بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به خواص منحصر به فرد بتن و رشد روز افزون سازههای بتنی و همچنین با توجه به هزینههای گزاف تخریب و ساخت مجدد سازههای قدیمی، ترمیم و مقاوم سازی یکی از موضوعات اصلی مهندسی عمران به شمار میرود. روش نوین شیار زنی - EBROG - به عنوان روشی جایگزین، با به تأخیر انداختن پدیدهی نامطلوب جدا شدگی و در خیلی از موارد با گسیختگی ورق تقویتی و به موازات آن استفاده از حداکثر ظرفیت کششی ورقهای تقویتی، کار آمدی خود را نسبت به روشهای پیشین به اثبات رسانده است.
در تحقیق حاضر، تأثیرات عرض متغیر شیار و مقاومت فشاری بر اتصال ورق CFRP به بتن در تست برش مستقیم مورد بررسی قرار میگیرد، در این تحقیق از 18 تا نمونهی منشوری بتنی استفاده شده و از نمونههای تقویت شده به روش نصب خارجی - EBR - به عنوان نمونههای شاهد استفاده شده است. نتایج تحقیق شامل ظرفیت باربری، مود شکست، منحنی بار- لغزش و منحنی-های کرنش میباشد. روش سرعت سنجی تصویر ذره، روشی دقیق و سودمند - از نظر اقتصادی - بر پایهی اندازه گیری تغییرات در عکس میباشد که در تحقیق حاضر به کار رفته است.
.1 مقدمه
از دیر باز تقویت و مرمت سازهها یکی از زمینههای پویا در کارهای ساختمانی محسوب شده است. ضرورت تقویت از دو جنبهی اساسی مورد توجه قرار میگیرد:
1. افزایش ظرفیت باربری با بهرهبرداری بدون تغییر در آیین نامهها
2. تغییرات در آیین نامهها و استانداردها
یکی از مصالحی که در سالهای اخیر جهت بهسازی و تقویت سازههای مختلف مورد استفادهی فراوان قرار گرفته است، کامپوزیتهای FRP - پلاستیکهای مسلح به الیاف - میباشند. مزایای گوناگون این نوع کامپوزیت نظیر مقاومت بالا، وزن کم، سهولت نصب، مقاومت در مقابل خوردگی و ایجاد تغییرات جزئی در هندسه و شکل سازههای تقویت شده، باعث شده که این نوع الیاف در تقویت و مرمت انواع سازهها به خصوص سازههای بتن آرمه به کار گرفته شوند.
مقاوم سازی خارجی با استفاده از کامپوزیتهای FRP، در انواع اعضای سازههای بتن آرمه مانند تیرها، ستونها، دالها، دیوارها و همچنین سازه-هایی نظیر پلها، دودکشها، تونلها و سیلوها انجام میشود. سیستم تقویت خارجی با ورقهای FRP به طور کلی به سه دستهی اصلی تقویت خمشی، تقویت برشی و افزایش محصور کنندگی و شکل پذیری اعضای فشاری قابل تقسیم است
.2.1 روشهای مقاوم سازی با FRP
امروزه به دو روش از کامپوزیتهای FRP جهت مقاوم سازی تیرهای بتن آرمه استفاده میشود. در روش اول که NSM نام دارد، از کامپوزیت FRP به صورت تسمه استفاده میشود. در این روش، شیارهایی در وجه کششی تیر ایجاد میگردد و تسمههای FRP در درون این شیارها قرار میگیرند و درون شیارها با استفاده از چسب اپوکسی مناسب پر میشود
شکل -1 تقویت به روش NSM
در روش دوم به جای استفاده از تسمه، از ورقهای FRP استفاده میشود. در این روشسطحِ نمونههای بتنی قبل از نصب ورق FRP بایستی به نحوی آماده گردد که سبب ایجاد اتصال مناسب بین سطح بتن و ورق تقویتی شود؛ آماده سازی سطحی بتن به منظور از بین بردن لایهی ضعیف خارجی و همچنین آلودگیهای پنهان در سطح که باعث ایجاد اتصالی ضعیف و نامناسب خواهند گردید. لذا جهت استحصال این امر، لایهی ضعیف بتن برداشته می-شود تا به سطحی با دانههای نمایان برسیم. این کار سبب ایجاد چسبندگی مناسب و کافی بین سطح بتن و ورق تقویتی FRP میگردد.
مراحل اولیه در آمادهسازی سطحی بتن به شرح زیر میباشد.
-1 برداشتن لایهی ضعیف و شیرهای بتن به روش مناسب، در این روش باید دقت لازم را داشت که اعوجاج در سطح ایجاد نشود - شکل 2 الف - .
-2 مضرس نمودن سطح بتنی موجود به روشهای مختلف از جمله استفاده از سیستم پاشش آب و یا ماسهپاشی.
-3 از بین بردن گرد و خاک موجود بر روی سطح نمونه توسطبُرسهای مخصوص یا پمپ باد.
-4 استفاده از حلال مناسب جهت از بین بردن مواد زائد موجود در سطح - این مرحله زیاد انجام نمیشود -
. -5 استفاده از چسب اپوکسی مناسب و اتصال ورق تقویتی FRP به سطح آماده شدهی بتن - شکل 2 ب - .
