concrete columns confined by circular spirals and hoops. ACI Struct, 5, 542–553.
[4] Tsitotas, M.A. and Tegos, IA. (1995).Seismic behaviour of r/c columns and beams with interlocking spirals. Adv Earthquake Eng, 5, 449–461.
[5] Qian, L. and Belarbi, A. (2011).Seismic behaviour of RC Columns with spirals under combined loadings including torsion. Procedia Engineering,14, 1281–1291.
[6] Mondal, T.G. and Prakash, SS. (2016).Nonlinear finite-element analysis of RC bridge columns under torsion with and without axial compression. Journal of Bridge Engineering, 21, 1-13.
[7] Karayannis, C. and Sirkelis, G. (2005).Response of columns and joints with spiral shear reinforcement. Computational Methods and Experimental Measurements, 6, 455–463.
[8] Chalioris, C.E. and Karayannis, C.G. (2013).Experimental investigation of RC beams with rectangular spiral reinforcement in torsion. Engineering Structures, 56, 286–297.
[9] Katkhuda, S.N., Mu’tasim A.H. and Maha. A. (2016).Experimental investigation of reinforced concrete beams with spiral reinforcement in shear. Construction and Building Materials, 125, 585–594.
[10] Karayannis, C.G. and Chalioris, C.E. (2013).Shear tests of reinforced concrete beams with continuous rectangular spiral reinforcement. Construction and Building Materials, 46, 86–97.
[11] Corte, W.D. and Chalioris, V.B. (2013) Effectiveness of spirally shaped stirrups in reinforced concrete beams. Engineering Structures, 52, 667–675.
[12] Karayannis, C.G. Chalioris, C.E., and Mavroeidis, P.D. (2005).Shear capacity of RC rectangular beams with continuous spiral transversal reinforcement. Computational Methods and Experimental Measurements, 6, 379–386.
[13] Tegos, I.A. Chrysanidis,T.A and Tsitotas, M.A.(2014).Seismic behavior of concrete columns and beams reinforced with interlocking spirals. International Journal of Scientific & Engineering Research, 5, 310–319.
[14] Karayannis, C.G. and Sirkelis, G.M. (2005).Seismic behaviour of reinforced concrete columns with rectangular spiral shear reinforcement. Third International Conference on Construction in the 21st Century. Athens: Advancing Engineering, Management and Technology, 11.
[15] Kakaletsis, D.J., Karayannis, C.G. and Panagopoulos, G.K. (2011). Effectiveness of rectangular spiral shear reinforcement on in filled R/C frames under cyclic loading. J Earthquake Eng, 8, 1178–1193.
[16] Tsonos, A.G. (2004).Improvement of the earthquake resistance of R/C beam – column joints under the influence of P–D effect and axial force variations using inclined bars. Struct Eng Mech, 4, 389–410.
[17] Belarbi, A. Prakash, S. and You, Y.M. (2009). Effect of spiral reinforcement on flexural–shear– torsional seismic behaviour of reinforced concrete circular bridge columns. Struct Eng Mech, 2, 137–158.
[18] Prakash, S. Belarbi, A. and You, Y-M. (2010).Seismic performance of circular RC columns subjected to axial force, bending, and torsion with low and moderate shear. Eng Struct, 32, 46–59.
[19] Karayannis, C.G. (1995).Torsional analysis of flanged concrete elements with tension softening.Comput Struct, 54, 97–110.
[20] Karayannis, C.G. and Chalioris, C.E. (2000). Experimental validation of smeared analysis for plain concrete in torsion. J Struct Eng ASCE, 126, 646–653.
[21] Karayannis, C.G. and Chalioris, C.E. (2000). Strength of prestressed concrete beams in torsion. Struct Eng Mech, 10, 165–180.
[22] Hansen, E. Willam, K and Carol, I. (2001).A two-surface anisotropic damage/plasticity model for plain concrete. Paris Fracture Mechanics of Concrete Materials, 4, 549–556. [23] Taqieddin, Z.N. Elasto-Plastic and Damage Modelling of Reinforced Concrete .Vol. 1. Louisiana State Univ. Baton Rouge LA, 2008.
[24] Ellobody, E. and Young, B. (2011). Numerical simulation of concrete encased steel composite columns. Journal of Constructional Steel Research, 67, 211–222.
[25] Tao, Z. Wang, Zhi, B. and Yu, Q. (2013).Finite element modelling of concrete-filled steel stub columns under axial compression." Journal of Constructional Steel Research, 89, 121–131.
[26] Teh H., Hsuan. H., Chiung-Shiann, W., Ming H. and Wu, Y.M. (2003).Nonlinear analysis of axially loaded concrete-filled tube columns with confinement effect. Journal of Structural Engineering, 129, 1322–1329.
[27] Chen, C.C. and Lin, N.J. (2006). Analytical model for predicting axial capacity and behaviour of concrete encased steel composite stub columns. Journal of Constructional Steel Research, 62, 424–433.
[28] Moghaddam, H., Samadi, M. and Pilakoutas, K. (2010).Compressive behaviour of concrete actively confined by metal strips, part B: Analysis. Materials and Structures, 43, 1383–1396.