بخشی از مقاله
چکیده
بخش عمدهای از ساختمانهای موجود در کشور از نوع مصالح بنایی میباشد. آسیب پذیری این ساختمانها در زلزلههای گذشته لزوم توجه به ارزیابی در بهسازی لرزهای آنها را بیش از پیش مطرح نموده است. در این تحقیق دیوارهای باربر ساختمانهای بنایی به عنوان عناصر لرزهبر در این ساختمانها مورد مطالعه قرار گرفته است.
دو نمونه دیوار آجری W1 و W2 بهترتیب با ابعاد 2×1/5×0/16 m3 و 2×3×0/16 m3 بدون بازشو و داری بازشو در مرکز دیوار، با پوشش کامل نوارهای FRP مقاومسازی شده و تحت بارگذاری ثقلی و جانبی چرخهای قرار گرفته و به روش المان محدود با استفاده از نرمافزار ANSYS مورد تحلیل غیرخطی قرار گرفته است. ایجاد بازشو در نمونههای W1 و W2 باعث افزایش جابهجایی نهایی به میزان %62 و %107، افزایش ضریب شکل پذیری به میزان %23 و %66 و کاهش نیروی نهایی به میزان %18 و %17 نسبت به نمونههای بدون بازشو شده است.
-1 مقدمه:
با توجه به آسیب پذیری سازههای بنایی در برابر زلزله، در سالهای اخیر روشهای زیادی مانند استفاده از روکش بتنی، استقرار دیوارهای جدید، برای مقاومسازی این سازهها مورد مطالعه و اجرا قرار گرفتند. این روشها اغلب جرم قابل توجهی به سازه اضافه میکند، اجرای زمانبری دارند، هزینه-های ساخت را افزایش میدهند و در اکثر مواقع قابل اطمینان نیستند .
برخی از محققان روش مقاومسازی دیوارهای بنایی با الیاف تقویت شده پلیمری مسلح - FRP - را مورد مطالعه قرار دادند و مشخص شد که این روش میتواند یک روش جایگزین مناسب برای مقاومسازی سازههای بنایی باشد. شکل گیری FRP به صورت قرار دادن الیاف پیوسته در یک زرین میباشد که این زرین نقش نگهداشتن و به هم مرتبط کردن این الیاف جداگانه را بر عهده دارد. الیاف متداول مورد استفاده کربن - CFRP - ، شیشه - GFRP - و آرامید - AFRP - میباشند
در سال 2006، رفتار لرزهای درون صفحه دیوارهای آجری غیرمسلح قبل و بعد از مقاومسازی با نوارهای FRP یک طرفه تحت بارگذاری چرخهای را بهصورت آزمایشگاهی مورد مطالعه قرار دادند و مشخص شد که مقاومت جانبی دیوارهای غیرمسلح حدود %30 تا %190 افزایش یافت و چیدمان قطری نوارهای FRP حداکثر جابهجایی را دارند.
سانتا ماریا و الکانیو - Santa-Maria and Alcaino 2011 - در سال 2011 دیوارهای آجری از پیش ترک خورده و بدون ترک با چیدمانهای افقی و قطری نوارهای CFRP تحت بارگذاری چرخهای را مورد مطالعه قرار دادند و مشخص شد که مقاومت جانبی و جابهجایی حداکثر در دیوارهای ترک خورده می-تواند مشابه دیوارهای تقویت شده بدون ترک اولیه باشد.
مطالعات آزمایشگاهی برای بررسی تقویت ظرفیت برشی درون صفحه دیوارهای آجری غیرمسلح تقویت شده با FRP تحت بارگذاری چرخهای توسط مسالم و بانرجی - Mosallam and Banerjee 2011 - در سال 2011 انجام شد و مشخص گردید که به علت مقاومسازی مود شکست نهایی دیوار آجری از ترکهای قطری به شکست فشاری در پنجه دیوار تغییر مییابد.
کلالی و کبیر - Kalali and Kabir 2012 - در سال 2012 رفتار درون صفحه دیوار آجری غیرمسلح با بازشو در مرکز که با الگوهای مختلف FRP مقاومسازی شده و تحت بارگذاری چرخهای قرار گرفته بودند را مورد مطالعه قرار دادند و مشخص شد که چیدمان ضربدری GFRP از شبکهبندی توری شکل از نظر تحمل بار درون صفحه کارآمدتر است و ظرفیت جابهجایی و انرژی جذب شده دیوارهای تقویت شده بدون تغییر قابل توجه در ضریب شکلپذیری بهطور قابل توجهی افزایش یافت.
