ارزیابی رفتار تیرهای بتنی تسلیح شده با میلگردهای FRP حاوی سرباره کوره آهنگدازی
محورهای موضوعی : آنالیز سازه - زلزله
ارسلان یوسفی پور
1
,
لیلا حسین زاده
2
,
سیده مهدیه میراعلمی
3
,
یوسف زندی
4
1 - دانشجوی دکتری تخصصی عمران-سازه دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز
2 - گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران
3 - عضو هیات علمی گروه آموزشی مهندسی عمران-سازه موسسه آموزش عالی رحمان رامسر/رامسر/ایران
4 - گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز ایران.
کلید واژه: سرباره کوره آهنگدازی, میلگرد GFRP, میلگرد فولادی, ظرفیت باربری, تغییرمکان وسط دهانه, شبیه¬سازی.,
چکیده مقاله :
در مقاله حاضر، رفتار خمشي تيرهای بتني مسلح¬شده با ميلگردهای فولادی یا GFRP مطالعه شد. آزمایش-های تعیین اسلامپ، وزن مخصوص، مقاومت فشاری و کششی در سن 28 روز جهت دستیابی به مشخصات مکانیکی بتن با و بدون سرباره انجام شد. سرباره در قالب درصدهای وزنی جایگزین سیمان (صفر، 30، 40 و 50 درصد) مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آزمایش¬های انجام شده جهت تعیین شبیه¬سازی مشخصات بتن در نرم¬افزار ABAQUS به¬کار رفت. براساس نتایج آزمایش، افزودن 30 درصد سرباره کوره آهنگدازی اثر به¬سزایی در افزایش پارامترهای مقاومت فشاری و کششی نمونه¬ها در سن 28 روز داشت (افزایش 10 درصدی مقاومت فشاری و 02/5 درصدی مقاومت کششی). یک نمونه تیر بتنی مسلح¬شده با میلگردهای GFRPبه¬منظور بررسی توانایی نرم¬افزار ABAQUS از میان پژوهش¬های پیشینیان شبیه¬سازی شد و انطباق قابل¬قبولی میان نتایج آزمایش و شبیه¬سازی از نظر ظرفیت باربری، تغییرمکان وسط دهانه و نحوه¬ی ایجاد و گسترش ترک¬ها حاصل شد. سپس تعداد 12 تیر بتنی در نرم¬افزار ABAQUS شبیه¬سازی شدند. اثر میلگرد فولادی یا GFRP، نسبت آرماتور طولی و خصوصیات مکانیکی بتن بررسی شدند. نتایج نشان داد که افزایش نسبت آرماتور طولی GFRP در تیرهای فاقد سرباره موجب افزایش ظرفیت باربری تا 89/21 درصد و کاهش تغییرمکان وسط دهانه¬ی نمونه¬ها تا 10/15 درصد می¬گردد. همچنین استفاده از میلگردهای فولادی با نسبت آرماتور طولی برابر با میلگرد GFRP نتایج بهتری را حاصل نمود (افزایش 38/29 درصدی ظرفیت باربری و کاهش 15/35 درصدی تغییرمکان وسط دهانه). مقادیر ظرفیت باربری و تغییرمکان وسط دهانه¬ی نمونه¬های شبیه¬سازی شده با مقادیر متناظر آن براساس راهنمای ACI 440.1R-15 مقایسه شدند.
was studied. Compressive, and splitting tensile strengths were used to investigate the mechanical properties of concrete containing ground granulated blast furnace slag (GGBFS) at 28 days of age. GGBFS was used in the form of weight percentages instead of cement (0, 30, 40, and 50%). The results of the experiments were used to simulate the properties of concrete materials in ABAQUS software. According to the results, the compressive and splitting tensile strengths of the specimen with 30% GGBFS were 10% and 5.02% higher than those of the control specimen. Then 12 concrete beams were simulated in ABAQUS software. The effect of bar type (steel and GFRP), the ratio of longitudinal reinforcement, and the mechanical properties of concrete with and without GGBFS were investigated. The results showed that increasing the ratio of GFRP longitudinal reinforcement in beams without GGBFS caused a significant increase in the load-bearing capacity up to 21.89% and a decrease in the central displacement of the beams up to 15.10%. Also, the use of steel bars with the same ratio of longitudinal reinforcement as GFRP bars achieved better results (an increase of 29.38% in bearing capacity and a decrease of 35.15% in the central displacement of the specimens). It should be noted that the values of the bearing capacity and central displacement of the simulated specimens were compared with the corresponding values in the relations provided in the ACI 440.1R-15 guide.
[1] Matthys S. Taerwe L. Concrete slabs reinforced with FRP grids. I: One-way bending, ASCE Journal of Composites for Construction. 2000; 4(3): 145–153.
[2] Pilakoutas K. Neocleous K. Guadagnini M. Design philosophy issues of fiber reinforced polymer
reinforced concrete structures. ASCE Journal of Composites for Construction. 2002; 6(3): 154–61.
