بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق به بررسی پارامترهای موثر شامل فواصل قرارگیری نوارهای FRP، تعداد لایهها، قطر میلگردهایFRP، ترکیب همزمان نوار و میلگردFRP و ابعاد تیر در تقویت برشی تیرهای بتنی مقاوم شده با نوارهای FRP و میلگردهای FRP به روش اجزاءمحدود پرداخته شده است. دو نمونه تیر B1 و B2 به ترتیب با ابعاد 150×300×3000mm3 و 150×150×3000mm3 با چیدمانهای مختلف افقی و پوشش کامل نوارهای FRP و همچنین با میلگرد FRP با قطرهای متفاوت مقاومسازی شده و تحت بارگذاری ثقلی قرار گرفته و با استفاده از نرمافزار ABAQUS مورد تحلیل غیرخطی قرار گرفته است.
برای هر نمونه یک تیر بدون مقاومسازی به عنوان نمونهی شاهد در نظر گرفته شده و برای هر تیر 30 نمونه با چیدمانهای مختلف و تعداد نوار FRP متغیر با دو نسبت سطح پوشش نوار FRP به سطح تیر برابر %15 و %30 و با دو میلگرد FRP با سطح 28/26 mm2 و 78/5 mm2 مقاومسازی شده است.
پس از تحلیل نمونهها و بررسی نتایج مشخص گردید که مقاومسازی با پوشش کامل نوار در دو نمونهی B1 و B2 بهترین عملکرد را از نظر جابهجایی وسطدهانه و نیروینهایی دارد. و نمونهای که با نوار FRP با فاصلهی هر100mm تقویت شده است نسبت به نمونهی تقویت شده با نوار FRP با فاصلهی هر200mm، %2/74 و نمونهای که با نوارFRP به صورت یکپارچه تقویت شده باشد نسبت به نمونهای مشابه بدون تقویت با نوار FRP ، %17/79و نمونهی که با میلگرد FRP به قطر 20mm تقویت شده باشد نسبت به نمونهی بدون تقویت با میلگرد FRP، 69/706 %افزایش ظرفیت باربری خواهد داشت.
.1 مقدمه
تیرهای بتنآرمه به عنوان یکی از اعضای سازه از اهمیت ویژهای در عملکرد و ایمنی آن برخوردارند. تقویت عضو فوقالذکر با استفاده از میلگردهای FRP و نوارهای FRP، یکی از روشهای مقاومسازی مناسب، جهت بهبود عملکرد آن است. تحقیق حاضر به طور کلی بر روی ترکیب اثر میلگردهای FRP به روش - Near Surface Mounted - NSM و نوارهای FRP به روش - Externally Bonded Reinforcement - EBR در ظرفیتباربری و شکلپذیری تیرهای بتنآرمه میباشد.
برای انجام این کار ابتدا مدل آزمایشگاهی بارس و دیاس [1] و فایراس [2]، در نرمافزار [3] ABAQUS مدل گردیده و سپس نتایج این مدلها با نتایج آزمایشگاهی آنها صحتسنجی شده است. سپس مدلهای موردنظر ایجاد شده و ظرفیت-باربری و شکلپذیری و انرژی جذب شده تیر بتنی مسلح تقویت شده با نوار ومیلگرد FRP مورد بررسی قرار گرفته است.
.2 مروری بر پیشینه تحقیق
تاکنون تحقیقات گستردهای در زمینهی تقویت تیر بتنی با FRP، صورت گرفته است. بارس و دیاس [1] در سال 2006، مقاومسازی تیرهای بتنی با ورقهای FRP را مورد مطالعه قرار دادند. آنها دریافتند که تقویت تیر بتنی با کامپوزیتهای FRP، ظرفیت باربری و شکلپذیری را بطور قابل ملاحظهای افزایش میدهد. ریتا و همکاران [4] در سال 2003، تیر به ابعاد 305× 560 mm2 با طولهای مختلف را که با نوارهای CFRP تقویت برشی شده بودند، مورد مطالعه قراردادند.
تحقیق آنها نشان داد که استفاده از کامپوزیتهای CFRP علاوه بر افزایش ظرفیت برشی، خرابی ترد برشی را از بین برده و سبب ازدیاد رفتار شکلپذیر خمشی قبل از وقوع خرابی در تیر میشود. هو و همکاران [5] در سال 2004، به تحلیل عددی جهت پیشبینی ظرفیت نهائی تیرهای بتن مسلح که در ناحیهی تحتانی و یا جانبی با ورق FRP تقویت شدهاند، پرداختند. نتیجه گرفتند که FRP باعث افزایش سختی و مقاومت نهائی تیرهای تقویت شده میگردد.
کشاورزی و همکاران [6] در سال 1391، 10 تیر بتن مسلح مربع شکل به ابعاد 1200 ×150×150 mm3 را برای آزمایش ساختند. نتایج نشان میدهد که کاربرد کامپوزیتهای E-GFRP در تقویت تیرهای بتن مسلح، باعث بهبود ظرفیت باربری و افزایش سختی آنها میشود.
سعادت منش و احسانی [7] در سال 1991، آزمایشهای گستردهای در زمینه تقویت با الیاف مرکب انجام دادهند. که تقویت باعث افزایش سختی خمشی گردید، اما شکلپذیری و خیز تیر به هنگام شکست کاهش یافته است.
