دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 28753 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

رفتار سازه ای تیرهای بتنی مسلح تقویت شده با ورقه های FRP از بیرون، تحت بارگذاری خستگی و یکنواخت

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
28753 2012 10 صفحه PDF 29 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Structural behaviour of RC beams externally strengthened with FRP sheets under fatigue and monotonic loading
منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : Engineering Structures, Volume 41, August 2012, Pages 24–33

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چكیده
كلید واژه
1.مقدمه
2.كارهای تجربی
1.2. جزئیات تیرهای تست شده، مواد و تركیبات
2.2.طرح استحكام بخشی
شكل 1- هندسه، بارگذاری و شرایط مرزی در تیرهای RC تقویت شده با فولاد
جدول 1- خصوصیات مكانیكی تیرهای RC و مواد FRP
شكل 2 -آرایش ورقه های تقویتی FRP در تیرهای تقویت شده
جدول 2: ریز اطلاعات مربوط به آرایش ورقه های FRP و تنظیمات بار خستگی
2.3.روش تست
شكل 3-نمای شماتیك و نحوه تست
شكل 4- برنامه بارگذاری تیرهای تست شده
3.نتایج و بحث
3.1. مدهای شكست
3.2.بار متناظر با اولین ترك و تغییر مکان تیر
شكل 5- مدهای شكست تیرهای تست شده
جدول 3- نتایج تست كلیه تیرها
شکل 6- منحنی های بار-خمش تیرهای تست شده
شکل 7- منحنی های بار-تغییر مکان تیرهای تست شده تحت بار خستگی
شکل 8- کرنش های ثبت شده در بتن، ورقه های FRP و میله های فولادی تیرهای تست شده در بار حداکثر
جدول 4- مقایسه مقادیر قرائت شده برای تغییر مكان در وسط دهانه در آغاز و انتهای تست های خستگی
3.4 نتایج تست بار نهایی یکنواخت اعمالی پس از سیکل های خستگی
شکل 9- منحنی های بار-کرنش تیرهای تست شده تحت بار یکنواخت پس از بارگذاری خستگی
4- برآورد ظرفیت برشی تیرهای مسلح تست شده
جدول 5 -اطلاعات ترك در لحظه شكست در كلیه تیرهای تست شده
شكل 10- اندازه های عرض ترك روی تیرهای تست شده كه در طول بارگذاری یكنواخت پس از بارگذاری خستگی اندازه گیری شده اند
جدول 6- مقایسه نتایج تجربی و پیش بینی های نظری برای ظرفیت برشی در نقطه شكست
5.جمع بندی
کلمات کلیدی
رفتار سازه - تجربه - بتن مسلح - خستگی
ترجمه چکیده
در این مقاله، مطالعه تجربی روی رفتار خستگی و رفتار استاتیک پس از خستگی تیر بتنی مسلح تقویت شده با ورقه های فیبرهای پلیمری تقویت شده کربنی (CFRP) یا شیشه ای (GFRP) كه بصورت عمودی یا مورب در تیر قرار می گیرند ارائه می شود. كلیه تیرهای مد نظر برای تست خستگی، تحت بار خمشی چهار نقطه ای به مدت یك میلیون سیكل و با فركانس 5 هرتز قرار می گیرند. نتایج نشان می دهند كه می توان از ورقه های FRP برای افزایش قابل توجه مقاومت خستگی تیرهای تقویت شده استفاده كرد. همچنین، نتایج بدست آمده از تست-های بارگذاری یکنواخت، پس از اعمال بار خستگی، نشان می دهند كه ورقه های FRP در افزایش قابل توجه استحكام نهایی و داکتیلیته تیرهای تست شده دخیل هستند. آرایش قطری GFRP نسبت به آرایش عمودی در افزایش استحكام برشی و سفتی تیر موثرتر است. در نهایت، از تعدای مدل ممان خمشی برای پیش بینی بارهای نهایی تیرهای تست شده استفاده شد كه همبستگی خوبی با نتایج تجربی داشتند.
