توصيفگر ها :
ستون‌هاي بتن‌آرمه , شبيه سازي بارگذاري زلزله , بارگذاري چرخه‌اي دو طرفه , بارگذاري چرخه‌اي يك طرفه , مطالعات آزمايشگاهي , رفتار محوري و خمشي , اندركنش بار محوري و لنگر خمشي
چكيده فارسي :
اهميت ستون‌هاي بتن‌آرمه در سازه‌هاي بتني، همواره محققان را به بررسي اين اعضاي مهم تحت پديده‌هاي مخرب طبيعي هم‌چون زلزله واداشته است. به علت اهميت انكار ناپذير ستون‌ها در حفظ پايداري سازه، لازم است كه در طول عمر مفيد ساختمان سالم بمانند و تحت بارهاي وارد شده در هنگام زلزله، آخرين اعضايي باشند كه دچار خرابي مي‌شوند. در راستاي بررسي دقيق‌تر رفتار ستون‌هاي بتن‌آرمه، در دانشگاه صنعتي اصفهان دستگاهي با ويژگي منحصر به فرد طراحي و ساخته شد كه شرايط بارگذاري در ستون‌ها را به زلزله نزديك‌تر مي‌كند و ديد وسيع‌تر و واقع بينانه‌تري نسبت به رفتار ستون‌هاي بتن‌آرمه به محقق مي‌دهد. اين دستگاه مي‌تواند بر يك نمونه ستون بتني با مقياس كوچك، بار چرخه‌اي با خروج از مركزيت دو طرفه اعمال كند؛ به گونه‌اي كه تنها بار محوري و لنگر خمشي بر نمونه وارد شود. اين ويژگي، بر خلاف ساير روش‌هاي متداولي است كه بارگذاري به صورت يك طرفه و يكنوا بر ستون اعمال مي‌شد.
اين تحقيق شامل مجموعه‌اي از مطالعات آزمايشگاهي بر روي رفتار محوري و خمشي نمونه ستون‌هاي بتن‌آرمه تحت اثر بارگذاري چرخه‌اي يك طرفه و دو طرفه است. براي اين منظور، 14 ستون بتن‌آرمه‌ي مربعي با بعد مقطع 125 ميلي متر و ارتفاع 900 ميلي متر ساخته شد. نمونه‌ها در 4 گروه بر اساس ميزان خروج از مركزيت اعمالي 30، 60، 90 و 120 ميلي متر دسته بندي شدند. در هر گروه، سه نمونه قرار داشت كه يكي تحت بارگذاري يكنوا و دوتاي ديگر تحت بارگذاري‌هاي چرخه‌اي با خروج از مركزيت‌هاي يك طرفه و دو طرفه قرار گرفتند. نتايج به دست آمده از آزمايش‌ها تحليل شدند و تاثير سه نوع بارگذاري ذكر شده بر عملكرد ستون‌ها از منظر روند ايجاد گسيختگي و مود شكست، حداكثر ظرفيت باربري و شكل پذيري بررسي شد. هم‌چنين، نمونه‌هاي تحت بارگذاري چرخه‌اي، از نقطه نظر كاهش سختي و استهلاك انرژي مورد ارزيابي قرار گرفتند و با يك‌ديگر مقايسه شدند. در انتها نيز نتايج به دست آمده از آزمايش‌ها، با مقادير حاصل شده از روابط تئوري موجود در آيين نامه‌ي ACI 318 مقايسه گرديد.