شریف و همکاران [8] در سال 1994، ده تیر بتن آرمه را که تحت اثر بارگذاری اولیه حدود %85 ظرفیت نهائی خود قرار داشته و سپس با ورق CFRP تقویت شده بودند، مورد ارزیابی تجربی قرار دادند.
نوریس و همکاران [9] در سال 1997، به بررسی تجربی و تحلیلی تیرهای آسیب دیده یا تقویت نشده، که با سه وضعیت مختلف - طولی، عرضی و به صورت مورب با زاویه 45 درجه - با ورقهای CFRP تقویت خمشی و برشی شده بودند، پرداختند.
ملک و سعادت منش [10] در سال1998، مطالعه تحلیلی تیرهای بتن مسلح که در ناحیه جان با کامپوزیتهای FRP تقویت شده بودند، منتشر ساختند وبه مقایسه آن با نتایج حاصل از تحلیل اجزا محدود پرداختند.
گریس و همکاران [11] در سال 1999، برای بررسی رفتار تیرهای بتن مسلح که با انواع مختلف ورقهای مسلح به الیاف تقویت شدهاند، 14 تیر بتنی را مورد آزمایش قرار دادند . نتایج نشان داد که بکارگیری ورقهای FRP در تقویت تیرهای بتنی خیز را کم و ظرفیت باربری را زیاد میکند.
عبدالعزیز و همکاران [12] در سال 2008، تیر بامقطع مستطیلی را که با نوارهای CFRP تقویت برشی شده بودند، مورد مطالعه قرار دادند. و به بررسی عوامل موثر از قبیل نسبت آرماتور کششی و مقایسه ظرفیت برشی تیر تقویت شده با CFRP با نتایج تئوری پرداختند.
ایمان [13] در سال 2007، به بررسی آزمایشگاهی تقویت مقاومت برشی تیر بتن مسلح که با FRP و مواد مرکب تقویت شده است پرداخت. نتایج تجربی نشان میدهد که سیستمهای مرکب، افزایش قابل توجهی در مقاومت نهایی تیرهای تقویت شده نسبت به نمونههای قبل دارد.
لی و چنگ [14] در سال 2011، به بررسی رفتار برشی 14تیر T شکل بتنی تقویت شده با ورق CFRP با زوایای مختلف پرداختند. تمامی تیرها دارای سطح مقطعی برابر با مشخصات، عرض جان 180 mm، عرض بال 450 mm، ضخامت بال 100 mm، عمق کلی تیر 460 mm و طول 1800 mm می باشد. در این مطالعه دو حالت شکست از قبیل پارگی و لایه لایه شدگی جزئی از ورقهایCFRP مشاهده شده است.
تورس و بینا [15] در سال 2013، تاثیرات استفاده از انواع میلگردهای FRP مانند CFRP و GFRP بر روی مقدار تنش در اعضای بتن مسلح را مورد بررسی قرار دادند.
کاسترو و کارینو [16] در سال 2013، تست کشش استاندارد را بر روی میلگردهای FRP انجام دادند. همچنین نتایج به دست آمده با نتایج تست کشش بر روی میلگردهای فولادی مقایسه شد و مزیت استفاده از میلگردهای کامپوزیتی در کشش را بررسی کردند.
هاویله [17] در سال 2012، تیرهای بتن مسلح مقاوم شده با میلگردهای FRP به روش کاشت میلگرد در نزدیک سطح مقطع NSM را از طریق آنالیز اجزای محدود غیرخطی بررسی کرد. وی معیار مقایسه نتایج تئوری با نتایج آزمایشگاهی را تغییرمکان ماکزیمم تیرهای بتنی بیان کرد.
.3 صحت سنجی
1-3 جزئیات نمونههای آزمایشگاهی
بررسی تحلیلی نمونههای آزمایشگاهی، جهت کنترل صحت مدلسازی اجزای محدود، امری ضروری میباشد. به همین علت در این قسمت، به ارزیابی تحلیلی پنج نمونه تیر بتنآرمه، با مدلسازی آنها در نرمافزار ABAQUS و مقایسه نتایج حاصل از تحلیل غیرخطی با نتایج آزمایشگاهی پرداخته میشود.
سه نمونهی اول با ابعاد 1800×300×150mm3 در سال 2003 توسطبارُس و دیاس [1] مورد آزمایش قرار گرفتند. مشخصات نمونهها در جدول 1 و دو نمونهی دوم با ابعاد 2800×280×150mm3 در سال 2009 توسط فایراس و همکاران [2] مورد آزمایش قرار گرفتند. و مشخصات نمونهها در جدول2 ارائه شده است.
جدول -1 مشخصات ابعادی نمونههای مدلسازی شده
جدول -2 مشخصات ابعادی نمونههای مدلسازی شده
2-3 خصوصیات مصالح
بتن مصرفی برای مصالح، در مدلسازی چند نمونه از مقالهی اول مقاومت فشاری برابر 37/6 MPa و مقاومت کششی برابر 4/3 MPa و مدول الاستیسیته برابر 31/8 GPa میباشد.
