بررسي عددي اثر شكل مقطع بر ظرفيت باربري نهايي ستون بتن مسلح تقويت شده باCFRP

Numerical Analysis on the Influence of the Cross Section of Ultimate Capacity of Reinforced Concrete Columns Reinforced with CFRP

معمول‌ترين روش مقاوم‌سازي ستون‌ها، محصور كردن آن‌ها با كامپوزيت‌هاي FRP است؛ كه باعث افزايش ظرفيت باربري محوري و جانبي ستون مي‌شود. هدف اصلي در اين تحقيق، بررسي مقاوم‌سازي ستون‌هاي بتن مسلح مربعي و مستطيلي با كامپوزيت‌هاي FRP است. براي اين منظور، ابتدا يك نمونه‌ي آزمايشگاهي موجود، عيناً در نرم‌افزار آباكوس مدل‌سازي شد؛ به‌اين‌ترتيب با مقايسه و نزديك بودن نتايج نرم‌افزاري و آزمايشگاهي، صحت مدل‌سازي به اثبات رسيد. سپس با در نظر گرفتن متغيرهايي مانند شكل و ابعاد مقطع ستون و تعداد لايه‌هاي كامپوزيت، 18 نمونه‌ي تحليلي تعريف و در نرم‌افزار آباكوس مدل‌سازي شدند. نمونه‌هاي تحليلي به دو گروه، نيمي با شكل مقطع مربعي و نيمي ديگر با شكل مقطع مستطيلي تقسيم شدند. در هر گروه سه نمونه‌ي بدون تقويت، سه نمونه‌ي تقويت شده با يك لايه و سه نمونه تقويت شده با دو لايه CFRP در نظر گرفته شد. نتايج به‌دست‌آمده از تحليل مدل‌هاي اجزاي محدود اين نمونه‌ها نشان داد كه شكل مقطع ستون بر ظرفيت باربري محوري اثري ندارد ولي بر ظرفيت باربري جانبي مؤثر است. همچنين افزودن لايه‌هاي CFRP بر ظرفيت باربري جانبي ستون اثر زيادي دارد و برخلاف ظرفيت باربري محوري حضور لايه دوم CFRP بسيار مؤثر است. با افزايش نسبت طول به عرض مقطع در نمونه‌هاي مستطيلي و با افزايش ابعاد مقطع در نمونه‌هاي مربعي تأثير تعداد لايه‌هاي دورپيچ بر ظرفيت باربري محوري و جانبي و انرژي جذب شده توسط ستون كاهش مي‌يابد.

The most common method of strengthening columns is confining them with FRP composites, which increases their ultimate axial and lateral load capacity. The main objective of this research is to investigate square and rectangular RC columns strengthened with FRP composites. For this purpose, an existing laboratory sample was initially modeled in Abaqus software. As a result, the accuracy of modeling was proven as the laboratory test results and the results generated by the software were compared and showed to be close. Then, with regard to variables such as cross-sectional shape and dimensions of the column and the number of composite layers, 18 analytical samples were determined and modeled in Abaqus software. The samples were divided into two groups of 9: square cross-sections and rectangular cross-sections. Each group included three non-reinforced samples, three samples reinforced with one layer and three samples reinforced with two layers of CFRP. The results obtained from the finite element analysis of these samples showed that the cross-sectional shape of the column did not affect the ultimate axial load capacity, but affected the ultimate lateral load capacity. Also, adding CFRP layers had a profound effect on the ultimate lateral load capacity of the columns and unlike the ultimate axial load capacity, the presence of the second layer of CFRP was very effective. Moreover, as the length-to-width ratio in rectangular samples and the dimensions in square samples increased, the effect of the number of layers on the ultimate axial and lateral load capacity and the energy absorbed by the column decreased.