شماره ركورد
30999
پديد آورنده
سولماز افضلي
عنوان
ارزيابي رفتار ستونهاي بتني تقويت شده با ميلگردهاي FRP به روش نصب در نزديك سطح با يا بدون روكش FRP تحت نيروهاي فشاري و خمشي به شيوه آزمايشگاهي و عددي
مقطع تحصيلي
دكتري تخصصي (PhD)
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- سازه
سال تحصيل
1397
تاريخ دفاع
1402/12/21
استاد راهنما
محسنعلي شايانفر
استاد مشاور
محمد قانوني بقا
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
مقاومسازي ستونهاي بتن آرمه با استفاده از پليمر تقويت شده با الياف يا به اختصار FRP، به دليل محاسني مانند وزن سبك و عدم خوردگي و مقاومت بالا، در دهههاي اخير بسيار مورد توجه قرار گرفته است. روش ارائه شده در ACI 440-2R براي مقاومسازي ستونها استفاده از روكش FRP است كه با ايجاد محصوريت در بتن موجب بهبود عملكرد ستون ميشود. اين روش براي ستونهاي با رفتار فشار-كنترل مناسب ارزيابي شده است در حالي كه براي ستونهاي با رفتار غالباً خمشي از كارايي كافي برخوردار نيست. برخي پژوهشگران در اين حالت استفاده از روش نصب در نزديك سطح (به اختصار NSM) ميلگرد FRP را با يا بدون روكش FRP پيشنهاد ميكنند. با توجه به جديد بودن روش، در مطالعات آزمايشگاهي در حالت بارگذاري استاتيكي، تاثير عوامل مختلف بر روي عملكرد ستونهاي مقاومسازي شده به اين روشها كمتر مورد توجه قرار گرفته است. از اين رو در پژوهش حاضر تعداد 33 نمونه آزمايشگاهي ساخته، مقاومسازي شده و تحت بار فشاري خالص، با خروج از مركزيت و خمش خالص قرار گرفتند. متغيرهاي در نظر گرفته شده شامل جنس و تعداد NSM FRP، جنس و تعداد لايههاي روكش FRP، ابعاد شيار و خروج از مركزيت بار بود. در ادامه مدل تحليلي براي نمونههاي خمشي، مدل اجزا محدود و محاسبات آييننامهاي براي نمونههاي تحت فشار خالص و با خروج از مركزيت و مدل فازي براي پيشبيني ظرفيت نمونههاي با مقطع مستطيلي تحت فشار با خروج از مركزيتهاي مختلف ارائه شد. الگوريتم مدل فازي تاكاگي سوگنو كانگ يا به اختصار TSK براي استفاده از دادههاي ناقص در مدلسازي اصلاح شد. نتايج آزمايشگاهي نشاندهنده عملكرد بهتر نمونههاي مقاومسازي شده به روش تركيبي در مقايسه با نمونههاي مقاومسازي شده به روش NSM در همه حالات بارگذاري ميباشد. حداكثر افزايش ظرفيت ناشي از روش تركيبي و NSM براي نمونههاي تحت خمش، فشار خالص و با خروج از مركزيت به ترتيب 91% و 50%، 34% و 9%، و 36% و 17% بود. همچنين، تاثير مثبت افزايش تعداد ميلگردهاي FRP، افزايش تعداد لايههاي روكش FRP و افزايش ابعاد شيار بر ظرفيت مشخص شد. به طوري كه افزايش پارامترهاي مذكور در خمش، فشار خالص و با خروج از مركزيت به ترتيب موجب افزايش نسبت به نمونههاي كنترل متناظرشان شد. اگر قيمت الياف شيشه را حدوداً معادل يك سوم الياف كربن در نظر بگيريم، افزايش سه برابري قيمت CFRP نسبت به GFRP موجب افزايش سه برابري ظرفيت نشد، لذا GFRP ميتواند يك جايگزين اقتصادي مناسب به جاي CFRP باشد. در انتها بيشينه خطاي مدلهاي تحليلي، اجزا محدود ارائه شده به ترتيب 6% و 8% بود كه نشاندهنده دقت مناسب مدلها ميباشد. در مدل تحليلي محدوديتهاي مربوط به چسبندگي ميلگرد CFRP به بتن در نظر گرفته شد. به علاوه، مطالعه پارامتريك روي ميزان خروج از مركزيت بار روي مدل اجزا محدود نشان داد كه دستك در شرايط تست حاضر قادر به انتقال خروج از مركزيت بار مورد نظر نبوده و آن را كاهش ميدهد. همچنين خطاهاي ميانگين نسبت پيشبيني مدل به مقدار آزمايشگاهي، ضريب تغييرات و ميانگين درصد مطلق خطا براي پيشبيني مدل فازي اصلاحشده مذكور در مقايسه با مدل TSK مرسوم روي كل دادهها براي مدلهاي شش قانوني به ترتيب 004/1، 6/13% ، 1/6% و 957/0، 5/23% و 8/12% ميباشد كه نشاندهنده عملكرد مناسبتر مدل فازي با الگوريتم اصلاحشده ميباشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/04/03
عنوان به انگليسي
Behavior assessment of RC columns strengthened with NSM FRP with or without FRP jacket under compression or pure bending using experimental and numerical methods
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سولماز افضلي
چكيده به لاتين
