اعتبار،چابکی،پاسخگویی

مقاوم سازی اجزای مرزی دیوارهای برشی لاغر بتنی با استفاده از مصالح کامپوزیت FRP

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 1-دانشگاه آزاد اسلامی استان اصفهان 2-موسسه آموزش عالی عقیق شاهین شهر 3-شرکت مهندسان مشاور شهر آب سازه ایرسا

2 دانشجوی کارشناسی ارشد گروه عمران،موسسه آموزش عالی عقیق،اصفهان، ایران

چکیده
این تحقیق به بررسی اثر تقویت دیوارهای برشی لاغر با استفاده از مصالح کامپوزیت FRP تحت بارگذاری یکنواخت پرداخته است. در این مطالعه، حدود 25 مدل عددی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس رفتار غیرخطی دیوارهای لاغر، شامل ترک‌خوردگی، تسلیم میلگردها، و گسیختگی نهایی، با در نظر گرفتن تأثیر محصورشدگی توسط FRP بررسی شده اند. نتایج نشان می‌دهند که تقویت دیوارهای ضعیف با یک لایه FRP موجب افزایش ظرفیت باربری تا 25 درصد و بهبود شکل‌پذیری تا 40 درصد می‌شود. در دیوارهایی که فولادهای عرضی اجزای مرزی کاهش یافته بودند، شکل‌پذیری دیوار تا 30 درصد کمتر از نمونه‌های دارای طرح لرزه‌ای مناسب بود، که نشان‌دهنده اهمیت این فولادها در رفتار لرزه‌ای دیوارهای برشی است. همچنین، استفاده از FRP در دیوارهای با طرح لرزه‌ای مناسب تأثیر قابل‌توجهی در ظرفیت باربری نداشت، اما شکل‌پذیری را تا 15 درصد بهبود بخشید. در مقایسه نوع تقویت، اعمال FRP به صورت دور تا دور دیوار، بهبود ظرفیت باربری تا 20 درصد را نشان داد، اما در دیوارهایی با طرح لرزه‌ای مناسب، تأثیر آن نسبت به تقویت فقط اجزای مرزی کمتر بود. علاوه بر این، استفاده از FRP تأثیر معناداری بر افزایش بار تسلیم میلگردها نداشت، اما موجب بهبود رفتار پس از تسلیم و افزایش جذب انرژی دیوارها شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Strengthening the Boundary Elements of Slender Concrete Shear Walls Using FRP Composite Materials

نویسندگان English

Mehran Iran pour mobarakeh 1
zahra dalili 2
1 1-Islamic Azad University of Isfahan province 2-Aghigh Non-Profit Higher Education Institute Shahrab sazahIrsaConsulting Engineers Company-3
2 Master's student in Civil Engineering, Aghigh Higher Education Institute, Isfahan, Iran.
چکیده English

This study investigates the effect of strengthening slender shear walls using FRP composite materials under monotonic loading. Approximately 25 numerical models were developed in ABAQUS to evaluate the nonlinear behavior of slender walls, including cracking, reinforcement yielding, and ultimate failure, while accounting for the confinement effects of FRP. The results indicate that strengthening weak walls with a single FRP layer increased load-bearing capacity by up to 25% and improved ductility by up to 40%. In walls with reduced transverse reinforcement in boundary elements, ductility was up to 30% lower compared to walls with proper seismic detailing, highlighting the critical role of these reinforcements in seismic performance. Additionally, the application of FRP to walls with proper seismic detailing showed minimal impact on load-bearing capacity but improved ductility by approximately 15%. In terms of strengthening configuration, wrapping FRP around the entire wall increased load-bearing capacity by up to 20%, though it was less effective than strengthening only the boundary elements, particularly in walls with proper seismic designs. Furthermore, FRP had little impact on increasing the yield strength of reinforcement but significantly enhanced post-yield behavior and energy absorption capacity of the walls.

