ارزيابي رفتار پيوستگي - لغزش در اتصالات تير به ستون بتن مسلّح پيش‌ساخته با استفاده از مدل‌سازي اجزاء محدود

Evaluation of bond-slip behavior in precast reinforced concrete beam-to-column connection using finite element modeling

در اين مقاله، يك راهكار براي مدل‌سازي عددي رفتار پيوستگي-لغزش ميلگرد مدفون در بتن پيشنهاد شد. بدين منظور، يك نمونه ي ساده ي آزمايشگاهي ميلگرد مدفون در بتن از مراجع معتبر انتخاب گرديد. مدل‌سازي اجزاء محدود نمونه ي مذكور در نرم‌افزار آباكوس انجام شد و پس از مقايسه ي نتايج حاصل از تحليل اجزاء محدود با نتايج حاصل از آزمايشگاه، صحت مدل پيشنهادي مورد تائيد قرار گرفت. سپس يك نمونه ي اتصال تير به ستون بتن مسلّح درجاريز و يك نمونه ي اتصال تير به ستون بتن مسلّح پيش‌ساخته از مراجع معتبر انتخاب گرديد و به روش اجزاء محدود مدل‌سازي شدند. راهكار پيشنهادي براي مدل‌سازي لغزش ميلگرد در نمونه ي اتصال پيش‌ساخته پياده سازي شد. پس از اتمام مدل‌سازي و صحت سنجي نتايج حاصل از تحليل اجزاء محدود نمونه‌ها، براي بهبود رفتار نمونه ي اتصال پيش‌ساخته از وصله ي مكانيكي براي جلوگيري از لغزش ميلگرد طولي تير استفاده شد. اين اصلاح در نمونه ي اتصال پيش‌ساخته، منجر به بهبود رفتار اتصال شامل افزايش بار تسليم و بار نهايي اتصال نسبت به نمونه ي اتصال پيش‌ساخته و حتي نمونه ي اتصال درجاريز شد؛ اما نسبت لنگر نهايي وارد بر مقطع به مقاومت خمشي مقطع در نمونه ي درجاريز و نمونه ي پيش‌ساخته ي اصلاح شده تقريباً برابر و نزديك به عدد يك بود كه اين خود بيانگر رسيدن لنگر در مقطع به حداكثر ظرفيت خود و تشكيل مفصل پلاستيك خمشي در مقطع است.

In this paper, in order to numerically model the bond-slip behavior of embedded bars, an applicable procedure was proposed. To evaluate the efficiency of the proposed model, a credible experimental specimen was selected and modeled in Abaqus software. Comparing the numerical and experimental results of the specimen confirmed the acceptable accuracy of the proposed model. Afterwards, two monolithic and precast reinforced concrete beam-to-column connections were chosen from experimental tests and were numerically simulated. Investigation on the precast specimen showed that the required embedded length of longitudinal bars of beam was not considered. Hence, slippage of the longitudinal bars of the beam at the connection area led to degradation of connection strength. In order to consider this slippage in finite element modeling, the proposed approach was employed. Analytical results showed a suitable agreement with experimental ones and slippage of the beam bars was observed in the finite element analysis. Consequently, in order to prevent the slippage of beam bars, couplers at the end of the bars were used. Required area of the couplers was calculated as such to develop yielding in longitudinal beam bars. These couplers were added to the precast specimen and afterward, this specimen was named modified-precast specimen. Capacity of the modified-precast specimen including yielding load, ultimate load and ductility was improved in comparison with monolithic and precast specimen. However, the ratios of ultimate moment to flexural strength in modified-precast and monolithic specimens are approximately equal to one, which shows the formation of flexural plastic hinge in the beams of both modified-precast and monolithic specimens.