مطالعه آزمایشگاهی مقاوم سازی برشی تیرهای فولادی با استفاده از نوارهای CFRP

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار سازه، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد زاهدان، زاهدان، ایران

2 گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد زاهدان، زاهدان، ایران

چکیده

سازه های فولادی یکی از رایج ترین نوع سازه ها هستند. ممکن است که برخی از سازه های فولادی به دلایل مختلف نیاز به مقاوم‌سازی داشته باشند. روشهای مختلفی برای مقاوم سازی این گونه سازه ها وجود دارد. مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از پلیمرهای مسلح شده به فیبر (FRP) در سالهای اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه به بررسی مقاوم سازی برشی تیرهای فولادی با استفاده از پلیمرهای مسلح شده به فیبر کربن (CFRP) با چیدمان های مختلف آنها در یک یا دو طرف جان و با زاویه های متفاوت و تاثیر آنها بر ظرفیت تیر پرداخته می شود. 5 عدد نمونه به صورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار گرفت. روش انجام آزمایش، خمش چهار نقطه ای بود. به این صورت که یک بار متمرکز توسط جک هیدرولیکی روی یک تیر واسط قرار گرفته به روی تیر اصلی، بار اعمال نموده و بار توسط تکیه گاههای تیر واسط، به صورت دو بار متمرکز مساوی به تیر اصلی وارد می گردید. دو تکیه گاه ساده نیز در دو سر تیر اصلی وجود داشت. بارگذاری نیز از نوع استاتیکی تدریجی بود. ابعاد تیرها به گونه ای انتخاب شده بود که به صورت برشی عمل کنند. بدین معنی که گسیختگی آنها توسط تنش های برشی اتفاق بیافتد. یک نمونه تیر بدون مقاوم سازی، دو نمونه تیر دارای مقاوم سازی عمودی در ناحیه برشی به صورت یک طرفه و دو طرفه و دو نمونه تیر دارای مقاوم سازی مورب به صورت یک طرفه و دو طرفه بررسی شدند. نتایج این پژوهش نشان دهنده عملکرد مناسب ورق های CFRP در بالا بردن ظرفیت باربری بود. نحوه مقاوم سازی برشی به صورت مورب و در هر دو طرف جان بهترین افزایش ظرفیت را نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study on shear strengthening of steel beams using CFRP strips

نویسندگان [English]

  • Kambiz Narmashiri 1
  • Mahbobeh Joshang Rigi 2
1 Assistant Professor of Structural Engineering, Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Zahedan Branch, Islamic Azad University, Zahedan, Iran
2 Department of Civil Engineering, Zahedan Branch, Zahedan, Iran
چکیده [English]

Steel structures are one of the most used type of structures. Some of the steel structures may need to be strengthened due to different reasons. There are different methods for strengthening of this kind of structures. In recent years, strengthening of steel structures using Fiber Reinforced Polymers (FRP) has been most interested. This study investigates the shear strengthening of steel beams using one and both sides strengthening of the web by different angles of Carbon Fiber Reinforced Polymers (CFRP) strips. Five specimens were investigated in laboratory experimentally. The test method was four-point bending approach. The load was applied on a connector loading beam by a hydraulic jack, then the load was applied on the main beam through two equal point loads. The beams had two simple supports at the both ends. The loading type was the static gradual loading type. The dimensions of the beams were chosen in the way that beams behave most in shear. This means that beams fail first due to shear stress. One beam was not strengthened, and two beams were strengthened using vertical strips on one or both sides of the web, and two remained beams were upgraded using diagonal strips. Results of this research indicates efficiency of CFRP strips for increasing load-bearing capacity of the beams. Strengthening using diagonal strips on both sides of the web demonstrated the most increment in load-bearing capacity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • strengthening
  • steel beam
  • Shear
  • Bearing Capacity
  • CFRP
[1] Schnerch, D., Stanford, K., Sumner, E., Rizkalla, S. (2005). Bond behavior of CFRP strengthened steel bridges and structures. International Symposium on Bond Behaviour of FRP in Structures (BBFS 2005). International Institute for FRP in Construction.
[2] Linghoff, D., Al-Emrani, M. (2009). Performance of steel beams strengthened with CFRP laminate– Part 2: FE analyses. Composites: Part B: Engineering, 41(7), 516-522.

[3] Linghoff, D., Haghani, R., Al-Emrani, M. (2009). Carbon-fibre composites for strengthening steel structures. Thin-Walled Structures, 47(10), 1048-1058.

[4] Linghoff, D., Al-Emrani, M., Kliger, R. (2010). Performance of steel beams strengthened with CFRP laminate– Part 1: Laboratory tests. Composites Part B: Engineering, 41(7), 509-515.
[5] Salama, T., Abd-El-Meguid, A. (2010). Strengthening Steel Bridge Girders Using CFRP. UTCA Report Number 06217.
[6] Narmashiri, K., Jumaat, M.Z. (2011). Reinforced steel I-beams: A comparison between 2D and 3D simulation. Simulation Modeling Practice and Theory, 19, 564-585.
[7] Narmashiri, K., Ramli Sulong, N.H., Jumaat, M.Z. (2011). Flexural strengthening of steel I-beams by using CFRP strips. International Journal of the Physical Science, 6(7), 1620-1627.
[8] Narmashiri, K., Ramli Sulong, N.H., Jumaat, M.Z. (2012). Failure analysis and structural behavior of CFRP strengthened steel I-beams. Construction and Building Materials, 30, 1-9.
[9] Narmashiri, K., Jumaat, M.Z., Ramli Sulong, N.H. (2011). Local stiffening of steel I-beams by using CFRP materials. Advanced Materials Research, 163-167, 3833-3843.
[10] Patnaik, A., Bauer, C.L., Srivatsan, T.S. (2008). The extrinsic influence of carbon fibre reinforced plastic laminates to strengthen steel structures. Sadhana, 33, 261–272.
[11] Narmashiri, K., Jumaat, M.Z., Ramli Sulong, N.H. (2010). Shear strengthening of steel I-beams by using CFRP strips. Scientific Research and Essays, 5(6), 2155-2168.
[12] Azizi, S., Narmashiri, K., Mehmandoost Kotlar, H. (In Press). Shear strengthening of plate girders using carbon-fibre-reinforced polymer composites. Proceeding of the Institution of Civil Engineers - Construction Materials, http://dx.doi.org/10.1680/jcoma.16.00078.