بخشی از مقاله
چکیده
امروزه الیاف تقویتکننده بتن جایگاه مهمی در صنعت ساختمانسازي به دلیل خواص مکانیکی مطلوب و درعینحال سبکی سازه و مقاوم در برابر خوردگی با ظرفیت تحمل بار بالا پیدا نموده است. علاوه بر این امکان تولید قطعاتنسبتاًپیچیده هندسی و همچنین قطعات پیشساخته به واسطه جابجایی آسان آن ایجاد شده است. عدم نفوذ کامل ذرات سیمانی به درون دسته الیاف باعث کاهش بهرهوري الیاف در تحمل بار وارده شده و در هنگام شکست نمونه، خاصیت شکلپذیر به سازه بتنی خواهد داد. از این جهت براي استفادهي بهینه از بهرهوري الیاف و شکلپذیري شکست نمونه میزان استفاده از الیاف در مقطع بتنی حائز اهمیت خواهد بود. رفتار میلگردهاي پلیمري تقویتکنندهي بتن برخلاف فولاد بسیار شکننده است، ولی استفاده از نیمچه نخ ممتد بدون رزین براي تقویت بتن، ظرفیت تحمل بار بالا و ظرفیت کرنش مطلوب به سازه میبخشد. در این تحقیق حد تعادل بر اساس ضریب مؤثر بهرهوري الیاف، ظرفیت اسمی باربري بتن مسلح شده با الیاف درمدل تئوري برآورد شده است. همچنین نتایج به دست آمده از آزمایش خمش چهار نقطهاي براي مقادیر متفاوتی از الیاف کربن مورد ارزیابی قرار گرفته و با مقادیر تئوري مقایسه شده است. نتایج نشان میدهد به وسیلهي مدل تئوري ارائه شده ظرفیت باربري بتن مسلح بهطور قابل پیشبینی میباشد.
-1 مقدمه
بتن بدون تقویتکننده داراي مقاومت کششی و ظرفیت کرنش پایینی میباشد. در گذشته تقویتکننده به صورت میلگردهاي پیوسته FRP براي تحمل بار کششی درون سازه مورد استفاده قرار گرفته است.رفتار سازههاي بتنی تقویتشده با FRP با افزایش استحکام کششی همراه بوده ولی به دلیل شکنندگی میلگرد FRP با کاهش شکلپذیري و یا شکست اتصال همراه است. به همین دلیل در سالهاي اخیر تحقیقات زیادي در خصوص روشهاي توسعه رفتار کششی سازههاي بتنی با استفاده از الیاف تقویتکننده انجام شده است. در تقویتکنندههاي الیافی نسبت به تقویتکننده FRP، اتصال الیاف با بتن بیشتر بوده و در بتن تركهاي متعدد با عرض کمتري ایجاد شده و الیاف بین تركها پل زدهاند و توزیع انتقال تنش از بتن به الیاف بهتر انجام گرفته است و در نتیجه در شکست نمونه تأخیر ایجاد کرده و باعث افزایش شکلپذیري نمونه بتنی میشود 2] ،.[1 به-طورکلی در تقویت کششی بتن از الیاف مختلف ازجمله الیاف شیشه مقاوم در مقابل قلیا، آرامید، کربن، کولار، پلیاتیلن، پلی-پروپیلن و پلیاستر استفاده میشود. خواص مکانیکی سازه به میزان کسر حجمی الیاف، آرایش الیاف، هندسهي الیاف، جنس الیاف، وضعیت سطحی الیاف، طول مؤثر الیاف، استحکام کششی الیاف و استحکام فشاري بتن، روش پخت و اتصال بین الیاف و ذرات سیمانی در بتن بستگی دارد .[3]
در تیرهاي بتنی تقویتشده با دسته الیاف، بستر سیمانی زودتر از اینکه از تمام ظرفیت الیاف استفاده نماید - قبل از رسیدن به استحکام کششی نهایی الیاف - شکست میخورد. این شکست پیش از موعد به دلیل عدم نفوذ کامل بستر سیمانی به درون دسته الیاف و یا شکست اتصال1 بین تقویتکننده و بستر سیمانی میباشد. عدم نفوذ کامل ذرات سیمانی به درون دسته الیاف در بهرهوري الیاف در بتن تأثیر گذارند و در هنگام شکست نمونه، خاصیت شکلپذیر به سازهي بتنی خواهد داد 5] ،.[4 میزان استفاده از الیاف در بتن جهت اتصال مطلوب با بتن و همچنین رفتار شکلپذیر بسیار حائز اهمیت میباشد. از طرفی میزان استفاده کم این الیاف در بتن استحکام کششی پایین و شکلپذیري کمی دارد و از طرف دیگر میزان استفاده زیاد این الیاف در بتن باعث شکست اتصال بین الیاف تقویتکننده و بتن شده است. در نتیجه میزان استفادهي مناسب الیاف در تقویت کششی و رفتار خمشی تیر بتنی بسیار حائز اهمیت میباشد .[6] در این تحقیق به بررسی میزان استفاده از دسته الیاف ممتد کربن یا کسر حجمی الیاف در بتن جهت عملکرد خمشی مطلوب تیر بتنی تحت خمش چهار نقطهاي پرداخته شده است. رفتار مکانیکی تیر بتنی ازلحاظ شکلپذیري مطلوب در شکست تیر بتنی و مقاومت کششی مناسب مورد مطالعه قرار گرفته است.
-2 تئوري مسئله و معادلات حاکم
در طراحی تیرهاي بتنی مسلح فولادي و تیرهاي بتنی مسلح با میلگرد FRP، با توجه به شرایط تعادل بین نیروهاي فشاري و کششی - C=T - و با استفاده از سازگاري ظرفیت کرنش و تعادل نیروهاي حاصل در مقطع، میزان فولاد یا میلگردFRP تعیین میگردد. مقدار استفاده از فولاد و میلگردFRP به وسیلهي آییننامههاي مختلف گزارش شده است. با استفاده از معادلات تعادل FRP میزان استفاده متعادل از دسته الیاف در تقویت بتن به شرح زیر میباشد.که Ef مدول الاستیسیتهي الیاف کربن، تنش نهایی الیاف کربن، مقاومت فشاري بتن 28 روزه، ε کرنش نهایی بتن،
ε _ کرنش نهایی نیمچه نخ کربن، d عمقf_مؤثر - فاصلهي دورترین تار fفشاري تا مرکز نیمچه نخ کربن، b عرض تیر، Afسطح 0.02 مقطع دسته الیاف - از تشابه مثلثها: که N تعداد نیمچه نخ کربن، α ضریب مؤثر - به دلیل عدم نفوذ کامل بتن، شکست اتصال بین نیمچه نخ کربن و بستر سیمانی قبل از رسیدن به کرنش نهایی - میباشد.
