تاثیر مقاومت بتن بر عملکرد اتصال خارجی بتن آرمه مقاوم سازی شده با پلیمرهای مسلح شده با الیاف ( FRP ) به روش نصب در نزدیک سطح (NSM )

جلائیان زعفرانی, مریم; شریعتمدار, هاشم

doi:10.22065/jsce.2023.385104.3033

تاثیر مقاومت بتن بر عملکرد اتصال خارجی بتن آرمه مقاوم سازی شده با پلیمرهای مسلح شده با الیاف ( FRP ) به روش نصب در نزدیک سطح (NSM )

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری، گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

² استاد، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

10.22065/jsce.2023.385104.3033

چکیده

اتصالات تیر به ستون در سازه‌های بتن‌آرمه نقشی اساسی در رفتار کلی سازه ایفا می‌کنند. بنابراین نیاز به مقاوم‌سازی اتصالاتی که در طول زمان تحت بارگذاری‌های مختلف دچار آسیب شده‌اند و یا تنها بر اساس بارهای ثقلی طراحی شده‌اند، ضروری به نظر می‌رسد. امروزه تقویت برشی اتصالات با پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) مورد توجه محققین قرار گرفته است. از آنجا که نیروی برشی وارد شده به اتصال توسط مکانیزم خرپای تشکیل شده توسط میلگردهای افقی و قائم و همچنین نیروی فشاری بتن منتقل می‌شود، قبل از تقویت توسط مصالح FRP بتن اتصال نقش اصلی را در ظرفیت برشی ایفا می‌کند. در این مطالعه ۷ نمونه‌ی اتصال خارجی بتن‌آرمه در مقیاس ۳/۲ و در دو گروه مقاومتی بتن ۳۰ و ۴۲ مگاپاسکال طراحی و ساخته شد. در این اتصالات ضوابط لرزه‌ای در نظر گرفته نشد. دو نمونه تا تغییرمکان نسبی ۵/۱ و دو نمونه‌ی دیگر تا تغییرمکان نسبی ۳ درصد خسارت و سپس با مصالح FRP به روش نصب در نزدیک سطح (NSM‌) تقویت شدند. از سه نمونه‌ی دیگر، یکی با و دو نمونه بدون در نظر گرفتن ضوابط لرزه‌ای به عنوان نمونه‌های کنترل در دو سطح مقاومتی بتن، تنها تحت بارگذاری چرخه‌ای قرار گرفتند. هدف از در نظر گرفتن دو سطح مقاومت بتن متفاوت، بررسی تاثیر افزایش مقاومت بتن در محدوده‌ی نرمال مهندسی بر عملکرد اتصال مقاوم‌سازی شده به روش NSM بود. مطابق با یافته‌های این پژوهش، نمونه‌های تقویت شده‌ی خسارت دیده با مقاومت فشاری بتن ۴۲ مگاپاسکال توانستند ظرفیت باربری اتصال را تا ۱۲ درصد نسبت به نمونه‌ی کنترل لرزه‌ای با مقاومت فشاری بتن ۳۰ مگاپاسکال افزایش دهند. همچنین افزایش در مقاومت بتن به اندازه‌ی ۱۲ مگاپاسکال، سبب افزایش ۲۰، ۴۰ و ۶۵ درصدی به ترتیب در ظرفیت باربری، سختی و توانایی اتلاف انرژی نمونه‌های تقویت شده به روش NSM شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مرمت و مقاوم سازی سازه ها

عنوان مقاله [English]

The effect of concrete strength on the performance of the external concrete beam-to-column joint reinforced by fiber-reinforced-polymers (FRP) using the near-surface-mounted method (NSM)

نویسندگان [English]

Maryam Jalaeian Zaferani ¹
Hashem Shariatmadar ²

¹ Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad (FUM), Mashhad, Iran

² Associated professor, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran

چکیده [English]

Beam-to-column joints in reinforced concrete structures play an essential role in the overall behavior of the structure. Therefore, it seems necessary to strengthen joints that have been damaged over time under various loads or designed only based on gravity loads. Nowadays, shear retrofitting of joints with fiber-reinforced-polymers (FRP) has attracted the attention of researchers. Since the shear force applied to the joint is transferred by the truss mechanism formed by horizontal and vertical bars and also the compressive strength of the concrete, so the concrete of the joint plays the main role in the shear capacity before retrofitting by FRP materials. In this study, 7 reinforced concrete external joint specimens were designed and constructed on a scale of 2/3 and in two concrete compressive strength groups of 30 and 42 MPa. Seismic criteria were not considered in these joints. Two specimens were damaged up to 1.5% drift and the other two specimens up to 3% drift, and then retrofitted with FRP materials by Near Surface Mounted (NSM) method. Of the other three specimens, one with and two without considering seismic criteria as control specimens were subjected to cyclic loading at two levels of concrete strength. The purpose of considering two different levels of concrete strength was to investigate the effect of increasing concrete strength within the normal range of engineering on the performance of the NSM-retrofitted joint. As the results show, damaged retrofitted specimens with concrete compressive strength of 42 MPa were able to increase the bearing capacity of the joint by 12% compared to the seismic control specimen with concrete compressive strength of 30 MPa. Also, the increase in concrete strength by 12 MPa caused a 20, 40, and 65 percent increase in the bearing capacity, hardness, and energy dissipation ability of the NSM retrofitted specimens, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

