بررسي اجزاي محدود رفتار تيرهاي بتني تقويت شده پلها با مواد كامپوزيتي

Finite Element Study of Behavior of RC Bridge Beams Strengthened with CFRP

نتايج آزمايشگاهي نشان م يدهند كه تقويت خمشي تيرهاي بتني با پليمرهاي مسلح شده با الياف كربني CFRP رضايت بخش است. در اين مقاله از روش چسباندن خارجي ) EB ( و جايگذاري نزديك سطح ) NSM ( براي تقويت تيرهاي بتن مسلح در پلها استفاده شده است و ميزان كارآمدي روشهاي نامبرده بر افزايش ظرفيت خمشي تيرهاي بتني يي كه تحت بارهاي يكنواخت قرار گرفت هاند، ارزيابي شده است. ابتدا، نتايج آزمايشگاهي سه تير داراي ويژگيهاي مختلف با نتايج به دست آمده از مدل عددي و نتايج محاسبه شده بر اساس آ يين نامه ACI مقايسه شده است. نتايج، سازگاري مناسبي با نتايج مدلهاي ساخته شده توسط Ansys دارند. سپس تاثير نحوه آرايش، تعداد لايه ها، مقدار ورق CFRP در روش EB ، و تعداد شيارها و ابعاد شيار در روش NSM و تاثير مقاوم سازي بر ساز ههاي پيش بارگذاري شده، بر روي شاه تيرهاي بتني واقعي پل 42 سال هاي Interstate كه توسط Aidoo و همكارانش، به نام نمونه كنترل و نمونه هاي تقويت شده به روش EB و NSM تحت بار يكنواخت تا مرحله شكست، مورد آزمايش قرار گرفته بودند، به وسيله مدلهاي رايانه اي، ساخته شده و مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج نشان م يدهند كه نمودار بار- تغ يير مكان با نتايج آزمايشهاي گزارش شده تطابق خوبي دارند، وبا افزايش نسبت CFRP در مقطع، ظرفيت باربري نمون هها تا % 30 افزايش يافته، ولي با تغيير تدريجي تعداد لايه هاي ورق CFRP از 4 لايه در وسط تا يك لايه در نواحي تكيه گاه در طول تير نسبت به تير كنترل افزايش مقاومت برابر 3/ 32 % است. همچنين با افزايش يك نسبت يكسان از CFRP ، تيرهاي تقويت شده به روش NSM ، به مقاومت نهايي بيشتري)% 10 ( نسبت به تيرهاي تقويت شده به روش EB رسيد هاند. در ضمن مقاومت نهايي تيرهاي تقويت شده به پيش بارگذاري تيرها وابسته نيست.

The experimental results show that using Carbon Fiber Reinforcement Polymer (CFRP) is an effective mean for strengthening RC beams. This study focuses mainly on the flexural performance of reinforced concrete bridge beams strengthened with two different (CFRP) systems: Externally Bonded Strips (EB) and Near Surface Method Strips (NSM), and evaluate the efficiency of this tow techniques in increasing the load carrying capacity of concrete beams subjected to bending due to monotonic loads. At first, the results from the FE models are compared with the ACI440 provisions and the experimental data for three beams with different conditions from researches that are in good agreement. Furthermore, the FE models were extended to simulate the behavior of full-scale bridge girders recovered from a 42-year old Interstate bridge and examined by Aidoo et al. The specimens had been retrofitted with EB and NSM techniques and subjected to monotonic loading to failure. The load deflection plots obtained from numerical study show good agreement with the experimental plots reported by Aidoo, et al. After that, the models were used to examine the influence of arrangement, number, amount of CFRP in EB technique and number of grooves, dimension of grooves, in NSM technique, on the strength and ductility of FRP strengthened beam. The effect of retrofitting on unloaded and preloaded beams was studied too. The results indicate that, increasing the percentage of CFRP increases the ultimate strength by 30%. But by changing the number of layers from 4 to 1 at the center toward the supports, the ultimate load increases 33.3% in comparison with reference beam, and the beams strengthened with NSM achieved higher ultimate load (10 per cent) than beams strengthened with EB. The level of preload, prior to the installation of CFRP, does not affect the overall behavior of the strengthened specimens.