بررسي عددي تاثير ميلگردهاي فشاري GFRP برمقاومت خمشي و شكل پذيري تيرهاي بتني مسلح

Numerical Investigation on Effects of Compression GFRP Reinforcement on Flexural Strength and Ductility of Reinforced Concrete Beams

آرماتورهاي FRP با مقاومت قابل توجه در برابر خوردگي منجر به بهبود در عملكرد سازه‌هاي بتني مسلح و كاهش قابل توجه هزينه‌ها مي‌شوند. از ديگر ويژگي‌هاي آنها نسبت بالاي مقاومت كششي به وزن ، نارسانا و غيرمغناطيس بودن آن مي‌باشد. آيين‌نامه‌هاي طراحي بين الملل اخير از قبيلACI 440.1R-15 استفاده از آرماتورهاي FRP را در فشار مجاز ننموده‌اند و در محاسبات با بتن جايگزين مي‌كنند. در اين پژوهش، به منظور پيش‌بيني اثر ميلگردهاي فشاري GFRP روي مقاومت خمشي و شكل‌پذيري تيرهاي بتني مسلح GFRP، سيزده نمونه تير بتني با استفاده از نرم افزار ABAQUS مدلسازي شدند‌. رفتار مصالح الاستوپلاستيك به كمك مدل پلاستيسيته خرابي بتن در نرم افزار تعريف شد. داده‌هاي تجربي از پژوهش‌هاي موجود، بعنوان معيار‌ براي بررسي‌هاي عددي در اين پژوهش مورد استفاده قرار گرفتند و نتايج با استفاده از مدلسازي عددي صحت سنجي شدند. نتايج نشان دادند كه منحني‌هاي تغييرمكان-نيرو به‌دست آمده از تحليل عددي مطابقت خوبي با منحني‌هاي حاصل از آزمايشگاه دارند. طبق ارزيابي عددي، تيرهاي بتني مسلح GFRP، مقاومت خمشي بالاتري دارند؛ ميانگين مقاومت خمشي تيرهاي بتني مسلح فولادي،90 درصد تيرهاي بتني مسلح GFRP محاسبه شد. هم‌چنين تيرهاي بتني مسلح GFRP شكل‌پذيري بيشتري از خود نشان دادند. افزايش درصد ميلگردهاي فشاري GFRP، منجر به جذب انرژي بيشتر و در نهايت شكل‌پذيري بيشتر تيرهاي بتني GFRP شده‌است. نتايج نشان دادند كه ميلگردهاي فشاري GFRP تاثير قابل توجهي در افزايش مقاومت خمشي تيرها ندارند.

Fiber Reinforced Polymer (FRP) bars with significant resistance against the corrosion lead to an improvement in the performance of concrete structures and a significant reduction in costs. High ratio of tensile strength to weight, being non-conductive, and non-magnetic are other features of them. Recent international design standards, such as ACI 440.1R-15 do not recommend including FRP reinforcement in compression and replace them by concrete in calculations. In this study, due to the prediction of the effect of the GFRP compression bars on the flexural strength and ductility of GFRP reinforced concrete beams, the thirteen concrete specimens were modeled using finite element software, ABAQUS. Concrete elastoplastic behavior after the peak was defined using the concrete damaged plasticity model in software. Experimental data from previous studies were used as a criterion for numerical investigations and the model results were validated using numerical modeling. The results demonstrated that the displacement-force graphs, obtained from numerical analysis, were in good agreement with the respective curves obtained from the laboratory analysis. According to the numerical evaluation, GFRP reinforced concrete beams included higher flexural strength, i.e., the average flexural strength of steel-reinforced concrete beam was about 90% of the GFRP reinforced concrete beam. Also, the ductility of GFRP concrete beam specimens was greater than that for the steel beam specimen. Increasing the percentage of GFRP compression reinforcement resulted in higher energy absorption and ultimately higher ductility of the GFRP concrete beams. The numerical results indicated that GFRP compression reinforcement does not significantly increase the flexural strength of beams.