دانلود رایگان ترجمه مقاله مطالعات تحلیلی بر رفتار FRP تقویت کننده های تیرهایRC تحت چرخش – الزویر ۲۰۱۶

مقاله انگلیسی رایگان

ترجمه فارسی رایگان 

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

۱٫ مقدمه
پلیمر تقویت شده فیبری (FRP) یک ماده تقویتی برای اعضای بتن مسلح می باشد و دلیل استفاده از آن به خاطر وجود مزایای مختلف این ماده از قبیل وزن سبک، سهولت کاربرد، مقاومت و سختی بالا می باشد. طراحی نادرست، بارهای غیر منتظره، تغییر در نوع استفاده، خطاهای ساخت و ساز، بعضی از دلایلی هستند که منجر به تقویت نمودن سازه های موجود می شود. رفتاراعضای بتن مسلح (RC)تقویت شده با FRP پیچیده تر از اعضای RC تقویت نشده است بنابراین، درک روشنی از رفتار آنها تحت انواع مختلف بارگذاری مهم می باشد. در گذشته، مطالعات فراوانی برای درک رفتار تیرهایRCتقویت شده با FRP تحت خمش و برش [۱-۲] انجام شده است. با این حال، با توجه به وقوع مکرر این نوع نیروها در بسیاری از ساختارهای مهم مهندسی، اما به رفتارهای پیچشی توجه جدی نشده است. اگرچه در اکثر موارد پیچش به عنوان یک اثر ثانویه در نظر گرفته می شود در اینچه این نیرو در مواردی مانند اتصال تیرها، خم شدن بیرونی و ستونهای پل، بحرانی می باشد. بنابراین، می بایست رفتار اعضای RC را تحت جزئیات بارگذاری پیچشی درک کنیم. علاوه بر این، اثربخشی تقویت FRP از لحاظ بهبود قدرت و سختی در بارگیری پیچشی به خوبی قابل درک نیست و این فقدان به علت ماهیت پیچیده اثر اندرکنشFRP برروی نرم شدن و تثبیت بتن و افزایش مقاومت کششی بتن است. این مطالعه تلاش می کند تا شکاف دانش موجود در این منطقه حیاتی تحقیق را با انجام مطالعات تحلیلی و FE مورد بررسی قرار دهد. رفتار تیر RC تقویت شده با FRP را می توان از مونتاژ المان های غشایی با شرایط تعادل اضافی و سازگاری درک نمود. شکل ۱ جریان برشی موجود در یک تیر RC تقویت شده با FRP را نشان می دهد که یک گشتاور پیچشی خارجی T دارد. عنصر غشایی ‘E’ تحت جریان برشی ‘q’ نیز در شکل ۱ نشان داده شده است.

