تقاضای کرنشی در اعضای مرزی دیوارهای برشی بتنی با میلگردهای ترکیبی فولادی-کامپوزیتی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسنده

دانشیار، دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

تحقیق حاضر به بررسی تقاضای کرنشی در عناصر مرزی دیوارهای برشی بتنی با میلگردهای فولادی-کامپوزیتی می‌پردازد. استفاده همزمان از فولاد و کامپوزیت می‌تواند منجر به کاهش تقاضای کرنشی و تغییر در توزیع آن تحت بارگذاری جانبی شود. در این راستا، ابتدا مدل المان محدود برای یک نمونه آزمایشگاهی با مقیاس کامل در نرم‌افزار VecTor-2.0 ارائه شده و صحت‌سنجی شده است. سپس مطالعات پارامتریک برای مقادیر مختلف نسبت ترکیب فولاد و کامپوزیت انجام شده و پاسخ چرخه‌ای، نیروی حداکثر، سختی سکانتی، انرژی تک‌چرخه، شاخص بازیابی تغییرمکان و توزیع کرنش میلگرد استخراج شده است. به این منظور از پارامتر نسبت ترکیب استفاده شده که به صورت نسبت مساحت میلگردهای کامپوزیتی به مساحت کل میلگردها تعریف شده است. نتایج نشان دادند که ترکیب میلگردهای فولادی و کامپوزیتی باعث کاهش تغییرشکل پسماند، حفظ مقاومت پس از تسلیم عضو و افزایش سختی سکانتی در تغییرمکان‌های جانبی نسبی بیشتر از 1.9 درصد می‌شود. همچنین ترکیب فولاد و کامپوزیت منجر به رفتار مرکزگرایی دیوار شده و عضو قابلیت بازیابی تغییرمکان را بعد از قطع نیرو دارد. ترکیب مصالح با نسبت ترکیب بیشتر از 0.2 منجر به تأمین مقاومت و حفظ پایداری دیوار می‌شود. در مقابل افزایش نسبت ترکیب از حد 0.3 صرفاً مقاومت عضو را افزایش داده و تغییر چندانی در مقدار تغییرمکان پسماند ندارد. برای دیوارهای با نسبت ترکیب کمتر از 0.3، منحنی‌های چرخه‌ای کرنش - تغییرمکان نامتقارن بوده ولی با افزایش نسبت ترکیب، رفتار متقارن شده و حداکثر کرنش فولاد به ازای تغییرمکان برابر نصف می‌شود. ناحیه مؤثر کرنشی فولاد در مدل پایه برابر با نصف طول دیوار برشی بوده ولی با افزودن میلگردهای کامپوزیتی این ناحیه تا حد 80 درصد طول دیوار افزایش می‌یابد که نشانگر توزیع تسلیم‌شدگی فولاد در ناحیه وسیعتری از عضو به شرط ترکیب با کامپوزیت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Strain demand in boundary elements of concrete shear walls with hybrid steel-composite rebars

نویسنده [English]

  • Erfan Shafei
Associate Professor, Department of Environmental Engineering, Urmia University of Technology, Urmia, Iran
چکیده [English]

The present research investigates the strain demand of boundary elements of concrete shear walls reinforced with hybrid steel-composite rebars. In this regard, the numerical model of an existing full-scale sample has been done in VecTor-2.0 software and the results has been validated. Then, parametric studies were carried out for different values of the hybridization ratio where the cyclic response, maximum force, secant stiffness, single-cycle energy, displacement recovery index and strain values of the rebars are extracted. The results show that the combination of steel and composite rebars improves the hysteresis response of shear walls, maintains the post-yield strength, and increases the secant stiffness for lateral drifts over 1.9%. Also, this technique leads to a self-centering behavior minimizing the seismic damage. Hybridization with the combination ratio rh≥0.2 provides strength and maintains the stability of the wall. Increasing the hybridization ratio higher than rh=0.3 only results in an increase in the strength with no residual displacement change. For walls with a low rebar hybridization ratio, the cyclic strain-displacement curves are asymmetric, but the behavior becomes symmetric and the maximum steel strain is reduced by 50% by increasing the ratio. The expansion in the steel strain cycles is insignificant for low hybridization ratios. However, it becomes more apparent with the increase of composite rebars. The effective straining height of the steel in the basic model is equal to half the length of the shear wall, but with the addition of composite rebars, this height increases up to 80% of the wall length, which indicates the yield distribution of the steel in a wider area of the member when it is hybridized with composite.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete shear wall
  • Steel-composite rebars
  • Cyclic response
  • Strain demand
  • Boundary element
  • Residual deformation
  • Self-centering behavior