بتن مسلح تقویت شده با پلیمر الیاف دار

 شکنندگی اتصالات تیر-ستون از بتن مسلح تقویت شده با پلیمرهای حاوی الیاف

بررسی‌های میدانی پس از زلزله عملکرد لرزه‍ای ضعیف اتصالات تیر-ستون (BCJ) بتن مسلح (RC) غیرمنطبق در سازه‌های RC موجود را نشان می‌دهند. مطالعات تجربی و تحلیلی نشان داد که کاربرد پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) دارای اتصال بیرونی یک روش کارآمد و مقرون‌به‌صرفه برای بهبود عملکرد لرزه ای BCJ های ناقص است. با این حال، در حال حاضر تلفات لرزه‌ای برای BCJ های تقویت شده با FRP در حالت‌های آسیب مختلف (DS) ثبت نشده است. استفاده از ابزار بالقوه ارزیابی آسیب لرزه‌ای برای برآورد دقیق اثرات تقویت FRP بر کاهش آسیب مورد انتظار و تلفات در سازه‌های موجود ضرورت دارد. بنابراین، در اینجا شکنندگی مشاهده شده برای BCJ ها با اتصال گوشه‌ای و بیرونی تقویت‌ شده با FRP در حالت‌های محدود مورد بررسی مطرح شده است. آزمایشات تجربی روی 70 اتصال گوشه‌ای و 28 بیرونی در BCJ های تقویت شده با FRP ابتدا انجام می‌شود. سپس باتوجه به مطالعات گسترده، DS ها با شدت فزاینده (یعنی سبک، متوسط ​​و سنگین) تعریف می‌شوند. این DS ها بر اساس نسبت‌های جابجایی بین طبقات (IDR) تعیین می‌شوند. پس از مقاوم سازی، شکنندگی مبتنی بر IDR برای ساخت BCJ ها براساس حالت شکست و سطح شکل پذیری به دست آمده طبقه‌بندی می‌شوند. عملکردهای پیشنهادی نیز با شکنندگی موجود در اتصالات سازگار و غیرسازگار به دست آمده از مقالات مختلف مقایسه شده است. درنهایت، کاربرد عملکردهای شکنندگی پیشنهادی در چارچوب مهندسی زلزله مبتنی بر عملکرد (PBEE) با هدف کمی سازی آسیب‌‌های احتمالی (EL) با کمک BCJ های تقویت شده با FRP مشخص شد.

اجرای اصول طراحی ظرفیت مشخص شده در اکثر کدهای طراحی لرزه نگاری های مدرن برای سیستم های سازه ای مقاوم در برابر زلزله هدف گذاری شده است. با این حال، تعداد قابل توجهی از ساختمان های RC در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه چنین معیاری ندارند. واضح است که اعضای سازه، به ویژه BCJ های بسیار ضعیف دچار شکست زودرس می شوند. از آنجا که آسیب شدید در سطح اتصال به طور قابل ملاحظه ای پاسخ سیستم سازه را به خطر می اندازد، این کار می تواند باعث شکست کامل مکانیسم شود. بنابراین، BCJ های غیر لرزه ای طراحی شده به طور گسترده در ادبیات بررسی شدند. در نتیجه، بسیاری از مطالعات بر تقویت لرزه ای BCJ ها متمرکز شده اند. آنها تعیین کننده اثربخشی سیستم های FRP را در جلوگیری از شکست برشی پانل اتصالی و ارتقاء حالت شکست انعطاف پذیرتر هستند. اگرچه اثربخشی سیستم‌های FRP در تقویت لرزه‌ای BCJ ها به طور گسترده‌ بررسی شده است و فرمول‌های طراحی دقیق اکنون به عنوان ابزاری مؤثر برای ارزیابی مزایای سیستم‌های FRP در کاهش آسیب های احتمالی در چارچوب ارزیابی آسیب در دسترس هستند. پیش بینی آسیب های احتمالی ناشی از رویدادهای لرزه ای نقش مهمی در ارزیابی ریسک سازه های موجود دارد. برای دستیابی به نتایج قابل اعتماد از چنین چارچوب های ارزیابی ریسک، منحنی های شکنندگی تحلیلی به کار گرفته شده باید عدم قطعیت های ذاتی ناشی از تغییرات رکورد-به-رکورد همراه با اندازه گیری های شدت انتخابی، مفروضات مدل سازی ساختاری، به ویژه برای مدل های آسیب اتخاذ شده را در نظر بگیرند. عملکردهای شکنندگی رانش محور با هدف توسعه BCJ های موجود توسعه داده شده اند. شکنندگی در BCJ های کارآمد معمولی مطابق با استانداردهای ایالات متحده و اروپا، امکان برآورد خسارت احتمالی آنها را فراهم می کند. از سوی دیگر، مطالعاتی که عملکردهای شکنندگی رانش محور را برای اعضای RC تقویت شده با FRP را بررسی می کنند، بسیار محدود هستند.

