بخشی از مقاله
چگیده :
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 جدید در نصب کامپوزیت CFRP جهت طراحی تیرهای بتنی تقویت شده بر اساس اصول بهینه سازی می باشد. بصورتی که به توان علاوه بر به تعویق انداختن پدیده گسیختگی زودرس، هزینه ساخت و اجرای سازه راحداقل نمود. به این منظور 6 نمونه تیر بتنی مسلح به عرض 140،ارتفاع200 و طول 1500 میلیمتر تحت آزمایش بارگذاری خمشی چهار نقطه ای قرار گرفت. پس از بررسی نتایج نئوریک، روش جدیدتری ارائه شد که در این روش تقویت به صورت L شکل تا 5 سانتی متر بالاتر از پوشش بتن، علاوه بر افزایش ظرفیت خمشی منجر به تقویق انداختن جداشدگی زودرس در تیرهای مورد آزمایش شد.
مقدمه:
استفاده از کامپوزیت های با زمینه پلیمری در بهسازی سازه های بتن آرمه طی سالیان اخیر از رشد قابل توجهی برخوردار بوده است که دلیل اصلی آن نیاز به افزایش عمر بهره برداری و ارتقای اساسی زیرساخت ها در تمامی نقاط دنیا می باشد. از ویژگیهای اصلی کامپوزیت های پلیمری می توان مقاومت مناسب در برابر خوردگی، سادگی اجرا در محل نصب و سبکی آنها را برشمرد. به طور کلی مقاوم سازی سازه های بتنی موجود یا مرمت آنها به منظور تحمل بارهای مضاعف طراحی، بهبود نارسایی های ناشی از فرسایش، افزایش شکل پذیری سازه یا سایر موارد با استفاده از مصالح مناسب و شیوه های اجرایی صحیح بطور متعارف انجام میگردد. استفاده از صفحات فولادی به صورت پوشش خارجی، غلاف های بتنی یا فولادی و پس کشیدگی خارجی، تعدادی از روش های متعارف موجود می باشند.
تحقیقات گسترده بر روی رفتار سازه ای تیرهای تقویت شده با صفحات FRP نشان می دهد که اگر چه کاربرد مواد کامپوزیت در اجرا حین عملیات مقاوم سازی با موفقیت صورت می گیرد، در بیشتر موارد، قبل از رسیدن سازه ها به ظرفیت نهایی تئوری محاسبه شده برای آن، گسیختگی تردی رخ می دهد که می تواند منجر به محدودیت مزایای این روش تقویت شده و فاجعه آمیز شود. شایعترین حالت گسیختگی، شکافته شده پوشش بتن و جداشدگی سطح مشترک بتن و صفحه تقویتی است .
- Debonding1 - این حالات گسیختگی عمدتا به دلیل تمرکز تنش های برشی و نرمال سطح اتصال بتن و صفحه FRP در نقاط کنده شدن FRP و گسترش ترک های خمشی در طول تیر رخ می دهد. مکانیسم جدا شدگی به دلیل تمرکز تنش ها در انتهای صفحه FRP و یا در نزدیکی ترک های موجود بتن پیش می رود. بنابراین، قابلیت اطمینان به مقاوم سازی توسط اتصال FRP به طور عمده به انتقال مناسب تنش از بتن به ورق FRP2 توسط سطح مشترک بستگی دارد.[3] هدف از تحقیق حاضر ارائه یک روش جدید برای طراحی تیرهای بتنی تقویت شده با FRP بر اساس اصول بهینه سازی می باشد، بصورتی که به توان هزینه ساخت و اجرای سازه را حداقل نمود.
پیشینه پژوهش
.1 پیشینه نظری
امروزه بیش از پنجاه هزار نوع ماده گوناگون برای ساخت محصولات مختلف در صنعت به کار گرفته می شود. این مواد بر اساس ویژگی های بر جسته خود همانند سختی، مقاومت، چگالی و خواص حرارتی در چهار گروه فلزات، پلاستیک ها، سرامیک ها و مواد مرکب یا کامپوزیت ها جای می گیرند. به طور کلی مواد مرکب از دو یا چند ماده اولیه با حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آنها و به منظور دستیابی به محصولی جدید با ویژگی های مورد نظر تولید می شوند.
این تعریف پیشینه ای بسیار دور را برای چنین مواردی به تصویر می کشد. زمانی که انسان نخستین بار موفق به تولید آلیاژهای فلزی شد و یا مخلوط کاه و گل را در خانه سازی بکار گرفت. موادی که امروزه با عنوان کامپوزیت شناخته می شوند نسل جدیدی از مواد مرکب هستند که در فرایند ساختی مدرن تولید می گردند. تقویت یا بهسازی سازه های موجود به منظور تحمل بار بیشتر یا برطرف کردن ضعف سازه و یا افزایش شکل پذیریعموماً با استفاده از مصالح سنتی اجرا می گردیده است.
با معرفی مواد مرکب در مهندسی عمران این مصالح با داشتن ویژگی های مکانیکی مناسب گزینه مناسبی برای بهسازی عضوهای بتنی می باشند. مواد مرکبی که در مهندسی عمران به کار می روند به صورت پلیمرهای مصلح با الیاف FRP می باشند. سیستم FRP بدین صورت تعریف می شود که الیاف و رزین ها برای ساخت چند لایه مرکب مورد استفاده قرار می گیرند، به نحوی که رزین های مصرفی به منظور چسباندن چندلایه مرکب به سطح بتن زیرین و پوشش ها به منظور محافظت مصالح ترکیب شده استفاده می شوند.
FRP ها مصالحی سبک با دوام و مقاوم هستند که امروزه به راحتی در دسترس مهندسین قرار گرفته اند. ضخامتنسبتاً نازک ورق های FRP کاربرد آنها را بسیار ساده نموده و قابلیت اعمال بر روی اکثر سطوح را امکان پذیر می نماید
