بهسازی اتصالات کناری تیر- ستون‌های بتن‌آرمه موجود دارای کمبود طول مهاری در میلگردهای طولی با کامپوزیت‌های FRP بادبزنی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل (کامل)

نویسندگان
1 استادیار و عضو هیأت علمی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی
2 دانشجوی دکترای مهندسی عمران زلزله مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی
چکیده
اتصالات تیر- ستون بتنی از مهمترین اعضای سازه بتنی هستند که وظیفه انتقال بارهای موجود را بر عهده دارند. این اتصالات برای عمل‌کرد صحیح، نیازمند رعایت ضوابطی، از جمله طول مهاری میلگردهای تیر و ستون می‌باشند. عدم رعایت طول مهاری باعث کاهش ظرفیت سازه و در نتیجه افزایش تغییرشکل‌های آن می‌شود. در این پژوهش سه نمونه اتصال کناری تیر- ستون بتن‌آرمه، در مقیاس واقعی و با اعمال بار جانبی رفت و برگشتی، آزمایش شدند. نمونه‌ها شامل یک نمونه شاهد دارای ضعف در طول مهاری میلگرد طولی تیر در محل اتصال به ستون، نمونه دوم دارای طول مهاری کافی از طریق مهار مکانیکی انتهایی و نمونه دیگر با ضعف طول مهاری و تقویت شده با کامپوزیت‌های FRP بادبزنی (برای بهسازی اتصال تیر- ستون ) بودند. در تمام نمونه‌ها، نمودارهای چرخه‌ای بار تغییرمکان جانبی، مودهای خرابی، ضریب شکل‌پذیری و سختی استخراج و با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که عدم رعایت طول مهاری، باعث ایجاد آسیب شدید در چشمه اتصال می‌گردد و مفصل پلاستیک ایجاد نمی‌گردد. حال آن که در نمونه با مهاری انتهایی و تقویت شده به کمک الیاف FRP بادبزنی، بهبود عمل‌کرد لرزه‌ای، تشکیل مفصل پلاستیک در تیر و جبران کمبود طول مهاری ملاحظه می‌گردد. مهار انتهایی میلگرد و تقویت نمونه با FRP، باعث افزایش ظرفیت باربری جانبی اتصال، به میزان حداکثر 53 درصد نسبت به نمونه شاهد می‌شود. همچینین مقاومت پسماند در انتهای آزمایش (متناظر با دریفت 6 درصد)، به ترتیب حدود 84 و 73 درصد افزایش می‌یابد. شکل‌پذیری نمونه با مهار انتهایی و نمونه تقویت شده با ورق‌های بادبزنی، به ترتیب 34 و 19 درصد بیشتر از نمونه شاهد است. همچنین طول مهاری ناکافی، سختی اتصال نمونه شاهد را تا 45 درصد، نسبت به نمونه مهار شده و تقویت شده کاهش می‌دهد. نتایج حاصل از سه نمونه آزمایش شده نشان داد، که تقویت اتصال با الیاف FRP بادبزنی، می‌تواند کمبود طول مهاری میلگردهای تیر را به صورتی موثر برطرف نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Retrofitting of the existing external RC beam-column joints with insufficient development length of longitudinal rebars by anchor dowel FRP composites

نویسندگان English

Farhang Farahbod 1
Amir Shahrabi Farahani 2
1 Assistant Professor of Road, Housing & Urban Development Research Center (BHRC)
2 Ph.D. Student of Earthquake Engineering of Road, Housing & Urban Development Research Center (BHRC)
چکیده English