تابنده و گردونی توابع شکنندگی را در ستون‌های RC مقاوم شده با FRP ایجاد کردند. مارتونگ و همکاران شکنندگی آزمایشی BCJ های دارای اتصال بیرونی را قبل و بعد از بهسازی ارتقاء دادند. از سوی دیگر، شکنندگی توسعه یافته به تعداد محدودی از نمونه های آزمایش شده متکی بوده و مشابه با اتصالات ناقص شبه قاره هند است. در این زمینه، به شکنندگی BCJ های تقویت شده با FRP به ارزیابی صحیح آسیب و تلفات احتمالی نیاز است. این می تواند به ایجاد بهترین تعادل در منابع اقتصادی به منظور استفاده در مداخله مقاوم سازی و صرفه جویی به دلیل کاهش تلفات احتمالی کمک کند. این مطالعه به بررسی توابع شکنندگی رانش محور را برای BCJ های دارای اتصال گوشه ای و بیرونی تقویت شده با FRP با هندسه های مختلف، پارامترهای مواد، جزئیات ساختاری و حالت های شکست می پردازد.

این مطالعه عملکردهای شکنندگی در BCJ های دارای اتصال گوشه ای و بیرونی RC تقویت شده با FRP را مورد بحث و بررسی قرار می دهد که آسیب پذیرترین انواع قاب مقاومت لحظه ای هستند. با تطبیق پایگاه داده بزرگی از آزمایشات تجربی (190 رکورد)، توابع شکنندگی IDR محور با مطالعات اخیر و چارچوب های شناخته شده برای ارزیابی تلفات پیشنهاد شده اند. باتوجه به آسیب های شناسایی شده، سه DS مختلف یعنی آسیب سبک (DS1)، آسیب متوسط (DS2) و آسیب سنگین (DS3) در طبقه بندی آسیب های کلی تر در نظر گرفته می شوند. با در نظر گرفتن کل مجموعه داده و تنها تمایز بین BCJ ها با اتصال گوشه ای و بیرونی، عملکردهای کلی تری نیز مطرح می شود. علاوه بر این، توابع مختلف برای BCJ ها با پاسخ های شکننده یا انعطاف پذیر (میزان شکل پذیری متوسط ​​یا بالا) پیشنهاد می شوند. در نهایت، یک برنامه کاربردی برای مطالعه سازه موردی معمولی در منطقه مدیترانه در نظر گرفته شد و یافته های مهم از نظر کاهش هزینه به دلیل تقویت FRP نیز مورد بحث قرار گرفتند. یافته های اصلی را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:

- برای BCJ های محصور نشده، دستیابی به DS1 به طور قابل توجهی تحت تأثیر تقویت FRP قرار نمی گیرد. همانطور که به وفور در آزمایشات تجربی مشاهده شد، ممکن است از ترک خوردگی اتصال با انتقال آن به اعضای RC مجاور جلوگیری کند. بنابراین، IDR میانه برای BCJ های تقویت شده با FRP در DS1 با موارد موجود در اتصالات ناسازگار شبیه است. سیستم تقویت FRP که به عنوان راهکار تقویتی غیرفعال شناخته می شود، DS2 و DS3 را با افزایش رانش میانه با توجه به BCJ های چون ساخت تحت تاثیر قرار می دهد.

- برای اتصالات گوشه‌ای تعیین شده با پاسخ بحرانی برشی، IDR میانه به اتصالات ناسازگار نزدیک تر است. همانطور که حالت رفتار از حالت برشی به خمشی تغییر می کند، IDR میانه به BCJ های سازگار نزدیکتر شده و بر ضرورت طراحی مناسب تقویت FRP به منظور دستیابی به شکل پذیری مورد نیاز تاکید می کند.

- BCJ بیرونی با انعطاف پذیری خمشی بالا دارای ​​IDR میانه بالاتری در DS3 است. از طرفی، آنها هنوز هم به جای اتصالات سازگار با اتصالات ناسازگار قابل قیاس هستند. به دلیل شکنندگی BCJ ها با اتصال بیرونی ناسازگار که در ادبیات موجود است، مکانیزم نصب لولا برشی در پانل اتصالی وجود ندارد اما تغییرشکل پلاستیک در سایر اعضا را می توان مشاهده کرد.

- کاربرد یک سازه واقعی در مطالعه موردی نشان داد که توابع شکنندگی پیشنهادی را می توان در چارچوب ارزیابی تلفات با هدف ارائه بینشی از مزایای تقویت FRP برای به حداقل رساندن خسارت زلزله و زیان اقتصادی استفاده کرد.