نتايج حاصل شده از تحليل داده‌ها نشان داد كه بارگذاري چرخه‌اي دو طرفه به علت ايجاد خرابي‌هاي بيش‌تر، باعث كاهش حداكثر ظرفيت باربري و شكل پذيري نمونه‌ها مي‌شود؛ اين در حالي است كه بارگذاري چرخه‌اي يك طرفه نسبت به بارگذاري يكنوا، تاثير زيادي در كاهش ميزان حداكثر ظرفيت باربري و شكل پذيري نمونه‌ها ندارد. تاثير بارگذاري چرخه‌اي دو طرفه بر يك نمونه ستون بتن‌آرمه به گونه‌اي است كه در خروج از مركزيت 120 ميلي متر، حداكثر ظرفيت باربري و شكل پذيري به ترتيب به ميزان 1/10 و 7/8 درصد نسبت به نمونه‌ي مشابه تحت بارگذاري يكنوا كاهش مييابد. اين ميزان كاهش ظرفيت باربري براي خروج از مركزيت‌هاي 30، 60 و 90 ميلي متر به ترتيب برابر با 6/4، 4/5 و 4/9 درصد است. بنا بر اين، با افزايش ميزان خروج ازمركزيت بار، اختلاف بين حداكثر ظرفيت باربري نمونه‌هاي مشابه تحت بارگذاري‌هاي چرخه‌اي دو طرفه و يكنوا افزايش مييابد. هم‌چنين با مقايسه‌ي منحني اندركنش بار محوري و لنگر خمشي به دست آمده از آزمايش‌ها با نتايج تئوري، نتيجه گيري شد كه روابط موجود در آيين نامه‌يACI 318 ايمن و در جهت اطمينان است.
چكيده انگليسي :
The crucial role of reinforced concrete (RC) columns in the structural integrity of concrete edifices has consistently driven research into their performance under seismic activities. Given the pivotal function of these columns in preserving structural stability, it is imperative that they exhibit last-to-fail characteristics under the earthquake loads. To delve deeper into the behavior of RC columns, a novel experimental apparatus was developed at the Isfahan University of Technology. This unique device simulates earthquake loading conditions, providing researchers with a more comprehensive and understanding of RC columns behavior. The apparatus is capable of applying Reversed Cyclic Axial Eccentric Loading to small-scale RC column specimens, thereby subjecting the specimen to axial load and bending moment exclusively. This distinctive feature sets it apart from conventional loading methods such as Non-Reversed and Monotonic loading.
This research encompasses a comprehensive series of laboratory investigations focused on the axial and flexural behavior of reinforced concrete columns subjected to three distinct types of loadings. For this endeavor, 14 square-shaped reinforced concrete columns, each with a cross-sectional dimension of 125 mm and a height of 900 mm, were tested. The specimens were categorized into four groups based on varying eccentricities of 30, 60, 90, and 120 mm. Each group contained three specimens, one subjected to Monotonic loading, and the remaining two to Reversed and Non-reversed cyclic axial eccentric loadings. The data derived from the tests were meticulously analyzed, and the influence of the aforementioned loading types on the column performance was scrutinized in terms of failure mode, maximum load-bearing capacity, and ductility. Furthermore, specimens under cyclic loadings were assessed in terms of Stiffness degradation and Energy Dissipation. Finally, the empirical results obtained from the tests were compared with the theoretical values derived from the ACI 318 regulations.
The results revealed that Reversed Cyclic loading decreases the maximum load-bearing capacity and ductility of the specimens, primarily due to the induction of more damages. On the other hand, Non-reversed cyclic loading does not markedly influence the reduction of the bearing capacity and ductility of specimens in comparison to Monotonic loading. The impact of Reversed Cyclic loading on a RC column is such that it induces a decrease in the bearing capacity and ductility by 10.1% and 8.7% respectively, at an eccentricity of 120 mm, when juxtaposed with similar specimen subjected to Monotonic loading. The extent of load capacity diminution for the other eccentricities of 30, 60, and 90 mm is observed to be 4.6%, 5.4%, and 9.4% respectively. Therefore, with an increase in load eccentricity, the disparity between the maximum load capacity of similar specimens under Reversed Cyclic Loading and Monotonic Loading escalates. Furthermore, a comparison of the P-M interaction curve obtained from the experiments with the theoretical results led to the conclusion that the relationships outlined in the ACI 318 code are comservative and reliable.
