پديد آورندگان :
يوسفي، اميد دانشگاه آزاد اسلامي واحد سيرجان - گروه عمران، سيرجان، ايران , هدايت، امير احمد دانشگاه آزاد اسلامي واحد سيرجان - گروه عمران، سيرجان، ايران , نرماشيري، كامبيز دانشگاه آزاد اسلامي واحد زاهدان - گروه عمران، زاهدان، ايران , كاربخش، علي دانشگاه آزاد اسلامي واحد سيرجان - گروه عمران، سيرجان، ايران
كليدواژه :
مقاوم سازي , ستون آسيب‌ديده , كمانش ستون , CFRP
چكيده فارسي :
بيشتر اعضاي سازه‌هايي كه عمر مفيد آن‌ها سپري شده است نياز به تعمير دارند، اين اعضا ممكن است توسط عوامل مختلف آسيب ببينند كه با توجه به هزينه‌ي بالاي بازسازي، بخش عمده‌اي از بودجه‌ي عمراني كشورهاي پيشرفته، سالانه صرف ترميم و بازسازي اين سازه‌ها مي‌شود. اعضاي فشاري مانند ستون‌ها يكي از مهم‌ترين اجزاي سازه هستند كه در تحمل و انتقال كليه‌ي بارهاي عمودي و جانبي ساختمان نقش اساسي دارند. اساساً، هيچ ستوني نمي‌تواند به‌اندازه‌ي تمام ظرفيت خود تحمل كند و تحت كمانش دچار شكست مي‌شود، درنتيجه بسياري از محققان علاقه‌مند به مقاوم‌سازي و افزايش مقاومت ستون با استفاده از مواد و روش‌هاي جديد هستند. در اين تحقيق ستون‌هاي دايروي شكل فولادي با آسيب اوليه به‌صورت عمودي يا افقي با درصدهاي مختلف 25، 50، 75 و 100 موردبررسي قرار گرفتند و تأثير استفاده از الياف پليمري تقويت‌شده به فيبر كربن (Carbon Fiber Reinforced Polymer) براي مقاوم‌سازي مطالعه شد. تعداد 26 نمونه ستون دايره‌اي شكل فولادي با ارتفاع يكسان و ابعاد آسيب متفاوت تحت بار فشاري توسط نرم‌افزار آباكوس (ABAQUS)، تحليل شدند. عمده مشكل ستون‌هاي لاغر، كمانش كلي (Global Buckling) تحت بارهاي فشاري است. براي افزايش دقت تحليل از روش تركيبي براي مطالعه‌ي كمانش‌هاي ناحيه خميري بعد از كمانش اوليه استفاده شد. به‌اين‌ترتيب ابتدا نمونه‌ها تحت تحليل كمانشي قرارگرفتند و در ادامه از روش تحليل غيرخطي ريكس (Riks) با در نظر گرفتن ناكاملي (Imperfection) به‌صورت كلي و موضعي براي تحليل نمونه‌ها استفاده شد. نتايج نشان داد كه ستون آسيب‌ديده دچار كاهش ظرفيت باربري و سختي شد، همچنين شكل افقي آسيب نسبت به شكل عمودي در كاهش باربري نهايي مؤثرتر بود و توانست ظرفيت باربري را در آسيب 100 درصدي تا 52% كاهش دهد كه اين ميزان كاهش نشان داد كه هراندازه كه طول محيط ستون بيشتر آسيب ببيند شدت كاهش باربري نهايي بيشتر است. همچنين نتايج نشان دادند كه حالت بحراني زماني است كه كل ناحيه‌ي آسيب‌ديده دچار تخريب 100 درصدي شود به‌طوري‌كه تأثير آسيب با درصدهاي كمتر از 25 درصد حداكثر 66/2 درصد بود. حالت شكست در ستون لاغر به‌صورت كمانش كلي و موضعي اتفاق افتاد كه همه‌ي ستون‌ها كمانش كلي را به شكل خم شدن ستون تجربه كردند ولي كمانش موضعي با توجه به نوع آسيب متفاوت بود. براي ستون بدون آسيب، حالت شكست، كمانش كلي با تمركز در ميانه ستون بود؛ در ستون با آسيب افقي 100 درصد، ناحيه‌ي آسيب‌ديده دچار جمع شدگي شد و ستون با آسيب عمودي حالت شكست را به‌صورت بازشدگي ناحيه‌ي نقص تجربه كرد. در نمونه‌هاي با درصد آسيب كمتر، كمانش موضعي براي آسيب افقي به شكل تورفتگي مقطع در ميانه ستون و براي آسيب عمودي به شكل بيرون آمدگي اتفاق افتاد. مقاوم‌سازي ستون‌ها با الياف كربني نشان داد كه اين الياف تأثير مناسبي در افزايش مقاومت، كنترل گسيختگي و كاهش تنش‌ها در محل آسيب‌ديده دارند و مقاوم‌سازي با 4 لايه الياف CFRP براي نمونه‌هاي آسيب‌ديده، توانست مقدار كاهش بار نهايي را تا 51% جبران نمايد كه نشان از عملكرد مناسب اين الياف در مقاوم‌سازي دارد.
چكيده لاتين :
Most members of structures whose useful life has elapsed need to be repaired. These members may be damaged by a variety of factors. Due to the high cost of reconstruction, a large portion of countries’ development budgets are spent annually repairing and rehabilitate these structures. Compressive members such as columns are one of the most important components in a structure that play a major role in bearing and transporting all the vertical and lateral loads of the building. Basically, no column can bear to its fullest capacity and is failed by buckling. As a result, many researchers are interested in retrofitting and increasing column strength using new materials and methods. In this investigation, damaged circular hollow section steel columns with vertical and horizontal notches and different percentages of 25, 50, 75 and 100% were examined, also the effects of Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) for strengthening has been studied. 26 specimens of steel Circular Hollow Section (CHS) column with the same height and different damage dimensions under compressive load were analyzed by ABAQUS 2016 software. The main problem with slender columns is the global buckling under compressive loads. In order to improve the accuracy of the analysis, a combined method was used to study the post-buckling of the plastic zone. For this purpose, the specimens were first subjected to elastic buckling analysis and then Riks non-linear analysis with global and local imperfections was conducted. The results showed that the defect reduces the bearing capacity and rigidity of the steel columns and horizontal defect is more effective in reducing ultimate load in compare to vertical damage. Horizontal-defective columns experienced significantly lower load bearing capacity than vertical-defective columns and can reduce final load up to 52% in 100% damage, which this reduction indicated that by increasing damage along the perimeter of the column section, final load decreased sharply. The results also showed that it is critical when the deficiency zone is entirely destroyed, while the effect of damage less than 25% was maximum 2.66%. Columns failure occurred in the form of global and local buckling; in all cases global buckling emerged in the form of the column bending, but the local buckling was different according to the type of the damage. Failure modes of the control column is global buckling with focus on the middle of the column, for non-strengthened specimens with horizontal and 100% damage, local buckling is shrinkage of notch edges and for vertical notch is defect edges opening. In specimens with a lower percentage of damage, local buckling occurred for horizontal defects in the form of the inward buckling on the middle and for the vertical ones was outward buckling. Strengthening of columns retrofitted with CFRP presented that these kind of fibers have a positive effect on significant gaining ultimate load capacity, delaying defect buckling, controlling fractures and reducing stresses at the damaged area. CFRP strengthening of defected cases using 4 layers, restored the reduction of ultimate load up to 51%, which shows the proper performance of the fibers in retrofitting.