۲٫ مروری بر ادبیات
تعداد کمی از محققان در گذشته به طور آزمایشی رفتاراعضای RC تقویت شده با FRP تحت بارگذاری پیچشی را مورد بررسی قرار داده اند. Ghobarah [3] به طور تجربی اثر CFRP (پلیمر تقویت شده با فیبر کربنی) و GFRP (پلیمر تقویت شده با فیبر شیشه ای) را بر روی رفتارهای پیچشی RC بررسی کرد. در این مطالعه، پیکربندی های مختلفی مورد استفاده قرار گرفت و نویسندگان به این نتیجه رسیدند که جهت گیری ۴۵ درجه از فیبر موثر تر از تنظیمات محوری ۰ و ۹۰ درجه از لحاظ افزایش قدرت پیچشی است. Zhang و همکاران [۴] رفتار پیچشی تیرهای RC را با استفاده از ورق های CFRP که به عنوان تقویت خارجی مورد استفاده قرار گرفتند، بررسی نمودند. Pan-chacharam و Belarbi [5] نیز یک مطالعه تجربی از رفتار پیچشی تیرهای RC تقویت شده با کامپوزیتهای FRP انجام دادند. پارامترهای مطالعه تعداد سلول ها، جهت گیری فیبر و تعداد وجوه تقویت شده تیر بود. نویسندگان نتیجه گرفتند که تقویت با ورق های GFRP به طور قابل توجهی قدرت نهایی و پیچش مربوطه را افزایش می دهد. آنها همچنین خاطر نشان کردند که فیبرهایی که در محدوده ۹۰ درجه به سمت محور می چرخند، موثرترین محصورکنندگی را ارائه می دهند. Ronagh و Dux [6]؛ و Hii و Al-Mahiadi [7] همچنین اثر FRP را بر رفتار چرخشی اعضای RC بررسی کردند. آنها نتیجه گرفتند که CFRP خارجی نسبت به نمونه های شاهد منجر به افزایش مقاومت در برابر ترک خوردگی و مقاومت نهایی به ترتیب تا ۴۰٪ و ۷۸٪ شده است. Jing و Grunberg [8] رفتارهای تیرهای باکسی بتونی تقویت شده با ورق های CFRP را تحت عمل ترکیبی خمش، برش و پیچشی مورد بررسی قرار دادند و یک مدل ریاضی بر اساس نظریه میدانی فشاری قطری پیشنهاد کردند. این مدل اساسا برای تیرهای جعبه ای(باکسی) که تحت نسبت گشتاور پیچشی کم و نسبت گشتاور برشی کم قرار گرفته است، طراحی شده است. Ameli و همکاران [۹] اثر CFRP و GFRP را بر رفتار پیچشی تیرهایRC بررسی کردند. این نویسندگان همچنین یک مطالعه عددی با استفاده از نرم افزار المان محدود ANSYS را انجام دادند و نتیجه گرفتند که این مدل المان محدود توانسته است گشتاور پیچشی نهایی را جذب کند و هم چنین اختلاف موجود نسبت به مشاهدات تجربی کمتر از ۱۳ درصد است، اما رفتار پس ترک دقت کمتری داشت. He و همکاران [۱۰] اثر CFRP را بر روی رفتار ستون های RC پل آسیب دیده که در آن میلگردهای طولی شکسته شده اند را مورد مطالعه قرار دادند. این ستون ها به صورت خارجی در هر دو جهت های طولی و عرضی تقویت شده اند. این نویسندگان دریافتند که ستون های تقویت شده در بازسازی قدرت ستون های بدون میلگردهای شکست خورده موفق بوده اند. He و همکاران [۱۱] رفتار پیچشی ستون آسیب دیده RC تقویت شده با نوارهای CFRP را در هر دو جهت طولی و عرضی مورد بررسی قرار دادند. آنها دریافتند که تقویت CFRP قادر به بازگرداندن قدرت و سختی ستون های آسیب دیده است. تحقیقات مشابهی نیز توسط Yang و همکاران انجام شده است. [۱۲]. این نویسندگان به طور تجربی به بررسی رفتار ستون های RC تقویت شده با FRP که در آن از قبل میلگردهای طولی دچار کمانش شده اند، پرداختند. این ستون های تقویت شده تحت بار محوری ثابت و بار جانبی سیکلی مورد آزمایش قرار گرفتند که منجر به عملکرد ترکیبی خمش، برش و پیچشی شد.
این نویسندگان نتیجه گرفتند که این ستونها توانایی خود را از لحاظ مقاومت جانبی و انعطاف پذیری در برابر بارگذاری سیکلی بهبود می بخشند. Chalioris [13] یک مدل تحلیلی گسترده ای را برای میلگردهای RC تقویت شده با FRP مورد استفاده قرار داده است که برای آن مدل خرپای کلاسیک نرم شده، مبنای کار می باشد. در این مدل از منحنی فشار محصورشدگی FRP و نرم شدگی برای بتن استفاده شده است. این نویسنده نتیجه گرفت که این مدل پيشنهادی در پيشبينی سختی پس از ترک خوردگی رضايت بخش است. Moslehy و همکاران [۱۴] تاثیر FRP را بر روابط سازنده عناصر بتنی تقویت شده بررسی کردند. این محققان ضریب همبستگی را اصلاح کردند تا اثر FRP را در نظر بگیرند. Ganganagoudar و همکاران [۱۵] رفتار پیچشی ستون های دایروی RC را تحت بارگذاری پیچشی مورد بررسی قرار داد. این نویسندگان یک SMMT را برای ستون های دایره ای ارائه دادند که در آن به تغییرات کرنش و روابط سخت شدن کشش اصلاح شده توجه ویژای شده است. این مطالعه از بهبود مدل های تحلیلی موجود با استفاده از روابط سازنده بهتر بتن در فشار و کشش استفاده می شود. در این مطالعه، داده های تجربی به دست آمده از ادبیات موجود برای مقایسه استفاده می شود تا اعتبار نتایج حاصل از مدل های المان محدود و تحلیلی ارائه شده را بررسی کنند.

