بخشی از مقاله
چکیده:
روش نصب نزدیک سطح - Near Surface Mounted-NSM - یک روش نوین مقاومسازي سازههاي بتنآرمه است که در چند دههي اخیر مورد توجه بسیاري قرار گرفته است. این روش به صورت قرار دادن میلگردهاي با مقطع مستطیل یا دایرهاي شکل داخل شیارهایی نزدیک سطح بتن و سپس پر کردن شیار با چسب مناسب است. روش قدیمیتري که براي تقویت سازههاي بتنآرمه استفاده میشود، روش تقویت خارجی - Externally Bounded Reinforcement-EBR - میباشد. در این روش، ورقهاي کامپوزیتی FRP به سطحی از سازه که لازم است تقویت شود، با چسبهاي خاصی متصل میگردد. هر یک از این دو روش داراي مزایا و معایب منحصر به خود میباشند.
در این تحقیق رفتار تقویتی 13 نمونه تیر بتنآرمهي مستطیلی که به دو روش ذکر شده تقویت گردیدند، به کمک نرمافزار ABAQUS مورد بررسی قرار گرفت. در ابتدا صحت مدل ساخته شده، از مقایسهي نتایج تحلیل با نتایج آزمایش راشید و همکارانش [1] بررسی گردید. سپس حساسیت این دو روش به برخی از پارامترهاي موثر بر عملکرد آنها نظیر فاصله، تراکم، مقدار و نیز جنس تقویتکنندهها مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، اثر ترکیب دو روش NSM و EBR براي تقویت تیر بتنی بررسی گردید. نتایج میزان افزایش ظرفیت خمشی، شکل پذیري و سختی براي نمونههاي ذکر شده مقایسه گردید.
بر اساس نتایج بهدست آمده، در روش NSM، استفاده از میلگردهاي از جنس فولاد، CFRP و GFRP به ترتیب عملکرد بهتري در تقویت خمشی تیر دارند. افزایش تعداد شیارها و قطر میلگردها در روش NSM و نیز افزایش مساحت ورقهاي کامپوزیتی در روش EBR موجب افزایش ظرفیت خمشی تیر بتنی میگردد. در حالت استفادهي ترکیبی از این دو روش، بیشترین افزایش ظرفیت خمشی به میزان %109/9 در بین حالتهاي بررسی شده، مشاهده میشود.
.1 مقدمه
تقویت سازهها یکی از مهمترین دغدغههاي دانشمندان عرصه عمران در عصر حاضر میباشد، زیرا قدمت بسیاري از سازهها و بنا-هاي تاریخی یا بناهاي استراتژي زیاد بوده و خراب شدن آنها آسیب فراوانی به اقتصاد کشورها اعمال میکند. از سوي دیگر عمر مفید کوتاه سازهها و بناهاي تازه احداث در مناطق نامناسب آب و هوایی موجب شده تا دانشمندان و محققان به فکر جایگزینی مصالح جدید به جاي مصالح موجود باشند. در دهه 80 میلادي مهندسان عمران به استفاده از الیاف پلیمري جهت تقویت سازه-هاي بتنی روي آوردند و از روش تقویت خارجی - EBR - در سطح سازههاي بتنی استفاده کردند. از مزایاي این روش وزن کمتر، نصب آسان و نسبت بالاي مقاومت به وزن میباشد.
نتایج حاصل از مطالعات نشان میدهد که تقویت خارجی با استفاده از الیاف پلیمري، منجر به افزایش ظرفیت خمشی و دوام و نیز افزایش اندك سختی اجزاي بتنآرمه میشود .[2] تسلیح به روش NSM در سالهاي 1940تا1950 در اروپا با استفاده از میلگردهاي فولادي انجام میشد. در روش NSM پوشش بتنی و چسب از میلگرد در برابر آسیبهاي فیزیکی و مکانیکی محافظت میکنند. همچنین، روش NSM پدیده ي جداشدن بتن از عنصر تقویت کننده - Debonding - را به تعویق میاندازد. روش NSM و EBR نه تنها براي تعمیر و تقویت سازههاي بتنآرمه، بلکه براي محافظت و جلوگیري از خوردگی سازههاي مذکور بسیار موثر میباشند .[3]
حسن۲ و ریزکلا ۳ - 2004 - ، مطالعاتی جهت بررسی شرایط اتصال میلگردهاي CFRP استفاده شده در روش NSM و بتن انجام دادند. نتایج این آزمایش، کارایی روش NSM در تعمیر و تقویت تیرهاي بتنی را نشان داد. بار نهایی و کارایی میلگردهاي FRP با افزایش طول میلگردها - Embedment Length - افزایش یافت. همچنین مشاهده گردید طول میلگردهاي FRP وابستگی زیادي به ابعاد میلگردها، مشخصات بتن و چسب، نحوه ي تسلیح و عرض شیارها دارد .
