بررسی عددی رفتار خمشی تیرهای بتن آرمه دارای آرماتورخمیده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی عمران، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

3 عضو هیات علمی دانشگاه ایلام، استادیار، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

چکیده

در طول زلزله‌های گذشته تشکیل مفصل پلاستیک در ستون‌ها باعث خرابی کلی سازه‌های دارای سیستم قاب خمشی شده است. اگر مفصل پلاستیک در تیرها ایجاد شود مناسب‌ترین مکانیزم اتلاف انرژی در سازه اتفاق خواهد افتاد. آرماتور خمیده ناحیه خمیده‌ی موضعی (معمولا نزدیک نقاط عطف در تیرها) دارد که می‌تواند به صورت تدریجی تحت تنش صاف شود. مقطع تیر مسلح شده با آرماتور خمیده به دلیل تسلیم اولیه پایین‌تر در مقایسه با تیرهای دارای آرماتورهای صاف مرسوم، تحت بار لرزه‌ای زودتر تسلیم می‌شود. بنابراین، فلسفه ستون قوی-تیر ضعیف محقق می‌شود. در تحقیق حاضر ابتدا رفتار بار-تغییرمکان تیر بتنی با آرماتور خمیده به روش عددی توسط نرم‌افزار آباکوس شبیه‌سازی شد و صحت‌ سنجی مدل المان محدود با مقایسه نتایج آزمایشگاهی دیگر محققین انجام گرفت. سپس مکانیزم رفتاری بار-تغییرمکان تیر خمشی بتن مسلح با آرماتور خمیده که دارای تسلیم دو مرحله‌ای می‌باشد، با استفاده از نتایج مدلسازی اجزای محدود به صورت مرحله به مرحله بررسی و تشریح گردید. در انتها نمونه کنترلی برای تحلیل‌های پارامتریک و جهت بررسی تاثیر پارامترهای مهم شامل مقاومت فشاری بتن، درصد آرماتورهای طولی و نسبت طول دهانه به عمق مقطع برروی منحنی بار-تغییرمکان تیرها استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش درصد آرماتور طولی، ظرفیت خمشی نهایی مقطع را افزایش داد اگرچه تاثیری در مقدار مقاومت تسلیم اولیه نداشت. به علاوه، افزایش مقاومت فشاری بتن با افزایش مقاومت و سختی اولیه تیر همراه شد و می‌تواند به عنوان عامل کنترل کننده سطح مقاومت تسلیم اولیه در طراحی این نوع تیرها مدنظر قرار گیرد. همچنین اثر افزایش نسبت طول تیر به عمق مقطع نیز مورد بررسی قرار گرفت. در انتها، رفتار یک نمونه اتصال داخلی شامل تیر با آرماتورهای طولی خمیده به ستون مورد ارزیابی قرار گرفت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study on the bending behavior of Reinforced Concrete Beams with kinked rebar

نویسندگان [English]

  • Nasrin Bakhshayesh Eghbali 1
  • Nahid Soleimani 2
  • Mohammad Mehdi Ahmadi 3
1 Faculty Member of Ilam University, Assistant Professor, dept. Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
2 M.Sc. Student in Civil Engineering, dept. Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
3 Faculty Member of Ilam University, Assistant Professor, dept. Engineering, Ilam University, Ilam, Iran
چکیده [English]

