بخشی از مقاله
چکیده
در ستونهای بتن آرمه خرابیهای ناشی از زلزله منجر به شکست ستون قبل از تشکیل مفصل پلاستیک در تیر میگردد. در نتیجه روشهای مختلفی برای بهبود ظرفیت خمشی، برشی و شکلپذیری ستونها توسط افزایش دورگیری جانبی ناحیه مفصل پلاستیک ارائه شده است که عملکرد مناسبی طی زلزلههای مختلف داشتهاند از آن جمله استفاده از ژاکت بتنی و استفاده از الیاف FRP میباشد. در این مقاله به بررسی رفتار ستونهای بتن مسلح تحت اثر بارگذاری چرخهای با الیاف پلیمری کربن میپردازیم.
در همین راستا جهت صحتسنجی مدلسازی از مطالعه آزمایشگاهی انجام شده توسط دسپریز3 و همکاران [ 2] استفاده شده است. پس از صحتسنجی مدلسازی در نرمافزار اجزای محدود آباکوس [1] به بررسی نحوه مناسب آرایش مقاوم-سازی الیاف پلیمری پرداختیم. در این مطالعه 9 نمونه در نرمافزار اجزای محدود آباکوس مدلسازی شده است و در نهایت نمودارهای هیسترزیس بار -جابجایی، نمودار پوش بار-جابجایی، بار نهایی، سهم الیاف پلیمری از بار نهایی و ترکخوردگی نمونهها بررسی شده است.
- 1 مقدمه
سازههای بتن مسلح ممکن است به دلایل مختلفی دچار آسیب شده و نیاز به مرمت، تقویت و یا بهسازی داشته باشند. این آسیبها از دو بعد ماده و سازه مطرح میباشند. آسیب ماده در سازههای بتن مسلح در مواردی همچون خوردگی فولاد و یا فساد و خرابی بتن مطرح میشود که با استفاده از روشهای مخصوص به خود و مواد تعمیراتی مانند انواع دوغاب و ... قابل ترمیم میباشند که البته بحث آسیب ماده موضوع مورد بحث در این تحقیق نیست. الیاف پلیمری را میتوان برای ترمیم یا تقویت و بهسازی انواع سازههای بتن مسلح که از لحاظ سازهای آسیب دیدهاند با نصب بر روی سطح - دالها وتیرها، ستونها، دیوارهای حمال، شناژها و فونداسیون - و در ساختمانهای مسکونی، اداری و تجاری، ساختمانهای صنعتی، تکیه گاههای ماشینآلات و تاسیسات سنگین، سازههای آبی از قبیل سد، کانال، کانال عبور آب و غیره، پلهای جادهای و ریلی، مخازن و منابع آب و مایعات، سیلوها و برجهای خنک کننده بهکار برد.
