بخشی از مقاله
چکیده
در میان روشهای متفاوتی که برای مقاومسازی استفاده میشود؛ کاربرد FRP محبوبترین روش نسبت به بقیه است، زیرا دارای وزن کم و مقاوم در برابر خوردگی ا ست. مهمترین جنبه رفتاری تیرهای بتنآرمه که با کامپوزیتFRP تقویت خارجی می شوند، عملکرد خوب تیرهای بتنی در تمامی مراحل بارگذاری است. یکی از روش های متداول در تقویت خمشی تیرهای بتنآرمه نصب ورق در قسمت کششی در طول تیر است. این روش به علت اینکه ورقهای FRP نمیتوانند تا روی تکیهگاه ادامه یابند باعث تمرکز تنش برشی و تنش نرمال در تکیهگاه میگردد و موجب کاهش شکلپذیری و افزایش جداشدگی میشود.
به همین دلیل محققین برای افزایش شکلپذیری و کاهش جداشدگی روشهای مختلفی را پیشنهاد کردهاند، یکی از این روشها استفاده از ورقهای فولادی نازک است، که در دو وجه تیر نصب میشود. این ورقها در نزدیکی تکیهگاه و در طول تیر نصب میشود و باعث افزایش شکلپذیری و کاهش جداشدگی در تیرهای تقویت شده توسط CFRP میگردد. در این مطالعه به بررسی تأثیر استفاده از ورقهای فولادی نازک در شکلپذیری و جداشدگی CFRP از سطح بتن درتیرهای T شکل پرداخته شده،
به همین منظور برای پیشبینی و ارزیابی عوامل مؤثر بر این رفتارها از مدل اجزای محدود غیر خطی استفاده گردیده است. نتایج به دست آمده دقت بالای این روش عددی را در مدلسازی نمونههای آزمایشگاهی نشان میدهد. در همین زمینه مطالعاتی در ارتباط با تأثیر تعداد انکرها با هندسههای مختلف تقویت و اجرای آن، میزان ت سلیح خم شی و بر شی اولیهی تیرها و ضخامت صفحات CFRP انجام گرفته ا ست. نتایج ن شان داده که ا ستفاده از انکرها در تیرها با بارگذاری متمرکز باعث افزایش شکلپذیری گردیده و همچنین ظرفیت بارگذاری را نیز افزایش میدهد.
-1 مقدمه
سی ستمهایFPR به صورت پو ششهای بیرونی و به منظور افزایش مقاومت و به سازی سازههای بتنی موجود از اوا سط دهه 1980 تاکنون در سرتاسر دنیا مورد استفاده قرار میگیرد. اعضای سازههای تقویت شده با سی ستمهایFPR به صورت پوششهای بیرونی عبارتنداز: تیرها، دالها، ستونها و دیوارها میباشند. پوششهایFPR همچنین به منظور مقاومسازی1 سازههای بنای، چوبی، فولادی و چدنی نیز بهکار میروند، در شکل - - 1 قسمتی از ساختار الیاف کربن نشان داده شده است.[1]
روشهای مختلفی جهت مقاوم سازی سازههای بتن م سلح وجود دارد، که با توجه به نیاز سازه و م سائل اقت صادی و مدت زمان لازم برای انجام پروژه و همچنین اهمیت سازه از منظرهای مختلف مناسبترین روش بررسی و انتخاب میگردد. به دلیل گوناگونی ساختمانها و تنوع نواقص و کاستیهایی که وجود دارند، و نیز گوناگونی مقاصد مقاومسازی، تکنیکهای مقاومسازی نیز متفاوت میباشند.
عمدهترین روشهای مقاومسازی عبارتند از:
• استفاده از دیوار برشی بتنی و فولادی؛
• استفاده از مهار بندها؛
• استفاده از غلافهای فولادی برای ستونها؛
• استفاده از بتن با مقاومت بالا؛
• استفاد از کامپوزیتها به صورت نوار یا میلگرد؛
• استفاده از سیستمهای جاذب انرژی نظیر میراگرها و جداسازهای لرزهای؛
تنگ و چن در سال2013 به بررسی فرآیند جداشدگی در تیرها تقویت شده برشی بهوسیله نوارهایU شکلFRP و همچنین به صورت چسبانیدن نوار به طرفین تیر پرداختند، در این تحقیق که با استفاده از نرم افزار انجام شد، به این نتیجه رسیدند، که نوارهایU شکل عملکرد بهتری در برش دارند و جداشدگی را تا حد زیادی به تعویق میاندازد و همچنین اگر این نوارها به صورت مورب اجرا شود، تأثیر خوبی در برش از خود نشان میدهند.[7]
مستوفی نژاد و محمودآبادی در سال 2010 در دانشگاه صنعتی اصفهان روش شیارزنی را به عنوان روش مناسب برای جایگزینی EBR روش پیشنهاد دادند. نهایتاً به این نتیجه رسیدند، که در حالت تقویت خمشی شیارهای طولی عملکرد بهتری دارند و با افزایش شیار در تیرها جداشدگی به تعویق افتاده و در ادامه نیز میتوان شاهد پارگی FRP هم بود.[8] تحقیقات نشان میدهد، با استفاده از روشهای معمول مانند چسبانیدن ورقهایFRP برروی قسمت کشش تیرها نمیتوان به نتایج خوبی رسید.
