ارزیابی رفتار تیرهای بتنی تسلیح شده با میلگردهای FRP حاوی سرباره کوره آهنگدازی
الموضوعات : آنالیز سازه - زلزله
ارسلان یوسفی پور
1
,
لیلا حسین زاده
2
,
سیده مهدیه میراعلمی
3
,
یوسف زندی
4
1 - دانشجوی دکتری تخصصی عمران-سازه دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز
2 - گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران
3 - عضو هیات علمی گروه آموزشی مهندسی عمران-سازه موسسه آموزش عالی رحمان رامسر/رامسر/ایران
4 - گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز ایران.
الکلمات المفتاحية: سرباره کوره آهنگدازی, میلگرد GFRP, میلگرد فولادی, ظرفیت باربری, تغییرمکان وسط دهانه, شبیه¬سازی.,
ملخص المقالة :
در مقاله حاضر، رفتار خمشي تيرهای بتني مسلح¬شده با ميلگردهای فولادی یا GFRP مطالعه شد. آزمایش-های تعیین اسلامپ، وزن مخصوص، مقاومت فشاری و کششی در سن 28 روز جهت دستیابی به مشخصات مکانیکی بتن با و بدون سرباره انجام شد. سرباره در قالب درصدهای وزنی جایگزین سیمان (صفر، 30، 40 و 50 درصد) مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش¬های انجام شده جهت تعیین شبیه¬سازی مشخصات بتن در نرم¬افزار ABAQUS به¬کار رفت. براساس نتایج آزمایش، افزودن 30 درصد سرباره کوره آهنگدازی اثر به¬سزایی در افزایش پارامترهای مقاومت فشاری و کششی نمونه¬ها در سن 28 روز داشت (افزایش 10 درصدی مقاومت فشاری و 02/5 درصدی مقاومت کششی). یک نمونه تیر بتنی مسلح¬شده با میلگردهای GFRPبه¬منظور بررسی توانایی نرم¬افزار ABAQUS از میان پژوهش¬های پیشینیان شبیه¬سازی شد و انطباق قابل¬قبولی میان نتایج آزمایش و شبیه¬سازی از نظر ظرفیت باربری، تغییرمکان وسط دهانه و نحوه¬ی ایجاد و گسترش ترک¬ها حاصل شد. سپس تعداد 12 تیر بتنی در نرم¬افزار ABAQUS شبیه¬سازی شدند. اثر میلگرد فولادی یا GFRP، نسبت آرماتور طولی و خصوصیات مکانیکی بتن بررسی شدند. نتایج نشان داد که افزایش نسبت آرماتور طولی GFRP در تیرهای فاقد سرباره موجب افزایش ظرفیت باربری تا 89/21 درصد و کاهش تغییرمکان وسط دهانه¬ی نمونه¬ها تا 10/15 درصد می¬گردد. همچنین استفاده از میلگردهای فولادی با نسبت آرماتور طولی برابر با میلگرد GFRP نتایج بهتری را حاصل نمود (افزایش 38/29 درصدی ظرفیت باربری و کاهش 15/35 درصدی تغییرمکان وسط دهانه). مقادیر ظرفیت باربری و تغییرمکان وسط دهانه¬ی نمونه¬های شبیه¬سازی شده با مقادیر متناظر آن براساس راهنمای ACI 440.1R-15 مقایسه شدند.
[1] Matthys S. Taerwe L. Concrete slabs reinforced with FRP grids. I: One-way bending, ASCE Journal of Composites for Construction. 2000; 4(3): 145–153.
[2] Pilakoutas K. Neocleous K. Guadagnini M. Design philosophy issues of fiber reinforced polymer
reinforced concrete structures. ASCE Journal of Composites for Construction. 2002; 6(3): 154–61.
[3] Nanni A. North American design guidelines for concrete reinforcement and strengthening using FRP:
principles, applications and unresolved issues. Construction and Building Materials. 2003; 17(6–7): 439–446.
[4] CAN/CSA-S806. Design and Construction of building components with fiber-reinforced polymers. Canadian Standards Association. Ontario, Canada, 2012.
[5] ISIS Manual No.3. Design Manual No. 3: Reinforcing Concrete Structures with Fiber Reinforced Polymers. The Canadian Network of Centers of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2007.