ترجمه مقدمه
در سال های اخیر سازه های بتنی مسلح (RC) زیادی از خرابی های مختلف مثل ترك، پوسته پوسته شدن بتن، تغییر مکان زیاد و مواردی از این دست رنج برده اند. این سازه ها نیاز به تقویت دارند تا بتوانند بارهای طراحی، یا حتی احتمالا بارهای زیادتر را، تحمل كنند یا بتوان ترك های فعلی آن ها را اصلاح کرد (3-1). عوامل متعددی منجر به بروز این بی کیفیتی ها می شوند مثل پیر شدگی بتن، خوردگی تقویت كننده های فولادی، اثرات زیست محیطی مثل آب دریا و ضربه های تصادفی به سازه (6-4). بویژه، در اثنای بلایای طبیعی، مثل زمین لرزه سی چوان در 12 می سال 2008، سازه های بتنی زیادی حتی اگر فرونریزند، تا حدودی آسیب می بینند (7). گزینه-های متعددی برای بهبود یا تعمیر اجزاء سازه ای سازه های بتنی مسلح فعلی وجود دارد. پر كاربردترین گزینه عبارت است از نصب ورقه هایFRP، و یا فولادی، روی اجزاء آسیب دیده به منظور مهار ترك ها و افرایش ظرفیت تحمل بار، داكتلیته و سفتی سازه های تقویت شده (8،9). ورقه های FRP كه از بیرون روی وجوه كششی و عرضی تیرهای مسلح بتنی و ستون ها نصب می شوند روش متداولی برای تعمیر و تقویت سازه های بتن مسلح به شمار می روند. این تكنیك تقویتی، روشی موثر برای بهبود عملكرد پیچشی و یا برشی سازه های بتنی مسلح تقویت شده است چرا كه ورقه های FRP از نظر استحكام كششی بالا، سبك بودن، مقاومت به خوردگی، خستگی و مواردی از این دست، خصوصیات بهتری نسبت به فولادهای تقویتی رایج دارند (11،10،5،3). در گذشته (13،12) ارزیابی هایی برای برآورد قابلیت اطمینان این تكنیك تقویتی در ارتباط با بارگذاری استاتیك انجام شده است و نشان داده شده است كه سازه های بتنی مسلح تقویت شده تا زمانی كه مهاربندی مناسبی برای ورقه FRP ایجاد شده باشد، از نظر استحكام، داكتیلیته و به تاخیر انداختن رشد ترك عملكرد بهتری از خود نشان می دهند (11و3). در همین اواخر با استفاده از روش های تجربی یا روش های المان محدود یا رویكردهای تحلیلی (19-14)، تحقیقات وسیعی روی رفتار تیرهای بتنی مسلحی، که به منظور ارتقاء عملكرد پیچشی و برشی با نصب ورقه های FRP از بیرون تقویت می شوند، انجام شده است. با اینحال، این مطالعات عمدتا رفتار استاتیكی این نوع تیرها را تحت بارگذاری یكنواخت در نظر گرفته اند. در واقع، سازه های زیادی، مثل پل ها و سازه های دریایی، بیشتر از بارهای استاتیک در معرض بارهای سیكلی تكرار شونده هستند و اغلب از این موضوع در تحلیل و طراحی تیرهای بتنی مسلح تقویت شده با ورقه های FRP چشم پوشی می شود. بخوبی مشخص شده است كه نصب ورقه های FRP از بیرون روی تیرهای بتنی مسلح، روش تقویتی موثری برای افزایش استحكام استاتیك و داكتیلیته و نیز مقاومت خستگی با اتلاف انرژی بالا این تیرها می باشد (25-20). با اینحال، در مورد پراكندگی داده های تجربی در مورد رفتار خستگی این نوع تیرها اتفاق نظر وجود دارد (26) كه باعث می شود تا نیازهای طراحی احراز نشود. بنابراین، مطالعه عملكرد خستگی این تیرها كاری ضروری برای ارتقاء مبانی دانش در این حوزه به شمار می رود. در حال حاضر، عمده ی كارهای تحقیقاتی به شکل فزآینده ای روی خستگی پیچشی تجربی و خستگی برشی متمرکزند. نانی (27) نشان داد كه بتن مسلح شده با الیاف