کانستینگا و همکاران - Konthesingha et al. 2013 - در سال 2013 به بررسی آزمایشگاهی اثر مقاومت و شکل-پذیری دیوارهای مقاومسازی شده با نوارهای CFRP تحت بارگذاری چرخهای پرداختند و مشخص شد که ظرفیت جابه-جایی دیوارها به علت تقویت افزایش یافته است. در مطالعات ژائو و همکاران - Zhou, Lei and Wang 2013 - در سال 2013 مشخص شد که تنش فشاری متمرکز زیادی در پنجه دیوار وجود دارد که اغلب محل اصلی مکانیزم شکست دیوار بنایی میباشد و تقویت دیوار با نوارهای FRP مقاومت و جابهجایی نهایی را افزایش میدهد.
در این تحقیق، دو دیوار آجری با طول و ضخامت ثابت و ارتفاع متغیر بدون بازشو و دارای بازشو با پوشش کامل نوارهای FRP مقاومسازی میشوند و تحت بارگذاری افقی چرخهای قرار میگیرند. این تحلیلها با فرض رفتار غیرخطی مصالح و با کمک نرمافزار ANSYS صورت گرفته است.
-2 تحلیل عددی به روش المان محدود
در این تحقیق جهت مدلسازی دیوارهای بنایی از نرمافزار ANSYS استفاده شده است. دیوار مدلسازی شده از سه قسمت دیوار آجری، فونداسیون و تیر بتنی فوقانی تشکیل شده است. المان مورد استفاده برای دیوار آجری و تیر بتنی solid65 میباشد که المانی است سازهای که برای مدلسازی بتن تقویت شده یا مواد مرکب تقویت شده استفاده میشود و دارای شش وجه و هشت گره میباشد که در هر گره سه درجه آزادی وجود دارد. مطابق شکل 1 تغییر مکانها در جهتهای x، y و z سیستم مختصات گرهها هستند. خروجی این المان تغییر مکان گرهها مولفههای تنش قائم در جهت x، y و z و یا تنش برشی وتنش های اصلی است و تنش ها در جهت محورهای مختصات المان محاسبه میشوند.
شکل . - 1 - المان solid65
المان مورد استفاده برای مدلسازی نوارهای FRP، shell181 است - شکل - 2 ، که یک المان چهار گرهای، سه بعدی با شش درجه آزادی در هر گره میباشد. حرکت انتقالی در جهت x، y و z و چرخش در راستای محورهای x، y و z است. معیار شکست نوارهای FRP معیارشکست تسای- وو و جهت پیشبینی شکست مصالح آجری از معیار شکست ویلام- وارنک استفاده شده است. مطابق این معیار مصالح در صورتی ترک میخورند که یکی از تنشهای اصلی کششی از مقاومت کششی بیشتر شود و در صورتی خرد میشوند که همه تنش های اصلی فشاری از مقاومت فشاری سه محوری تجاوز کنند.
شکل . - 2 - المان shell181
-3 صحت سنجی
جهت ارزیابی صحت مدلسازی المان محدود دیوار بنایی مقاومسازی شده با نوارهای FRP، از مدل آزمایشگاهی کلالی و کبیر - Kalali and Kabir 2012 - که شامل یک نمونه دیوار آجری تقویت شده با نوارهای GFRP میباشد؛ استفاده شده است. مطابق شکل 3 نمونه با ابعاد 1/94×1/43×0/16 m3 میباشد که دارای یک بازشو در مرکز به ابعاد 0/47×0/52 m2 و تیر نعل درگاهی بر روی بازشو به ابعاد 0/8×0/06×0/16 m3 میباشد. نوارهای GFRP با زاویه 45 نسبت به افق در دو طرف دیوار قرار گرفتهاند. عرض دو نوار بالا 0/18 m و دو نوار پایین 0/15 m میباشد. همچنین از دو نوار به ابعاد 0/2×0/2 m2 در گوشههای پایین دیوار استفاده شده است.