[6] Toutanji HA. Saafi M. Flexural behavior of concrete beams reinforced with glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars. Structural Journal. 2000; 97(5): 712-719.
[7] Shahmansouri AA. Bengar HA. Jahani E. Predicting compressive strength and electrical resistivity of eco-friendly concrete containing natural zeolite via GEP algorithm. Construction and Building Materials. 2019; 229: 1-18.
[8] Biscaia HC. Silva MA. Chastre C. An experimental study of GFRP-to- concrete interfaces submitted to humidity cycles. Composite Structures. 2014; 110: 354-368.
[9] Hwang CL. Lin CY. Strength development of blended blast‐furnace slag‐cement mortars. Journal of the Chinese Institute of Engineers. 1986; 9(3): 233-239.
[10] Pal SC. Mukherjee A. Pathak SR. Investigation of hydraulic activity of ground granulated blast furnace slag in concrete. Cement and Concrete Research. 2003; 33(9): 1481-1486.
[11] محتاج خراسانی، امیر؛ اصفهانی، محمدرضا. اثر مقاومت بتن و آرایش و نسبت میلگرد بر رفتار خمشی و ترک خوردگی تیرهای بتن آرمه مسلح شده با میلگردهایGFRP ، مهندسی سازه و ساخت، دوره 7، شماره 1 (پیاپی 30)، 1399: 88-107.
[12] Khorasani AM. Esfahani MR. Sabzi J. The effect of transverse and flexural reinforcement on deflection and cracking of GFRP bar reinforced concrete beams. Composites Part B: Engineering. 2019; 161:530-546.
[13] Hong ZHU. Zhiqiang DONG. Gang WU. Zhisheng W. Experimental study and theoretical calculation on the flexural stiffness of concrete beams reinforced with FRP bars. China Civil Engineering Journal. 2015; 48(11): 44-53.
[14] Gribniak V. Caldentey AP. Kaklauskas G. Rimkus A. Sokolov A. Effect of arrangement of tensile reinforcement on flexural stiffness and cracking. Engineering Structures. 2016; 124: 418-428.
[15] Mustafa SA. Hassan HA. Behavior of concrete beams reinforced with hybrid steel and FRP composites. HBRC journal. 2018; 14(3): 300-308.
[16] Qin R. Zhou A. Lau D. Effect of reinforcement ratio on the flexural performance of hybrid FRP reinforced concrete beams. Composites Part B: Engineering. 2017; 108: 200-209.
[17] ABAQUS, Dassault Systemes Simulia Corporation, Providence, RI, USA, 2022.
[18] El-Nemr A. Ahmed EA. Benmokrane B. Flexural Behavior and Serviceability of Normal-and High-Strength Concrete Beams Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer Bars. ACI structural journal. 2013; 110(6): 107-1088.
[19] Sijavandi K. Sharbatdar MK. Kheyroddin A. Experimental evaluation of flexural behavior of high-performance fiber reinforced concrete beams using GFRP and high strength steel bars. In Structures. 2021; 33:4256-4268.
[20] Qu ZY. Yu QL. Synthesizing super-hydrophobic ground granulated blast furnace slag to enhance the transport property of lightweight aggregate concrete. Construction and Building Materials. 2018; 191:176-186.
[21] Miralami SM. Hajati Ziabari S. Esfahani MR. The Effect of GGBFS with Steel and Carbon Fibers on the Mechanical Properties and Durability of Concrete. AUT Journal of Civil Engineering. 2022; 6(2): 319-336.
[22] ASTM C138/C138M-16a. Standard test method for density (unit weight), yield, and air content (gravimetric) of concrete, West Conshohocken, PA, 2016.
[23] BS EN 12390-3. Testing Hardened Concrete. Compressive Strength of Test Specimens. British Standards, London, UK, 2009.
[24] ASTM C496/C496M-11. Standard test method for splitting tensile strength of cylindrical concrete specimens, West Conshohocken, PA, 2011.
[25] ACI CommitteeBuilding code requirements for structural concrete (ACI 318-19) and commentary. American Concrete Institute, 2019.
[26] American Concrete Institute, ACI Committee 440. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Bars, 440R.1R, Farmington Hills, MI, 2015.
[27] Mander JB. Priestley MJ, Park R. Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of structural engineering. 1988; 114(8): 1804-1826.