در این تحقیق مدلسازی نمونههای آزمایشی تقویت شده با الیاف که با استفاده از نرمافزار آباکوس1 انجام شده شرح داده میشوند. سعی میشود با مطالعه عددی برای ستونهای تقویت نشده و ستونهای تقویت شده بوسیله نرمافزارهای المان محدود به بررسی نحوه و مقدار مقاومسازی بر روی ستونهای بتن مسلح تحت اثر بارگذاری چرخهای پرداخته شود. همچنین سعی میشود متغیرهایی چون: شکل مقاومسازی، درصد الیاف پلیمری جهت تقویت، لایههای تقویت بیشتر و... را در نظر گرفت تا به روش عددی مناسبی برای بدست آوردن ظرفیت نهایی این ستونها دست یابیم .[1]
آویرام و همکارانش - 2013 - 2 به بررسی و جمعآوری مطالعات انجام شده گذشته در خصوص رفتار ستونهای بتن مسلح تحت بارگذاری لرزهای دو محوری پرداختند .[3] لانگ و همکارانش - 2014 - 3 به بررسی عددی مدل خرابی تیر و ستون بتنی تحت برش پرداختند. جهت شبیه سازی رفتار تیر و ستون بتنی از دسته المات های beam استفاده شده است .[4] ما و بانوری - 2016 - 4 به بررسی رفتار ستون های بتن مسلح مقاوم سازی شده تحت اثر بارگذاری چرخهای پرداختند. در این مطالعه 4 نمونه ستون مقاوم سازی شده تحت اثر بارگذاری محوری و جابجایی چرخه ای جانبی بررسی شدند و در نهایت به بررسی نمودارهای سایکلیک جابجایی- برش پایه و پوش جابجایی- برش پایه پرداختند .[5] مازاکو و همکارانش - 2016 - 5 به بررسی عددی ستون های بتن مسلح مقاوم سازی شده با الیاف کربن تحت اثر بارگذاری محوری پرداختند. در این تحقیق جهت انجام مطالعه از نرم افزار Abaqus استفاده کردند و در نهایت به بررسی کرنش محوری- تنش محوری پرداختند .[6]
-2 روش تحقیق
در این تحقیق در ابتدا جهت صحتسنجی مدلسازی در نرمافزار اجزای محدود آباکوس از مطالعه آزمایشگاهی انجام شده توسط دسپریز1 و همکاران استفاده شده است، پس از صحت سنجی با ساختن مدلهای پیشنهادی با آرایشهای مختلف الیاف پلیمری به بررسی رفتار این ستونها در نرمافزار اجزای محدود آباکوس پرداختیم و در نهایت نمودارهای هیسترزیس بار- جابجایی، نمودار پوش بار-جابجایی، بار نهایی، سهم الیاف پلیمری از بار نهایی و ترکخوردگی نمونهها بررسی شده است.
-3 المان های استفاده شده
نرم افزارآباکوس از یک المان سه بعدی، - C3D10 از دسته المان های Solid - ، برای تحلیل رفتار غیرخطی مصالح تردنظیر بتن استفاده می کند. این المان سه بعدی و هشت گره ای است. این المان از نوع Solid برای تحلیل تنش یا تغییر مکان است. الگوی المان C3D10 در شکل -1الف آورده شده است.[1] المان خرپایی - المان - T3D2 یکی از المان های سازه ای معمول قابل استفاده در نرم افزار آباکوس میباشد. المان خرپا عضوی است دو نیرویی که نیروها فقط در گره های آن اعمال شده و این گرهها تنها دارای درجه آزادی انتقالی میباشند.
این المانها فقط دارای مقاومت محوری میباشند. در این المانها فقط گرهها نیرو را انتقال میدهند و لذا المانهای خرپا مقاومت خمشی و برشی از خود نشان نمیدهند. در واقع المانهای خرپا اعضای سازهای هستند که فقط نیروی محوری را انتقال داده و ممان و برش را انتقال نمیدهند. از این المانها برای مدلهای اعضای سازهای که تحت نیروهای محوری کششی یا فشاری قرار دارند مانند آرماتورها استفاده میشود. الگوی این المان در شکل -1ب آورده شده است.[1]
برنامه المان محدود آباکوس قادر است که برای آنالیز های مدل هایی با ساختار مرکب استفاده شود. در واقع توسط این برنامه می توان مدلهایی با ترکیب مواد مختلف ایجاد نمود و نیز بتوان با استفاده از تواناییهای این برنامه رفتاری مناسب در قسمت مرزی بین دو ماده برقرار کرد. المان پوسته چهار گرهی چند منظوره - المان - S3 قابلیت کاهش دادن نقاط انتگرالگیری برای به حداقل رساندن محاسبات و در نتیجه کاهش زمان آنالیز را دارا میباشد. از آنجایی که اثر برش عرضی در این المان لحاظ شده است، میتوان برای مدلهای با ساختار باریک و ضخیم استفاده نمود.در این مطالعه از S3 که از دسته المان های Shell است، برای مشبندی الیاف پلیمری استفاده شده است. الگوی این المان در شکل -1ج آورده شده است.