زیرا دو ضعف عمده در تیرهای تقویت شده با FRP وجود دارد، یکی شکل پذیریکم و دوم ناکافی بودن ایمنی در برش است، به همین علت استفاده ازFRP همراه با انکرمکانیکی2 توصیه می شود. باید به این نکته نیز اشاره کرد، که مصالحFRP بر خلاف فولاد شکلپذیری خیلی کمتری دارند؛ کرنشFRP حدود 1,5 درصد میباشد و مانند فولاد رفتار پلاستیک از خود نشان نمیدهند. در این مقاله مدلی عددی جهت پیش بینی و بیان رفتار تیرهای بتن آرمه تقویت شده خارجی بهو سیله CFRP و مهار مکانیکی ارائه شده ا ست. بدین منظور از نرم افزار ABAQUS جهت مدل سازی به روش اجزای محدود ا ستفاده شده ا ست و نتایج تحلیل انجام شده با نتایج آزمای شگاهی مورد مقایسه قرار می گیرد.
-2 مدل اجزای محدود
برای مدل سازی رفتار غیر خطی آسیبدیدگی بتن از روش مدل ترکیبی پلاستیک- خسارت بتن3 که پیچیدهترین و پر کاربردترین مدل رفتاری میباشد استفاده شده است. معیار گسیختگی در محدوده پلاستیک ماده تحت تنشهای ترکیبی توسط کاچانو در اواسط دهه 50 میلادی بر اساس کاهش سطوح تنش ارائه شد. از آن زمان مکانیزم خرابی بر اساس مدلهای زوال یافتگی و هم اکنون با استفاده از سکانت زوال سختی در نظر گرفته میشود.[2] معادله رفتاری تغییرات تنش فشاری تک محوری بتن بر حسب کرنش به صورت منحنی هاگنستاد یا سهمی هاگنستاد بیان شده،
این منحنی در شکل - - 2 نمایش داده شده ا ست. همچنین منحنی تنش - کرنش بتن ک ش شی اندکی رفتار غیر خطی از خود ن شان میدهد، اگر چه تا حدود تنشی معادل 50 درصد مقاومت کششی بتن f't رفتار خطی است، اما پس از رسیدن بتن به مقاومت کششی در یک منطقه توسعه شکست که در مجاورت نقطه حداکثر تنش ک ش شی قرار دارد، ریز ترکها به وقوع میپیوندند، که این م سأله منجر به نزول سریع ظرفیت ک ش شی همراه با افزایش تغییر طول در منطقه کششی میگردد.[3] شکل:2 منحنی تنش کرنش اصلاح شده هاگنستاد برای رفتار فشار تک محوره بتن.[3]
در قسمت فضای مدل در نرم افزار تیر بتنی به صورت سه بعدی یعنی با شش مولفه تنش معرفی میشود، در قسمت بعدی تیر را از نوع شکلپذیر بیان و به صورت حجمی که با سه درجه آزادی در هر گره معرفی می شود. روابط تنش - کرنش که در مدل سازی بتن به کار رفته در فرمولهای - 1 - تا - 3 - ارائه شده است. مدل سازی اولیه میلگردها به صورت مدل سیمی - Wire - تک محوره معرفی شده، از آنجا که سطح مقطع میلگرد ن سبت به سطح مقطع ع ضو بتنآرمه مقدار کوچکی ا ست و لذا توزیع تنش در میلگرد را می توان یکنواخت فرض نمود. در این تحقیق بهمنظور شبیه سازی میلگردها از المان خرپای4 با تئوری تنش تک محوره به جای المان سه بعدی استفاده شده است، و اندرکنش با بتن به صورت مدفون میباشد.
مدلسازی FRP در نرم افزار به صورت سه بعدی، شکلپذیر و پوستهی معرفی میشود، رفتارFRP به صورت الاستیک خطی تا لحظه گسیختگی در نظر گرفته میشود. برای مدلسازی جداشدگی از رابطهای پیشنهادی لو و همکاران در سال 2005 استفاده میشود، در این رابطه ft تنش ترک خوردگی بتن، bp وbc به ترتیب عرض ورق تقویتی و عرض تیر، Gf انرژی گسیختگی و مقادیرkss وktt در نرم افزار نشان دهنده شیب نمودار تنش پیوستگی برشی - لغزش قبل از جدا شدگی هستند. همچنین مدل سازی جداشدگی مطابق شکل - - 3 میباشد در این شکلS0 لغزش درآستانهی جداشدگی و Sf لغزش نهایی است، که در آن مقدار تنش پیوستگی برشی به صفر تقلیل داده میشود.[5]
