بخشی از مقاله
ارزیابی رفتار برشی تیرهای عمیق بتن سبک مسلح تقویت شده با الیاف CFRP و GFRP
چکیده
استفاده از تیرهای عمیق در بعضی سازه های خاص اجتناب ناپذیر بوده و به منظورکاهش هزینه ها در ساخت آنها از بتن سبک جهت تقلیل بارهای مرده و به تبع آن بار زلزله استفاده می گردد. به دلیل پیچیدگی رفتار این تیرها، آیین نامه های موجود در تعریف آنها وحدت نظر ندارند. از طرف دیگر برای بعضی سازههای قدیمیتر به دلیل تغییر کاربری آنها ممکن است بعضی از المانهای این سازه ها مانند تیرهای عمیق نیاز به تقویت داشته باشند. بررسی رفتار آزمایشگاهی تیرهای عمیق ساخته شده از بتن سبک تقویت شده هدف این تحقیق می باشد. بدین منظور تعداد یک نمونه شاهد بدون تقویت، دو نمونه تقویت شده با لامینیت CFRP ، دو نمونه تقویت شده با ورق CFRP و دو نمونه تقویت شده با ورق GFRP هر کدام به طول 8511 میلیمتر، عرض 821 میلیمتر و ارتفاع 511 میلیمتر تا گسیختگی تحت بارگذاری استاتیکی قرار گرفته و رفتار آنها شامل نمودار بار- خیز، محل شروع ترک و نحوه گسترش آنها، میزان افزایش ظرفیت برشی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج آزمایشات نشان می دهد که الیاف FRP ظرفیت باربری تیرها را تا %58 افزایش می دهد.
کلمات کلیدی: تیر عمیق، رفتار برشی، بتن سبک مسلح، مقاوم سازی، .FRP
.1 مقدمه
امروزه بسیاری از سازه های زیر بنایی مانند ساختمانهای بلند، سازه های دریایی، سیلوها ومخازن که تیر عمیق در آنها کاربرد وسیعی دارد نیاز به ترمیم و تقویت دارند. عواملی مانند اجرای نادرست سازه، تغییر کاربری سازه، تغییر ضوابط آیین نامه ای و خسارات ناشی از زلزله منجر به تقویت و مقاوم سازی اعضای سازه ای می گردد2] و .[8
برای مقاوم سازی و تقویت عضوهای بتن مسلح روشهای متفاوتی مرسوم می باشد که مهمترین این روشها عبارتند از افزایش ابعاد مقطع، استفادهز ا صفحات فولادی، پیش تنیدگی خارجی اعضاء و اخیراً نیز استفاده از صفحات پلیمری مسلح به الیاف (FRP) می باشد. FRP به دلیل مقاومت کششی بالا، وزن کم و دوام مناسب در مقابل خوردگی نقش مهمی در تقویت سازه های بتنی ایفاء می کند. براساس تحقیقات گسترده ای که توسط محققین انجام شده است الیاف FRP در افزایش مقاومت برشی تیرهای بتن مسلح معمولی ( کم عمق) تاثیر چشمگیری داشته است.[3-6] با وجود تحقیقات گسترده در زمینه تیرهای بتن مسلح معمولی، در مورد تیرهای عمیق بتنی فعالیت های تحقیقاتی کمی انجام شده است. در ارتباط با تاثیر تقویت برشی تیرهای عمیق با الیاف FRP نظریات مختلفی از مطالعات آزمایشگاهی ارائه شده است. برخی محققین مانند [7] Pavia معتقد بر عدم تاثیر الیاف FRP بر افزایش مقاومت برشی تیر عمیق هستند ولی گروهی دیگر از محققین تاثیر FRP بر افزایش مقاومت برشی تیر عمیق را بیش از %31 اعلام کرده اند88] و81، 9، .[8
.2کار آزمایشگاهی
.1.2 نمونههای آزمایشگاهی
در این تحقیق، هفت تیر عمیق از بتن دانه سبک لیکا به طول 1500mm ، عرض 120mm و ارتفاع 500mm با مقدار مساوی آرماتورهای کششی و برشی ساخته شدند. همانطور که در شکل (8) نشان داده شده ، آرماتورهای کششی شامل میلگردهای آجدار 4T16 با مقاومت تسلیم 400 MPa می باشند. آرماتورهای برشی به قطر 6mm و به فواصل افقی و قائم 150mm از یکدیگر قرار دارند. این مقدار آرماتور برشی حداقل مقدار مورد نیاز در آیین نامه آبا و ACI318-99 را تامین نمینماید لذا تمام تیرهای مورد آزمایش در برش دارای ضعف سازه ای هستند. به منظور جلوگیری از لهیدگی بتن از صفحه فولادی به ضخامت 20mm و طول 100mm در نقاط بارگذاری و تکیه گاهی در تمام عرض تیر استفاده می شود. آرایش میلگردهای اصلی، آرماتور برشی افقی و قائم تیرها در شکل 8 آمده است.