بخشی از مقاله انگلیسی:

۱٫ Introduction

Fiber reinforced polymer (FRP) is a widely used strengthening material for reinforced concrete members owing to its various advantages such as light weight, ease of application, high strength and stiffness. Faulty design, unexpected loads, change in usage type, construction errors are few of the reasons which necessitate the strengthening of existing structures. The behavior of FRP strengthened reinforced concrete (RC) members is more complex than the unstrengthened RC members and therefore, a clear understanding of their behavior under different types of loading is important. A plethora of studies has been conducted in the past to understand the behavior of FRP strengthened RC beams under flexure and shear [1–۲]. However, torsional behavior has not been given significant attention despite its frequent occurrence in many important engineering structures. Though torsion is considered as a secondary effect for most general cases, it becomes critical in cases such as connecting beams, outrigger bent, and bridge columns. Therefore, it is important to understand the behavior of RC members under torsional loading in detail. Moreover, the efficiency of FRP strengthening in terms of strength and stiffness improvement under torsional loading is relatively not very well understood. This is due to the complex nature of interaction effects of FRP on the softening and confinement of concrete and increased tension stiffening behavior of concrete. This study tries to fill the knowledge gap existing in this vital area of research by carrying out analytical and FE studies. Behavior of FRP strengthened RC beam can be understood from the assembly of membrane elements with additional equilibrium and compatibility conditions. Fig. 1 describes the shear flow in an FRP strengthened RC beam subjected an external torque ‘T’. Membrane element ‘E’ subjected to shear flow ‘q’ is also shown in Fig. 1.

۲٫ Review of literature

Few researchers in the past have experimentally investigated the behavior of FRP strengthened RC members under torsional loading. Ghobarah [3] experimentally studied the effect of CFRP (Carbon fiber reinforced polymer) and GFRP (Glass fiber reinforced polymer) strengthening on torsional behavior RC beams. Different wrapping configurations were used in this study and the authors concluded that 45 degree orientation of the fiber is more effective than 0 and 90 degree oriented configurations in increasing the torsional strength. Zhang et al. [4] investigated the torsional behavior of RC beams using CFRP sheets as external reinforcement. Panchacharam and Belarbi [5] conducted an experimental study of the torsional behavior of RC beams strengthened with FRP composites. Number of plies, fiber orientation, and number of beam faces strengthened were the study parameters. Authors concluded that strengthening with GFRP sheets significantly increases ultimate strength and corresponding twist. They also noted that fibers oriented at 90 degrees to the beam axis provided the most effective confinement. Ronagh and Dux [6]; and Hii and Al-Mahiadi [7] also investigated the effect of FRP on the torsional behavior of RC members. They concluded that externally bonded CFRP increased cracking and ultimate strength by 40% and 78% respectively compared to control specimens. Jing and Grunberg [8] investigated the behavior of reinforced concrete box beams strengthened with CFRP sheets under combined action of bending, shear and torsion and proposed a mathematical model based on diagonal compression field theory. This model was basically developed for box beams subjected to low bending torque ratios and shear torque ratios. Ameli et al. [9] studied the effect of CFRP and GFRP on the torsional behavior of RC beams. The authors also performed a numerical study using ANSYS finite element software and concluded that the finite element model was able to capture the ultimate torque and discrepancy from the experimental observations are found to be less than 13% but post crack behavior is less accurately captured. He et al. [10] studied the effect of CFRP on behavior of damaged RC bridge columns that had fractured longitudinal bars. These columns were externally strengthened in both longitudinal and transverse directions. The authors found that strengthened columns were successful in regaining the strength of columns without fractured bars. He et al. [11] investigated the torsional behavior of RC damaged column strengthened with CFRP strips in both longitudinal and transverse directions. They found that CFRP strengthening was able to restore the strength and stiffness of damaged columns. Similar research was carried by Yang et al. [12]. The authors experimentally investigated the behavior of FRP strengthened RC bridge columns which had buckled longitudinal bars before strengthening. These strengthened columns were tested under constant axial load and cyclic lateral load that results the combined action of bending, shear, and torsion. The authors concluded that columns recovered their ability to perform against cyclic loading in terms of lateral strength and ductility. Chalioris [13] proposed an extended analytical model for FRP strengthened RC beams subjected to torsion for which classical softened truss model forms the basis. This model utilizes softened and FRP confined compression curve for concrete. Author concluded that the proposed model is found satisfactory in predicting the post crack stiffness. Moslehy et al. [14] studied the influence of FRP on the constitutive relationships of reinforced concrete elements. Researchers modified conventional softening coefficient to take the effect of FRP into account. Ganganagoudar et al. [15] investigated the torsional behavior of circular RC bridge columns under torsional loading. Authors proposed an improved SMMT for circular columns which considering the strain gradient effect and modified tension stiffening relationships. The present study is motivated from improving the existing analytical models by implementing better constitutive relationships of concrete in compression and tension. Experimental data available from the literature is used for comparison to check the validation of the results of proposed analytical and finite element models.