Beam-column joints are one of the most important members of the reinforced concrete structures that are responsible for transferring existing loads. These joints require some criteria such as the development length of the beam's and column's rebars for proper operation. Lack of sufficient development length reduces the capacity of the structure and thus increases its deformation. In this study, three specimens of external reinforced concrete beam-column joints were tested on a real scale with applying lateral loads. The dimensions of beams and columns are 300 and 300 mm. Samples include a control sample with insufficient development length of longitudinal rebars of the beam (at joint area), a sample with sufficient development length through end mechanical restraint, and another sample with insufficient development length and retrofitting with dowel anchor carbon FRP composites (to improve the beam-Column joint). For making FRP anchors, columns should be pierced and dowels pass through this hole and they connect to concrete elements surface with proper epoxy adhesive. In all samples, lateral displacement load cycle diagrams (hysteresis diagram), failure modes, ductility coefficient, and stiffness were extracted and compared with each other. The results of this study showed that lack of sufficient development length leads to severe damage in the joint and plastic hinge is not formed, and energy dissipation and crack formation is occurring in the joint; while in retrofitted and restrained sample improvement of seismic performance, formation of the plastic joint in the beam and effects of sufficient development length is observed and energy dissipates in that area. Pinching in the hysteresis diagram of the control specimen is observed and maximum load capacity is much less than the others. end restraint of the rebar and reinforcement of the specimen with FRP increases the lateral bearing capacity of the joint by 53% compared to the control specimen. Also, the residual capacity increases by about 84% and 73% respectively at the end of the test (corresponding to 6% drift). The ductility of the sample with end restraint and the sample reinforced with dowel anchor FRP composites are 34% and 19% higher than the control sample, respectively. Insufficient development length also reduces the stiffness of the control sample by up to 45% compared to the restrained and retrofitted sample. Another result of insufficient development length of rebars of the beam is the angle between beam and column. In the fixed connections, this angle should remain constant while in the control specimen, this angle changes dramatically. By retrofitting the connection with FRP composites or restraining the rebars, this angle varies much less. The results of three tested samples showed that strengthening the connection with anchor dowel FRPs can effectively fix the lack of development length of rebars in the beams and increase the load capacity, stiffness, and ductility of the connection.

کلیدواژه‌ها English

development length
FRP composite
FRP anchor
bonding strength
Seismic Retrofitting
external beam-column joint
A. C. 318, "Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-19) and Commentary (ACI 318RM-19)," American Concrete Institute, 2019.
E. Damcıa, RasimTemura, GebrailBekdaşa and B. Sayinb, "Damages and causes on the structures during the October 23 , 2011 Van earthquake in Turkey," Case Studies in Construction Materials, vol. 3, pp. 112-131, 2015.
R. Eligehausen, V. Ciampi and V. Bertero, "Analytical model for deformed-bar bond under generalized excitations," Transactions of IABSE Colloquium on Advanced Mechanics of Reinforced Concrete, 1981.
R. Elingehausen, E. Popov and V. Bertero, "Local bond stress-slip relationships of deformed bars under generalized excitations," Earthquake engineering research center , Report No. UCB/EERC-83/23, 1983.
C. E. -. I. D. Beton, CEB - FIP model code, 1990.
Alsiwat and Saatcioglu, "Reinforcement anchorage slip under monotonic loading," Struct. Eng., vol. 118, 1992.
R. H. Scott, "Intrinsic Mechanisms in Reinforced Concrete Beam-Column Connection Behavior," ACI STRUCTURAL JOURNAL, Vols. May-June, pp. 1-11, 1996.
Parvin and Granata, "Investigation on the effects of ®ber composites at concrete joints," Composites: Part B, pp. 499-509, 2000.
C. P. PANTELIDES, C. CLYDE and L. D. REAVELEY, "REHABILITATION OF R/C BUILDING JOINTS WITH FRP COMPOSITES," 12th World Conference on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, 2002.
Antonopoulos and Triantafillou, "Experimental Investigation of FRP-Strengthened RC Beam-Column Joints," JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION, pp. 39-49, 2003.
M. Haskett, D. John Oehlers and M. Ali, "Local and global bond characteristics of steel reinforcing bars," Engineering Structures, no. 30, pp. 376-383, 2008.
I. F. f. S. Concrete, fib Model Code for Concrete Structures, Wilhelm Ernst & Sohn, Verlag für Architektur, 2010.
M. T. D. Risi, P. Ricci, G. M. Verderame and G. Manfredi, "Experimental assessment of unreinforced exterior beam–column joints with deformed bars," Engineering Structures, vol. 112, p. 215–232, 2016.
A. C. 408, "ACI 408R-03 , Bond and Development of Straight Reinforcing Bars in Tension," 2003.
Q. uk, "QUANTOM® FRP (Carbon Fibers,…)," Quantom, 2021. [Online]. Available: www.quantom.co.uk.
A. C. 374, Acceptance Criteria for Moment Frames Based on Structural Testing and Commentary ,ACI 374.1-05, 2005.
American Society of Civil Engineers, ASCE/SEI, 41-17, seismic evaluation and retrofit of existing buildings, 2017.