ارزيابي عملكرد قاب بتني تقويت شده به وسيله‌ي پوشش هاي پليمري FRP تحت بار سيكلي

• Performance of fiber reinforced polymers (FRPs) retrofitting used in RC frames

در سال هاي اخير پژوهش‌هاي فراواني در استفاده از كامپوزيت هاي FRP در زمينه مقاوم سازي و بهسازي سازه هاي بتني انجام شده است. با اين وجود بيشتر پژوهش‌ها روي اعضاي منفرد مانند تير، ستون، اتصال تير-ستون انجام شده است. پس، پژوهش در زمينه بررسي رفتار كلي يك قاب بتني تقويت شده به وسيله‌ي الياف پليمري در برابر بار هاي سيكلي محدود است. قاب هاي بتن آرمه چهارچوب اصلي و باربر سازه هاي بتن آرمه را تشكيل مي دهند، مقاوم كردن و بهسازي آنها نقش مهمي در مقاوم سازي كل سازه ايفا مي كند. هدف اصلي در اين مقاله، بررسي آثار بهسازي با پوشش FRP در پاسخ قاب تحت بارهاي سيكلي جانبي با استفاده از نرم افزار المان محدود LS-DYNA است. صحت سنجي نتايج اين پژوهش با نتايج تجربي ترميم قاب هاي بتن آرمه كه در سال 2012 و در آزمايشگاه دانشگاه صنعتي اميركبير به وسيله‌ي نويسندگان اول و سوم انجام شده، صورت گرفته است. همچنين، نمونه ها در سه دسته كلي نمونه هاي شاهد، نمونه تقويت شده و نمونه هايي براي بررسي عوامل موثر در بهبود رفتار قاب تقويت شده، تحت بارگذاري قرار مي گيرند. اثر پارامتر هاي مختلف موثر در رفتار قاب بهسازي شده مانند جنس الياف (كربن يا شيشه)، آرايش تقويت FRP به صورت كمي و كيفي نيز مورد آناليز قرار گرفته اند. نتايج پژوهش‌ها نشان دهنده نقش قابل توجه FRP در افزايش مقاومت، سختي و استهلاك انرژي در قاب هاي بهسازي شده است.

Many reinforced concrete structures were built prior to establishing of modern standard seismic design code provisions in the mid-70s and some building recently were constructed without adequate considerations for shear-critical capability of structures under seismic loading. External bonding of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites is now a well-established technique for the strengthening/retrofitting of reinforced concrete (RC) structures. The efficiency of this technique in the RC structures has been studied in the earlier period to great detail. Nevertheless, the seismic performance of RC structures retrofitted using CFRP composites is yet to be scrutinized. Current study investigates the seismic performance of the reinforced concrete (RC) portal frames with emphasizing on the shear failure at beam-column junction. Here the main interest is to focus on ductility and strength assessment of shear-critical parts loaded successively during quakes and possible repair scheme needed. For this purpose existing experimental data of simple portal frame with 1.3 and 0.57 column-to-beam plastic moment and length ratios under cyclic increasing displacement-control protocol up to 7% drift is used primarily. Two types of FRP strengthening schemes, full shaped U Wrap (UW) and partial L shaped Wrap (LW), are used as external bonded sheets. Numerical simulation is conducted using LS-DYNA FE software, and the results in terms of load displacement were validated with the experimentally measurement specimens. Numerical simulation reveals trustable and robust data according to envelope of hysteretic load curves and distributed crack patterns along structure all model categories. Intact specimen has dominant shear fracture and plastic hinge failure in joint and column bases respectively with insufficient energy dissipation and 3.1% ultimate drift. The crack pattern at the critical region in junction panel due to the shear deficient strength was studied in details for both control and retrofitted specimens. In a conducted parametric study, the type of retrofitting, FRP material and number of layers were obtained for better performance of the RC frame subjected to the lateral cyclic loading. In this direction, the overall energy dissipation was calculated. Finally it can be understood, repair the frames with FRP not only can retrieve the damaged frames initial condition, but also can enhance its strength and ductility, which depends on the repair scheme.