بخشی از مقاله
کاربرد کامپوزیت های پلیمری (GFRP) در مقاوم سازی برشی و خمشی تیرهای بتنی
خلاصه
امروزه نگهداری و مرمت سازهها به دلیل هزینههای بالای ساخت آنها اهمیت بسیار زیادی پیدا نموده است، به همین دلیل و به علت نیاز روز افزون متخصصین ساختمان به تقویت سازههای بتنی روشهای مختلف و متعددی برای این موضوع مطرح گشته است .در این تحقیق 7 تیر بتنی حاوی بتنی با مقاومت عادی ، با سطح مقطع و طول یکسان ساخته شده و تا لحظه شکست تحت آزمایش خمش دو نقطه ای قرار گرفتند . همانگونه که انتظار می رفت FRP هم در تیرهای مقاوم شده خمشی و هم در تیرهای مقاوم شده برشی تأثیر بسزایی داشت بگونه ای که در هر دو مدل تأثیرات خود را در افزایش مقاومت خمشی و برشی نشان داد.
کلمات کلیدی: تیرهای بتنی ، خمش ، برش، FRP ،مقاوم سازی.
.1 مقدمه
در چند سال گذشته تحقیقات گسترده ای مبنی بر استفاده از لایه های (Fiber Reinforcement Polymers) FRP جهت تقویت تیرهای بتن مسلح انجام پذیرفته است . تکنولوژی استفاده از ورق های FRP نخستین بار در آزمایشگاه فدرال سویس در سال 1984 کشف گردید.[1] ورقهایFRP به سبب نسبت مقاومت به وزن بالا، مقاومت در مقابل خوردگی و مواد شیمیایی، مقاومت در برابر خستگی ناشی از بارگذاری و همچنین نصب سریع در چند سال اخیر جهتامر بهسازی و ترمیم سازه ها خصوصاً سازه های بتنی به شدت مورد توجه قرار گرفته اند. لایه های FRP با وزنی معادل %20 وزن فولادغالباً مقاومتی در حدود 2 تا 10 برابر فولاد از خود نشان می دهند که وجود این خاصیت سبب استفاده گسترده از الیاف فوق در صنایع گوناگون گردیده است. سالهای زیادی است که از الیاف FRP در صنایع هوا فضا استفاده می گردد اما در گذشته بهاینسبتاً سنگین این الیاف سبب گردیده بود که استفاده از آنها در صنعت ساختمان ناچیز و محدود باشد لیکن امروزه به دلیل گسترش تولید این مواد و به طبع آن کاهش بهای آنها و همچنین به سبب برتری های خاص این الیاف، می توان توجیه مناسب اقتصادی برای استفاده از آنها ارائه نمود. با توجه به نوپا بودن این تکنیک تقویت، از اواسط دهه نود فعالیت های گسترده ای بر روی بررسی رفتار این پلیمرها در مقاوم سازی خمشی تیرهای بتنی بوسیله چسباندن این الیاف به ناحیه تحت کشش مقطع انجام شده است که همگی آنها بر بهبود رفتار مکانیکی و افزایش مقاومت خمشی تیرها تاکید دارند.[2]
جهت بررسی کامل تیرهای بتنی مقاوم سازی شده واضح است که علاوه بر جنبه های مقاومتی، عملکرد اعضاء تحت شرایط بهره برداری نیز باید رضایت بخش باشند و این امر با تامین مقاومت کافی برای عضو خودبخود تحقق نمی یابد. در یک عضو که به روش مقاومت نهایی طرح شده است ممکن است تغییر مکان های ایجاد شده تحت بارهای بهره برداری بیش از اندازه بزرگ باشد به طوری که سبب آسیب رساندن به قسمت های غیر سازه ای شود و یا از سوی دیگر، ترکهای ایجاد شده در تیرها ممکن است به اندازه ای بزرگ باشند که خوردگی آرماتورها را موجب شود و از نظر ظاهری نیز نا مطلوب باشد.
