بخشی از مقاله
چکیده :
با توجه به خصوصیات مناسب در مقاومت مصالح FRP و هزینه بالا در اجرا ، استفاده بهینه از آن می تواند نقشی مهم در صرفه جویی اقتصادی این مصالح در سازه های بتنی داشته باشد . هدف از تحقیق حاضر ارائه یک روش ابداعی و مقایسه چند روش مختلف نصب کامپوزیت FRP آزمایش شده ، در شرایط یکسان آزمایشگاهی و مقایسه با نمونه تحلیلی نرم افزار آباکوس ، جهت طراحی تیرهای بتنی تقویت شده بر اساس اصول بهینه سازی می باشد.به این منظور 7 نمونه تیر بتنی مسلح به عرض 150 ، ارتفاع 200 و طول 1500 میلی متر تحت آزمایش بارگذاری خمشی چهار نقطه ای قرار گرفت. پس از بررسی نتایج تئوریک ، روش ابداعی ارائه شد که در این روش تقویت به صورت L شکل تا 8 سانتی متر بالاتر از پوشش بتن ، علاوه برافزایش ظرفیت خمشی منجر به تعویق انداختن جداشدگی زودرس در تیر مورد آزمایش شد.
-1مقدمه:
بتن وساختمان های بتنی از جمله سیستم های ساختمانی می باشند که در ایران به وفور مورد استفاده قرار میگیرند. این دسته از ساختمان ها در اثر ضعف سازه ، مرور زمان و همچنین اشکالات اجرایی نیاز به بهسازی و مقاومسازی پیدا می کنند. روش های مختلفی برای بهسازی و مقاوم سازی این دسته از ساختمان ها موجود است و یکی از این روش ها استفاده از الیاف FRP می باشد. 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 خمشی تیرهای بتنی ، مکانیزم گسیختگی عضو و نیز پدیده ای به نام جداشدگی سطحی - - Debonding می باشد.
در تقویت تیر با ورق های FRP ، مسئله قابل بررسی آن است که حالات گسیختگی عمدتا به دلیل تمرکز تنشهای برشی و نرمال سطح اتصال بتن وصفحه FRP در نقاط کنده شدن FRP و همچنین گسترش ترک های خمشی در طول تیر رخ می دهد. به کار بستن لایه FRP در زیر تیر منجر به تغییر حالت یک المان خمشی از حالت انعطاف پذیر به شکننده خواهد شد. شاید ویژگی های منحصر بفرد این مصالح از جمله وزن کم ، دوام زیاد ،در مقابل خوردگی ، مقاومت کششی بسیار زیاد و اجرای ساده موجب جایگزینی سریع آن با روش سنتی متداول شده است . ورق های FRP در انواع مختلف و با خصوصیات مکانیکی متفاوت به عنوان یک مسلح کننده ی خارجی در وجوه مورد نظر اعضای بتنی نصب می شوند و نقش باربری اضافی را بر عهده دارد.
-2حالت های گسیختگی:
به طور کلی گسیختگی به سه دسته خمشی ، برشی ، جداشدگی تقسیم بندی می شوند و در حالات جزئی تر به گسیختگی خمشی یا پارگی FRP ، گسیختگی خمشی با خرد شدن بتن ، گسیختگی برشی ، جداشدگی پوشش بتن ، جداشدگی بین سطحی ورق انتهایی ، جداشدگی بین سطح ناشی از ترک میانی خمشی ، جداشدگی بین سطحی ناشی از ترک برشی – خمشی ، جداشدگی بین سطحی در فاصله بین شیارها تقسیم بندی می شوند.
-3پیشینه پژوهش:
سابقه خمشی تیرهای بتن آرمه با تکیه گاه های ساده با چسباندن ورق های FRP به وجه کششی تیر بهبود می یابد . 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 پژوهش های بسیاری در زمینه ی عامل های رویداد پدیده ی 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:
در سال 1390 هجری شمسی مستوفی نژاد و مقدس بیدآبادی با بررسی نمونه هایی از تیرهای بتن و تقویت آن با ورق هایCFRP با روش شیار زنی و آماده سازی سطحی متعارف و آزمایش 4 نقطه ای تیرهای مذکور به این نتیجه رسیدند که روش شیار زنی در تغییر مکانیسم جداشدگی زودرس و نیز افزایش ظرفیت باربری تیر موثرتر است. [1]این تحقیق سعی می شود ضمن رسیدن به اهداف فوق، سرعت در اجرا که منجر به اقتصادی بودن طرح می گردد را نیز با تغییر روش تقویت مورد نظر قرار دهد.
