توصيفگر ها :
اتصالات دال-ستون , بار جانبي چرخه‌اي , تقويت برشي , بازشو , عناصر قائم , نيروي پيش تنيدگي
چكيده فارسي :
دال‌هاي تخت، يكي از انواع دال‌هاي بتن آرمه‌ي دو طرفه هستند كه به علت مزاياي فراوان نسبت به گونه‌هاي ديگر دال، يكي از متداول‌ترين سيستم‌هاي سازه‌اي براي پوشش سقف ساختمان‌ها مي‌باشند. انتقال بارهاي اعمال شده از ستون به دال موجب ايجاد تنش‌هاي برشي قابل ملاحظه‌اي در محل اتصال دال-ستون و در نهايت، ايجاد برش منگنه‌اي در آن مي‌شود. بنا بر اين، طراحي اين نوع دال‌ها بايد به گونه‌اي انجام شود كه علاوه بر جلوگيري از شكست خمشي، در مقابل شكست برش منگنه‌اي نيز مقاوم باشند. عوامل متعددي موجب كاهش محسوس عملكرد برشي دال‌ها مي‌شوند. اين عوامل شامل ضعف در طراحي و اجرا، افزايش بار جانبي نسبت به ظرفيت باربري طراحي ناشي از بارهاي باد و زلزله و ايجاد دريچه‌هاي عبور تأسيسات در دال بدون در نظر گرفتن اثر آن‌ها در طراحي اوليه مي‌باشند. بنا بر اين با توجه به موارد مذكور، محققين در تلاش هستند كه روش‌هاي جديدي در جهت تقويت برشي اتصالات دال-ستون گسترش دهند. بدين ترتيب هدف از اين تحقيق، تقويت برشي اتصالات دال-ستون با عناصر قائم تحت بارهاي قائم و جانبي چرخه‌اي است. عناصر مذكور داراي خصوصيات فيزيكي منحصر به فردي هستند كه هر يك از آن‌ها با روش‌هاي خاصي مهار شدند.
در اين پژوهش، 16 عدد دال مربعي به بعد 1900 ميلي متر و ضخامت 150 ميلي متر ساخته شدند، كه همراه با ستون مربعي به بعد 250 ميلي متر و ارتفاع 1000 ميلي متر بودند. دو عدد از اتصالات دال-ستون به عنوان نمونه‌هاي شاهد در نظر گرفته شدند، كه يك عدد از آن‌ها داراي 4 بازشوي مربعي به بعد 105 ميلي متر در مجاورت ستون بود. ساير نمونه‌ها با عناصر قائم برشي تقويت شدند. اين عناصر از سه جنس فولاد با مقاومت بالا، كامپوزت GFRP و CFRP هستند؛ تقويت كننده‌ها شامل پيچ‌ها از جنس فولاد با مقاومت بالا، ميله‌هاي سنجاقي شكل از جنس فولاد با مقاومت بالا، كابل‌ها از جنس فولاد با مقاومت بالا، گل ميخ‌هاي برشي سَر دار از دو جنس فولاد با مقاومت بالا و كامپوزيت GFRP، ميله‌هاي GFRP، و رشته‌هاي باد بزني CFRP مي‌باشند. در جهت به تعويق انداختن و يا عدم جدا شدگي اين عناصر به منظور استفاده‌ي بيش‌تر از ظرفيت برشي نظيرشان، از روش‌هاي مهاري متفاوتي استفاده شده است. پيچ‌ها، گل ميخ‌ها و كابل‌ها به واسطه‌ي نيروي پيش تنيدگي و كاشت با چسب دو جزئي در دال مهار شدند. اما ميله‌هاي سنجاقي شكل به واسطه‌ي خم 90 درجه و كاشت با استفاده از چسب دو جزئي در دال مهار شدند. ميله‌هاي GFRP تنها با استفاده از چسب دو جزئي رزين اپوكسي در دال كاشته شدند. هم‌چنين، رشته‌هاي باد بزني CFRP پس از كاشت با چسب دو جزئي رزين اپوكسي در راستاي سوراخ‌ها پهن شدند.
