بخشی از مقاله
چکیده :
ستون های جداره نازک به دلیل جذب انرژی و قابلیت عملکرد مناسب در برابر نیروهای محوری یکی از اعضای پرکاربرد در سازه ها تلقی می شوند. از مصالح نوین مقاوم سازی که می توان در جهت بهبود عملکرد بهتر پروفیل های جداره نازک استفاد کرد الیاف کربنی CFRP1 هستند - مصالح، کامپوزیتی پلیمری تقویت شده با الیاف کربن - این مقاله به بررسی ابعاد و محل قرارگیری نقص و تأثیر الیاف CFRP در مقاوم سازی ستون های فولادی قوطی شکل کوتاه خواهد پرداخت.
تعداد 17 عضو سالم و دارای نقص در ناحیه تکیه گاهی توسط نرم افزار - ABAQUS - مدل سازی گردیده و نتایج حاصل از نرم افزار با نمونه ی آزمایشگاهی مورد بررسی و صحت سنجی قرار گرفته است. نقص های مورد مطالعه در این مقاله به صورت عمودی و افقی در پایین عضو در محل گوشه و وسط بررسی شده اند، نتایج بدست آمده نشان می دهد که الیاف کربنی CFRP توانایی بالایی در بهبود و سختی ستون های فولادی دارند .
مقدمه:
آقای نرماشیری و همکاران[7] در سال 2011 به بررسی عددی و آزمایشگاهی اثر ضخامت های مختلف CFRP برروی مقاوم سازی تیرهای فولای را بررسی کردند و نتایج نشان داد که ضخامت های مختلف بر روی شکل شکست، ظرفیت تیر و شکل توزیع تنش بر روی CFRP اثر گذار است. پربهو سانداراجا [8] در سال 2013 دو فاصله متفاوت نوارهای CFRP در مقاوم سازی ستون پر شده با بتن را مطالعه کردند.
آنها از میان 21 نمونه، تعداد 18 نمونه را با الیاف کربن با در در نظر گرفتن عواملی نظیر ضخامت، عرض و فاصله نوارهای CFRP مقاوم سازی کردند و دریافتند نوارهای CFRP از تغییر شکل های جانبی جلوگیری می کند و کماش موضعی را به تأخیر می اندازد. تعداد لایه ها و رعایت فاصله مناسب تغیر شکل های جانبی را کنترل می کند و موجب افزایش ظرفیت باربری می شود. در فاصله میان نوارهای CFRP تا 30 میلیمتر مد شکست پاره شدن CFRP بود و بیش از 30 میلیمتر ستون توسط کمانش موضعی دچار شکست شد.
بمبچ و ال چالاکانی [1] در سال 2007 مقاطع فولادی قوطی شکل کوتاه مقاوم سازی شده با CFRP را در آزمایشگاه تحت فشار محوری قرار دادند و دریافتند مصالح CFRP باعث افزایش مقاومت و انرژی مقاطع تحت فشار می شوند. هایدر و ژائو [5] در سال 2011 تأثیر مقاوم سازی با CFRP به صورت عرضی و طولی در ده ستون کوتاه را در آزمایشگاه مورد ارزیابی قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که ترکیب استفاده CFRP به صورت طولی و عرضی باعث افزایش ظرفیت تسلیم می شود و همچنین میزان بیشتر CFRP تأثیر بیشتری در به تأخیر انداختن کمانش دارد.
سیواسنکر و همکاران [10] در سال 2012 مدهای شکست، رفتار تنش-کرنش و ظرفیت باربری نهایی ستون قوطی شکل فولادی کوتاه مقاوم سازی شده با CFRP را مورد مطالعه قرار دادند. تعدادی ستون فولادی به ارتفاع 600 میلیمتر با دو نوع چیدمان الیاف در آزمایشگاه مقاوم سازی شدند. چسباندن CFRP روش مؤثری در افزایش ظرفیت باربری و سختی و به تأخیر انداختن کمانش دارد و با افزایش بار، الیاف CFRP در ستون احاطه شده دچار پارگی شد.
کالاواگونتا و همکاران [6] در سال 2013 به مطالعه ستون کانال شکل لبه دار مقاوم سازی شده با CFRP تحت بار محوری پرداختند. آنها ستون کانال شکل را به دو صورت چسباندن الیاف به کل ستون و چسباندن به جان به صورت آزمایشگاهی مطالعه کردند و دریافتند که ظرفیت باربری در مقطع کاملا مقاوم سازی شده تا 16/75 درصد و در نمونه مقاوم سازی شده در جان تا 10/26 درصد افزایش یافته است. به دلیل لایه لایه شدن و جدا شدن CFRP، کاهش ظرفیت و شکست ناگهانی ملاحظه گردید و استفاده از CFRP ظرفیت باربری را افزایش داد. و منتج شد که آماده سازی سطح و دما دو عامل مهم برای دست یافتن به چسبندگی مناسب بین فولاد و الیاف می باشد.
سانداراجا و سیواسنکر[9] در سال 2013 با مقاوم سازی 12 ستون قوطی شکل فولادی کوتاه توسط الیاف کربن با در نظر گرفتن عوامل اصلی نظیر تعداد لایه ها و فاصله نوارهای CFRP در آزمایشگاه نتیجه گرفتند که این الیاف باعث افزایش ظرفیت باربری می شود و کمانش جانبی را به تاخیر می اندازد. استفاده از الیاف به صورت عرضی باعث افزایش بیشتری در سختی، ظرفیت باربری و تغییر شکل محوری در مقایسه با استفاده از الیاف به صورت طولی دارد.
قایم دوست وهمکاران[4] در سال 2015 به مطالعه مقاوم سازی اعضای فشاری قوطی شکل کوتاه دارای نقص توسط لایه هایCFRP پرداختند.ایشان از میان13نمونه ستون فولادی قوطی شکل کوتاه،که یک نمونه بدون نقص، چهار نمونه دارای نقص و هشت نمونه دارای نقص مقاوم سازی شده با لایه هایCFRP را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که استفاده از لایه های CFRP باعث جبران نقص ، استحکام سختی و به تأخیر انداختن کمانش موضعی در عضو های دارای نقص خواهد شد. در این تحقیق به بررسی محل قرارگیری نقص در ناحیه تکیه گاهی و تاثیر استفاده از لایه های کربنی CFRP در ستون های فولادی قوطی شکل کوتاه به منظور پوشاندن و بهبود عملکرد عضو فشاری و افزایش ظرفیت باربری خواهیم پرداخت. مدل سازی توسط نرم افزار المان محدود - ABAQUS V.6.14 - می باشد.
.2 مشخصات مصالح و نمونه ها:
- 2-1 پروفیل های فولادی:
فولاد مصرفی در این تحقیق از فولاد نرم قوطی شکل ساختمانی بوده است. تعداد نمونه های مورد بررسی 17 عضو بوده است که یک عضو سالم و هشت نمونه دارای نقص و هشت نمونه دارای نقص مقاوم سازی شده می باشند. نمونه های دارای نقص با شیارهای عمودی به طول200mm و شیار های افقی با طول 60mm می باشد که در پایین عضو فشاری در محل گوشه و وسط قرار دارند، عرض نمونه های دارای نقص 10mmو20 میباشد. ورق های کربنی CFRP به صورت دور پیچ کامل عضوهای دارای نقص را پوشانده است. جدول 1 مشخصات پروفیل های فولادی، شکل 1 نحوه بارگذری و شرایط تکیه گاهی، شکل 3و2 محل قرارگیری نقص را نشان می دهد.