During the past earthquakes, the formation of plastic hinges in columns has given rise to global structural damage in moment resisting frame structures. If the plastic hinges are formed in the beams, the most suitable energy dissipating mechanism in structure will happen. The kinked rebar has locally curved regions (usually near the inflection points in beams) which can be gradually straightened under tension. Due to lower initial yielding flexural capacity compared with that of a cross section reinforced with traditional straight bars, the beam section reinforced with kinked rebars will yield first when the RC frame is subjected to seismic loading, and thus, the strong column-weak beam hierarchy can be realized. In this study, first the load-deflection behavior of a reinforced concrete beam was numerically simulated by ABAQUS software, and the reliability of the finite element model was verified by comparing with the experimental results of other researchers. Then, the load-deflection response of the RC beams with kinked bars which has two-step behavior were investigated and described in steps by using finite element modeling results. Finally, the control beam was used for further analyses to investigate the effect of important parameters including: concrete compressive strength, reinforcement ratio, and the ratio of beam span to depth on load-deflection curve of beams. Results showed that the ultimate bearing capacity of RC beam increases as the reinforcement ratio increases, however, it doesn’t have an important effect on the first yielding point. The increase of concrete compressive strength also contributes to greater initial yielding. In addition, the increase of beam span can have negative effects on the flexural behavior of RC beams with kinked bars, and reduce initial strength and stiffness of beams.Finally, the behavior of an internal connection including a beam with kinked rebar to the column was evaluated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Reinforced concrete beam
  • Kinked rebar
  • Strong column- Weak beam
  • Plastic hinge
  • Numerical Study
[1] Lu XZ., Ye LP., Ma YH., Tang DY. (2012). Lessons from the collapse of typical RC frames in Xuankou School during the great Wenchuan earthquake. Advances in Structural Engineering, 15(1), 139–53.
[2] Nie, X., Zhang, Sh., Jiang T., Yu, T. (2020). The strong column–weak beam design philosophy in reinforced concrete frame structures, A literature review. Advances in Structural Engineering, 1-26.
[3] Kam, W.Y., Pampanin, S., “Selective weakening techniques for retrofit of existing reinforced concrete structures,” In: The 14thWorld Conference on Earthquake Engineering. Beijing, China, 2008.
[4] Galunic, B., Bertero, V. V., Popov, E. P. (1977). An approach for improving seismic behavior of reinforced concrete interior joints. Earthquake Engineering Research Center, Berkeley, CA, 1–94.
[5] Joh, O., Goto, Y., Shibata, T. (1991). Influence of transverse joint and beam reinforcement and relocation of plastic hinge region on beam column joint stiffness deterioration. ACI Special Publication, 123, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 187–224.
[6] Chutarat, N., and Aboutaha, R. S., “Cyclic response of exterior reinforced concrete beam-column joints reinforced with headed bars—Experimental investigation,” ACI Struct. J., 100(2), pp. 259–264, 2003.
 [7] Xilin Lu, Tonny H. Urukap, Sen Li and Fangshu Lin., “Seismic behavior of interior RC beam-column joints with additional bars under cyclic loading,” Earthquakes and Structures, Vol. 3, No. 1 37-57, 2012.
[8] Hyeon-Jong Hwang, Tae-Sung Eom, Hong-Gun Park., “Design considerations for interior RC beam–column joint with additional bars. Engineering Structures, pp. 1–13, 2015.
[9] Eom, T., Park, TG. (2015). Plastic hinge relocation methods for emulative PC beam–column connections. Journal of Structural Engineering, 142(2).
[10] Attaria, N., Si Youcefa, Y., Amzianeb, S. (2019). Seismic performance of reinforced concrete beam–column joint strengthening by frp sheets. Institution of Structural Engineers, Volume 20, Pages 353-364.
[11] Maddaha, A., Golafsharb, A., Saghafib, M. (2020). 3D RC beam–column joints retrofitted by joint enlargement using steel angles and post-tensioned bolts. Engineering Structures, 220, 110975.
[12] Swati AK., Gaurang V. (2014). Study of steel moment connection with and without reduced beam section. Structural Engineering, 1, 26–31
[13] Rahnavar, R., .Hassanipour, A., Siahpolo, N. (2015). Analytical study on new types of reduced beam section moment connections affecting cyclic behavior. Structural Engineering, Volume 3, pp 33-51.
[14] Akrami, V. (2019). Development of strut model for evaluating shear capacity of beams with elongated circular web openings. Journal of Structural and Construction Engineering (JSCE), 10.22065/jsce.2019.202614.1958.
[15] Feng P., Qiang HL., Qin WH., Gao M. (2017). A novel kinked rebar configuration for simultaneously improving the seismic performance and progressive collapse resistance of RC frame structures. Engineering Structures, 147:752–67.
[16] Hanlin Q., Peng F., Bozidar S., Hongwei L, Lieping Y. (2019). Cyclic loading behaviors of novel RC beams with kinked rebar configuration. Engineering Structures, Volume 200, 109689.
[17] Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14).
[18] EN 1992-1-1 (2004) (English). Eurocode 2: Design of concrete structures.
[19] P. KMIECIK, M. KAMIŃSKI. (2011). Modelling of reinforced concrete structures and composite structures with concrete strength degradation taken into consideration. Archives of Civil and Mechanical Engineering, Volume 11, Issue 3, 2011, Pages 623-636.
[20] ABAQUS Theory Manual, “Version 6.4,” ABAQUS Inc., USA, 2003.
[21] V. Birtel, P. Mark. (2006). Parameterised Finite Element Modelling of RC Beam Shear Failure. ABAQUS Users’ Conference.
[22] T. Jankowiak, T. àodygowski. (2005). Identification of parameters of concrete damage plasticit model. Foundations of civil and environmental engineering, No. 6.