بررسی عملکرد سیستم میله- مهار- الیاف در حذف مود شکست جداشدگی پوشش بتن در تقویت خمشی تیرهای بتن‌آرمه با FRP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه قم، قم، ایران.

چکیده

تقویت خمشی سازه‌های بتن‌آرمه با استفاده از پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف به‌عنوان یکی از روش‌های مؤثر در بهسازی و ارتقای عملکرد سازه‌ها شناخته می‌شود. با این حال، وقوع شکست‌های زودرس نظیر جداشدگی ورقه‌ FRP از سطح بتن و جداشدگی پوشش بتن از وجه کششی عضو تقویت‌شده، مانع بهره‌برداری کامل از ظرفیت FRP است. در این پژوهش، یک برنامه آزمایشگاهی در دو مرحله طراحی و اجرا گردید. در این برنامه، ۱۲ نمونه تیر بتن‌آرمه در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شد و تحت بارگذاری خمشی چهار نقطه‌ای مورد آزمایش قرار گرفتند. در مرحله‌ اول، هشت تیر در قالب چهار گروه اصلی شامل تیرهای شاهد، تیرهای تقویت‌شده با روش شیارزنی با نصب ورقه بر روی شیار، تیرهای تقویت‌شده به روش نصب در نزدیک سطح و بدون مهار (NU115) و تیرهای NSM مجهز به روش میله- مهار- الیاف (NA115) دسته‌بندی شدند. در مرحله‌ دوم، به منظور ارزیابی اثر طول نمونه بر روی عملکرد سیستم میله- مهار- الیاف، چهار نمونه تیر تقویت‌شده با تکنیک میله- مهار- الیاف با طول‌های 150 و 200 سانتی‌متر (NA150، NA200) ساخته شدند. نتایج نشان داد روش BAF موجب حذف کامل CCD شده و ظرفیت باربری نهایی و شکل‌پذیری تیرها را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. به‌طور خاص، ظرفیت باربری گروه NA115 نسبت به تیر شاهد تا ۷۱% افزایش یافت. همچنین، افزایش طول نمونه موجب ارتقای عملکرد سیستم میله- مهار- الیاف در زمینه‌ بهبود ظرفیت خمشی و تغییرشکل نهایی شد، به‌گونه‌ای که تیرهای NA200 بالاترین عملکرد را ثبت کردند. بر این اساس، می‌توان نتیجه گرفت که سیستم مهاری انتهایی در میله‌های HMFRP و نیز طول این میله‌ها در سیستم میله- مهار- الیاف، نقش تعیین‌کننده‌ای در بهره‌برداری کامل از ظرفیت CFRP داشته و روش BAF یک راهکار عملی و مؤثر برای افزایش ظرفیت باربری سازه‌های بتن‌آرمه تقویت‌شده با FRP به‌شمار می‌رود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Bar–Anchor–Fiber System for Preventing Concrete Cover Delamination in Flexural Strengthening of RC Beams with FRP

نویسندگان [English]

  • Hossein Mazaheri
  • Seyed Ahmad Mobinipour
  • Seyed Mohammad Banijamali
Department of Civil Engineering, Faculty of Engineering, University of Qom, Qom, Iran.
چکیده [English]

Flexural strengthening of reinforced concrete structures using fiber-reinforced polymers is an effective technique for rehabilitation and performance enhancement. However, premature failure modes, including debonding of the FRP laminate from concrete and concrete cover delamination at the tensile face, limit utilization of FRP capacity. A two-phase experimental program was conducted. Twelve RC beams were fabricated and tested under four-point bending. In the first phase, eight beams comprised four groups: reference beams, beams strengthened using externally bonded reinforcement on grooves, near-surface mounted beams without anchorage (NU115), and NSM beams strengthened using the Bar-Anchor-Fiber technique (NA115). In the second phase, four NSM beams strengthened with BAF were fabricated with anchorage lengths of 150 and 200 cm (NA150 and NA200) to evaluate anchorage length effects. Results demonstrated that BAF completely eliminated CCD and significantly enhanced ultimate load capacity and ductility. NA115 load capacity increased by up to 71% compared with reference beams. Increasing anchorage length improved flexural capacity and ultimate deformation, with NA200 exhibiting the highest performance. Accordingly, the end-anchorage system of HMFRP bars and bar length in the Bar-Anchor-Fiber configuration play decisive roles in fully mobilizing CFRP capacity, while BAF provides an effective solution for enhancing the load-carrying capacity of FRP-strengthened RC structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete Cover Delamination
  • Externally Bonded Reinforcement on Grooves
  • Near-surface mounted
  • Bar–Anchorage–Fiber system
[1] Banijamali SM. Flexural strengthening of reinforced concrete beams using handmade HMFRP bars. Master's thesis. Mashhad (Iran): Ferdowsi University of Mashhad; 2015. [In Persian]  
[2] Jalali M, Sharbatdar MK, Fei-Chen J, Jandaghi Alaee F. Shear strengthening of RC beams using innovative manually made NSM FRP bars. Construction and Building Materials. 2011; 36: 990-1000. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2012.06.068
[3] BaniJamali  M; Isfahani M, NosratElahi S. Flexural strengthening of reinforced concrete beams using MMFRP bars and near-surface mounting (NSM) method. 9th National Civil Engineering Congress, Noshirvani University of Babol, Babol. 2015. [In Persian]
[4] Salahat FH, Rasheed HA, Ashqar HI. Explaining concrete cover delamination failure mechanisms in CFRP strengthened RC beams to propose mechanics-based design approach. Structures. 2024; 63: 106295. doi: 10.1016/j.istruc.2024.106295
[5] Al-Ghrery K, Kalfat R, Al-Mahaidi R, Oukaili N, Al-Mosawe A. Prediction of concrete cover separation in reinforced concrete beams strengthened with FRP. Journal of Composites for Construction. 2021 Aug 1; 25(4): 04021022. doi: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0001130
[6] Gong S, Deng X, Song Z, Yuan B, Dai L, Peng H. Analytical model for concrete cover separation in prestressed near-surface mounted CFRP-strengthened RC beams. Buildings. 2025; 15(4): 600. doi: 10.3390/buildings15040600
[7] Zheng S, Hu T, Yu Y. Interpretable machine-learning-based prediction model for concrete cover separation of FRP-strengthened RC beams. Materials. 2024; 17(9): 1957. doi: 10.3390/ma17091957
[8] Sabzi J, Esfahani MR. Effects of tensile steel bars arrangement on concrete cover separation of RC beams strengthened by CFRP sheets. Construction and Building Materials. 2018; 162: 470-479. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.053
[9] Fu B, Teng JG, Chen JF, Chen GM, Guo YC. Concrete cover separation in FRP-plated RC beams: Mitigation using FRP U-jackets. Journal of Composites for Construction. 2016; 21(3): 04016077. doi: 10.1061/(ASCE)CC.1943-5614.0000721
[10] American Concrete Institute (ACI). Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete. ACI 211.1-91 (Reapproved 2009). Farmington Hills (MI): ACI; 2009. 
[11] ASTM International. Standard test method for flexural toughness and first-crack strength of fiber-reinforced concrete (using beam with third-point loading). ASTM C1018-97. 1997.
CAPTCHA Image