تیرهای REF-a به عنوان تیر مرجع، بدون هیچ نوع تقویت خارجی مورد آزمایش قرار گرفته و 6 تیر باقیمانده نیز در دهانه برشی تیر در ناحیه ای بین محل اعمال بار و تکیه گاه با لامینیت و ورق CFRP و ورق GFRP تقویت شدند. جزییات تقویت برشی تیرها در جدول 8 آورده شده است. در تیر CONa-DS لامینیت های CFRP به طول 25cm ، 35cm و 50cm به صورت متقارن با زاویه 45 درجه نسبت به محور طولی تیر در دهانه های برشی چسبانده شدند.
.2.2 خواص مصالح
در این پژوهش از بتن سبک استفاده شده است که جهت سبکسازی از دانه های سبک لیکا که به صورت صنعتی تهیه میشود استفاده گردیده است. در جدول 2 طرح اختلاط تیرهای ساخته شده آورده شده است که مقاومت فشاری (استوانه ای) 28 روزه چنین طرح اختلاطی در حدود 300MPa حاصل گردیده است.
الیاف FRP به وسیله چسب sikadur 30 که مخصوص اتصال به سطح بتنی می باشد به سطح جانبی تیر عمیق چسبانده شد. چسب دارای ویسکوزیته مناسب برای اتصال و دارای دو بخش رزین و سختکننده میباشد.
برای چسباندن ورقهای CFRP وGFRP نسبت اختلاط رزین و سختکننده به ترتیب 2 به 8 از نظر وزنی میباشد در حالیکه برای چسباندن لامینیت های CFRP علاوه بر رزین و سخت کننده از فیلر ( پر کننده ) نیز به منظور اصلاح خواص رزین و پایین آوردن چگالی آن استفاده شده است . نسبت اختلاط فیلر، رزین و سخت کننده به ترتیب 3 به 2 به 8 از نظر وزنی می باشد. با توجه به مشخصات ارائه داده شده توسط شرکت سازنده چسب، مشخصات در جدول 4 ارائه شده است.
.3 بررسی نتایج آزمایشگاهی
.1.3رفتار بار- تغییر مکان نمونه ها
برای بررسی سختی و تغییر مکان تیرها، منحنی بار- تغییر مکان تیرها مورد بررسی قرار گرفته است ( شکل .(2-4 ملاحظه می شود که سختی تیرهای تقویت شده با الیاف کربن نسبت به تیر مرجع افزایش یافته است در حالیکه سختی تیرهای تقویت شده با الیاف شیشه نسبت به تیر مرجع کاهش یافته است. نکته قابل توجه این است که تیرهای تقویت شده با الیاف 45 درجه نسبت به محور طولی تیر سختی بیشتری نسبت به الیاف 91 درجه ازنوع مشابه دارند. شکست تمام تیرها ترد بوده که نشاندهنده جاری نشدن میلگردهای خمشی می باشد.
