ارزیابی تغییرمکان قائم کوتاه‌مدت تیرهای بتن‌آرمه با میلگردهای کامپوزیت FRP

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 7، دوره 31، شماره 4 - شماره پیاپی 24، آبان 1397، صفحه 113-130   

نوع مقاله: یادداشت پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v31i4.63819

نویسندگان

علی خیرالدین^{* 1}؛ فهیمه مالکی²

¹سمنان

²دانشگاه سمنان

چکیده

یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر قابلیت بهره‌برداری سازه‌ها، تغییرمکان قائم در اعضای بتنی می‌باشد. در این مقاله تغییرمکان قائم کوتاه‌مدت تیر‌های بتن‌آرمه با میلگردهای فولادی و میلگردهای کامپوزیت FRP، با مدل‌سازی در نرم‌افزار آباکوس مورد مطالعه قرار گرفت. برای انواع مختلف میلگردهای فولادی و FRP، دوازده تیر بتن‌آرمه مورد تحلیل قرار گرفت و ممان اینرسی مؤثر و تغییرمکان قائم حاصل با روابط ACI 440.1R-15 و روابط پیشنهادی سایر محققان مقایسه گردید. پس از تحلیل مشخص شد که برای جلوگیری از شکست ناگهانی تیر بتن‌آرمه با میلگرد FRP، بهتر است تیر بتنی با نسبت آرماتور بالا طراحی شود. باتوجه به نمودارهای نیرو- تغییرمکان قائم تیرهای بتنی مسلح با میلگرد‌های کامپوزیت FRP، استفاده از میلگردهای کامپوزیت کربن (CFRP) در محیط‌های خورنده، جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی می‌باشد. با مقایسۀ روابط مختلف مشخص شد که استفاده از روابط بیشف- گروس و بیشف- اسکانلون در تیرهای مسلح‌شده با میلگردهای کامپوزیت شیشه (GFRP) و آرامید (AFRP) به‌ترتیب با خطای کمتر از دو درصد و ده درصد برای تعیین تغییرمکان قائم در این تیرها مناسب می‌باشد. نتایج تحلیل بیانگر آن است که روابط پیشنهادی محققان مختلف، برای تمام انواع میلگرد FRP نتایج قابل قبولی را ارائه نمی‌نماید و برحسب میلگرد مورد استفاده باید از رابطۀ خاصی استفاده گردد.

کلیدواژه‌ها

تیر بتن آرمه؛ روش اجزا محدود؛ میلگرد کامپوزیت FRP؛ تغییر مکان قائم

مراجع

[1] موسوی، ر.، اصفهانی، م.، رخشانی مهر، م.، "ممان اینرسی مؤثر تیرهای مسلح شده با میلگردهای " FRP. نشریه مهندسی عمران فردوسی, 24(2), 20.‎ (1392).

[2] ذبیح الهی، ح.، "بررسی رفتار خمشی و برشی پل‌های جعبه‌ای با استفاده از بتن خود متراکم مقاومت بالا(SCC) و میلگردهایFRP"، پایان نامه کارشناسی ارشد سازه،گروه مهندسی عمران، مجتمع آموزش عالی فنی و مهندسی نوشیروانی، دانشگاه مازندران. (1389).

[3] JSCE japan society of civil engineers. Standard specifications for concrete structures: design. JSCE guidelines for concrete No. 15, Tokyo. (2007).

[4] Al-Sunna, R., Pilakoutas, K., Hajirasouliha, I., & Guadagnini, M. Deflection behavior of FRP reinforced concrete beams and slabs: an experimental investigation. Composites Part B: Engineering, 43(5), 2125-2134. (2012).

[5] Imjai, T., Guadagnini, M., Garcia, R., & Pilakoutas, K. A practical method for determining shear crack induced deformation in FRP RC beams. Engineering Structures, 126, 353-364. (2016).

[6] Timinskas, E., Jakstaitė, R., Gribniak, V., Tamulėnas, V., Kaklauskas, G. Accuracy analysis of design methods for concrete beams reinforced with fiber reinforced polymer bars. Engineering Structures and Technologies, 5(3), 123-133. (2013).