كميت‌هاي ظرفيت باربري، شاخص شكل پذيري، ظرفيت استهلاك انرژي، كاهش سختي، نسبت باريك شدگي و شاخص آسيب از منحني‌هاي بار-تغيير مكان جانبي نمونه‌هاي آزمايشگاهي استخراج شدند. ظرفيت باربري، شاخص شكل پذيري و انرژي مستهلك شده‌ي تجمعي در نمونه‌ي شاهد با بازشو به مقدار 1/46، 7/18 و 2/50 درصد نسبت به نمونه‌ي شاهد بدون بازشو كاهش پيدا كردند. با مقايسه‌ي نتايج آزمايشگاهي، گل ميخ‌هاي برشي سَر دار از جنس كامپوزيت GFRP بهترين عملكرد را در بهبود رفتار برشي اتصالات دال-ستون داشتند. اين نوع تقويت موجب افزايش ظرفيت باربري، شاخص شكل پذيري و استهلاك انرژي در نمونه‌ي شاهد بدون بازشو به ترتيب به مقدار 4/62، 7/91 و 9/151 درصد شد. نمونه‌هايي كه با ميله‌هايGFRP تقويت شدند، كم‌ترين سختي را نسبت به ساير نمونه‌هاي تقويت شده داشتند؛ سختي اين نمونه‌ها در تغيير مكان جانبي نسبي 5/3 درصد در صورت نبود بازشو و وجود بازشو، نسبت به نمونه‌هاي تقويت شده با گل ميخ‌هاي برشي سَر دار كامپوزيتي GFRP به ترتيب 0/47 و 0/88 درصد كم‌تر بود. حد نسبت باريك شدگي در نمونه‌هاي تقويت شده با گل ميخ‌هاي برشي سَر دار به سمت عدد يك نزديك شد، كه نشان از چاق بودن منحني‌هاي چرخه‌اي بار-تغيير مكان نسبي جانبي اين نمونه‌ها دارد. بنا بر اين مي‌توان با انتخاب اين عناصر تقويت كننده در جهت بهبود شكل پذيري اتصالات دال-ستون حركت نمود. استفاده از عناصر قائم تقويت كننده‌ي برشي نيز موجب ارتقاي ميزان آسيب اتصالات دال-ستون از آسيب زياد به آسيب متوسط در نمونه‌هاي بدون بازشو، و از فرو ريزش به آسيب متوسط در نمونه‌هاي با بازشو شد.
چكيده انگليسي :
In recent decades, the functionality of the reinforced concrete (RC) flat slabs has remarkably grown concerning their unique characteristics. Despite the numerous practical and economic merits of the slabs, the punching shear failure is a highly controversial issue. The exhibition of higher stress at the slab-column connections causes failure, and the punching shear is most likely the governing failure mode for these structures. In addition, the existence of opening positioned close to the column intensifies the vulnerability to punching shear failure of slabs. Accordingly, many studies have been targeted at developing new techniques for the strengthening of the slabs against the brittle punching. Nonetheless, there are little-known research findings on the effects of the external shear reinforcement, most notably high strength steel (HSS), glass and carbon fiber-reinforced polymer (GFRP and CFRP) composites, on the punching shear behavior of the RC flat slabs. Therefore, the aim of this study is investigating the shear behavior of interior slab-column connections strengthened by the vertical shear elements subjected to the gravity and hysteretic cyclic loadings. Shear strengthening elements were HSS single stirrups, HSS screws, HSS cables, GFRP bars, CFRP fans, HSS and GFRP shear double headed studs. For this purpose, sixteen connections were constructed and tested in such a way that two of them were control specimens; one slab was without opening while the other one has four square openings with the dimension of 105 mm. Other specimens were retrofitted with the aforementioned shear reinforcing elements. All slabs have a length of 1900 mm on both sides (square slabs) and a thickness of 150 mm, whereas the longitudinal reinforcement ratio was 0.8%. Experimental results proved that the shear double headed studs significantly enhance the punching shear characteristics of the connections. The unbalanced moment capacity, ductility and cumulative dissipated energy of the connections strengthened by the GFRP shear double headed studs increased 62.4%, 91.7% and 170.2% in comparison to the control specimen.