کلیدواژه‌ها English

  • Shear walls
  • reinforced concrete
  • FRP
  • confinement
  • ductility
1. Kheyroddin, A., & Naderpour, H. (2016). Nonlinear finite element analysis of R/C
shear walls retrofitted using externally bonded steel plates and FRP sheets. 1st
International Structural Specialty Conference, 23–26, May.
2. Lombard, J.C. (1997). Seismic strengthening and repair of reinforced concrete shear
walls using externally bonded carbon fiber tow sheets (Ph.D. thesis). Carleton
University.
3. Hiotakis, S., Lau, D.T., & Londono, N. (2014). Research on seismic retrofit and
rehabilitation of reinforced concrete shear walls using FRP materials. Carleton
University, Ottawa, Canada.
4. Salonikios, T.N., Kappos, A.J., Tegos, L.A., & Penelis, G.G. (2020). Cyclic load
behavior of low-slenderness reinforced concrete walls: Failure modes, strength and
deformation analysis, and design implications. ACI Structural Journal, 97(1), Jan.–
Feb.
5. Aejaz, A. (1990). Reinforced concrete structural walls with staggered door opening
configurations under reversed cyclic loading (Ph.D. thesis). University of Michigan.
6. Oesterle, R.G., & Fiorato, A.E. (1980). Free vibration tests of structural concrete walls.
Report to the National Science Foundation, Portland Cement Association.
7. Oesterle, R.G., Fiorato, A.E., Aristizábal-Ochoa, J.D., & Corley, W.G. (1980).
Hysteretic response of reinforced concrete structural walls. In Reinforced Concrete
Structures Subjected to Wind and Earthquake Forces (Special Publication No. 63, pp.
243–274). American Concrete Institute.
8. Oesterle, R.G., Fiorato, A.E., & Corley, W.G. (1980). Reinforcement details for
earthquake-resistant structural walls. Concrete International, American Concrete
Institute, 2(12), 55–66.
9. Aejaz, A., & Wirth, J.K. (1991). R/C structural walls with staggered door openings.
Journal of Structural Engineering, ASCE, 117(5), 1514–1531.
10. Tasnimi, A.A. (2020). Strength and deformation of mid-rise shear walls under load
reversal. Engineering Structures, 22, 311–322.
11. Su, R.K.L., & Wong, S.M. (2017). Seismic behavior of slender reinforced concrete
shear wall under high axial load ratio. Engineering Structures, 29, 1957–1965.
12. Thomsen, J.H., & Wallace, J.W. (1995). Displacement-based design of R/C structural
walls: An experimental investigation of walls with rectangular and T-shaped crosssections.
Report to the National Science Foundation, Clarkson University.
13. Perry, A., Ahmed, M.M., & Bryson, M. (2017). Test of high-rise core wall: Effective
stiffness for seismic analysis. ACI Structural Journal, 104(5), 549–559.
Civil and Project Journal, 2025, 6(12), 65-82
https://doi.org/10.22034/cpj.2025.494754.1331
82
نوآوری در علوم و » مقاوم سازی دیوار برشی فولادی با استفاده از الیاف مسلح پلیمری « . 14 . جلالی نژاد، مهدی
. 23 مهرماه 95 ،412- تکنولوژی. 423
بررسی تاثیر مشخصات المان مرزی در رفتار دیوارهای برشی « . 15 . حمدی دارانی، فرهاد. سروقدمقدم، عبدالرضا
. 127 ، بهار 1393 - 1،ص 119 / 30 ، شماره 1 - مهندسی عمران شریف. دوره ی 2 » بتنی کوتاه
نشریه مهندسی » بررسی شکل پذیری مجموعه دیوار باربر بتنی با جزءمرزی «. 16 . رهایی،علیرضا. راشدی، سیدهادی
.1396 ،21-13 ، عمران امیر کبیر. دوره 49 ،شماره 1
برمیزان جذب انرژی دیوار برشی FRP بررسی تاثیر «. 17 . قاسم زاده، مجتبی. قلعه نوی، منصور. بحر پیما، عبدالحمید
1394 ،45-34 ، نشریه ی علمی – پژوهشی مهندسی سازه و ساخت. سال دوم، شماره 1 » فولادی به همراه بازشو
مطالعه ی آزمایشگاهی سیستم دیوار برشی فولادی با ورق های « . 18 . ناطقی الهی، فریبرز. خزایی پول، مسعود
نشریه ی مهندسی عمران فردوسی. سال بیست و هفتم، شماره » پرکننده کامپوزیتی تحت بارگذاری چرخه ای
.1394 ،156- ی یک، 169
» طراحی براساس عملکرد پلاستیک دیواربرشی فولادی در قاب بتن آرمه «. 19 . ولی زاده، حامد. قلهکی، مجید
.1400 ،237-214 ، نشریه ی علمی- پژوهشی مهندسی سازه و ساخت. دوره 8، شماره ی 4
» به روش اجزای محدود FRP پیش بینی رفتار بتن محصور در کامپوزیت «. 20 . مستوفی نژاد، داود. سعادتمند،حسن
.1386 ،55-64 ، نشریه ی بین المللی علوم مهندسی دانشگاه علم و صنعت ایران. شماره 2، جلد 18
21. Zhang, X., Liu, S., & Li, Y. (2023). "Performance of Concrete Shear Walls
Strengthened with Carbon FRP under Lateral Loading." Journal of Structural
Engineering, 149(5), 04023034.
22. Wang, Y., Chen, J., & Zhang, Z. (2022). "Seismic Performance of High-Rise
Concrete Shear Walls Strengthened with FRP." Journal of Composites for
Construction, 26(2), 04022043.
23. Liu, W., Zhang, P., & Li, X. (2023). "Optimization of FRP Reinforced Concrete
Shear Wall Design Using Artificial Intelligence." Computational Materials
Science, 207, 111214.
24. Ahmed, M.M. (2020). Linear and nonlinear flexural stiffness models for concrete walls
in high-rise buildings (Ph.D. thesis). University of British Columbia.
25. Abaqus Inc. (2017). Abaqus/Theory User Manual, Version 6.7.
26 . مستوفینژاد، داود. ) 13۹0 (. سازههای بتنآرمه - جلد اول. چاپ 22 ، انتشارات ارکان دانش.
27. Paulay, T. (1980). Earthquake-resisting shear walls: New Zealand design trends. ACI
Structural Journal, 77(3), 144–152.
28. Horrigmoe, G., Sather, I., & Sand, B. (2017). Validation of nonlinear finite element
modeling of reinforced concrete structures attacked by corrosion. Report of
Sustainable Development Global Change and Ecosystems Integrated Project.
29. Hosseini, A., Khaloo, A.R., & Fadaee, S. (2015). Seismic performance of high-strength
concrete square columns confined with carbon fiber reinforced polymers (CFRPs).
Canadian Journal of Civil Engineering, 32(3).
  • تاریخ دریافت 28 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 17 دی 1403
  • تاریخ پذیرش 24 دی 1403
  • تاریخ اولین انتشار 24 دی 1403
  • تاریخ انتشار 01 اسفند 1403