بررسی تحلیلی ظرفیت برشی پانچ دال‌های تخت بتن مسلح با بازشو تقویت‌شده با صفحات فولادی و گل‌میخ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد رشت، دانشگاه آزاد اسلامی، رشت، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران.

چکیده

استفاده از دال‌های تخت بتن مسلح که به‌طور مستقیم بر روی ستون قرار می‌گیرند، در سیستم‌های سازه‌ای بسیار رایج است. اتصال ستون- دال تخت، همواره در معرض ترکیب لنگر خمشی و تنش برشی قرار می‌گیرد که سوراخ شدگی (پانچ) و شکست برشی را به دنبال خواهد داشت. از آنجاکه در دال‌های تخت، بار کف مستقیماً از دال به ستون منتقل می‌شود، تنش‌های برشی قابل‌ملاحظه‌ای در دال به‌وجود می‌آید و پدیده برش پانچ در محل اتصال دال به ستون رخ می‌دهد که در صورت وجود بازشو در دال، احتمال وقوع پدیده پانچ بیشتر می‌شود. این پژوهش، مطالعه عددی اثر تقویت دال‌های تخت بتن مسلح دارای بازشو با صفحات فولادی خارجی و گل‌میخ بر روی ظرفیت برشی پانچ آن می‌باشد. به این منظور، چند نمونه دال تخت بتن مسلح دارای بازشو تقویت‌شده با صفحات فولادی خارجی با ابعاد و ضخامت مختلف و همچنین قطر، طول، تعداد و آرایش متفاوت گل‌میخ‌ها با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل و نتایج حاصل از نمونه‌های مختلف با یکدیگر مقایسه گردید. ملاحظه می‌شود که تقویت دال‌های مورد بررسی، باعث بهبود وضعیت سختی و افزایش ظرفیت برشی پانچ گردیده است. همچنین بررسی‌ها نشان می‌دهد که میزان این بهبود وضعیت وابسته به ابعاد و ضخامت ورق و قطر، طول، تعداد و آرایش گل‌میخ‌ها می‌باشد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که در صورت استفاده از مدل‌های رفتاری مناسب در فرآیند شبیه‌سازی، روش اجزای محدود می‌تواند ابزار مناسبی جهت تحلیل و طراحی ایمن و بهینه دال‌های بتن مسلح باشد.





استفاده از دال‌های تخت بتن مسلح که به‌طور مستقیم بر روی ستون قرار می‌گیرند، در سیستم‌های سازه‌ای بسیار رایج است. اتصال ستون- دال تخت، همواره در معرض ترکیب لنگر خمشی و تنش برشی قرار می‌گیرد که سوراخ شدگی (پانچ) و شکست برشی را به دنبال خواهد داشت. از آنجاکه در دال‌های تخت، بار کف مستقیماً از دال به ستون منتقل می‌شود، تنش‌های برشی قابل‌ملاحظه‌ای در دال به‌وجود می‌آید و پدیده برش پانچ در محل اتصال دال به ستون رخ می‌دهد که در صورت وجود بازشو در دال، احتمال وقوع پدیده پانچ بیشتر میشود. این پژوهش، مطالعه عددی اثر تقویت دال‌های تخت بتن مسلح دارای بازشو با صفحات فولادی خارجی و گلمیخ بر روی ظرفیت برشی پانچ آن می‌باشد. به این منظور، چند نمونه دال تخت بتن مسلح دارای بازشو تقویت‌شده با صفحات فولادی خارجی با ابعاد و ضخامت مختلف و همچنین قطر، طول، تعداد و آرایش متفاوت گلمیخها با استفاده از روش اجزای محدود تحلیل و نتایج حاصل از نمونه‌های مختلف با یکدیگر مقایسه گردید. ملاحظه می‌شود که تقویت دال‌های مورد بررسی، باعث بهبود وضعیت سختی و افزایش ظرفیت برشی پانچ گردیده است. همچنین بررسی‌ها نشان می‌دهد که میزان این بهبود وضعیت وابسته به ابعاد و ضخامت ورق و قطر، طول، تعداد و آرایش گلمیخها می‌باشد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که در صورت استفاده از مدل‌های رفتاری مناسب در فرآیند شبیه‌سازی، روش اجزای محدود می‌تواند ابزار مناسبی جهت تحلیل و طراحی ایمن و بهینه دال‌های بتن مسلح باشد.





