تحليل عددي اتصالات خارجي تير- ستون بتن مسلح تقويت‌شده با استفاده از FRP تحت اثر بارهاي چرخه اي

Numerical Analysis of Reinforced Exterior Concrete Beam-Column Joints Retrofitted Using FRP under Cyclic Loads

زلزله ­هاي اخير در سراسر جهان قابليت آسيب­ پذيري اتصالات تير- ستون ساختمان­ هاي بتن مسلح موجود را تحت اثر بارهاي لرزه­اي، آشكار ساخت. آرماتورهاي برشي ناكافي در اتصالات تير- ستون موجود، به­ خصوص در اتصالات بيروني علت اصلي خرابي و يا فروپاشي بسياري از قاب­ هاي خمشي بتن مسلح مي ­باشد. ازاين‌رو روش­ هاي تقويت اقتصادي و مؤثر براي افزايش مقاومت برشي اتصالات در سازه ­هاي موجود ضروري است. تقويت كردن با استفاده از كامپوزيت­ هاي FRP (Fiber Reinforced Polymer) به­ دليل مزيت­ هاي آن از جمله نصب سريع و آسان، نسبت مقاومت به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگي در دو دهه اخير رشد بسياري داشته است. در اين مطالعه بر روي 11 نمونه اتصالات تير- ستون بيروني بدون تقويت و تقويت‌شده با FRP و با آرايش ­هاي تقويتي متفاوت تحت اثر بارگذاري چرخه­ اي، تحليل عددي صورت گرفته است. آناليزها به ­وسيله نرم­ افزار اجزاء محدود ABAQUS انجام و با نتايج آزمايشگاهي كاليبره شده است. يك محدوده از موضوعاتي كه در اين اتصالات موردبررسي قرار مي­ گيرد شامل حداكثر نيرو، سختي اوليه و استهلاك انرژي و همچنين منحني­ هاي چرخه اي نيرو- جابه ­جايي، سختي- جابه­ جايي و استهلاك انرژي- جابه­ جايي مي ­باشد. نتايج تحليل عددي تطابق بسيار خوبي با نتايج آزمايشگاهي نشان مي ­دهد. نتايج حاصل از تحليل عددي در اين مطالعه همانند نتايج آزمايشگاهي نشان دادند كه تقويت اتصالات بتن مسلح توسط پوشش خارجي FRP يك راه حل مناسب براي افزايش مقاومت، استهلاك انرژي و خصوصيات سختي اين اتصالات تحت اثر بارهاي لرزه­ اي است.

Recent earthquakes worldwide have illustrated the vulnerability of existing reinforced concrete (RC) beam-column joints to seismic loading. Inadequate shear reinforcement in the existing beam-column joints, especially exterior ones, is believed to be the prime cause of failure/collapse of many moment-resisting RC frame buildings. Hence, effective and economical strengthening techniques to upgrade joint shear resistance in existing structures are needed. Retrofitting using FRP composites has grown in popularity over the last two-decade advantages such as fast and easy installation, high strength/weight ratio, and resistance to corrosion. In this study have been conducted a numerical analysis of 11 RC beam-column joints without FRP and strengthened with FRP in a variety of configurations under cyclic loads. The analyses are performed by ABAQUS finite element program and are calibrated with the experiments. A range of issues in joints, including maximum load, initial stiffness, energy dissipation, load-displacement hysteresis loops, stiffness-displacement curves, and energy dissipation-displacement curves, are investigated. The numerical results were in good agreement with the corresponding experimental ones. The results obtained from the numerical analysis in this study, similar experimental results demonstrated that externally bonded FRP reinforcement is a viable solution towards enhancing the strength, energy dissipation, and stiffness characteristics of RC joints subjected to seismic loads.