در این تحقیق آزمایشگاهی اثر ورقهای FRP در مقاوم سازی خمشی تیرهای بتنی ساده حاوی بتن با مقاومت معمولی مورد بررسی قرار گرفته است. نوع چسباندن لایه های FRP در ساخت نمونه ها و تقویت آنها به عنوان متغیر در نظر گرفته شده است. تعداد 7 تیر بتنی دارای سطح مقطع و طول یکسان حاوی بتن با مقاومت معمولی ساخته شده و تحت آزمایش خمش دو نقطه ای قرار گرفته و شرایط بهره برداری آنها مورد بررسی قرار گرفته است. از 7 نمونه ذکر شده یک نمونه بدونFRP به عنوان نمونه شاهد و 3 نمونه با یک لایه FRP در زیر تیر جهت مقاوم سازی خمشی 3 نمونه با دو لایه FRP در طرفین جهت مقاوم سازی برشی ساخته شده است.
2. جزئیات نمونه ها و روش انجام آزمایشات
نمونه های آزمایش در این تحقیق 7 تیر بتنی حاوی بتنی با مقاومت عادی ، با سطح مقطع و طول یکسان ساخته شده و تا لحظه شکست تحت آزمایش خمش دو نقطه ای قرار گرفتند . تیرها به دو گروه تقسیم شده ، یک تیر بدون مقاوم سازی مورد آزمایش قرار گرفته و بقیه نمونه ها با یک لایه الیاف شیشه مقاوم سازی شده و سپس تحت بارگذاری قرار گرفتند. طول همه تیرهای مورد آزمایش 60 سانتیمتر بود که بر روی تکیه گاه هایی با دهانه 55 سانتیمتر مورد بارگذاری و آزمایش قرار گرفتند . در شکل 1 می توان مدل بارگذاری تیر را دید. با توجه به نتایج آزمایشات گذشته [3]، جهت افزایش اثر مقاوم سازی و تاخیر در جدا شدگی FRP از سطح بتن، طول FRP مصرفی برابر با 65 سانتیمتر در نظر گرفته شده است که تمامی طول دهانه تیر را و علاوه بر آن مقداری از لبه های انتهایی تیر را پوشش می دهد.
سطح مقطع تمامی تیرها مربعی و به ابعاد 10*10 سانتیمتر در نظر گرفته شده است.. برای بارگذاری از دو بار متمرکز متقارن که به فاصله 25 سانتیمتر از یکدیگر قرار گرفته اند استفاده شده است. به این ترتیب، مقدار دهانه برش برابر با 25 سانتیمتر و نسبت طول دهانه برشی به عمق مؤثر برابر با 2.5 می شود که این مقدار، تیرهای مورد نظر را در رده تیرهای معمولی قرار می دهد.در شکل 2، نمونه هایی از تیرهای مورد آزمایش آورده شده است.
.3خواص مصالح مصرفی
برای این آزمایش نمونه استوانه ای 15*30 سانتیمتر در هنگام بتن ریزی نمونه ها ساخته شده و در شرایط مشابه با تیرها عمل آوری شدند. این نمونه در سن 28 روزه تحت آزمایش فشار قرار گرفته و مقاومت فشاری آنها برابر با 34.5 مگاپاسکال بدست آمد. FRP مورد استفاده در این تحقیق از نوع شیشه با جرم حجمی 1800 کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب بوده و ضخامت هر لایه آن برابر با 0.1 میلیمتر می باشد. رفتار این ماده تا لحظه شکست به صورت خطی بوده که کارخانه سازنده تنش کششی حداکثر و مدول الاستیسیته آن را به ترتیب برابر با 1100 و 35000 مگاپاسکال اعلام کرده است. کرنش شکست FRP مصرفی برابر با 1/7 درصد می باشد. طرح اختلاط بتن مورد استفاده مطابق با جدول 1 می باشد.
چسب مورد استفاده در این آزمایش از نوع G400 بود که این چسب یک چسب دوجزیی که از ترکیب دو چسب یکی بعنوان baseو دیگری بعنوان ماده چسباننده اصلی که به ترتیب با نسبت 3 به 1 از قبل ترکیب و برای چسباندن نمونه ها مورد استفاده قرار گرفت.
