بخشی از مقاله
چکیده
تقویت تیرهای بتنآرمه با الیاف پلیمری FRP ، بیش از دو دهه میباشد که به عنوان یکی از روشهای رایج در مقاوم سازی سازهها به سبب مزایایی چون، نسبت مقاومت به وزن بالا، مقاومت عالی در برابر مواد خورنده مورد استقبال جامعه مهندسی عمران می باشد که با مطالعه و مدلسازی دقیقتر پارامترهای مؤثر در ظرفیت برشی و خمشی تیرهای بتنآرمه تقویت شده با الیاف FRP می توان با صحت سنجی موضوعات با نتایج آزمایشگاه، مدلسازی و تحلیلهای درستتری را ارائه نمود.
در این پژوهش ، یک مطالعه عددی به روش المان محدود برای بررسی پارامترهای مؤثر در ظرفیت برشی و خمشی تیرهای بتنآرمه تقویت شده با نوارهای FRP و با آرایشهای مختلف صورت پذیرفته ودر آن از نرمافزار المان محدود ABAQUS به دلیل توانمندی در شبیهسازی ترک برشی و خمشی بتن و رفتار اتصال بین مصالح موجود در تیر بتنآرمه تقویت شده - یعنی بین میلگردهای فولادی و بتن و همچنین بین FRP و بتن - استفاده شده که مدل طراحی شده سه بعدی می باشد.
مقایسه بین آرایشهای مختلف FRP و نتایج بدست آمده از مقایسه آنها با نتایج ارایه شده در مدلهای آزمایشگاهی ، بیانگر توانایی روش المان محدود پیشنهادی می باشد. علاوه بر این ، تأثیر پارامترهائی همچون خاموتها، آرماتورهای طولی کششی و مشخصات FRP بر روی میزان ارتقای تقویت برشی و خمشی نیز ارزیابی شده است.
میلگردهای طولی به ویژه میلگردهای کششی، از طریق ایجاد مکانیسم ناشی از شکست تُرد یا نرم بر بار حداکثر، شکل پذیری، الگوی ترک خوردگی و نوع گسیختگی - برشی یا خمشی - تأثیر گذاشته و با افزایش عمق تیر، کرنش مؤثر FRP افزایش و درصد افزایش ظرفیت کاهش مییابد. سایر پارامترها از قبیل مشخصات FRP، طول و زاویه اتصال FRP هم بر روی شکل پذیری و هم بر حداکثر ظرفیت برشی و خمشی، به واسطه میزان اثرگذاری بر کیفیت تقویت برش و خمش مؤثر از جمله دیگر زمینه های این پژوهش می باشند.
-1 مقدمه
ایران در منطقه ای زلزلهخیز قرار گرفته و بدلیل قدمت سازه های ساختمانی و برخی اوقات آسیب های ناشی از زلزله لزوم بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتنی با روشها ومصالح مناسب دیده می شود و ضرورت استفاده از مصالحی با عملکرد مناسب جهت تقویت سازهها بیش از پیش احساس میگردد. با پیشرفت تکنولوژی وعرضه مصالح جدید با مقاومت بالاتر و وزن و حجم کمتر که محدودیتهای معماری و سازهای کمتری نیز ایجاد می کند همچنین با توجه به ضعیف بودن محاسبات لرزهای و سازهای قبلی و نیز تغییرات در ویرایش های جدید آییننامه ها و لزوم رعایت استانداردهای ساختمانی، استفاده از مواد مرکب پلیمری تقویت شده فیبری 1FRP جهت بهسازی و مقاوم سازی با تکیه بر مزایایی چون سبکی، قابلیت شکل پذیری بالا،مقاوم بودن در برابر خوردگی، سهولت و سرعت اجرا را اجتناب ناپذیر نموده است
امروزه بهره گیری از الیاف پلیمری تقویت شده ی FRP در حال تبدیل شدن به یک راه حل پذیرفته شده برای مقاوم سازی و تقویت خمشی و برشی تیرهای بتنی بوده که بصورت مسلح سازی این تیرها با لایههای FRP که توسط چسب اپوکسی به انتهای تیرها ، متصل شدهاند و در معرض بارگذاری عرضی قرار گرفتند میباشد. نتایج نشان می دهند که اضافه کردن ورقههای FRP به سطح تنش تیرها بهبود قابل توجهی را در سختی و ظرفیت نهایی تیرآنها سبب شده ودر عین افزایش مقاومت کاهش شکل پذیری تیرهای بتنی را بهمراه خواهد داشت
یکی از قابلیتهای FRP بالابردن ظرفیت برشی و خمشی تیرهای بتنآرمه میباشد، از اینرو باتوجه به ضعف تیرهای بتن آرمه در ظرفیت خمشی و برشی در این پژوهش در نظر است که تقویت برشی و خمشی تیرهای بتنی با بهره گیری از نوارهای FRPمورد بررسی گیرد. ضمناً نتایج تحقیقات انجام شده نشان می دهند که تقویت بیرونی ورقهای FRP باعث افزایش تحمل برش، خمش و مقاومت فشاری در اعضای سازه ای میگردد.