فولادی (SFRC) توانست عملكرد خستگی را افزایش دهد و جزء فیبری در این تركیب، پارامتر موثری بود که روی مشخصات خستگی تیرهای تست شده اثرگذار بود. چانگ و چای (28) روش تستی را برای ارزیابی شكست پیچشی و خستگی تیرهای SFRC تدوین كردند. لئونگ و همكاران (29) عملكرد خستگی پیچشی تیرهای بتنی را با استفاده از كامپوزیت های سیمانی مهندسی (ECC) مطالعه كردند و دریافتند كه ECC می تواند عمر خستگی تیر را با كنترل رشد ترك های كوچك بهبود بخشد. مانفردی و پیس (30) مدهای شكست و رابطه بین تابع آسیب و افت کیفیت سیكلی تیرهای بتنی معمولی و با استحكام بالا را تحت بارگذاری های یكنواخت و سیكلی مطالعه كردند. مطالعاتی روی تیرهای بتنی تقویت شده با ورقه CFRP با هدف ارزیابی اثر تاریخچه بارگذاری روی عمر خستگی و عرض ترك (31) و نیز تحلیل رابطه بین عملكرد خستگی و خصوصیات الكتریكی CFRP تحت بارگذاری پیچشی انجام شدند (4). اگرچه تعداد تحقیقات انجام شده روی خستگی پیچشی از یک آمار منطقی برخوردار است (35-28)، مطالعه روی عملكرد خستگی برشی تیرهای RC (تیرهای بتنی مسلح) تقویت شده با ورقه های CFRP و GFRP تا به امروز محدود بوده است. كاواك و كیم (36) مطالعات خود را روی اثر بارگذاری خستگی برشی روی رفتار خستگی و استحكام تیرهای بتنی مسلح پلیمری (PRC) متمركز كردند. كازادرسكی و موتاوالی (24) تیرهای RC تقویت شده با صفحات L شكل CFRP را تحت بارگذاری خستگی برشی مطالعه كردند. همچنین، تعدادی مطالعه تجربی روی رفتار اتصال ورقه FRP و بتن تحت بارگذاری خستگی سیكلی انجام شده است (26،21،20،17،10) چرا كه این نوع رفتار اتصالی، روی مد شكست تیر تقویت شده اثرگذار است (34). در این مطالعات دیده شده است كه اگر هیچ نوع جدایش بین وجهی بین ورقه FRP و بتن در بین نباشد، رفتار خستگی تیرهای تقویت شده با FRP بهبود خواهد یافت. با اینحال، به مجرد جدایش، تغییر مکان تیر افزایش قابل ملاحظه ای خواهد داشت و ترك های كششی در نزدیكی محل اعمال بارهای نقطه ای ظاهر خواهند شد (35). لو و ایوب (37) شكست ناشی از جدایش را روی پاسخ تیرهای RC مطالعه كردند و مدل جدیدی را برای ارزیابی ضریب تعدیل تیرهای RC تقویت شده با FRP ناشی از جدایش FRP عرضه كردند. یون و همكاران (38)، اثر روش های مختلف اتصال را تحت بارگذاری خستگی روی رفتار بلند مدت اتصال بین ورقه FRP و بتن نشان دادند. كارلونی و همكاران (39) نقش جدایش محل اتصال ورقه FRP و بتن را تحت بارگذاری خستگی بررسی كردند و دریافتند كه جدایش، حین بارگذاری خستگی و در بازه بار اعمالی رخ داده است. هدف از كار حاضر، تحقیق روی رفتار خستگی برشی تیرهای RC ساخته شده از بتن معمولی و تیرهای RC تقویت شده با ورقه های FRP است (CFRP یا GFRP). در این مطالعه هدف اصلی ما بررسی اثربخشی ورقه-های FRP در رفتار خستگی و دخالت آن ها در استحكام نهایی تیرهای RC است. همچنین، این كار به ما كمك می كند تا اثر یك میلیون سیكل اول بارگذاری خستگی را روی عملكرد برشی تیرهای RC تقویت شده با و رقه های FRP درك، و رفتار خستگی و رشد ترك را در تیرهای RC تقویت شده برآورد كنیم.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله رفتار سازه ای تیرهای بتنی مسلح تقویت شده با ورقه های FRP از بیرون، تحت بارگذاری خستگی و یکنواخت