در سال 1391 هجری شمسی صدر ممتازی و رستمی عتیق تعداد 9 عدد تیر بتنی که 8 عدد آن در یک لایه و یک جهت با ورق CFRP تقویت شده بود و انتهای آن با روشهای تعبیه سوراخ در زیر ورق و دور پیچ کردن انتهای ورق به صورت U شکل را مورد آزمایش خمشی قرار دادند که نتایج به دست آمده نشان دهنده افزایش ظرفیت باربری به میزان 26 و 32 درصد و افزایش شکل پذیری به میزان 77 و 90 درصد گردید. [2] که در این تحقیق به ارائه روش دیگر جهت افزایش موارد فوق پرداخته می شود.
در سال 1394،وارسته پور و کرمانی با ارایه روشی ترکیبی، منظور از ترکیبی ،ترکیبی از حالت کلاسیک و روش L شکل چسباندن ورق CFRP میباشد که در جهت افزایش ظرفیت مقطع بتنی و افزایش تغییر شکلها استفاده میگردد.که در اینجا نمونه های تحت آزمایش، 6 نمونه هستند که با استفاده از دستگاه خمش 4 نقطه ای تحت آزمایش قرار میگیرند.که نتیجه به اینصورت است که ظرفیت باربری تیر در مقایسه با سایر روشها در خمش و بدون تقویت %10 و %40 افزایش داشته است.[3]
در سال 1394 هجری شمسی وارسته پور و اسکناطی که هدفشان از این پژوهش به تعویق انداختن یا تا حد امکان حذف پدیده جداشدگی زودرس بود که برای رسیدن به این هدف تیرهای بتنی به روش معمول با الیاف FRP تقویت و تحت آزمایش خمشی چهار نقطه ای قرار دادند که نتایج حاکی از ایجاد شکست زودرس بود و پس از بررسی تئوریک ، روش جدیدتری ارائه کردند که در این روش تقویت تا 5 میلی متر بالاتر از پوشش زیر تیر با استفاده از الیاف FRP تحت خمش چهار محوری ادامه پیدا کرد که منجر به حذف این پدیده در یکی از تیرها و تعویق این پدیده در بقیه تیرهای مورد آزمایش گردید. [4]
لام و تنگ در سال 2004 به بررسی و مقایسه ی کرنش پارگی نهایی کامپوزیتها GFRP ، CFRP در شرایط مختلف پرداختند.آزمایشات انجام شده شامل آزمایش کششی نمونه های تخت کامپوزیتی ، آزمایش دو تکه کردن حلقوی کامپوزیت و آزمایشات فشاری روی نمونه های استوانه های دورپیچ چسبیده به تیر به کار می رود ، بسیار کمتر از کرنش نهایی به دست آمده از آزمایش نمونه های تخت است.[5]
در سال 2010 میلادی حاج رسولی ها ، به بررسی تاثیر عمق و عرض شیار طولی و نیز مقاومت فشاری نمونه ها برای جلوگیری از وقوع پدیده جداشدگی زودرس در نمونه های بتنی فاقد آرماتور و تقویت شده با ورقCFRP پرداختند که نتایج نشان داد که افزایش عمق و عرض شیار بر بار گسیختگی نهایی کنترل جداشدگی زودرس اثر مثبت دارد. همچنین نشان داده شد، روش شیار زنی در مقاومت های فشاری پایین بتن کارایی بهتری دارند. [6] با توجه به اینکه تقویت خمشی برای تیر هایی اجرا می شود که ممکن است بتن آن دارای مقاومت فشاری بالایی باشد و ما قادر به تغییر مقاومت فشاری آن نیستیم، این تحقیق به دنبال بررسی روش جدید است که برای کل بتن ها عملکرد مورد قبول داشته باشد.