Strengthening concrete columns with Fiber Reinforced Polymer (FRP) has gained significant attention in recent decades due to advantages such as lightweight, corrosion resistance, and high strength. The method presented in ACI 440-2R for strengthening columns uses FRP wrapping, which enhances the column's performance by providing confinement to the concrete. This method has been evaluated as suitable for columns with compression-controlled behavior, but it lacks efficiency for columns with predominantly flexural behavior. Some researchers have suggested the use of the Near Surface Mounted (NSM) method for FRP bars with or without FRP wrapping in such cases. Given the novelty of the method, Experimental studies under static loading have less frequently considered the impact of various factors on the performance of columns retrofited by these methods. Therefore, in the present research, 33 experimental samples were constructed, strengthened, and subjected to pure compression, eccentric loading, and pure bending. The variables considered included the type and number of NSM FRPs, the type and number of FRP wrapping layers, groove dimensions, and eccentricity of the load. Subsequently, an analytical model for flexural samples, a finite element model, and code-based calculations for samples under pure and eccentric compression, as well as a fuzzy model for predicting the capacity of rectangular section samples under various eccentricities, were presented. The Takagi-Sugeno-Kang (TSK) fuzzy model algorithm was modified to handle incomplete data in modeling. Experimental results indicated better performance of samples strengthened with the hybrid method compared to those strengthened with the NSM method in all loading conditions. The maximum capacity increase due to the hybrid and NSM methods for samples under bending, pure compression, and eccentric loading was 91% and 50%, 34% and 9%, and 36% and 17%, respectively. Additionally, the positive effect of increasing the number of FRP bars, the number of FRP wrapping layers, and groove dimensions on the capacity was observed. Increasing these parameters in bending, pure compression, and eccentric loading led to respective increases compared to their corresponding control samples. Considering the price of glass fibers to be approximately one-third that of carbon fibers, the threefold price increase of CFRP compared to GFRP did not result in a threefold capacity increase, making GFRP a suitable economic alternative to CFRP. Finally, the maximum error of the presented analytical and finite element models was 6% and 8%, respectively, indicating the models' accuracy. The analytical model accounted for the limitations related to the bonding of CFRP bars to concrete. Furthermore, a parametric study on the eccentricity of the load in the finite element model showed that the corbel in the present test conditions could not transfer the desired eccentricity, thereby reducing it. Also, the mean errors of the predicted model compared to the experimental values, the coefficient of variation, and the mean absolute percentage error for the modified fuzzy model compared to the conventional TSK model across all data for the six-law models were 1.004, 13.6%, 6.1% and 0.957, 23.5%, 12.8%, respectively, indicating the superior performance of the modified fuzzy model algorithm.
كليدواژه هاي فارسي
كاشت مجاور سطح اف آر پي , مقاوم سازي , ستون بتن آرمه , مدل فازي , مدل اجزا محدود
كليدواژه هاي لاتين
NSM FRP , Strengthening , RC Column , Fuzzy Model , FEM
Author
Solmaz Afzali
SuperVisor
Dr. Mohsenali Shayanfar