چکیده انگلیسی

This paper presents experimental research on the fatigue and post-fatigue static behaviour of reinforced concrete beams strengthened with glass or carbon fibre reinforced polymer (FRP) sheets placed either vertically or obliquely. All beams for fatigue tests were subjected to four-point bending for one million cycles with a frequency of 5 Hz. The results show that the FRP sheets can be used to significantly enhance the fatigue resistance of the beams strengthened. Also the results from the post-fatigue monotonous tests indicate that FRP sheets contribute the significant increase of the ultimate strength and ductility of the beams tested. The diagonal GFRP reinforcing arrangement is more effective than the vertical one in enhancing shear strength and stiffness. Finally, some moment deflection models were adapted to predict the ultimate loads of the beams tested, which give very good correlation to the experimental results.

مقدمه انگلیسی

In recent years, there are many reinforced concrete (RC) structures are suffering from various deteriorations: cracks, concrete spalling, large deflection, etc., which need to be reinforced to support the designed or even resist possible higher loading or to renovate existing cracks [1], [2] and [3]. These deteriorations are caused by various factors such as aging, corrosion of steel reinforcement, environmental effects such as seawater and accidental impacts on the structure [4], [5] and [6]. Especially, during the natural disasters such as the earthquake in Sichuan on 12th May, 2008, many concrete structures, if they were not collapsed, were damaged to some extent [7]. There are several options available for retrofitting or repairing structural members of the existing RC structures. The commonly used options are to bond thin steel and/or fibre reinforced polymer (FRP) sheets onto the damaged members to restrain cracks and to increase the load carrying capacity, ductility and stiffness of structures strengthened [8] and [9]. To externally bond FRP sheets on the tension and also lateral sides of RC beams and columns is a widely used method for repairing and strengthening of the RC structures. Such reinforcing technique is an effective way to improve the flexural and/or shear performance of the RC structures reinforced, since FRP has better characteristics than the conventional strengthening material steel, in terms of high tensile strength, lightweight, resistance to corrosion and fatigue, etc. [3], [5], [10] and [11]. Investigations [12] and [13] were undertaken in the past to evaluate reliability of such reinforcing technique related to static loading and showed that the RC structures strengthened would demonstrate a better performance in strength, ductility and retarding crack growth as long as an appropriate end anchorage was provided for the FRP sheet [3] and [11]. More recently, through either experimental, the finite element or analytical approaches [14], [15], [16], [17], [18] and [19], extensive researches have been undertaken on behaviour of reinforced concrete beams strengthened by externally bonded FRP sheets for enhancing their flexural and shear performance. However, those studies primarily considered static behaviour of the FRP strengthened beams under monotonic loading. In fact, many structures such as bridges and marine structures are subjected to repeated cyclic loadings rather than static ones, and this is often overlooked in the analysis and design of RC beams strengthened with FRP sheets. It has been well established that externally bonding of the FRP on RC beams is an effective strengthening technique to increase their static strength and ductility, as well as fatigue resistance with high energy dissipation [20], [21], [22], [23], [24] and [25]. However, the scarcity of experimental data on fatigue behaviour of RC beams strengthened by the FRP sheet is unanimously recognized [26], which does not satisfy the design need. Therefore, to study fatigue performance of RC beams strengthened by the FRP sheets is necessary work to increase the knowledgebase in this area. At the present, the main research work increasingly focuses on experimental flexural fatigue and shear fatigue. Nanni [27] showed that steel fibre reinforced concrete (SFRC) could enhance the fatigue performance and the fibre content was an effective parameter to influence the fatigue characteristics of beams tested. Chang and Chai [28] developed a test methodology to investigate the flexural fracture and fatigue of the SFRC beams. Leung et al. [29] studied the flexural fatigue performance of concrete beams using engineered cementitious composites (ECC) and found that the ECC could improve the fatigue life of the beam in controlling the growth of small cracks. Manfredi and Pecce [30] studied the failure modes and the relationship between the damage function and the cyclic degradations of the normal and high strength concrete beams under monotonic and cyclic loading. Research on concrete beams strengthened with carbon fibre reinforced polymer (CFRP) was carried out to investigate the influence of loading history on the fatigue life and crack width [31], and to analyze the relationship between the fatigue performance and the electrical property of CFRP under flexural loading [4]. Although a reasonable amount of research has been undertaken on the flexural fatigue [28], [29], [30], [31], [32], [33], [34] and [35], research on the shear fatigue performance of RC beams strengthened by CFRP and glass fibre reinforced polymer (GFRP) sheets however is limited up to date. Kwak and Kim [36] focused on the shear fatigue loading on the fatigue behaviour and strength of the polymer reinforced concrete (PRC) beams. Czaderski and Motavalli [24] studied RC beams strengthened by the CFRP L-shaped plates under shear fatigue loading. Moreover, some experimental research has also been conducted on the bonding behaviour between the FRP sheet and concrete under cyclic fatigue loading [10], [17], [20], [21] and [26], since such the bonding behaviour influences the failure mode of the beam strengthened [34]. It was observed in these studies that if there was no obvious interfacial debonding between the FRP and concrete occurred fatigue behaviour of the FRP-strengthened beams would be improved. However, once debonding occurred, the deflection would be increased significantly and the tension cracks appeared near the position of the point loads applied [35]. Lu and Ayoub [37] studied the debonding failure on the response of RC beams and developed a new model to evaluate the reduction factor of FRP-strengthened RC beams due to FRP debonding. Yun et al. [38] demonstrated the effect of different bonding systems under fatigue loading on the long-term behaviour of the bond between the FRP and concrete. Carloni et al. [39] investigated the role of the FRP-concrete interface debonding under fatigue loading and found that debonding occurred during fatigue, which was related to the load range applied. The work presented here aims research on the shear fatigue behaviour of RC beams made with the normal concrete strengthened with FRP (CFRP or GFRP) sheets. It is focused on investigating the effectiveness of FRP sheets on the fatigue behaviour and their contributions to the ultimate strength of ordinary RC beams. It also helps understand the influence of the initial one million cycles of fatigue loading on the shear performance of RC beams strengthened with FRP sheets, and estimate the fatigue behaviour and crack growth of the RC beams strengthened.

