بخشی از مقاله
چکیده :
امروزه و در دهه های اخیر، به دلایل مختلفی همچون، افزایش بارهای بهره برداری، خطاهای طراحی، خوردگی و پوسیدگی مواد، تغییرات آئیین نامه ها، خطاهای اجرایی ، تقویت و مرمت سازه های بتنی از موضوعات مورد علاقه بسیاری از محققان بوده است،که درمیان این تحقیقات سهم کمتری به مطالعات در زمینه تقویت پیچشی اعضاء بتن آرمه تعلق دارد. درطراحی بسیاری از اعضاء بتنی همچون تیرهای لبه ای دال ها، شاه تیرهای کناری پل ها، تیرهای با بارگذاری خارج از محور، و تیرهایی که به آنها تیری دروسط دهانه ودرراستای متعامد وصل شده است، نیروهای پیچشی مهم بوده وباید در نظرگرفته شوند.
هدف از تحقیق حاضر تقویت تیرهای بتنی بااستفاده از کامپوزیت FRP ، در شرایط یکسان آزمایشگاهی و مقایسه با نمونه شاهد بدون تقویت، به منظور رسیدن به بهترین روش نصب از نظر کسب مقاومت و شکل پذیری می باشد .به این منظور 5 نمونه تیر بتنی مسلح به عرض 150 ، ارتفاع 200 و طول 1500 میلی متر، بعد از تقویت با چیدمان های مختلف، تحت آزمایش بارگذاری پیچشی خالص قرار گرفت . پس از بررسی نتایج و مقایسه با نمونه شاهد، نمونه های دورپیچ کامل کربن، دورپیچ نوار زاویه دار ،به ترتیب،72,6 و61,3 درصد افزایش مقاومت را نسبت به نمونه شاهد ازخود نشان دادند.
-1مقدمه:
امروزه و در دهه های اخیر به دلایل مختلفی همچون افزایش بارهای بهره برداری ، خطاهای اجرایی ، تغییرات آیین نامه و ...تقویت و مرمت سازه های بتنی از موضوعات مورد علاقه بسیاری از محققان بوده است ، که از این تحقیقات سهم کمتری به مطالعات در زمینه تقویت پیچشی اعضاء بتن آرمه تعلق دارد.
کامپوزیتهای FRP به دلایل مختلفی همچون مقاومت و سختی بالا ، وزن کم ، نصب سریع و .... ، نصبت به سایر روشهای تقویت سازه های بتن آرمه مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. از ورق های FRP جهت تقویت خمشی ، برشی ، پیچشی و محصور شدگی استفاده می شود. از جمله مسائل پیش روی مهندسان و محققان پیرامون استفاده از ورق های FRP در مقاوم سازی تیرهای بتنی ، مکانیزم گسیختگی عضو و نیز پدیده ای به نام جداشدگی سطحی - - Debonding می باشد.
در طراحی بسیاری از اعضاء بتنی همچون تیرهای لبه ای دالها ، شاهتیرهای کناری پلها ، تیرهای با بارگذاری خارج از محور و... نیروی پیچشی مهم بوده و باید در نظر گرفته شود. از این رو در تحقیق حاضر به تقویت پیچشی تیرهای بتن مسلح به وسیله ورق های FRP و با استفاده از چیدمان و روشهای مختلف نصب پرداخته شده است.
-2حالت های گسیختگی:
به طور کلی گسیختگی به سه دسته خمشی ، برشی ، جداشدگی تقسیم بندی می شوند. و در حالات جزئی تر به ، گسیختگی برشی ، گسیختگی برشی Bپیچشی ، جداشدگی پوشش بتن ، جداشدگی بین سطحی ورق انتهایی ، جداشدگی بین سطحی ناشی از ترک برشی – پیچشی ، جداشدگی بین سطحی در فاصله بین ترکها تقسیم بندی می شوند.
شکل 1-2 :گسیختگی های معمولی تیر بتنی تقویت شده دربار نهایی
شکل 2-2 :حالت های مختلف گسیختگی زودرس تیر بتنی تقویت شده دربار نهایی
-3پیشینه پژوهش:
در تیرهای بتن آرمه ی تقویت شده با ورق های FRP ، به دلیل جداشدگی زودرس و ناگهانی ورق ، ممکن است تیر به ظرفیت نهایی خود نرسد.
