بخشی از مقاله
چکیده
عدم وجود میلگردهای عرضی - برشی - در اتصالات خارجی تیر- ستونهای بتن آرمه، باعث شکست برشی اتصال مذکور و در نتیجه عملکرد ضعیف کل سازه در هنگام وقوع زلزله می شود. قرارگیری اتصال تحت نیروی جانبی در دو راستا باعث کاهش شدیدتر مقاومت برشی اتصالات با جزئیات غیرلرزهای میشود.
در پژوهش حاضر با استفاده از نرمافزار المان محدود آباکوس، مدلهای سهبعدی از اتصال بتنی که فاقد میل گرد برشی در هسته بوده و سپس با دو طرح متفاوت به وسیلهی FRP تقویت شدهاند، مدلسازی، به صورت دوطرفه بارگذاری، تحلیل و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که برای ارائهی طرح مناسب و قابل اجرا به منظور تقویت هستهی اتصال باید تیرهای عرضی حتماً در نظر گرفته شوند. طرحهای تقویت ارائهشده به نحو مطلوب مقاومت و جذب انرژی اتصال را افزایش دادهاند.
-1 مقدمه
یکی از ضعفهای بسیار مهم در سازههای بتنآرمه که منجر به عملکرد نامطلوب در برابر زلزله میشود، شکست ترد برشی اتصالات تیر- ستون به دلایلی همچون عدم وجود فولاد عرضی در هستهی اتصال و کمبود طول مهاری کافی میلگردهای طولی تیر میباشد. این نوع شکست گاهاً سبب ناپایداری کل سازه میشود، لذا تقویت هسته اتصال تیر- ستون امری اجتناب ناپذیر است. از میان روش های موجود تقویت سازه های بتن آرمه از جمله : ژاکت بتنی، ژاکت فولادی و FRP، استفاده از FRP به دلیل مزایایی همچون : نسبت مقاومت به وزن بالا، مقاومت بالا در برابر خوردگی، نسبت به سایر روشها ارجحیت دارد.
مطالعات تحقیقاتی در زمینهی تقویت اتصال تیر- ستون بتنآرمه با FRP به دو صورت کلی شامل بررسی عددی و مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته است. از جمله کارهای عددی اندک صورتگرفته میتوان به مطالعات مستوفینژاد و طلائیطبا [1] - 1383 - ، خسرو برگی و صفری [2] - 1386 - ، خانزادی، حسنی و احمدی [3] - 1387 - ، حدیقه و ماهری [4] - 1389 - و زینعلی مقدم [5] - 1390 - اشاره نمود.
مطالعات آزمایشگاهی متعددی نیز در این زمینه انجام شده است. جرجلی و همکاران - [6] - 2000 ، گراناتا و پروین [7] - 2001 - ، قباره و سید [8] - 2001 - ، کلاید و پانتلیدس [9] - 2002 - ، پانتلیدیس و همکاران - [10] - 2008، کین لی ترانگ و همکاران - [11] - 2009 و بسیاری از محققین دیگر با انجام مطالعات آزمایشگاهی به بررسی شیوه های متفاوت تقویت اتصال تیر- ستون بتنی با FRP پرداختهاند. اما با وجود تحقیقات متعددی که در گذشته توسط محققین صورت پذیرفته است، هنوز ابهاماتی در خصوص تقویت اتصالات سه بعدی تیر-ستونهای بتن آرمه با ورقهای FRP وجود دارد.
همچنین در هیچ یک از آئیننامههای طراحی استفاده از مصالح FRP جهت مقاومسازی سازه-های بتنی، به طور خاص به تقویت اتصال پرداخته نشده است. از این رو در این مطالعه سعی شده است که با طراحی و بررسی مدلهایی، این ابهامات تا حد ممکن مرتفع شوند. در ادامه مشخصات مدلها و نتایج حاصل از مطالعهی پارامتریک تشریح می-شوند.
-2 مدلسازی و صحتسنجی عددی
روشها و نرمافزارهای گوناگونی برای مدلسازی و تحلیل عددی سیستمها و المانهای مختلف سازهای وجود دارد. در این پژوهش نرمافزار جامع تحلیل به روش اجزای محدود آباکوس به منظور انجام مدل سازی و تحلیل انتخاب شده است. در ادامه به بیان چگونگی مدلسازی اتصال بتنآرمه تقویت شده با FRP در نرمافزار اجزای محدود آباکوس، نسخهی 6/10 پرداخته میشود. جهت صحت سنجی مدل از دو اتصال بتنآرمه یکی در حالت تقویت نشده و دیگری در حالت تقویتشده با FRP استفاده شده است. انتخاب این اتصالات بر اساس مدل آزمایشگاهی آکوزل1 و پمپنین[12] 2 انتخاب و طرح تقویت مطابق با شکل - - 1 ارائه شده است.
مقاومت بتن برای نمونه ی شاهد 17.9 مگاپاسکال و برای نمونهی تقویتشده 18.9 مگاپاسکال بوده است. همچنین مقاومت تسلیم فولاد به طور متوسط 430 مگاپاسکال بوده است. برای مدلسازی رفتار بتن در فشار مدل بتن محصور نشدهی سائنز3 مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین مقاومت کششی بتن مقدار √ در نظر گرفته شد و برای منحنی تنش-کرنش بتن در کشش نیز یک منحنی دو خطی تا کرنش 0.0015 استفاده شد. مقدار مدول الاستیسیتهی و ضریب پواسون فولاد به ترتیب 200000 مگاپاسکال و 0.3 در نظر گرفته شد.
همچنین برای تعریف منحنی تنش- کرنش فولاد از نتایج آزمایش کشش مستقیم فولاد که توسط آقایان آکوزل و پمپنین انجام شده بود، استفاده شد. با اینکه بارها از نوع شبه استاتیکی- - چرخه ای - هستند، به دلیل رفتار ترد و شدیداً غیر خطی مصالح، تحلیل با استفاده از روش اختلاف مرکزی و به کار بردن گام نوع دینامیکی صریح4 انجام شده است. برای بتن از المان سهبعدی خطی - C3D8R المان 3 بعدی 8 گرهی با 3 درجه آزادی انتقالی در هر گره - استفاده شده است. برای میلگردهای طولی و برشی به این دلیل که در میل گردها فقط تغییر طول محوری در نظر گرفته شده است، لذا بهترین المان برای این فرض، المان خرپایی - T3D2 المان 3بعدی 2گرهی با 3 درجه آزادی در هر گره - میباشد، استفاده شده است. برای صفحات GFRP المان S4R - المان صفحهای - مورد استفاده قرار گرفته است.
شکل - - - 1 طرح تقویت نمونههای 2بعدی و 3بعدی
مدل های ساخته شده تا جابجایی 80 میلی متر به صورت مونوتونیک بارگذاری شده اند و با پوش منحنی چرخه ای آزمایشگاه مقایسه شده اند.
در شکل - - 2 نمودار نیرو - جابجایی نمونه های شاهد و تقویت شده حاصل از آزمایشگاه و مدل اجزای محدود نشان داده شده است.
شکل - - - 2 نمودار نیرو-جابجایی نمونه ی شاهد و تقویت شده