 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analytical Study of Punching Shear Capacity in Reinforced Concrete Flat Slabs with Opening Strengthened with Steel Plates and Shear Stud

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Abdollahi 1
  • Amir Tavana Amlashi 1
  • Malek Mohammad Ranjbar 2
1 Young Researchers and Elite Club, Rasht Branch, Islamic Azad University , Rasht, Iran
2 Technical College, University of Guilan, Rasht, Iran.
چکیده [English]

Reinforced concrete flat slabs are widely employed in structural systems. The location of the slab-column connection is the most sensitive part of the flat slab due to the existence of a high flexural anchor and shear force. On the other hand, the utilization of flat slabs directly resting on columns, in the case of punching shear failure, reveals their vulnerability that the presence of openings will increase the probability of punching shear failure. This study is the numerical study of the effect of strengthening the reinforced concrete flat slabs with opening and external steel plates on the punching shear capacity. Initially, verification of the numerical model by the experimental sample conducted. Then some reinforced concrete flat slabs with reinforced opening and external steel plates with various dimensions and thickness as well as diameter, length, number and order of the different shear studs under the load, by using the finite element method analysis and the results of the various samples were compared with each other. The strengthening of the reviewing slabs improved the condition of stiffness and increased the punching shear capacity. The reviews also indicated that this situation improve dependent on the dimensions and the thickness of the plate and the diameter, length, number, and order of the shear studs. The results of this research suggested that if you use the right behavioral model in the simulation process, the finite element method can be a useful tool for analysis and secure and optimum design of reinforced concrete slab.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flat slab
  • Punching shear
  • Steel plates
  • Opening
  • Shear stud

[1] Kadam, K. N., & Ingole, S. (2019). “Punching Shear Distribution of Flat Slab with Opening Adjacent to Column”, In Smart Technologies for Energy, Environment and Sustainable Development, 447-454.

[2] Viswanathan, T. S., Mohan Ganesh, G., & Santhi, A. S. (2012). “Shear stress distribution of flat-plate using Finite Element Analysis”, International Journal of Civil and Structural Engineering, 2(3), 914-923.

[3] Hegger, J., Ricker, M., Ulke, B., & Ziegler, M. (2007). “Investigations on the punching behaviour of reinforced concrete footings”, Engineering Structures, 29(9), 2233-2241.

[4] Muttoni, A. (2008). “Punching shear strength of reinforced concrete slabs without transverse reinforcement”, ACI structural Journal, 105, 440-450.

[5] Park, H. G., Choi, K. K., & Chung, L. (2011). “Strain-based strength model for direct punching shear of interior slab–column connections”, Engineering Structures, 33(3), 1062-1073.

[6] Hegger, J., Sherif, A. G., Kueres, D., & Siburg, C. (2017). “Efficiency of various punching shear reinforcement systems for flat slabs”, ACI Structural Journal, 114(3), 631.

[7] Koppitz, R., Kenel, A., & Keller, T. (2013). “Punching shear of RC flat slabs–Review of analytical models for new and strengthening of existing slabs”, Engineering Structures, 52, 123-130.

[8] Hoang, L. C., & Pop, A. (2015). “Punching shear capacity of reinforced concrete slabs with headed shear studs”, Magazine of Concrete Research.

[9] Marí, A., Cladera, A., Oller, E., & Bairán, J. M. (2018). “A punching shear mechanical model for reinforced concrete flat slabs with and without shear reinforcement. Engineering Structures166, 413-426.

[10] Ebead, U., & Marzouk, H. (2002). “Strengthening of two-way slabs using steel plates”, Structural Journal, 99(1), 23-31.