شکل -2 الف - آماده سازی سطح نمونه ب - نمایی کلی از تقویت به روش [1] EBR
یکی از اساسیترین مشکلات در این روش، جدا شدگی زود رس ورق FRP میباشد همچنین تأمین سطحی با شرایط مذکور همراه با دشواری-هایی است؛ از جملهی این دشواریها، میتوان به هزینهینسبتاً بالا، عدم دسترسی آسان به عضو مورد نظر، آلودگی زیست محیطی و همچنین خسارات ناشی از توقف کار اشاره نمود؛ لذا از مدتی قبل تحقیقاتی در دانشگاه صنعتی اصفهان آغاز گردید که هدف آن بررسی روشهای جایگزین آماده سازی سطحی بود و نتایج این تحقیقات منجر به معرفی روش نوین شیار زنی به عنوان روشی مناسب برای جایگزینی آماده سازی سطحی شد. این روش نوین که شامل روش نصب خارجی بر روی شیار - EBROG - و نصب خارجی داخل شیار - EBRIG - میباشد، کارایی خود را در به تأخیر انداختن پدیدهی جدا شدگی پیش از موعد و در بسیاری از موارد حذف کلی این پدیده به خوبی اثبات کرده است.
با توجه به حجم زیاد کارهای آزمایشگاهی انجام شده در زمینهی تقویت سازههای بتنی به وسیلهی ورق تقویتی FRP، مدلهای عددی و آیین نامههای محدودی در این زمینه وجود دارد که کار طراحی و تقویت را با مشکل زیادی مواجهه میکند؛ از عمدهترین دلایل این مشکلات میتوان به موارد توصیه شده از طرف آیین نامهها اشاره کرد که به صورت قطع چیزی را بیان نمیکنند و به صورت توصیه شده عمل میکنند. علت این نحوهی عملکرد آیین-نامهها را میتوان در نتایجبعضاً متفاومت و متناقض از سوی محققیقن و همچین رفتار بسیار پیچیدهی اتصال تقویت دانست. از این رو محققین در راستای بهبود نتایج آزمایشگاهی و همگرا کردن نتایج، کار تحقیقاتی خود را بر روی اتصال ورق تقویتی و بتن شروع کردند.
یکی از راهکارهای پیش بینی پدیدهی سریع الوقع و ناگهانی جدا شدگی، شناخت نحوهی اتصال لایهی تقویتی است. هر چه شناخت از رفتار اتصال بین بتن و ورق تقویتی FRP بیشتر باشد، دستیابی به نتایج واحد و آیین نامههای دقیقتر راحتتر خواهد بود؛ و در نهایت منجر به طرحهای بهینه و با صرفهی اقتصادی میشود.
یکی از مرسومترین راهکارهای پیشنهادی از سوی محققیقن جهت بررسی رفتار اتصال بین بتن و ورق تقویتی استفاده از آزمایش برش مستقیم است. در این آزمایش با اتصال ورق تقویتی بر روی یکی از وجوه نمونهی منشوری و کشیدن نمونه از طرف دیگر، به ارزیابی مقاومت نهایی و بررسی رفتار سطح اتصال میپردازند
شکل - 3 نمونهی منشوری تقویت شده و چیدمان نمونه در آزمایش برش مستقیم
تحقیقات محققین همچون چاجِس و همکاران در سال [4] - 1996 - ، تالجسن در سال [5] - 1997 - از جملهی تحقیقات آزمایشگاهی اولیه بر روی مقاومت اتصال ورقهای تقویتی به بتن با استفاده از آزمایش برش مستقیم میباشند.
به منظور ارزیابی تأثیر مقاومت فشاری بر مقاومت اتصال، تحقیقات زیادی صورت گرفته است ولی نتایج این محققان رابطهی یکسانی بین مقاومت فشاری و مقاومت اتصال را گزارش نکردهاند. هوریگوچی در سال 1997 با بررسی تأثیرات مقاومت بتن بر باربری به این نتیجه رسید که تأثیرات مقاومت بتن بر روی مقاومت اتصال یک رابطهی مستقیم بوده و به صورت √ و می باشد.[6] بر اساس رابطه چن وتنگ مورد استفاده در آیین نامه آمریکا و استرالیا رابطهی باربری با مقاومت فشاری به صورت √ میباشد
برا اساس رابطه ی سراسینو مورد استفاده در آیین نامه استرالیا تأثیرات مقاومت بتن میباشد.
پن و لونگ در سال - 2007 - با استفاده از 30 نمونهی بتنی، ساخته شده از 10 طرح اختلاط متفاوت تحت آزمایش برش مستقیم، تحقیقات را برای ارزیابی تأثیر درصد سنگ دانههای موجود در بتن بر رفتار اتصال ورقهای تقویتی FRP انجام دادند، تحقیات این محققین نشان داد برخلاف تأثیر ناچیز مقاومت فشاری نمونههای بتنی بر مقاومت اتصال، درصد شن موجود در طرح اختلاط بتن تأثیر بسیار چشمگیری در مقاومت نهایی اتصال خواهد داشت، که تأثیرات حجم درشت دانهها میتوان را در مقاومت خمشی نمونهها مشاهده کرد.
استفاده از کرنش سنجها یکی از متداولترین روشهای ارزیابی کرنش در میدان تغییر شکل است، از معایب عمده کرنش سنجها ناتوانی در ارزیابی کل میدان کرنش در ورقهای تقویتیFRP است. لذا در چند سال اخیر محققین با استمداد از روشهای تصویری - پردازش تصویر - در پی رفع چالش پیش رو برآمدهاند.
حسینی و مستوفینژاد در سال - 2012 - ، از روش - PIV - برای آنالیز میدان کرنش ورق FRP و ارزیابی طول مؤثر اتصال در تست برش مستقیم یک طرفه استفاده کردند، آنها جهت صحت سنجی روش مذکور، تعدادی آزمایش بر روی تیرهای فولادی و بتن آرمه با هدف ارزیابی نتایج حاصله از این روش انجام دادند نتایج این آزمایشها حاکی از دقت بسیار بالای روش مذکور و توانایی این روش در تعیین کل میدان تغییر شکل بود