[3] Nanni A. North American design guidelines for concrete reinforcement and strengthening using FRP:
principles, applications and unresolved issues. Construction and Building Materials. 2003; 17(6–7): 439–446.
[4] CAN/CSA-S806. Design and Construction of building components with fiber-reinforced polymers. Canadian Standards Association. Ontario, Canada, 2012.
[5] ISIS Manual No.3. Design Manual No. 3: Reinforcing Concrete Structures with Fiber Reinforced Polymers. The Canadian Network of Centers of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada, 2007.
[6] Toutanji HA. Saafi M. Flexural behavior of concrete beams reinforced with glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bars. Structural Journal. 2000; 97(5): 712-719.
[7] Shahmansouri AA. Bengar HA. Jahani E. Predicting compressive strength and electrical resistivity of eco-friendly concrete containing natural zeolite via GEP algorithm. Construction and Building Materials. 2019; 229: 1-18.
[8] Biscaia HC. Silva MA. Chastre C. An experimental study of GFRP-to- concrete interfaces submitted to humidity cycles. Composite Structures. 2014; 110: 354-368.
[9] Hwang CL. Lin CY. Strength development of blended blast‐furnace slag‐cement mortars. Journal of the Chinese Institute of Engineers. 1986; 9(3): 233-239.
[10] Pal SC. Mukherjee A. Pathak SR. Investigation of hydraulic activity of ground granulated blast furnace slag in concrete. Cement and Concrete Research. 2003; 33(9): 1481-1486.
[11] محتاج خراسانی، امیر؛ اصفهانی، محمدرضا. اثر مقاومت بتن و آرایش و نسبت میلگرد بر رفتار خمشی و ترک خوردگی تیرهای بتن آرمه مسلح شده با میلگردهایGFRP ، مهندسی سازه و ساخت، دوره 7، شماره 1 (پیاپی 30)، 1399: 88-107.
[12] Khorasani AM. Esfahani MR. Sabzi J. The effect of transverse and flexural reinforcement on deflection and cracking of GFRP bar reinforced concrete beams. Composites Part B: Engineering. 2019; 161:530-546.
[13] Hong ZHU. Zhiqiang DONG. Gang WU. Zhisheng W. Experimental study and theoretical calculation on the flexural stiffness of concrete beams reinforced with FRP bars. China Civil Engineering Journal. 2015; 48(11): 44-53.
[14] Gribniak V. Caldentey AP. Kaklauskas G. Rimkus A. Sokolov A. Effect of arrangement of tensile reinforcement on flexural stiffness and cracking. Engineering Structures. 2016; 124: 418-428.
[15] Mustafa SA. Hassan HA. Behavior of concrete beams reinforced with hybrid steel and FRP composites. HBRC journal. 2018; 14(3): 300-308.
[16] Qin R. Zhou A. Lau D. Effect of reinforcement ratio on the flexural performance of hybrid FRP reinforced concrete beams. Composites Part B: Engineering. 2017; 108: 200-209.
[17] ABAQUS, Dassault Systemes Simulia Corporation, Providence, RI, USA, 2022.
[18] El-Nemr A. Ahmed EA. Benmokrane B. Flexural Behavior and Serviceability of Normal-and High-Strength Concrete Beams Reinforced with Glass Fiber-Reinforced Polymer Bars. ACI structural journal. 2013; 110(6): 107-1088.
[19] Sijavandi K. Sharbatdar MK. Kheyroddin A. Experimental evaluation of flexural behavior of high-performance fiber reinforced concrete beams using GFRP and high strength steel bars. In Structures. 2021; 33:4256-4268.
[20] Qu ZY. Yu QL. Synthesizing super-hydrophobic ground granulated blast furnace slag to enhance the transport property of lightweight aggregate concrete. Construction and Building Materials. 2018; 191:176-186.
[21] Miralami SM. Hajati Ziabari S. Esfahani MR. The Effect of GGBFS with Steel and Carbon Fibers on the Mechanical Properties and Durability of Concrete. AUT Journal of Civil Engineering. 2022; 6(2): 319-336.
[22] ASTM C138/C138M-16a. Standard test method for density (unit weight), yield, and air content (gravimetric) of concrete, West Conshohocken, PA, 2016.
[23] BS EN 12390-3. Testing Hardened Concrete. Compressive Strength of Test Specimens. British Standards, London, UK, 2009.
[24] ASTM C496/C496M-11. Standard test method for splitting tensile strength of cylindrical concrete specimens, West Conshohocken, PA, 2011.
[25] ACI CommitteeBuilding code requirements for structural concrete (ACI 318-19) and commentary. American Concrete Institute, 2019.
[26] American Concrete Institute, ACI Committee 440. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete Reinforced with Fiber-Reinforced Polymer (FRP) Bars, 440R.1R, Farmington Hills, MI, 2015.
[27] Mander JB. Priestley MJ, Park R. Theoretical stress-strain model for confined concrete. Journal of structural engineering. 1988; 114(8): 1804-1826.