تئوری تغییر شکل خمشی برشی (FSDT) برای مدل‌سازی

خراب شدن اعضای بتن مسلح (RC) تحت سرویس طولانی مدت به طور مداوم باعث ایجاد بسیاری از مسائل نامطلوب می شود که اگر اقدامات اصلاحی معقول به سرعت انجام نشود، ایمنی کل سازه ها را کاهش می دهد. در دهه های اخیر، مداخله اعضای RC توسط یک کامپوزیت جدید به نام پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) به طور گسترده در جوامع تحقیقاتی و مهندسی عمران پذیرفته شده و مورد استفاده قرار گرفته است. مزایای اولیه کامپوزیت های FRP برای چسبیدن به عناصر RC استحکام بالا و وزن سبک آنها است. استفاده از FRP همچنین ممکن است آسیب خوردگی سازه های RC را به حداقل برساند. کامپوزیت های محبوب FRP عبارتند از FRP کربن (CFRP)، FRP شیشه (GFRP)، FRP آرامید (AFRP) و FRP بازالت (BFRP) با اشکال مختلف که بسته به شرایط خاص توسط ورقه، میله، ورق، صفحه و نوار ساخته می شوند.

منابع [1]، [2]، [3]، [4]، [5] روش اتصال خارجی (EB) را برای بازسازی تیرها، ستون‌ها و دال‌های RC اعمال کردند. مطالعات اخیر [6]، [7]، [8]، [9]، [10] پیشرفت‌های جدیدی را در پیکربندی‌های تقویت‌کننده EB در رابطه با چسب‌ها و لنگر برای بهبود استحکام جداشدگی (یعنی چسبندگی واجد شرایط بین EB-FRP و بتن ارائه کرده‌اند. ) بهبود عملکرد سازه. برعکس، مطالعات [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17] قبل از چسباندن کامپوزیت های FRP به شیارها توسط رزین چسب، شیارهایی را روی سطح بتن ایجاد کردند. این فناوری به تکنیک نصب نزدیک به سطح (NSM) معروف است. کارایی تقویت تکنیک EB یا NSM در رابطه با عملکرد سازه از طریق مقایسه بین عناصر مقاوم سازی شده و عناصر تقویت نشده مشهود بود. روش‌های NSM و EB را می‌توان برای تقویت مؤثر تیرهای بتنی غیرپیش تنیده و پیش تنیده [16]، [17] و همچنین برای تعمیر اعضای RC به شدت آسیب دیده [15] به کار برد. با این حال، روش‌های EB و NSM همچنان نقاط ضعف خاص خود را داشتند که عمدتاً از بین رفتن زودهنگام چسبندگی و شکست شکننده و ناایمن با جداسازی FRP از بتن بود [18، [19]، [20]، [21]، [18]. 22].

در سال 2009، تعبیه میلگردهای فولادی در امتداد ارتفاع تیر در مرکز توسط Valerio و همکاران اجرا شد. [23] برای افزایش ظرفیت برشی اعضای RC. این شروع یک روش تقویتی جدید است که به نام Embedded through-section (ETS) یا Deep Embedment (DE) نامیده می شود. سپس، مطالعات Challal و همکاران. [24]، مفیدی و همکاران. [25]، باروس و همکاران. [26]، بروگلیری و همکاران. [27]، [28]، بوی و همکاران. [29]، سوگوت و همکاران. [30] و بوئی و همکاران. [31] برای بررسی تجربی رفتار برشی تیرهای RC تقویت شده با فولاد ETS و میلگردهای FRP انجام شد. طبق تکنیک ETS، میله های فولادی یا FRP در سوراخ های از پیش ساخته شده در طول ارتفاع تیر، همانطور که در شکل 1 (a) نشان داده شده است، تعبیه می شوند. چسب به طور کامل به سوراخ ها تزریق می شود که در مقایسه با اتصال خارجی، اتصال مناسب بین میله های ETS و بتن را انجام می دهد. همانطور که توسط Bui و همکاران ذکر شده است. [29]، ساخت تکنیک ETS به سرعت نصب شد و تقریباً بدون زحمت بود. چالال و همکاران [24]، بروگلیری و همکاران. [28]، و Bui و همکاران. [29] بیان کرد که تقویت ETS از نظر سهم برشی به طور قابل توجهی کارآمدتر از سیستم های مقاوم سازی EB و NSM بود.

