بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه تقویت سازه های فلزی از اهمیت بالایی برخوردار است. در جهان امروز به جهت تقویت سازه های بتنی آسیب دیده از ورق های CFRP استفاده می شود که کارایی بالای این نوع پلیمر را نشان می دهد.
در این پژوهش به ارایه تحقیقات کیم و همکاران[9] در جهت مقاوم سازی سازه های فلزی با ورقه های CFRP پرداخته شده است. ایشان با انجام تحقیقاتی بر روی نمونه های آزمایشگاهی که از قبل تحت تنش قرار گرفته بودند و انواع مختلف ترک در آن ایجاد شده بود را با ورق های CFRP مقاوم سازی کردند و به نتایجی دست یافتند. از طرفی با استفاده از نرم افزار انسیس نمونه را مدل سازی کردند که نتایج حاصله مطابقت خوبی داشت
-1 مقدمه :
در این مقاله به روش های تقویت فولاد و مدل سازی آن با FRP می پردازیم. مدول کشسانی سازه های FRP قابل مقایسه با مدول کشسانی فولاد می باشد. در استفاده از FRP جهت تقویت تأکید بر رفتار خمشی نسبت به فشار محوری شده است. تست کردن بتن تقویت شده با FRP در برابر با فولاد در صدر آزمایشات جهان امروز قرار دارد. هدف از ارایه این پژوهش توسعه یک روش به جهت تقویت فولاد آسیب دیده با ورقه های CFRP و ارزیابی پتانسیل و عملکرد آن بود. برای شبیه سازی تیر های آزمون قبلا به روش تنش تسلیم بارگذاری شده بودند.
-2 تقویت سازی سازه های فولادی با CFRP
آل سعیدی و همکاران[1] برنامه ای را به جهت بررسی پتانسل تقویت CFRP برای تیر های فولادی را با استفاده از یک مدل عددی مورد بررسی قرار دادند. یک مدل مقطعی برای پیش بینی خمش تیر های فولادی تقویت شده با ورقه های CFRP مورد بررسی قرار گرفت. قسمتی از پایین بال تیر به جهت در نظر گرفتن شرایط آسیب دیدگی کمی برداشته شد. مدل توسعه یافته نتایج خوبی را نشان داد و استحکام خمشی تیر نسبت به مدل آسیب دیده بهبود یافته بود در حالی که انعطاف پذیری کاهش یافته بود.
فوتیو و همکاران[2] قوطی های فلزی مسلح شده با ورقه های CFRP را مورد بررسی قرار دادند و دو نوع متفاوت از ورقه های CFRP را جهت تقویت قوطی های فلزی به کار بردند. یک نوع با مدول الاستیسیته بالا - - E=135 GP و یک نوع با مدول الاستیسیته بسیار بسیار بالا - . - E=270GP برای نشان دادن یک تیر آسیب دیده تیر های بوسیله ماشین فرز ، فرزکاری شده بود. پس از قرار دادن تیر ها تحت تنش با اطلاعات خوبی دست یافتند.
شات و فام[3] آزمایش هایی را جهت بررسی رفتار خمشی تیر های کامپوزیت ، تیر های بتنی و تیر های فولادی تقویت شده با CFRP انجام دادند. تیر های فولادی برای شبیه سازی ساختار آسیب دیدگی در وسط دهانه مورد نظر فرو رفته بودند. تیر های آسیب دیده به وسیله ورقه های CFRP تقویت شدند. تقویت های CFRP ظرفیت مقاومت تیر های معمولی آسیب دیده را بازگرداندند. در حالی ک طول ورقه های CFRP تحت تأثیر بار های وارده قرار گرفته بودند.
هدر و همکاران[4] به بررسی و تست لوله های فولادی تو خالی پرداختند. ورقه های CFRP به صورت حلقه مانند به دور لوله پیچیده شد. لوله در چهار نقطه به صورت خمش بارگذاری شده بود. در نهایت به بررسی نتایج و مقاومت حاصل در برابر خمش پرداختند.
همان طور که بحث شد استفاده از CFRP جهت مقاوم سازی فولاد آسیب دیده روشی امیدوار کننده و کاربردی می باشد. ایجاد بخشی فرورفتگی در فولاد برای نشان دادن آسیب دیدگی برای نمونه شبیه سازی شده بسیار خوب و مناسب می باشد. رفتار فولاد و CFRP چسبانده شده به آن به جهت تقویت قابل توجه می باشد. درک مکانیسم شکست فولاد آسیب دیده به جهت استفاده از CFRP برای مقاوم سازی آن بسیار مهم است - مانند ترک خستگی در پل های فولادی - .
در این مورد اطلاعاتی محدود در اختیار قرار دارد مخصوصا در مورد اثر متقابل بین ورقه های CFRP و فولاد آسیب دیده. بر این اساس لازم به مطالعه واکنش محلی قسمت آسیب دیده تقویت شده با ورقه های CFRP و مطالعه ترک و خواص آن می باشد. این بررسی ها در نهایت جهت فهمیدن رفتار تیر های آسیب دیده تقویت شده با ورقه های CFRP استفاده خواهد شد. لازم به ذکر است در حال حاضر در جهان روشی برای طراحی ورقه های CFRP مخصوص سازه های بتنی ارایه شده است اما برای تقویت سازه های فولادی روش خاصی در دسترس نمی باشد.
2-1مدل سازی محاسباتی
در این بخش مدلی پیشنهادی برای پیش بینی نتایج به صورت یک تیر بریده شده و تقویت شده با ورقه های CFRP که تحت تنش های محوری یکنواخت قرار گرفته است ، ارایه شده است. مدل غیر خطی و سه بعدی توسعه داده شده توسط نرم افزار انسیس مورد بررسی قرار گرفت.
2-2جزئیات نمونه
فولاد مورد تنش قرار گرفته بر اسای نمونه ای از هالستین و همکاران با طول 710 میلی متر ، عرض 80 میلی متر و ضخامت 10 میلی متر مورد بررسی قرار گرفت. مشخصات نمونه در شکل 1 نشان داده شده است. سه نمونه ترک متفاوت در تیر مورد نظر مورد بررسی قرار گرفت که در جدول 1 نشان داده شده است. در مجموع با توجه به جدول شماره 1 - نه- - 9 نمونه مورد بررسی قرار گرفت که سه نمونه از آن به صورت تقویت نشده و معمولی بود و شش نمونه دیگر به صورت تقویت شده با ورقه های CFRP جهت بازگرداندن خاصیت اولیه فولاد و قبل از ترک بود. ورقه های CFRP ابعادی با عرض 80 میلی متر ، طول 600 میلی متر و ضخامت 0,165 میلی متر بود. نسبت CFRP تقویت کننده - FRP = نسبت سطح مقطع CFRP به فولاد - از صفر تا 25 درصد متفاوت است. در جدول 1 نسبت h a0 و تعداد لایه های CFRP به کار رفته نشان داده شده است.
2-3مدل سازی و مواد تشکیل دهنده
خواص اسمی مواد به کار برده شده در نمونه ها در جدول 2 ارایه شده است.
رفتار ساختاری فولاد با استفاده از یک رابطه تنش کرنش دو سویه با تنش تسلیم 413 مگا پاسکال و مدول الاستیسیته 200 گیگا پاسکال مدل سازی شد. - شکل - 2a شکست نمونه در منطقه ای که ترک دارد پیش از دیگر مناطق روی میدهد. رفتار ورقه های CFRP از کارخانه سازنده اتخاذ شده[7] و در شکل 2b نشان داده شده است. رفتار سطحی بین فولاد و CFRP توسط معادله Xia &Teng مدل شد .