نتیجه گیری انگلیسی

Experimental work has been undertaken to study the fatigue related structural behaviour of RC beams strengthened with FRP sheets. The outcomes of the experimental work on RC beams strengthened with FRP sheets (CFRP and GFRP) have proved the efficiency of strengthening arrangements when subjected to fatigue loading. The test results have shown that externally bonded CFRP or GFRP to the lateral and bottom faces of a beam can increase the first crack load and ultimate strength greatly, arrest concrete crack extension, and enhance the rigidity of strengthened beams. The FRP strengthened beams have exhibited more widely spaced and a fewer number of cracks in comparison to the reference beam. The CFRP strengthened beam has the highest ultimate strength but the lowest deflection, and the diagonal GFRP reinforcing arrangement is more effective than the vertical arrangement in enhancing the shear strength and stiffness. Moreover, the FRP strengthened beams show the lower ultimate deflection than the non-strengthened beam by 18–70% when subjected to 1000,000 cycles of fatigue loading. Post-fatigue monotonic tests have showed that load–deflection responses of the beams with and without previous fatigue loading are very similar until the final failure stage. However, the stiffness of CFRP-strengthened beam is degraded more greatly than GFRP-strengthened beam after one million fatigue cycles. The beam which reinforced by bonding diagonal GFRP sheets has the highest first crack load, which is 24.7% higher than that of the reference beam. In addition shear capacities of the beams tested are estimated quite well.

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.