CYCLIC RESPONSE OF BEAM COLUMN JOINTS STRENGTHENED WITH SUPERELASTIC SHAPE MEMORY ALLOYS (SMAs). PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF PhD_Thesis(g200903630-Muhammad_Ajmal).pdf Download (18MB) | Preview

Arabic Abstract

وضحت الزلازل المدمرة حديثا مثل زلزال هانشين (1995) في اليابان وزلزال كوكالي (ازميت) (1999) في تركيا وزلزال كشمير (2005) في باكستان وزلزال سيشوان (2008) في الصين وزلزال تشيلي (2010) في شيلي، وزلزال توهوكو وتسونامي (2011) في اليابان وزلزال غوركا (2015) في نيبال نقص في الهياكل الإنشائية و التي أسفرت عن خسائر كبيرة في الأرواح والاقتصاد. حيث ان اغلبية هذه الهياكل الإنشائية صممت بشكل سيئ وعدم وجود تفاصيل لمقاومة الزلازل. وقد لوحظ في العديد من المنشآت الخرسانية المسلحة، ان الانهيار الانشائي نظرا لعدم كفاية التفاصيل لمقاومة الزلازل في الأعمدة، والجدران الحاملة وعناصر التقاء الأعمدة مع الجسور والذي يسبب دمارا كبير. تم تصميم مباني الخرسانة المسلحة (RC) والتي شيدت في عام 1980 لمقاومة الاحمال الراسية وبدون وجود تفاصيل لمقاومة الزلازل. حيث تتواجد الكثير من هذه المباني على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم في المناطق المعرضة للزلازل. وتعتبر المكونات الرئيسية للهياكل الانشائية والتي تلعب دورا هاما في دمج النظام الانشائي والاستقرار الشامل هي عناصر التقاء الأعمدة مع الجسور (BCJs). احدى أعظم الدوافع لهذه الدراسة هو استخدام المواد الذكية في المنشآت الخرسانية المسلحة. في هذه الدراسة، تم دراسة عناصر التقاء الأعمدة مع الجسور والتي تفتقر لوجود تفاصيل لمقاومة الزلازل عمليا وعدديا باستخدام برنامج ABAQUS FEM. تم اختبار سبعة عينات والتي تضم 3 عينات سيطرة و 4 عينات معدلة باستخدام صفائح ذات تذكر الشكل تحت الاحمال الثابتة والدورية والعكس دورية. وأظهرت النتائج التجريبية أن أوراق SMAs عززت قدرة العينات المعدلة بالإضافة الى زيادة قدرة التحمل المتبقية. وقد تم ملاحظة ومقارنة الشقوق وعددها في نقاط اتصال العمود مع الجسر(المنطقة المشتركة) للعينات باستخدام صفائح SMAs مع عينات السيطرة حيث وجد ان عدد الشقوق أكثر في عينات السيطرة. كما خفضت صفائح SMAs عرض الشقوق في المنطقة المشتركة عند ازالة الاحمال والتي لم تلاحظ في حالة عينات السيطرة والتي تعتبر علامة جيدة لتأهيل المنشآت الخرسانية . وقد أجريت عمليات المحاكاة العددية أيضا لعينات السيطرة والعينات المعدلة. حيث تم الاستفادة من روتين VUMAT لنمذجة السلوك المادي لصفائح SMAs كما تم استخدام نموذج انهيار المرونة والدونة لنمذجة الخرسانة. وقد أظهرت نتائج منحنيات الحمل مقابل الازاحة والاجهادات لصفائح SMA ونمط الشقوق باستخدام المحاكاة العددية اتفاق جيد مع النتائج التي تم الحصول عليها من التجارب المعملية. وقد تم تطوير نموذج تحليلي لتحديد قوة القص للعينات المقواه باستخدام صفائح SMA وذلك باستخدام مفهوم قياس الجمالون حيث اعطت نتائج قريبة من النتائج التي تم الحصول عليها في الدراسة المعملية.

English Abstract

Recent destructive earthquake such as the Hanshin earthquake (1995) in Japan, the Kocaeli (Izmit) earthquake (1999) in Turkey, the Kashmir earthquake (2005) in Pakistan, the Sichuan earthquake (2008) in China, the Chile earthquake (2010) in Chile, the Tohoku earthquake and tsunami (2011) in Japan and the Gorkha earthquake (2015) in Nepal have shown deficiency in structures which resulted in major loss of human lives and economy. Most of these structures were poorly designed with no seismic detailing. It has been observed in many reinforced concrete structures, structural failure could be due to insufficient seismic detailing in columns, load bearing walls and beam-column joints which causes major destruction. Reinforced concrete (RC) buildings constructed in 1980’s were designed mostly for gravity loads without seismic detailing. Such structures are extensively available worldwide in seismic prone regions. The major components of the reinforced structures which plays an important role in integrating the system and overall stability are beam-column joints (BCJs). One of the greatest motivation for this study is to use smart material in the reinforced concrete structures. In this study, beam-column joints with lack of seismic detailing have been studied experimentally and numerically using ABAQUS FEM software. Seven specimens were tested which includes 3 control specimens and 4 retrofitted specimens using shape memory alloys (SMAs) sheets under monotonic, cyclic and reverse cyclic loading. The experimental results showed that SMAs sheets enhanced the ultimate load carrying capacity for retrofitted specimens as well as increased the residual load carrying capacity. Control cracking and reduced number of cracks were observed with the usage of SMAs sheets in the joint region as compared to the control specimens where number of cracks were more. SMAs sheets also reduced the crack widths in the joint region upon unloading which was not observed in the case of control specimens which is good sign for post rehabilitation of RC structures. Numerical simulations were also done for control and retrofitted specimens. User-defined subroutine VUMAT was utilized to model the material behavior of SMAs sheets and elasto-plastic damage model was utilized for concrete. The load-deflection curves, stresses in SMAs sheets and cracks pattern showed good agreement with experimental results. Mechanistic model for determining the shear strength of SMAs sheet retrofitted specimen was also developed using concept of truss analogy which predicted close results to the experimental study.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering Research > Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	H.Baluch, Mohammed
Committee Members:	H.Al-Gadhib, Ali and Saad Al-Gahtani, Ahmad and M.Sharif, Al-Farabi
Depositing User:	AJMAL MUHAMMAD (g200903630)
Date Deposited:	05 Dec 2016 12:39
Last Modified:	01 Nov 2019 16:35
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140092

Available Versions of this Item

• CYCLIC RESPONSE OF BEAM COLUMN JOINTS STRENGTHENED WITH SUPERELASTIC SHAPE MEMORY ALLOYS (SMAs). (deposited 05 Dec 2016 12:39) [Currently Displayed]