[11] Sim, J., & Oh, H. (2005). “Structural improvement of strengthened deck panels with externally bonded plates”, Cement and concrete research, 35(7), 1420-1429.

[12] Silva, J. A., Marques, M. G., Trautwein, L. M., Gomes, R. B., & Guimarães, G. N. (2017). “Punching of reinforced concrete flat slabs with holes and shear reinforcement”, REM-International Engineering Journal70(4), 407-413.

[13] Abdulrahman, B. Q., Wu, Z., & Cunningham, L. S. (2017). “Experimental and numerical investigation into strengthening flat slabs at corner columns with externally bonded CFRP”, Construction and Building Materials139, 132-147.

[14] Santos, G. S., Melo, G. S., & Barros, J. A. (2019). “Punching CFRP-based strengthening solutions for reinforced concrete flat slabs”, Composite Structures, 111077.

[15] Navarro, M., Ivorra, S., & Varona, F. B. (2018). “Parametric computational analysis for punching shear in RC slabs”, Engineering Structures165, 254-263.

[16] Ricker, M., Häusler, F., & Randl, N. (2017). “Punching strength of flat plates reinforced with UHPC and double-headed studs”, Engineering Structures136, 345-354.

[17] Borges, L. L., Melo, G. S., Gomes, R. B., & Regan, P. E. (2013). “Punching shear of reinforced concrete flat plates with openings”, ACI Structural Journal, 110(4), 547-556.

[18] Teixeira, M. D., Barros, J. A., Cunha, V. M., Moraes-Neto, B. N., & Ventura-Gouveia, A. (2015). “Numerical simulation of the punching shear behaviour of self-compacting fibre reinforced flat slabs”, Construction and Building Materials, 74, 25-36.

[19] Safiee, N. A., & Ashour, A. (2017). “Prediction of punching shear capacity of RC flat slabs using artificial neural network”, Asian Journal of Civil Engineering (BHRC), 18(2), 285-309.

[20] Marí, A., Cladera, A., Oller, E., & Bairán, J. M. (2018). “A punching shear mechanical model for reinforced concrete flat slabs with and without shear reinforcement”, Engineering Structures, 166, 413-426.

[21] Anil, Ö., Kina, T., & Salmani, V. (2014). “Effect of opening size and location on punching shear behaviour of two-way RC slabs”, Magazine of Concrete Research, 66(18), 955-966.

[22] Oliveira, D. C., Gomes, R. B., & Melo, G. S. (2014). “Punching shear in reinforced concrete flat slabs with hole adjacent to the column and moment transfer”, Revista IBRACON de Estruturas e Materiais, 7(3), 414-467.

[23] Ha, T., Lee, M. H., Park, J., & Kim, D. J. (2015). “Effects of openings on the punching shear strength of RC flat‐plate slabs without shear reinforcement”, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 24(15), 895-911.

[24] Oukaili, N. K., & Salman, T. S. (2014). “Punching shear strength of reinforced concrete flat plates with openings”, Journal of Engineering, 20(1), 1-20.

[25] Voyiadjis, G. Z., & Taqieddin, Z. N. (2009). “Elastic plastic and damage model for concrete materials: Part I-theoretical formulation”, The International Journal of Structural Changes in Solids, 1(1), 31-59.

[26] Khoshnood, H. R. (2012). Abaqus for reinforced concrete structures. Faculty of Civil Engineering.

[27] Elbakry, H. M., & Allam, S. M. (2015). “Punching strengthening of two-way slabs using external steel plates”, Alexandria Engineering Journal, 54(4), 1207-1218.

[28] Tahouni, Sh. (2005). Design of reinforced concrete buildings. University of Tehran

[29] Eom, T. S., & Park, H. G. (2010). “Evaluation of energy dissipation of slender reinforced concrete members and its applications”, Engineering Structures, 32(9), 2884-2893.

[30] Myers, R. H., Montgomery, D. C., & Anderson-Cook, C. M. (2016). Response surface methodology: process and product optimization using designed experiments. John Wiley & Sons.

CAPTCHA Image