Reinforced concrete beam to column joint
NSM method
concrete compressive strength
cyclic loading
damage index

مراجع

[1] Kim, J. & LaFave, J. M. (2007). Key influence parameters for the joint shear behaviour of reinforced concrete (RC) beam–column connections. Engineering structures, 29(10), 2523-2539.

[2] Vincent, T. & Ozbakkaloglu, T. (2013). Influence of concrete strength and confinement method on axial compressive behavior of FRP confined high-and ultra high-strength concrete. Composites Part B: Engineering, 50, 413-428.

[3] Li, B. & Leong, C. L. (2015). Experimental and numerical investigations of the seismic behavior of high-strength concrete beam-column joints with column axial load. Structural Engineering, 141(9), 04014220.

[4] Mostofinejad, D. & Hajrasouliha, M. J. (2013). Effect of concrete strength and groove dimension on performance of grooving method to postpone debonding of FRP sheets in strengthened concrete beams. IJST, Transactions of Civil Engineering, 37, 219-232.

[5] Alavi-Dehkordi, S., Mostofinejad, D. & Alaee, P. (2019). Effects of high-strength reinforcing bars and concrete on seismic behavior of RC beam-column joints. Engineering Structures, 183, 702-719.

[6] Sabzi, J., Esfahani, M. R., Ozbakkaloglu, T. & Farahi, B. (2020). Effect of concrete strength and longitudinal reinforcement arrangement on the performance of reinforced concrete beams strengthened using EBR and EBROG methods. Engineering Structures, 205, 110072.

[7] Akbarzadeh Bengar, H., Ahmadnezhad, M., Noroozi, M. (2018). Experimental Investigations of RC Deep Beams Strengthened in Shear using NSM CFRP System. Journal of Structural and Construction Engineering, 153-171.

[8] Wang, G. L., Dai, J. G. & Bai, Y. L. (2019). Seismic retrofit of exterior RC beam-column joints with bonded CFRP reinforcement: An experimental study. Composite Structures, 224, 111018.

[9] Prota, A., Nanni, A., Manfredi, G. & Cosenza, E. (2004). Selective upgrade of underdesigned reinforced concrete beam-column joints using carbon fiber-reinforced polymers. Structural Journal, 101(5), 699-707.

[10] Shomali, A., Mostofinejad, D., & Esfahani, M. R. (2020). Experimental and numerical investigation of shear performance of RC beams strengthened with FRP using grooving method. Journal of Building Engineering, 31, 101409.

[11] Al-zu’bi, H., Abdel-Jaber, M. T., & Katkhuda, H. (2022). Flexural strengthening of reinforced concrete beams with variable compressive strength using near-surface mounted carbon-fiber-reinforced polymer strips [NSM-CFRP]. Fibers, 10(10), 86.

[12] Hawileh, R. A., Saleh, R. B., Saqan, E. I., & Abdalla, J. A. (2022). Contribution of Longitudinal NSM-CFRP Bars on the Shear Strength of RC Beams with Varying Depths and Concrete Strengths. Journal of Composites for Construction, 26(3), 04022025.

[13] Iranian code of practice for seismic resistant design of buildings, standard no. 2800 (2005) Building and Housing Research Center (BHRC), Tehran, Iran.

[14] Iranian code, (2009). Design and implementation of reinforced concrete buildings (Topic 9). Tehran, Iran.

[15] FEMA356, American Society of Civil Engineers, (2000) Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings: rehabilitation requirements. Washington.

[16] Chopra AK (2007). Dynamics of structures, theory and applications to earthquake engineering, 4th edn. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River.

[17] Park, Y. J., Ang, A. H. & Wen, Y. K. (1987). Damage-limiting aseismic design of buildings. Earthquake spectra, 3(1), 1-26.

[18] Zamani Beydokhti, E. & Shariatmadar, H. (2016). Strengthening and rehabilitation of exterior RC beam–column joints using carbon-FRP jacketing. Materials and Structures, 49, 5067-5083.