تقویت خمشی تیرهای بتن آرمه با میلگرد فولادی پیش‌تنیده

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده عمران، دانشگاه یزد، یزد

2 بخش سازه، دانشکده عمران، دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 استاد دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

امروزه روش‌های گوناگونی برای تعمیر و مقاوم‌سازی تیر‌های بتنی گسترش داده شده‌ است که یکی از این روش‌های موفق، روش کاشت نزدیک سطح می‌باشد. در این روش مصالح تقویت به شکل میلگرد، تسمه یا کابل با چسب مناسب درون شیار ایجاد شده در پوشش بتن در وجه کششی تیر قرار داده می‌شود. از مزیت‌های این روش تقویت، حفاظت نسبی مصالح تقویتی توسط شیار و چسب است که کمتر در معرض آسیب مکانیکی، بارگذاری ضربه و آتش سوزی قرار می‌گیرد؛ همچنین پیش‌تنیدگی مصالح می‌تواند ضمن بستن ترک‌های ایجاد شده در اثر ضعف خمشی عضو، خیز محتمل اضافی آن را هم کاهش دهد و امکان بهره‌برداری مناسب را فراهم سازد. روش مورد ارزیابی در این پژوهش، تقویت خمشی تیرهای بتن‌آرمه، کاشت میلگرد فولادی پیش‌تنیده به روش NSM است. برنامه آزمایشگاهی شامل 5 نمونه تیر بتن‌آرمه به ابعاد 1700×200×200 میلی‌متر بوده که یک نمونه بدون تقویت به عنوان نمونه شاهد و 4 نمونه تیر دیگر ابتدا تا حد ترک خوردگی پیش‌ بارگذاری شدند و پس از باربرداری با کاشت نزدیک سطح میلگرد فولادی تقویت شدند. تیرها تحت خمش چهار نقطه‌ای مورد آزمایش قرار گرفتند و مقادیر بار وارده و تغییرمکان متناظر با آن در وسط تیر اندازه‌گیری شد. در تقویت خمشی تیرها به روش کاشت نزدیک سطح از مهار انتهایی و چسب اپوکسی به عنوان عامل اتصال استفاده شد. جهت اعمال بار پیش تنیدگی، دو انتهای میلگردهای تقویتی رزوه شده و نیروی پیش‌تنیدگی به صورت پس‌کشیده با سفت نمودن مهره‌های انتهایی به کمک تورک‌‌متر اعمال و تنظیم گردید. نتایج بدست‌آمده حاکی از نقش بسیار موثر این روش جهت تقویت خمشی تیرهای بتن‌آرمه بود و ظرفیت نهایی نمونه‌های تقویت‌شده تا حدود دو برابر نسبت به نمونه شاهد افزایش یافت. همچنین این روش تقویت باعث بسته شدن ترکهای قبلی و کاهش خیز نمونه‌ها و همچنین افزایش جذب انرژی نمونه‌ها گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Flexural Strengthening of RC Beams with Pre-stressed steel rebar

نویسندگان [English]

  • sadegh mansouri 1
  • Reza Morshed 2
  • davood mostofinejad 3
1 civil eng. dept., yazd university, yazd
2 Civil Engineering Department, Faculty of Engineering,, Yazd University, Yazd, Iran
3 Civil Eng. Dept. , Isfahan University of Technology, Isfahan
چکیده [English]

