ارائه و تعیین الگوی بهینه برای مقاوم‌سازی مستقیم برش منگنه‌ای دال‌تخت بتن‌مسلح با استفاده از FRP بادبزنی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری عمران-سازه، دانشکده مهندسی عمران، پردیس دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 استادیار، بخش سازه، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی وزارت راه و شهرسازی، تهران، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

دال‌های تخت بتن‌مسلح به دلیل مزایایی نظیر پوشش دهانه‌های بزرگ بدون نیاز به وجود تیر، سهولت اجرا، افزایش سرعت ساخت، کاهش ارتفاع کلی ساختمان، در بسیاری از نقاط جهان مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال این سیستم در معرض خطر شکست ترد برش منگنه‌ای می‌باشد. در سال‌های اخیر روش‌های مختلفی جهت مقاوم‌سازی دال‌تخت پیشنهاد شده است که از جدیدترین آن‌ها می‌توان به سوراخ نمودن و عبور الیاف مسلح پلیمری (FRP) از ضخامت دال، اشاره کرد. این روش با موفقیت در مطالعات پیشین بررسی شده و در این تحقیق در نظر است مناسب‌ترین الگوی قرار‌گیری این الیاف برای مقاوم‌سازی دال تخت مورد ارزیابی قرارگیرد. برای این منظور دو نمونه‌ی دال آزمایشگاهی، شامل یک نمونه شاهد و یک نمونه تقویت شده در نرم افزار ABAQUS مدل‌سازی و تحلیل شدند تا صحت نتایج تحلیلی به اثبات برسند. سپس با در نظر گرفتن دو نوع الگوی مختلف مقاوم‌سازی با FRP، بادبزنی خطی و شعاعی و تغییر تعداد سوراخ‌های عبوری از ضخامت، تعداد 18 نمونه در این نرم افزار مدل‌سازی شدند تا بهترین الگو از نقطه‌نظر ظرفیت باربری، شکل‌پذیری، انرژی جذب‌شده، سختی، تعیین و در نهایت بهترین فاصله استقرار این الیاف از بر ستون نیز مشخص شود. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد، الگوی L1 که در آن الیاف به صورت خطی در دو ردیف موازی در چهار وجه ستون قرار می‌گرفتند در میان الگوهای خطی، و نیز الگوی R5 که در آن شش ردیف الیاف حول نقطه مرکزی ستون بصورت شعاعی چیده شده بودند در میان الگوهای شعاعی، بهترین عملکرد را داشتند. درهرحال روش مقاوم‌سازی بادبزنی موجب افزایش ظرفیت باربری به میزان حداکثر 137%، انرژی جذب‌شده 535% و سختی الاستیک معادل 6/21% نسبت به دال مقاوم‌سازی نشده، گردید. از نتایج حاصل از تحلیل می‌توان در تعیین الگوی مناسب مقاوم‌سازی دال‌های تخت با لحاظ نمودن جنبه اقتصادی طرح، استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Determination of the Optimal Pattern for RC Slab Strengthening Against Punching Shear Using FRP Fan

نویسندگان [English]

  • Davood Niktalab 1
  • Farhang Farahbod 2
  • Alireza Manafpour 3
  • Mozhdeh Zargaran 2
1 Ph.D. Candidate in Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering, Urmia University international Pardis, Urmia, Iran
2 Assistant Professor, Structural Engineering department, Ministry of Road, Housing &Urban development, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