در سال های اخیر پژوهشهای بسیاری در زمینه ی عاملهای رویداد پدیدهی جداشدگی و ایجاد دیرکرد در آن با کمک روش های گوناگون انجام شده است . با این همه ، این موضوع هنوز از اصلی ترین موضوع ها در زمینه کاربرد ورق های FRP در مقاوم سازی می باشد که نظر پژوهشگران بسیاری را به خود جلب کرده است که به اختصار در زیر بیان شده است:
قباره و قربل در سال 2002 مطالعات آزمایشگاهی را برای بهبود مقاومت پیچشی تیرهای بتن مسلح بر روی 11 عدد تیر به طول2440 میلیمتر عرض 350 میلیمتر وارتفاع 150 میلیمتر انجام دادند، که 2 عدد تیر به عنوان نمونه کنترلی و 8 عدد دیگر با چیدمانهای مختلف FRP تقویت شده بود. در این مطالعات از هر دو نوع الیاف شیشه و کربن در یک لایه استفاده شد . تیرها تحت اثر لنگر پیچشی خالص قرار داده شد و مقادیر لنگر نهایی پیچشی، زاویه دوران و تغییر طول نسبی نمونها را اندازه گیری کردند در انتها نتایج نشان داد که چیدمان دور پیچ کامل تیر بهترین نتیجه را از نظر افزایش لنگر نهایی پیچشی و زاویه دوران از خود نشان می دهد و چیدمان الیاف با زاویه 45 درجه این اطمینان رامیدهد که از اثر بخشی الیاف بطور موثر استفاده شده است.
ساراواناپانچاچارام و عبدالجلیل بلاربی در سال 2002 مطالعه آزمایشگاهی بر روی رفتار پیچشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با کامپوزیت های FRP انجام دادند دراین تحقیق مطالعه بر روی 8 عدد تیر به طول 3960 میلیمتر، ارتفاع و عرض 279,4 میلیمتر انجام شد، که این تیرها با چیدمان های مختلف تقوییت شده بودند. تمام تیرهای تقویت شده با ورقهای GFRP افزایش قابل توجهی در مقاومت پیچشی و لنگر پیچشی ترک خوردگی و دوران پیچشی را نشان می دادند، چیدمان دور پیچ کامل با زاویه 90 درجه الیاف نسبت به محور طولی، بهترین عملکرد راداشته و این افزایش به مقدار 150 درصد در لنگر پیچشی نهایی می باشد.
استفاده از نوارهای طولی در جهت و راستای تیر افزایش قبل توجهی در لنگر ترک خوردگی را نشان داد. چیدمان U شکل حداقل افزایش ظرفیت دوران پیچشی را نشان داد. واین امر به علت جدا شدن لبه ورقها در وجوه کناری تیر بوده است، با این حال بعد از نصب مهاری ها در اطراف آن، افزایش در ظرفیت پیچشی و زاویه دوران پیچشی رخ می دهد، و عمدتاً شکست به دلیل خرد شدن بتن در اطراف میل مهاری ها و جداشدن آنها همراه با ورقها می باشد. وقتی از چیدمان نوارهای طولی به همراه نوارهای دور پیچ منقطع استفاده می گردد، نتایج افزایش در مقاومت نهایی قبل و بعد از ترک خوردگی را و همچنین انعطاف پذیری و شکل پذیری خوبی را نشان می دهند
در سال 2006 کنستانتین و چالی یوریس، مطالعه آزمایشگاهی بر روی 14عدد تیر بتن مسلح مستطیلی و T شکل بدون خاموت و تقویت شده پیچشی با استفاده از الیاف CFRP انجام دادند بعد از اندازه گیری مقادیری شامل لنگر ترک خوردگی، لنگر نهایی، و زاویه دوران به این نتیجه رسیدند که تیرهای مستطیلی که دور پیچ کامل شده بودند بهترین عملکرد را نشان داده و بعد از آن چیدمان نوارهای دور پیچ منقطع در رتبه بعدی قرار دارد. تیرهای مستطیلی که بانوارهای U شکل تقویت شده اند دچار شکست ناشی از جدا شدگی زود رس لایه در وجوه کناری تیر شده اند، و این شکل از شکست در تیرهای T شکل نیز دیده شد ولی در کل تقویت کردن با پارچه های FRP راه حل مناسبی دیده شد.
حمیدرضا رونق و مهران عاملی در سال 2007 با مطالعه آزمایشگاهی بر روی 12 عدد تیر بتن مسلح تقویت شده با الیاف کربن و شیشه در چهار حالت مختلف چیدمان لایه ها با یک ودولایه تقویت به نتایج زیر رسیدند.چیدمان دور پیچ کامل با 1 و دو لایه کربن و شیشه بهترین مقاومت پیچشی و نتایج رادر لنگر پیچشی و زاویه دوران پیچشی از خود نشان دادند.
