مقاوم‌سازی تیرهای بتنی توسط الیاف پلیمری شیشه‌ای

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه شهید رجایی

2 دانشگاه علم وفرهنگ، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، سیرجان

چکیده

استفاده از الیاف پلیمری مسلح شده،FRP، یکی از روش‌های مقاوم‌سازی و تعمیر سازه‌های بتنی می‌باشد. در این تحقیق به بررسی تقویت برشی، پیچشی و خمشی تیرهای بتنی خودمتراکم با ورق تقویتی دارای الیاف پلیمری شیشه ای، GFRP، پرداخته شده است. برای مقاوم سازی تیرهای تحت اثر برش، خمش و پیچش، ورق‌های GFRP به ترتیب به صورت نوارهای U شکل، مستقیم در سطح زیرین و دور پیچ چسبانده شده‌اند. در این مطالعه ابتدا نتایج آزمایشگاهی با نتایج بدست آمده از مدل های عددی مقایسه شده اند و صحت مدل سازی مورد تایید قرار گرفته است. سپس ورق‌های تقویتی در یک و دو لایه بر روی مدل‌های تیر بتنی چسبانده شده اند. با بررسی نتایج عددی که از نرم‌افزار آباکوس بدست آمده است، مشاهده می‌شود که با افزایش ترک‌ها در تیرهای بتنی، سختی آنها کاهش می‌یابد و سپس تنش‌ها توسط لایه چسب و ورق‌های GFRP تحمل می‌شوند، که این امر منجربه افزایش ظرفیت باربری تیرهای مورد مطالعه در این تحقیق گردیده است. نتایج حاصل از مدل سازی عددی نشان می‌دهد که با تقویت تیرهای بتنی با یک لایه ورق GFRP، مقاومت‌های برشی و پیچشی به ترتیب به میزان 32 و 47 درصد افزایش یافته اند. در صورتی که از دو لایه ورق تقویتی استفاده شود، میزان ظرفیت باربری تیرها در اثر برش و پیچش به ترتیب حدود 45 و 61 درصد افزایش داشته اند. همچنین ظرفیت باربری تیرهای بتنی که تحت اثر خمش قرار گرفته اند، با اضافه کردن یک و دو لایه ورق تقویتی GFRP به ترتیب به میزان 32 درصد و 48 درصد افزایش داشته اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Strengthening of Concrete Beams Using Glass Fiber Reinforced Polymers

نویسندگان [English]

  • Moosa Mazloom 1
  • Morteza Mehrvnd 2
  • Azim Savari Pour 3
1 Shahid Rajaee University
2 Science and Culture University
3 Islamic Azad University, Sirjan,
چکیده [English]

The use of fiber reinforced polymers, FRP, is one of the methods for strengthening and retrofitting concrete structures. In this research, the strengthening of reinforced self-compacting concrete beams against shear, torsion and bending has been investigated using GFRP. For reinforcing the beams against shear, bending and torsion, the strips of GFRP were used in the forms of U-shape, straight on the bottom surface and screwed around the beams respectively. In this study, the experimental results were compared with the results of the numerical models and their accuracies were confirmed. Then reinforcement sheets were applied in one and two layers on concrete beam models. By studying the numerical results obtained from Abaqus software, it was observed that with the increase of cracks in the concrete beams, their stiffness decreased and then the stresses were tolerated by the adhesive layers and the GFRP sheets, which has led to an increase in the bearing capacity of the beams. The results of numerical finite elements modeling show that by reinforcing the concrete beams with one layer of GFRP, the load bearing capacities of the beams improved in shear and torsion about 32% and 47% respectively. Moreover, if two layers of reinforcement sheets were used, the shear and torsion capacities of the beams increased about 45% and 61% respectively. The bending capacities of the concrete beams strengthened with one and two layers of GFRP increased up to 32% and 48% respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • concrete beam
  • GFRP
  • ABAQUS
  • Shear
  • Bending
  • Torsion