نتایج این تحقیق نشان داد، جنس ﻣﯿﻠﮕﺮدﻫﺎي بهکار برده شده در روش NSM، اعم از فولادي یا پلیمري تاثیر زیادي در رفتار تقویتی این روش دارد .[4] سلیمان٤ و همکاران - 2010 - مطالعاتی بر روي رفتار خمشی تیرهاي بتنی تقویت شده با میلگردهاي FRP به روش NSM انجام دادند. در تحقیق آنها ، اثر درصد فولاد داخلی، طول، قطر و جنس میلگردها بر ظرفیت خمشی و سختی تیر بتنی بررسی گردید .[5] در سال 2011، لی٥ و همکاران به بررسی اثر مقاوم سازي طره دال پل بتنی به روش NSM پرداختند. آنها ﺑﻪ مقایسهي رفتار خمشی طرههاي تقویت شده آسیبدیده - Precracked - در نواحی لنگر منفی پرداختند.
در این تحقیق انواع مختلف تقویت-کنندههاي FRP از نظر شرایط سطح میلگرد - صا ف، ناصاف، آجدار، با پوشش ماسه اي، مارپیچ - ، شکل مقطع میلگرد - دایره، مربع، مستطیل - ، جنس میلگرد - کربن، شیشه - و وضعیت پیش تنیدگی میلگردها مورد بررسی قرار گرفتند. برطبق نتایج بدست آمده در این تحقیق، روش NSM روشی کارامد در افزایش مقاومت تسلیم و نهایی طرههاي آسیب دیده - Precracked - است .[6]
تعمیر و تقویت و بهسازي سازههاي بتنی - کد - 37B
در زمینهي تقویت برشی تیرهاي بتنآرمه با روشهاي ذکرشده، تحقیقات زیادي توسط بویوك اوزتورك٦ - 2002 - ، بروس ۷ - 2007 - ، دلورنیز۸ - 2007 - و محمدعلی ۹ - 2008 - انجام شده است که در آنها اثر ﻋﻤﻖ تیر، میزان آرﻣﺎﺗﻮرﻫﺎي طولی، فاصله و زاویه الیاف، مشخصات مکانیکی چسب و ... بر ظرفیت برشی و مکانیزمهاي شکست بررسی گردیده است.
.2تحلیل به روش اجزا محدود در نرمافزار ABAQUS
در این تحقیق 13 نمونه تیر بتن آرمه که به دو روش NSM و EBR تقویت شدند، مورد بررسی قرارگرفت. مدل پایه براي تیر بتنی، تیر بتنآرمهي ساده با آرماتورهاي کششی و فشاري - بدون تقویت خارجی و - NSM بوده که در نمونههاي بعدي همراه با روشهاي تقویتی مورد بررسی قرار گرفته است. این تیر با عنوان "تیر کنترل" نامگذاري شده است . - B1 - بهمنظور ارزیابی صحت و دقت نتایج خروجی مدل ساخته شده در نرمافزار آباکوس، مشخصات فنی و هندسی تیر کنترل مطابق با نمونههاي آزمایش Rasheed و همکارانش [1]، انتخاب گردید تا خروجیهاي نرمافزار با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردد. بر این اساس، ابعاد مقطع تیر بتنی مستطیلی 15*30 سانتی متر و طول آن 4/8 متر میباشد. نحوهي آرماتورگذاري در شکل - 1 - نشان داده شده است.
میزان پوشش بتنی - Cover - برابر 2/5 سانتیمتر و فاصلهي خاموتها 12 سانتیمتر میباشد. مقاومت فشاري 28 روزه نمونهي استوانهاي بتنی 55 MPa و تنش تسلیم میلگردهاي فولادي استفاده شده 483 MPa در نظرگرفته شد. مشخصات سایر مصالح در جدول - 1 - نشان داده شده است. بارگذاري بر روي تیرها بهصورت خمش چهارنقطهاي بوده است. براي شبیهسازي بارگذاري آزمایشگاهی در نرمافزار ABAQUS، روش کنترل تغییر مکان بهکار گرفته شد.