در یک دهه اخیر پژوهشگران زیادی به تحقیق و بررسی آزمایشگاهی تقویت برشی و خمشی به صورت جداگانه بر روی تیرهای بتنآرمه با الیاف تقویتی FRP پرداخته اند که در این پژوهش به برخی از آنها و تشریح تعدادی از نتایج به دست آمده در آزمایشهای مختلف پرداخته خواهد شد.
-2 پیشینه موضوع و روش تحقیق
2-1 مقالات صحت سنجی شده
تیرهای بتنآرمه تقویت شده با FRP به عنوان اعضای سازهای مرکب و با ترکیبی از سه عضو اصلی بتن، میلگردهای فولادی وFRP بوده که در مدلسازی ترک خوردگی و پردازش گسیختگی و پارگی آنها پیچیدگی خاصی وجود دارد. روش عمومی مدلسازی آنها ، با انتخاب یک مدل ساختاری مناسب برای تیر بتنی و شبیه سازی رفتار نرمشوندگی کششی پس از ترک خوردگی بتن با لحاظ کردن رفتار اتصال بین مصالح مختلف و در نهایت به کارگیری روش حل عددی مناسب در برخورد با پدیده ترک در تیر بتنی امکان پذیر است.
در این مقاله پارامترهای موثر بر ظرفیت برشی و خمشی تیرهای بتنآرمه تقویت شده با نوارهای FRP به روش المان محدود از طریق نرمافزار ABAQUS بررسی شده اند که در این مبحث به جزئیات مدل های المان محدود پیشنهادی پرداخته شده و شامل مدلسازی بتن، آرماتورهای فولادی، نوارهای FRP، اتصال بین نوارهای FRP و بتن، اتصال بین میلگرد فولادی و بتن و در نهایت ارائه تحلیل عددی موضوع میباشد.
در ادامه صحت سنجی مدلسازی انجام شده با مدل آزمایشگاهی که از مقاله القندور [4] و دو آرایش دیگر FRP در نظر گرفته شده صورت پذیرفت. مدل های پیشنهادی بصورت سه بعدی بوده که در آن برای مدلسازی بتن از مدل ترک پخشی استفاده شده است به نحوی که مسیر ترکها ، نیازی به تعریف اولیه نداشته و همچنین برای غلبه بر مشکلات حساسیت مش - شبکه بندی - وابسته به مدل ترک برشی - خمشی بحرانی استفاده شده است
2-2 نحوه مدلسازی بتن، فولاد و رفتار آنها
همانطوری که در بالا ذکر شد، برای مدلسازی ترک از روش ترک پخشی استفاده شده است. المان اختصاص یافته به بتن، المان هشت گرهی تنش مسطح - C3D8R - موجود در - ABAQUS 6.16 2016 - ABAQUS میباشد. ضریب پواسون بتن برابر با - =0/2 - فرض شده و اجزای تشکیل دهنده مدل المان محدود مقاله القندور شامل: بتن، آرماتورها، لایه اتصال خاموتها به بتن، ، لایه اتصال FRP به بتن و شرایط تکیهگاهی اختصاص داده شده اند. در شکل1 - الف تا د - آرایش های مورد استفاده در مقاله القندور[4] ارائه شده اند.
الف - مدل نرم افزاری مقاله FRP -U
ب- مدلFRP- one piece