Various methods have been developed for the retrofit and strengthening of RC beams. One of the successful methods is the near-surface mounting (NSM) method. In this method, the reinforcing rebar is inserted and glued into the groove in the concrete cover. This groove is created in the tensile face of the beam. The relative protection of reinforcing materials, which are less exposed to mechanical damage, shock and fire loading is an important advantage of this strengthening method. Pre-stressing can close the cracks caused by the weak flexural strength of the member and reduce its excess deflection. The proposed strengthening method in this research was near surface mounting of pre-stressed rebars to enhance the flexural behavior of RC beams. The test program consisted of testing 5 RC beams of 200×200 ×1700 mm. One was the control sample and was tested without strengthening. Four other beams were first pre-loaded to the cracking stage and, after unloading, were strengthened by near surface mounting of the steel bars. The beams were tested under four-point bending. The applied load and the corresponding displacement in the middle of the beam were measured. In the flexural strengthening of the beams by proposed NSM method, end-anchorage and epoxy adhesive, both provided the proper bond. Tightening the end nuts with the aid of a torque meter, was the selective method to pre-stress the reinforcing bar. The results showed that this method was very effective for the flexural strengthening of RC beams, so the final load capacity of beam samples increased about twice as much as the control sample. The proposed method also led to the closure of the bending cracks and the reduction of the samples’ deflection, as well as the increase in energy absorption of the samples.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pre-stressing
  • Flexural strengthening
  • NSM
  • RC Beam
  • Preload
[1] L. De Lorenzis and J. Teng.(2007). Near-surface mounted FRP reinforcement: An emerging technique for strengthening structures. Composites Part B: Engineering, vol. 38, pp. 119-143.
[2] M. Aslam, P. Shafigh, M. Z. Jumaat, and S. N. R. Shah. (2016). Strengthening of RC beams using pre-stressed fiber-reinforced polymers – A review. Construction and Building Materials, pp. 235–256.
[3] T. Hassan and S. Rizkalla.(2002). Bond mechanisms of near surface mounted FRP bars and strips for flexural strengthening of concrete structures. in Proceedings of the first international conference on structural health monitoring of innovative civil engineering structures, Winnipeg, Canada.
[4] A. Hajihashemi, D. Mostofinejad, and M. Azhari. (2011). Investigation of RC beams strengthened with prestressed NSM CFRP laminates. Journal of Composites for Construction, vol. 15, pp. 887-895.
[5] R. El-Hacha, and M. Gafar. (2011). Flexural strengthening of reinforced concrete beams using prestressed, near-surface mounted CFRP bars”, PCI Journal, vol. 56, pp. 134-151.
[6] M. Shahverdi, C. Czaderski, and M. Motavalli. (2016). Iron-based shape memory alloys for prestressed near-surface mounted strengthening of reinforced concrete beams. Construction and Building Materials vol. 112, pp. 28–38.
[7] J. Sena-Cruz, J. Barros, V. Bianco, A. Bilotta, D. Bournas, F. Ceroni, et al. (2016). Design Procedures for the Use of Composites in Strengthening of Reinforced Concrete Structures. Springer, 2016
[8] R. El-Hacha and K. Soudki. (2013). Prestressed near-surface mounted fibre reinforced polymer reinforcement for concrete structures—a review 1”, Canadian Journal of Civil Engineering. vol. 40, pp. 1127-1139.
[9] J. Sena-Cruz, J. Barros, V. Bianco, A. Bilotta, D. Bournas, F. Ceroni, et al. (2016). Design Procedures for the Use of Composites in Strengthening of Reinforced Concrete Structures. Springer.
[10] H. Nordin and B. Täljsten. (2006). Concrete beams strengthened with prestressed near surface mounted CFRP. Journal of Composites for Construction, vol. 10, pp. 60-68.
[11] H. T. Choi, J. S. West, and K. A. Soudki. (2010). Effect of partial unbonding on prestressed near-surface-mounted CFRP-strengthened concrete T-beams. Journal of Composites for Construction, vol. 15, pp. 93-102.
[12] M. M. Rahman, M. Z. Jumaat, M. A. Rahman, and I. M. I. Qeshta. (2015). Innovative hybrid bonding method for strengthening reinforced concrete beam in flexure. Construction and Building Materials, vol. 79, pp. 370–378.
[13] Emara, M., Torres, L., Baena, M., Barris, C., and Cahis, X. (2018). Bond response of NSM CFRP strips in concrete under sustained loading and different temperature and humidity conditions”, Composite Structures, vol. 192C, pp. 1-7.
[14] H. B. Park , J. Park, J. Kang and W. Jung. (2019). Fatigue Behavior of Concrete Beam with Prestressed Near-Surface Mounted CFRP Reinforcement. Materials, Vol.12 No. 51.
[15] Slaitas, J., and Valivonis, J. (2021). Concrete cracking and deflection analysis of RC beams strengthened with prestressed FRP reinforcements under external load action. Composite Structures, 255, 113036.
[16] K.-H. Decker and K. Kabus. (2000). Maschinenelemente. Funktion, Gestaltung und Berechnung; 15. Auflage. ed: Carl Hanser Verlag.