بررسی جنبه‏های گوناگون مدل‏سازی عددی تیرهای بتن مسلح مقاوم شده در برش با پلیمرهای مسلح به الیاف (FRP) به روش نصب در نزدیکی سطح (NSM)

نویسندگان

چکیده

اخیراً روش جدیدی به منظور تقویت سازه‌های بتن مسلح به کمک مصالح FRP به نام"نصب FRP در نزدیکی سطح" یا "NSM-FRP"، مطرح شده است. تحقیقات انجام شده در بکارگیری این روش، اغلب آزمایشگاهی بوده‌ و مطالعات عددی انجام شده در این زمینه بسیار محدود بوده است. تحقیق حاضر در ابتدا به ارائه روش مدل‏سازی عددی تیرهای بتن مسلح تقویت شده در برش با روش NSM-FRP، با توجه به روش‏های متعارف مدل‏سازی و ارائه پیشنهاداتی در آن‏ها، می‌پردازد. در روش‏های متعارف مدل‏سازی، رفتار چسبندگی بین بتن و مصالح تسلیح (FRP و فولاد) و همچنین رفتار ترک خوردگی بتن، با فرضیات ساده شده‌ای مدل می‌شوند. با وجود فراگیر بودن این فرضیات، کاستیهای آن‏ها در زمینه مدل‏سازی رفتار برشی تیرهای بتن مسلح کمتر مورد تفحص قرار گرفته است. در نتیجه در این مقاله نقاط قوت و ضعف آن‏ها مورد موشکافی و تحلیل نقادانه قرار می‌گیرد. برای نیل به این هدف، مدل‏سازی عددی بر روی دو گروه از نمونه‏های واقعی انجام شده است. نمونه‏های گروه اول توسط سایر محققین و نمونه‏های گروه دوم بواسطه همکاری تعدادی از نویسندگان مقاله حاضر ساخته و آزمایش شده‌اند. نتایج حاصل از مدل‏سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و دلایل همخوانی یا عدم همخوانی نتایج بطور مفصل ارائه می‌شود. نتایج تحقیق نشان می‌دهد روش پیشنهادی تخمین مناسبی از میزان حداکثر باربری سازه در حالت‏های مختلف بدست می‌دهند. اما الگوی ترک خوردگی و توزیع کرنش‏ها گاهاً اختلاف محسوسی با نتایج واقعی نشان داده‌اند بطوریکه نسبت کرنش بیشینه حاصل از مدل‏های عددی به مدل‏های آزمایشگاهی در میله‌های FRP بین 66/0 تا 89/0 و در خاموت‏های فلزی بین 25/0 تا 60/0 بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

ON THE FINITE ELEMENT MODELING OF RC BEAMS SHEAR-STRENGTHENED USING NSM-FRP

نویسندگان [English]

  • Alaee
  • Sharbatdar
  • Sharbatdar
  • Jalali
چکیده [English]

Application of near-surface mounted (NSM) fiber reinforced polymer (FRP) is emerging as a promising technology for increasing shear strength of reinforced concrete (RC) members. However, most of studies in this field, have been performed experimentally and only very limited research is available on the numerical modeling of such beams using finite element (FE) method. This paper presents the results of a recent study in which a FE procedure was proposed to investigate the effects of conventional numerical modeling assumptions. In such methods, interfaces between concrete and steel stirrups and between concrete and FRP are not considered to predict the behavior of RC beams shear-strengthened with NSM-FRP. Despite the widespread use of these assumptions in numerical modeling of RC beams, their deficiencies and limitations have not been investigated in depth yet. Therefore, this paper presents a critical study on the FE modeling of NSM-FRP shear strengthened RC beams. For this aim, numerical modeling was carried out for two major groups of test beams. In the first group, specimens were selected from available experimental programs published in literature. For the second group, modeling was performed on three rectangular beams, built and tested in structural laboratory by cooperating of authors. Numerical results were compared by experimental findings. The load deflection response obtained from the proposed numerical method showed good agreement with the experimental plots. In some cases, such as cracking pattern and strain distribution in FRP and steel reinforcement, undesirable discrepancies were observed between FE and experiments. Maximum strain ratio between FE and experiments was reported in 0.66 to 0.89 for FRP and in 0.25 to 0.60 for steel stirrups.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical modeling
  • Reinforced Concrete Beams
  • NSM-FRP
  • Shear strengthening
  • nonlinear analysis