مراجع

[1] Okamura, H. (1997). Self- Compacting high performance Concrete. Concrete International. pp. 50-54.
[2] Nunes, S. and Figueiras, H. and Oliveira, P. M. and Coutinho, J. S. and Figueiras, J. (2006). A methodology to assess robustness of SCC mixtures, Cement and Concrete Research, Vol(36), pp. 2115- 2122.
[3] Lin, C. H. and Lin, S.P. and Tseng,C. H. (2004). High Workability Concrete Columns under Concentric Compresion, ACI Structural Journal, Vol(101), No. 1, Jan.-Feb, pp. 85-93.
[4] Lin, C. H. and Lin, S.P. (2005). Flexural Behavior of High-Workability Concrete Columns under Cyclic Loading, ACI Structural Journal, Vol(102), No. 3, May-June, pp. 412-421.
[5] Chan, y. w. and Chen, y. S. and Liu, y. S. (2003). Development of Bond Strength of Reinforcement Steel in Self-Consolidating Concrete. ACI Structural Journal, Vol(100), No. 4, July-Aug, pp. 490-498.
[6] Paultre, P. and Khayat, K. H. and Cusson, D. and Tremblay, S. (2005). Structural Performance of Self Consolidating Concrete Used in Confined Concrete Column, ACI Structural Journal, Vol(102), No. 4, July-Aug, pp. 560-568.
[7] Esfahani, M. R. and Lachemi, M. and Kianoush, M. R. (2008). Top-Bar Effect of Steel Bars in Self Consolidating Concrete (SCC), Engineering Structures Journal, Elsevier Sci Ltd, Oxford, England, No. 30, pp. 52-60.
[8] Chen, y. F. (2003). An Investigation on Confinement Behavior of Square Self-CoMPacting Concrete Columns, MS thesis, National Taiwan University, Department of Civil Engineering.
[9] ACI Committee 209, (2008). Prediction of Creep, Shrinkage and Temperature Effects in Concrete Structures, Designing for Creep and Shrinkage in Concrete Structures, SP-76, American Concrete Institue, Farmington Hills, MI, pp. 93-300.
[10] Al-Nasra, M. M. and Asha, N. M. (2013). Shear reinforcements in the reinforced concrete beams. American Journal of Engineering Research (AJER), 2(10), 2320-0847.
[11] ACI 440.2R-02, (2002). Guide for the design and construction of externally bonded FRP systems for strengthening concrete structures. American Concrete Institute.
[12] El-Mihilmy, M. T. and Tedesco, J. W. (2000). Analysis of reinforced concrete beams strengthened with FRP laminates. Journal of Structural Engineering, 126(6), pp. 684-691.
[13] Al-Mahmoud, F. and Castel, A. and François, R. and Tourneur, C. (2009). Strengthening of RC members with near-surface mounted GFRP rods. Composite Structures, 91(2): 138-147.
[14] Tavakkolizadeh, M. and Saadatmanesh, H. (2003). Strengthening of Steel-Concrete Composite Girders Using Carbon Fiber Reinforced Polymers Sheets. Journal of Structural Engineering ASCE, 129(1), pp. 30-40.
[15] Barros, J. A. and Fortes, A. S. (2005). Flexural strengthening of concrete beams with GFRP laminates bonded into slits. Cement and Concrete Composites, 27(4), pp. 471-480.
[16] Tang, W. C. and Balendran, R. V. and Nadeem, A. and Leung, H. Y. (2006). Flexural Strengthening of Reinforced Light Weight Polystyrene Aggregate Concrete Beams with Near Surface Mounted GFRP Bars. Building and Environment, Vol(41), pp. 1381-1393.
[17] BoWang, G. J. and Teng, L. and Delorenzis, L. (2006). StrainMonitoring of Rc Strengethed with Smart NSM FRP Bars. Construction Building Material.
[18] Domone, P. L. (2007). A review of the hardened mechanical properties of self-compacting concrete. Cement and Concrete Composites, Vol(29), no.1 pp.1-12.
[19] Mazloom, M. And Saffari, A. and Mehrvand, M. Compressive, (2015). shear and torsional strength of beams made of self-compacting concrete. Computers and Concrete, Vol(15), no. 6, pp. 935-950.
[20] Hansen, E. and Willam, K. and Carol, I. (2001). A two surface anisotropic damage/plasticity model for plain concrete Proc. Framcos Fracture Mechanics of Concrete Materials, pp. 549-56.
[21] Abaqus Theory manual and user manual and Example Manual Version 6.10. Providence, (2010).
[22] Taqieddin, ZN. (2008). Elasto-Plastic and damage modeling of reinforced concrete. Ph.D. dissertation. Louisiana State Univ. Baton Rouge LA. Dept. Civil & Environmental Engineering,
[23] ABAQUS Inc, ABAQUS/CAE User Manual, Version 6.10.
[24] Kok, L. (2004). Effect of beam size & FRP thickness on interfacial shear stress concentration failure mode in FRP strengthened beam. MS thesis. Singapor university.
[25] Lu, XZ. and Ten, JG. and Ye, LP. And Jaing, JJ. (2005). Bond-slip models for FRP sheets/plates bonded to
concrete. Eng Struct, Vol (24(5)), pp. 920-37.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 11 آذر 1396
  • تاریخ بازنگری: 26 اسفند 1396
  • تاریخ پذیرش: 12 تیر 1397

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار