ستون‌های RC دایره‌ای تقویت‌شده با PEN FRP

در اوایل دهه 1990، سیبل و همکاران. [1] تحقیقات تجربی بر روی ستون های RC تقویت شده با CFRP انجام داد و کاربرد FRP را در زمینه تقویت لرزه ای ثابت کرد. پیچیدن FRP به تکنیک اصلی تقویت و ترمیم برای بهبود تغییر شکل و ظرفیت استحکام اعضای RC در 30 سال اخیر تبدیل شده است [2]، [3]، [4]، [5]، [6]، [7]، [8] ، [9]، [10]، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]. انواع FRP که معمولاً در مهندسی عملی استفاده می شوند عبارتند از FRP شیشه ای (GFRP)، کربن FRP (CFRP) و آرامید FRP (AFRP). اگرچه این سه FRP معمولی مدول الاستیک بالایی دارند، کرنش در هنگام شکست کوچک است (کمتر از 3٪). کرنش کوچک شکست FRP های معمولی یک عنصر حیاتی است که باعث شکست ستون های پیچیده شده با FRP می شود. بنابراین، FRP با کرنش گسیختگی بزرگتر (LRS) پدیدار شد، که می تواند محصورسازی کافی برای بهبود شکل پذیری ستون های RC و جلوگیری از شکست ناگهانی ناشی از گسیختگی FRP فراهم کند. FRP های LRS شامل پلی استال (PA)، پلی اتیلن ترفتالات (PET) و پلی اتیلن نفتالات (PEN) می باشد. اینها دارای کرنش گسیختگی بیش از 5 درصد هستند و نسبت به FRPهای معمولی مقرون به صرفه تر هستند [23]. در نتیجه، FRP های LRS می توانند به عنوان یک جایگزین ایده آل برای FRP های معمولی در مقاوم سازی لرزه ای سازه های RC عمل کنند.

آزمایش‌ها و تحلیل‌های نظری متعددی برای رفتار فشاری ستون‌های بتنی تقویت‌شده با LRS FRP در معرض بارهای محوری چرخه‌ای یا یکنواخت انجام شده است [24، [25]، [26]، [27]، [28]، [29]، 30]، [31]، [32]، [33]. چندین مطالعه بر رابطه متقابل بین ستون‌های بتنی تقویت‌شده با LRS FRP و میلگردهای طولی داخلی متمرکز شده‌اند [34، [35]، [36]. این تحقیقات نشان می دهد که بسته بندی FRP های LRS می تواند شکل پذیری و استحکام ستون های تحت فشار محوری را تا حد زیادی بهبود بخشد. چند مطالعه [18]، [19]، [20]، [21] بر روی رفتار لرزه ای ستون های مقاوم سازی شده توسط FRP های LRS تحت بارهای جانبی ثابت عمودی و چرخه ای انجام شد. در این مطالعات، Anggawidjaja و همکاران. [18] ابتدا ستون های مربعی تقویت شده با LRS FRP را با میلگردهای فولادی عرضی ناکافی تحت بارگذاری چرخه ای مکرر آزمایش کرد. نتایج تجربی نشان داد که LRS FRP می تواند ظرفیت برشی ضعیف را برای بهبود شکل پذیری ستون های RC به طور قابل توجهی اصلاح کند. یکی از مشاهدات مهم این است که ژاکت های LRS FRP در شرایط نهایی شکسته نشده اند. متعاقباً، دای و همکاران. [19] تجزیه و تحلیل دقیق تری را بر روی ستون های مربعی تقویت شده با LRS FRP بر اساس نتایج آزمایش Anggawidjaja و همکاران انجام داد. [18]. آنها دریافتند که با کمانش آرماتورهای طولی، بار جانبی بلافاصله کاهش نمی یابد. بای و همکاران [20] دریافتند که سفتی کششی (محصول ضخامت FRP [19] تجزیه و تحلیل دقیق تری را بر روی ستون های مربعی تقویت شده با LRS FRP بر اساس نتایج آزمایش Anggawidjaja و همکاران انجام داد. [18]. آنها دریافتند که با کمانش آرماتورهای طولی، بار جانبی بلافاصله کاهش نمی یابد. بای و همکاران [20] دریافتند که سفتی کششی (محصول ضخامت FRP [19] تجزیه و تحلیل دقیق تری را بر روی ستون های مربعی تقویت شده با LRS FRP بر اساس نتایج آزمایش Anggawidjaja و همکاران انجام داد. [18]. آنها دریافتند که با کمانش آرماتورهای طولی، بار جانبی بلافاصله کاهش نمی یابد. بای و همکاران [20] دریافتند که سفتی کششی (محصول ضخامت FRPt _frp و مدول الاستیک FRP E _frp1 ) ژاکت‌های LRS FRP تأثیری حاشیه‌ای بر رفتار لرزه‌ای ستون‌های RC دایره‌ای در نسبت بار محوری پایین داشتند. با این حال، مطالعه کمی در مورد رفتار لرزه ای ستون های محدود شده توسط LRS FRP در نسبت تراکم محوری بالا گزارش شده است. لیو و لی [21] یک تحقیق تجربی بر روی ستون های مقاوم شده با PET FRP با میله های فولادی زنگ زده در نسبت تراکم محوری بالا انجام دادند. آنها دریافتند که PET FRP به FRP معمولی در بهبود رفتار لرزه ای ستون های تقویت شده ترجیح داده می شود. سختی محصور کننده ( E _frp1 t _frp / R , Rشعاع یک ستون دایره ای است) یک عامل حیاتی برای ستون های RC تقویت شده با FRP است (به عنوان مثال [30]، [32]، [34]). با این حال، هیچ بررسی مقایسه ای در مورد رفتار ضد لرزه ای LRS FRP و ستون های RC معمولی پیچیده شده با FRP با نسبت تراکم محوری بالا تحت سختی محصور FRP مشابه انجام نشده است. بنابراین، هفت نمونه در این مقاله برای به دست آوردن بینشی در مورد اثربخشی و مکانیسم محصور کردن LRS FRP بر روی سازه‌های RC تحت یک نسبت تراکم محوری بالا طراحی شد. برنامه آزمایشی شامل یک ستون کنترل، سه ستون تقویت شده با CFRP با لایه های مختلف و سه ستون تقویت شده با LRS FRP با لایه های مختلف بود. ستون‌ها در طول آزمایش تحت ترکیبی از بار محوری بالا و بار چرخه‌ای جانبی قرار گرفتند. با توجه به نتایج تجربی، اثرات سختی محصور FRP و نوع FRP بر حالت شکست ستون، شکل‌پذیری جابجایی، منحنی بار-جابجایی چرخه‌ای جانبی، قابلیت اتلاف انرژی، و تخریب سختی به طور سیستماتیک مورد بحث قرار می‌گیرند. شبیه سازی عددی در انجام شدOpenSees [37] بر اساس مدل فشرده سازی چرخه ای بتن تقویت شده با LRS FRP پیشنهاد شده توسط Bai و همکاران. [32]، مدل تنش-کرنش چرخه‌ای فولاد تقویت‌کننده پیشنهاد شده توسط بای و همکاران. [36] و مدل یاسین بهبود یافته برای بتن [38]. در نهایت، تأثیر سفتی ژاکت FRP بر اساس مدل عددی بیشتر مورد بررسی قرار گرفت.