KFUPM ePrints

STUDY OF HIGH STRENGTH REINFORCED CONCRETE EXTERIOR BEAM-COLUMN JOINTS UNDER CYCLIC LOADING

l STUDY OF HIGH STRENGTH REINFORCED CONCRETE EXTERIOR BEAM-COLUMN JOINTS UNDER CYCLIC LOADING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
8Mb

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: أنس محمد إبراهيم الخطيب عنوان الرسالة: دراسة الخرسانة عالية الاداء في نقاط التقاء الاعمدة والجسور تحت تاثير الاحمال الدورية. التخصص: الهندسة المدنية تاريخ الدرجة: 5/ 2015 إن الخرسانة هي واحدة من مواد البناء الأكثر شيوعاً حيث إن لها قوة ضغط عالية ولكن لسوء الحظ فهي ضعيفة تحت الشد. و بالتالي و لتقوية مقاومة هذه المادة لتقاوم قوى الشد، فإنه يجب تحضير مزيج من مواد أخرى. ان القضبان الفولاذية هي المادة الأكثر استخداما لتسليح الخرسانة العادية ولتمكينها من مقاومة ضغوطات الشد و التي تنجم بشكل اساس عن الاثقال الثابتة و الزلزالية و الانفجارية. تسبب قوى الشد صدوع في الخرسانة و الذي يؤدي إلى انهيار أو دمار البناء. فخلال الحدث الزلزالي، يحدث دمار في نقاط التقاء الاعمدة و الجسور (BCJ). من الممكن ان ينجم عن الدمار في هذه المنطقة انهيار البناء. من الممكن تعزيز الليونة في منطقة التقاء الاعمدة و الجسور عن طريق زيادة التعزيزات المستعرضة و التي تجعل منطقة الالتقاء ممتلئة بشكل عالٍ. تم استخدام الخرسانة المعززة بالياف الفولاذ (SFRC) و الخرسانة عالية الاداء (UHPC) حديثاً في تطبيقات مختلفة. ان التركيز الاساسي لهذا البحث المعنون " دراسة الخرسانة عالية الاداء في نقاط التقاء الاعمدة والجسور تحت تاثير الاحمال الدورية " هو دراسة سلوك ال BCJ تحت الاثقال الرتيبة و الدورية في ثلاثة تصورات مختلفة: (1) الخرسانة عادية التعزيز في منطقة التقاء الاعمدة و الجسور (2) الخرسانة المعززة بألياف الفولاذ في منطقة التقاء الاعمدة و الجسور(SFRC) (3) الخرسانة عالية الاداء في منطقة التقاء الاعمدة و الجسور (UHPC) . بالاضافة الى استخدام نوعين من حديد التسليح في تسليح عينات BCJ احدهما 12 ملم والاخر 18 ملم. اظهرت النتائج ان استخدام UHPC و SFRC في تقوية عينات BCJ المسلحة بقضبان حديد بقطر 18 لم حول طبيعة الانهيار من انهيار في منطقة التقاء الجسر مع العمود الى انهيار في الجسر. ان استخدام UHPC و SFRC طور قوة تحمل العينات لاكثر من 60%. بينما استعمال الباطون عالي الاداء في العينات المسلحة بقضبان 12 ملم لم يطور من قوة التحمل لان العينات انهارت بسبب انهيار الجسرز ان استعمال الكانات في الباطون العادي حسن قوة تحمل العينة حيث زادت بحوالي 23% ولكن تاثير الكانات في UHPCو SFRCلم يكن ملحوظا. ان الطاقة الكامنه زادت بعد تقوية العينات ب UHPCو .SFRC كما و تم القيام بالنمذجة الرقمية لنقاط الالتقاء بعد تقويتها و بدونها عن طريق استخدام برنامج تحليل العناصر المحدودة (ABAQUS) لعمل نموذج عناصر محدودة. ساعد هذا في تفسير السلوك المضبوط ل BCJ تحت تاثير الاحمال الستاتيكية. ان نتائج ABAQUS الرقمية كانت دقيقة ولوحظ ان CDP قادر على التنبؤ ليس فقط بالانهيار الناتج عن الجسر ولكن ايضا بالانهيار الناتج عن نقطة التقاء الجسر بالعمود.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : Anas Mohammad Ibrahim Alkhatib Thesis Title : [Study of High Strength Reinforced Concrete Exterior Beam-Column Joints Under Cyclic Loading] Major Field : [Civil Engineering] Date of Degree : [May, 2015] Beam-column joints are one of the most common elements of existing buildings that collapse under shear forces which are mainly caused by earthquakes. During a seismic event, damage may occur in beam-column joints (BCJ). Under an earthquake, a complex combination of shear and flexural stresses acts simultaneously within the joint. The beam-column joint (BCJ) in moment resisting frame structures which designed according to early codes have insufficient shear reinforcement and inadequate development length. The damage in this area may result in collapse of the structure. The ductility of the beam column joint is enhanced by adding transverse reinforcement which results in the joint becoming highly congested. Recently, steel fibre reinforced concrete (SFRC) and ultra-high performance concrete (UHPC) have been used in various applications. The main focus of this research, entitled “Study of High Strength Reinforced Concrete Exterior Beam-Column Joints Under Cyclic Loading” was to investigate the behavior of BCJs under monotonic and cyclic loadings for three different scenarios: (1) normal reinforced concrete beam-column joints (2) beam-column joints strengthened with steel fibre reinforced concrete (SFRC) (3) beam-column joints strengthened with ultra-high performance concrete (UHPC). In addition to variation in joint concrete, two different diameters of longitudinal steel, 12 mm and 18 mm and two stirrups or ties were used within the joint for some specimens. The results showed that, steel fibre enhanced the tensile strength of concrete and hence the shear capacity of the joint. The high strength concrete used in the BCJ specimens reinforced with 18 mm bars whether it is UHPC or SFRC converted the mode of failure from joint shear failure to beam flexural failure, which enhanced the ultimate load carrying capacity by more than 60%. While the high strength concrete did not improve the load carrying capacity of specimens reinforced with 12 mm bars, because all the specimens reinforced with 12 mm bars failed due to the beam flexural failure. The stirrups in the normal concrete joint region played a role in improving the shear carrying capacity and the hysteresis behavior of the joint, the load carrying capacity was improved by 23 %, while the effect of the stirrups in the high strength concrete joint region could not be observed. Regarding the cyclic results, the energy dissipated and the stiffness were enhanced after strengthening the BCJ specimens with either UHPC or SFRC. Numerical modeling of BCJs with and without strengthening was conducted by using the finite element analysis software (ABAQUS 6.13) to predict the behavior and failure modes of the BCJ specimens under monotonic load. ABAQUS numerical results with damage plasticity model were noted to yield reasonably accurate results of BCJ specimens under monotonic loading. The Concrete Damage Plasticity (CPD) Model was noted to predict not only beam flexural failure mode of the BCJ, but also the softening mode of failure resulting from shear failure of the joint.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Civil Engineering > Structural Engineering
Divisions:College Of Engineering Sciences > Civil Engineering Dept
Committee Advisor:Baluch, Mohammed
Committee Co-Advisor:Al-Osta, Mohammed
Committee Members:Rahman, Muhammad and Alfarabi, Sharif and Ibrahim, Ahmed
ID Code:139642
Deposited By:ANAS MOHAMMAD ALKHATIB (g201205960)
Deposited On:14 Jun 2015 08:50
Last Modified:13 Sep 2015 10:41

Repository Staff Only: item control page