Reinforced concrete (RC) flat slabs are utilized, because of their advantages such as covering large spans without beams, ease of execution increased construction speed, and decreased overall building height. However, this system is at risk of punching shear failure. In recent years, various methods have been proposed to strengthen RC flat slabs, but the latest of ones are penetrating and passing fiber reinforced polymers (FRPs) fan through the slab thickness. This method has been successfully evaluated in previous studies, and this research is tried to assess the most suitable pattern of FRP fan installation for punching shear. To reach this goal, two specimens of flab slabs from the available experimental studies, including one control and one strengthened specimen under pushover loading are similarly modeled and analyzed in ABAQUS Software to prove the accuracy of the analytical results. Then after considering two types of strengthening scheme with different patterns and changing the number of holes passing through the thickness of the slab, 18 samples are modeled in this Software. These nonlinear analyses are performed to determine the best pattern in terms of bearing capacity, ultimate displacement, ductility, energy absorption, stiffness and to find the best distance of FRP fibers form the column face. The results showed that the L1 which FRPs were placed in two parallel rows around the four sides of the column, noticed best among the other models. Among the radial patterns, the R5 which has six rows of FRPs arranged radially around the center of the slab has shown the best performance. Whatever the method of FRP fan strengthening is the load-bearing capacity, absorbed energy, and stiffness increased 137%, 535% and 21.6% compared to control slab, respectively. The results of the analysis can be used to determine the appropriate pattern of slab strengthening considering the economic aspect.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Strengthening
  • Flat slab
  • Optimal pattern
  • FRP fan
  • Punching shear
  • Analytical modeling

مراجع

[1] Darwin, D., Dolan, C. W., and Nilson, A. H. (2016). Design of concrete structures. McGraw-Hill Education, 15th edition.
[2] Hueste, M. B. D., Browning, J., Lepage, A., and Wallace, J. W. (2007). Seismic design criteria for slab-column connections. ACI Structural Journal, 104(4), 448-458.
[3] Moehle, J. P., Kreger, M. E., and Leon, R. (1988). Background to recommendations for design of reinforced concrete slab-column connections. Structural Journal, 85(6), 636-644.
[4] Martinez-Cruzado, J. A., Qaisrani, A. N., and Moehle, J. P. (1994). Post-tensioned flat plate slab-column connections subjected to earthquake loading. In 5th US National Conference on Earthquake Engineering, Chicago, I11, 139-148. 
[5] Farhey, D. N., Yankelevsky, D. Z., and Adin, M. A. (1997). Resistance mechanism model for reinforced concrete flat slab- column frame connections. Structural Journal, 94(6), 653-662.
[6] Ebead, U., and Marzouk, H. (2004). Fiber-reinforced polymer strengthening of two-way slabs. Structural Journal, 101(5), 650-659.
[7] Binici, B., and Bayrak, O. (2003). Punching shear strengthening of reinforced concrete flat plates using carbon fiber reinforced polymers. Journal of structural engineering, ASCE 129(9), 1173- 1182.
[8] Stark, A., Binici, B., and Bayrak, O. (2005). Seismic upgrade of reinforced concrete slab-column connections using carbon fiber-reinforced polymers. ACI Structural Journal, 102(2), 324-333.
[9] Sissakis, K., and Sheikh, S. A. (2007). Strengthening concrete slabs for punching shear with carbon fiber-reinforced polymer laminates. ACI Structural Journal, 104(1), 49-59.
[10] Polak, M. A., and Lawler, N. (2011). Application of FRP for Punching Shear Retrofit of Concrete Slab-Column Connections. In Advances in FRP Composites in Civil Engineering, Springer, Berlin, Heidelberg, 854-857.
[11] Wörle, P. (2014). Enhanced shear punching capacity by the use of post installed concrete screws. Engineering Structures, 60, 41-51.
[12] Meisami, M. H., Mostofinejad, D., and Nakamura, H. (2015). Strengthening of flat slabs with FRP fan for punching shear. Composite Structures, 119, 305-314.
[13] El-Kashif, K. F., Ahmed, E. A., and Salem, H. M. (2019). Experimental investigation of strengthening slab-column connections with CFRP fan. Ain Shams Engineering Journal, 639-650.
[14] Hibbitt, H., Karlsson, B., and Sorensen, P. (2012). ABAQUS theory manual, version 6.12. Pawtucket, Rhode Island, USA.
[15] ASCE-41-17. (2017). ASCE Standard, ASCE/SEI, 41–17: Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings. Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
[16] Binici, B., and Bayrak, O. (2005). Use of fiber-reinforced polymers in slab-column connection upgrades. ACI Structural Journal, 102(1), 93-102.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 25 شهریور 1398
  • تاریخ بازنگری: 26 آذر 1398
  • تاریخ پذیرش: 29 دی 1398

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار