بخشی از مقاله
چکیده
اهمیت بررسی روشهای موجود و تحقیق بر روی روشهای جدید در جهت افزایش مقاومت سازهای ضروری میباشد. از این رو تعمیر و تقویت این سازههابا استفاده از مصالح نوین مهندسی مانند کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند - HPFRCC - که از هر نظر در خصوصیات مکانیکی با بتن یکسان و همگن است،میتواند امری حیاتی و مقرون به صرفه باشد.
در این تحقیق رفتار خمشی دالهای تقویتشده با ورق های پیش ساخته کامپوزیت سیمانی الیافی توانمند - HPFRCC - با الیاف سنتتیک با تعبیه شیارهای سطحی و به کمک مدلهای آزمایشی تمام مقیاس مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه دال بتن آرمه یکطرفه به ابعاد 114 × 50 × 10 cm و طرح اختلاط بتن یکسان با مقاومت مشخصه f'c=210 kg/cm2 و طبق آییننامه ACI318طراحی و ساخته شده است. یک دال به عنوانِ دال مرجع نرمال که با چهار عدد آرماتور نمره 8 در ناحیه کششی مسلح گردید، در نظر گرفته شد.
بقیه دالها با کاهش 50 درصد آرماتور کششی ضعیف شدند که از دالهای ضعیف یک دال به عنوان دال مرجع - ضعیف تقویتنشده - و دو دال دیگر با ورق های پیش ساخته HPFRCC در ناحیه کششی دال تقویت شدند. لمینتها با چسب اپوکسی با تعبیه شیار - توسط چار تراش - به دال متصل شدند. کلیه دالها پس از آمادهسازی مورد آزمایش خمشی خالص نقطهای قرار گرفتند. در حین آزمایش نیروها و تغییر مکان ها ثبت شدند و وضعیت ترکها مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج این تحقیق نشان میدهد مقاومت خمشی دالهای تقویتشده نسبت به دال ضعیف تقویتنشده رشدی بین 200 تا 350 درصدی داشت و تغییر مکانها محدودتر شدند.
-1 مقدمه
بتن خودتراکم - SCC - 1 ، بتنی است که بدون نیاز به لرزش اضافی، بر روی خود، جریان یافته و در قالب جای میگیرد و میتواند به آسانی از میان میلگردهای فولادی متراکم، عبور نماید. با اضافه شدن الیاف به بتن خودتراکم، شکلپذیری آن افزایش مییابد. با استفاده از الیاف فولادی با اندازهها و مقادیر مختلف در بتنهای توانمند، خصوصیات ویژه بتن، نظیر کنترل میکروترکها، مقاومت کششی و شکلپذیری، بهبود مییابد. وجود میکروالیافها در بتن، تأثیر زیادی بر روی مقاومت فشاری آن دارد؛ اما تأثیر آن بر روی مقاومت کششی بتن، اندک است. استفاده از الیاف فولادی بلندتر، منجر به افزایش مقاومت کششی و طاقت مصالح میشود
مصالح CARDIFRC یکی از انواع مصالح HPFRCC میباشد که در دانشگاه کاردیف ولز، توسط فرهت2، نیکلایدیس3، کانلوپلوس1 و کاریهالو2 در سال 2006 ابداع شده استو دارای مقاومت فشاری و مقاومت کششی به ترتیب تا 200 و 27 مگاپاسکال میباشد. کاربرد اصلی این مصالح، در ترمیم و بهسازی المانهای سازهای میباشد
میشرا3 و لی - 1995 - ،آزمایشهایی را بر روی یک تیر بتن مسلح و همچنین یک تیر بتن مسلح که لایه پایینی آن با مصالح HPFRCC ساخته شده است، انجام دادهاند. ابعاد هندسی و جزئیات آرماتورگذاری تیرهای آزمایش شده در شکل 1 نشان داده شده است. این تیرها، تحت آزمایش خمش دو نقطهای قرار داده شده و الگوهای ترک-خوردگی آنها با یکدیگر مقایسه شده است. مشخص است که تفاوت چندانی در لنگر نهایی تیر بتن مسلح و تیر ساخته شده از بتن معمولی و مصالح HPFRCC وجود ندارد و هدف اصلی این محققان، بررسی بر روی دوام و عرض ترکهای ایجاد شده در این تیرها بوده است
آزمایشهای دیگری نیز در زمینه بررسی رفتار اعضای خمشی ساخته شده از مصالح HPFRCC توسط فیشر4 و لی، انجام شده است. این محققین، رفتار خمشی یک ستون بتنی و یک ستون HPFRCC را تحت بار جانبی رفت و برگشتی، با یکدیگر مقایسه کردهاند
نتایج منحنیهای هیسترزیس بار جانبی- دریفت ستونهای ساخته شده از مصالح HPFRCC وبتن معمولی، در شکل1 نشان داده شده است. نتایج بدست آمده، نشان میدهد که مقاومت جانبی و شکلپذیری ستون ساخته شده از مصالح HPFRCC نسبت به ستون ساخته شده از بتن معمولی، بیشتر است. همچنین با توجه به منحنیهای هیسترسیس بدست آمده، مشخص است که مقاومت جانبی ستون ساخته شده از مصالح HPFRCC نسبت به ستون ساخته شده از بتن معمولی، در دریفتهای بالا، افت بسیار کمتری را تجربه کرده است؛ بنابراین ستون ساخته شده از مصالحHPFRCC، نسبت به ستون ساخته شده از بتن معمولی، آسیب کمتری را تحمل کرده است و از ظرفیت جذب انرژی بالاتری برخوردار میباشد.
هدف اصلی این تحقیق، بررسی آزمایشگاهی دال های بتنی تقویت شده می باشد. همان طور که مشخص است رفتار دال در خمش و تقویت آن با لمینت های HPFRCC بستگی به درصد الیاف لمینت الیاف و وجود و عدم وجود شیار دارد.
در این آزمایش، دال موردنظر به گونه ای طراحی گردیده تا در خمش گسیخته گردد، بنابراین رفتار دال دربرش ناچیز بوده و بیشتر تحت خمش رفتار خواهد کرد. در نظراست که به بررسی تقویت خمشی و مقاومسازی دالهای بتنی ضعیف شده تحت بار خمشی مقاومسازی آن با استفاده از لمینت HPFRCC پرداخته شود.
در این تحقیق، رفتار دال های بتن آرمه یک طرفه ضعیف، تقویت شده با لمینت های از پیش تولید شده HPFRCC با الیاف سنتتیک به روش های - NSM - و - EBR - به کمک مدل های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاصله نسبت به رفتار دال بتن آرمه یک طرفه ضعیف بدون تقویت - مرجع ضعیف - مورد ارزیابی قرار می گیرد
بدین منظور دال بتن آرمه یک طرفه به ابعاد 114×50× 10 cm ساخته شدند بطوری که طرح اختلاط بتن تمامی دال ها یکسان بوده و نمونه سالم که بعنوان نمونه مرجع - S - در نظر گرفته شد با 4 عدد آرماتور طولی نمره 8 مسلح گردید و دو دال دیگر با کاهش آرماتورهای طولی به 2 عدد میلگرد نمره 8 در ناحیه کششی ضعیف شدند، یک عدد دال بتنی یک طرفه ضعیف شده بدون تقویت - SW - در نظر گرفته شدو بقیه دال های بتنی ضعیف شده در ناحیه کششی خود با لمینت های از پیش تولید شده HPFRCC به ابعاد cm 100×40×3 با 1/5 و 3 درصد الیاف سنتتیک با دو روش - NSM - با دو شیار وتمامی دال ها بر روی 2 تکیه گاه ساده و تحت بار متمرکز در وسط دهانه که از بالا به دال وارد می شود تحت بارگزاری سه نقطه ای قرار گرفتند.
آنگاه رفتار تمام دال ها شامل نمودار نیرو- تغییرمکان، زمان و بار معادل اولین ترک، نحوه گسترش ترک ها، بار نهایی شکست و پدیده جداشدگی مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت
-2 روششناسی تحقیق
مرحله نخست، شامل مطالعات میدانی و کتابخانهای جهت آشنایی با تحقیقات گذشته می باشد.
مرحله دوم، طراحی یک عدد دال بتن آرمه یک طرفه به ابعاد 114×50×10 cm با دو تکیه گاه ساده و بار متمرکز 2KN که در وسط دهانه دال بصورت متمرکز وارد می گردد. - مقاومت مشخصه بتن 210 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش تسلیم فولاد مصرفی 3000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع در نظر گرفته شد. - ، بر اساس طراحی صورت گرفته دال بتنی سالم با 4 آرماتور طولی نمره 8 در ناحیه کششی مسلح گردید.
با کاهش آرماتورهای طولی به 2 عدد میلگرد نمره 8 از ظرفیت کششی دال سالم کاسته شده و نمونه ضعیف شده بدست آمد.
مرحله سوم، ساخت نمونه های دال بتن آرمه یک طرفه آزمایشگاهی بر اساس طراحی صورت گرفته و تعبیه شیار در سطح ناحیه کششی دال جهت اتصال به روش NSM و ساخت 10 عددلمینت HPFRCC به ابعاد 100×40×3cm با 1/5 و 3 درصد الیاف سنتتیک به ازای یک متر مکعب حجم ملات.
مرحله چهارم، پر نمودن شیارها با چسب اپوکسی 3 جزئی و اتصال لمینت های HPFRCC با چسب اپوکسی به ناحیه کششی دال بتن آرمه ضعیف با روش های . NSM
مرحله پنجم، شامل انجام تست خمش بر روی نمونه های آماده شده به روش 3 نقطه ای - با دو تکیه گاه ثابت و اعمال بار متمرکز در وسط دهانه - و ثبت نتایج آزمایشگاهی شامل بار و تغییر مکان لحظه ای.
-3 نحوه انتخاب ابعاد نمونههای آزمایشگاهی
ازآنجایی که هدف از انجام این آزمایش بررسی رفتار خمشی دالها بعد از تقویت بود، لذا الگوی بارگذاری تک نقطهای؛ و تکیهگاه ها مفصلی انتخاب گردید. تکیهگاهها به نحوی در دو طرف اجرا شدند که فاصلهی مرکز تا مرکز آنها 1000 میلیمتر باشد. این طول آزاد به دو قسمت مساوی تقسیم و نیروی متمرکز در وسط نمونهها - بهصورت متقارن - اعمال شد. نحوه قرارگرفته نمونه بر روی دستگاه تعیین مقاومت خمشی، در شکل 1 ارائهشده است. نحوه نامگذاری دال ها در جدول1 اشاره شده است