[7] LST, E. Eurocode2. (2007).

[8] ACI Committee 318. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318M-11). ACI Committee 318, Farmington Hills, Michigan. (2011).

[9] NIIZhB. Concrete and reinforced concrete structures without pre stressing, SP 52-101-2003. Moscow: NIIZhB (Reinforced Concrete Research and Technology Institute). (2006).

[10] ACI Committee. Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars (ACI 440.1R-06). American Concrete Institute, Farmington Hills. (2006).

[11] CNR. Guide for the design and construction of concrete structures reinforced with Fiber-Reinforced Polymer bars, CNR-DT 203/2006. Italy: CNR (2007).

[12] Fan, X., & Zhang, M. Experimental study on flexural behavior of inorganic polymer concrete beams reinforced with basalt rebar. Composites Part B: Engineering, 93, 174-183. (2016).

[13] Hong, Z., Zhiqiang, D., Gang, W., Zhishen, W. Experimental study and theoretical calculation on the flexural stiffness of concrete beams reinforced with FRP bars. China Civil Engineering Journal, 11, 7. (2015).

[14] GB Chinese Standards. Technical code for infrastructure application of FRP composites. GB 50608, Beijing. (2010).

[15] Goldston, M. W., Remennikov, A., & Sheikh, M. N. Flexural behavior of GFRP reinforced high strength and ultra-high strength concrete beams. Construction and Building Materials, 131, 606-617. (2017).

[16] ACI Committee. Guide for the design and construction of structural concrete reinforced with FRP bars. 440.1 R. American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich. (2015).

[17] CSA Canadian Standards Association. Design and construction of building structures with Fiber- reinforced Polymers, American Concrete Institute, Ontario, Canada, S806 –S812. (2012).

[18] Branson, D. EInstantaneous and time-dependent deflections of simple and continuous reinforced concrete Beams, HPR Report No. 7, Alabama Highway Department, Bureau of Public Roads, Montgomery, AL, Part 1, 78. (1965).

[19] Kheyroddin, A. Nonlinear finite element analysis of flexure-dominant reinforced concrete structures, Ph.D. Thesis, Dept. of Civil Eng. And Applied Mechanics, McGill University, Canada. (1996).

[20] Bischoff, P. H. Reevaluation of deflection prediction for concrete beams reinforced with steel and fiber reinforced polymer bars. Journal of Structural Engineering, 131(5), 752-767. (2005).

[21] Benmokrane, B., Chaallal, O., & Masmoudi, R. Flexural response of concrete beams reinforced with FRP reinforcing bars. ACI Structural Journal, 93(1), 46-55. (1996).

[22] Bischoff, P. H., Scanlon, A. Effective moment of inertia for calculating deflections of concrete members containing steel reinforcement and fiber-reinforced polymer reinforcement. ACI Structural Journal, 104(1), 68. (2007).

[23] Bischoff, P. H.; Gross, S. P.; and Ospina, C. E., The Story behind the proposed ACI 440 changes for prediction of deflections in reinforced concrete, Serviceability of concrete members reinforced with internal /external FRP reinforcement, American Concrete Institute, Farmington Hills, MI, 53-76. (2009).

[24] Bischoff, P. H., & Gross, S. P. Equivalent moment of inertia based on integration of curvature. Journal of Composites for Construction, 15(3), 263-273. (2010).

[25] Benmokrane, B., Chaallal, O., & Masmoudi, R. Flexural response of concrete beams reinforced with FRP reinforcing bars. ACI Structural Journal, 93(1), 46-55. (1996).

[26] Bischoff, P. H. Deflection calculation of FRP reinforced concrete beams based on modifications to the existing Branson equation. Journal of Composites for Construction, 11(1), 4-14. (2007).

[27] Bischoff, P. H, Johnson, R. D. Effect of shrinkage on short-term deflections of reinforced concrete beams and slabs. ACI Structural Journal, 105 (4): 516 – 518. (2008).

[28] ACI Committee 318. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08) and Commentary (ACI 318R-08). American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich. (2008).

[29] Code, C. F. M. CEB. CEB-FIP Model Code. Design of concrete structures. Thomas Telford Services Ltd, London. (1993).