جدای از بررسی های تجربی، بررسی های تحلیلی و عددی بر روی عملکرد برشی اعضای RC تقویت شده با EB-/NSM-FRP ارائه شده است (به عنوان مثال، مراجع [32]، [33]، [34]، [35]، [ 36]، [37]، [38]، [39]، [40]، [41]، [42]، [43]. با این حال، چند مطالعه انجام شده توسط Bui و Stitmannaithum [43]، Bui و همکاران. [44]، سوگوت و همکاران. [30]، بوی و همکاران. [45]، Bui [46] و Bui و Nguyen [47] شبیه سازی عددی یا مدل طراحی را برای تیرهای RC تقویت شده با ETS-FRP به نمایش گذاشتند. به طور کلی، این محققان عمدتاً بر روی آنالیزهای عددی تیرهای مقاوم‌سازی شده با استفاده از بسته‌های تجاری روش المان محدود (FEM) مانند ANSYS، ABAQUS و ADINA تمرکز کردند. مدل های تحلیلی توسعه یافته در مطالعات خود به معادلات طراحی مرتبط با مدل های موجود یا دستورالعمل های منتشر شده توسط سازمان های معتبر توجه داشتند.فیب ). FEM عددی به منابع با کارایی بالا، استقرار پیچیده مدل‌های FE، تحلیل‌های زمان‌بر و هزینه نیاز دارد. علاوه بر این، مدل‌های طراحی تحلیلی تنها برای تخمین ظرفیت‌های اوج تیرهای مقاوم‌سازی شده با FRP با ارزیابی ناقص رفتارهای برشی کامل آن‌ها استفاده می‌شوند.

تا جایی که ما می دانیم، چند نوع مدل سازی تحلیلی توسط اسپینلا [48] و فتحلا و همکاران ارائه شده است. [49] می تواند منحنی های بار-تغییر شکل کامل تیرهای RC تقویت شده توسط کامپوزیت های EB-FRP را پیش بینی کند. فتح الله و همکاران [49] از نظریه سینماتیک دو پارامتری (2PKT) که در ابتدا توسط Mihaylov [50] پیشنهاد شد، برای شبیه‌سازی پاسخ‌های برشی تیرهای RC عمیق بهسازی شده توسط FRP استفاده کرد. با این حال، رویکرد 2PKT از چندین عبارات تجربی برای تجزیه و تحلیل مکانیسم‌های اجزای برشی استفاده کرد و عمدتاً بر تیرهای عمیق متمرکز شد. اسپینلا [48] یک مدل پیش بینی بر اساس تئوری میدان تراکم اصلاح شده (MCFT) [51]، [52] با استفاده از میدان های تغییر شکل و معیارهای شکست تجربی تقویت EB-FRP ایجاد کرد. با این حال،

هیچ مطالعه ای بر روی مدل سازی تحلیلی تیرهای RC تقویت شده در برش با میلگردهای ETS-FRP اجرا نشد. مطالعه حاضر یک رویکرد جدید برای تجزیه و تحلیل تیرهای RC مقاوم‌سازی شده توسط میله‌های ETS-FRP با در نظر گرفتن هر دو پارامتر تغییر شکل خمشی-برشی، که نظریه تغییر شکل خمشی-برشی (FSDT) نامیده می‌شود، ایجاد کرد. پیشینه نظری در مکانیک تیر ابتدا برای ایجاد میدان های تنش و کرنش برای تیرهای تقویت شده با ETS استفاده می شود. _{سپس، دو پارامتر نشان دهنده} کرنش خمشی ( εt _,avg ) و کرنش های برشی ( ε1 و ε2 ₎) به طور همزمان و به طور مرتبط در مدل پیشنهادی تحلیل می شوند. مدل برشی میلگردهای ETS-FRP در تیر RC تقویت‌شده پیشنهاد شده در مطالعات قبلی نویسندگان با مدل‌سازی تحلیلی حاضر همراه است. در نهایت، نیروهای برشی ناشی از اعمال خمشی و برشی به طور یکسان در جهت خاتمه مدل‌سازی محاسباتی و تولید خروجی‌های مورد انتظار هستند. اعتبارسنجی مدل پیشنهادی به مجموعه داده تجربی گسترده از نظر پاسخ‌های مکانیکی حیاتی انجام می‌شود. برای ارائه چشم‌اندازهایی برای استفاده عملی، تأثیر متغیرهای طراحی مهم برای تیرهای RC تقویت‌شده با ETS-FRP بر اساس رویکرد FSDT در برابر نتایج طراحی با اعمال دستورالعمل‌های ACI ارزیابی می‌شوند.