جهت خرید و دانلود پایاننامه ارشد عمران سازه مصالح FRP برشی تیرهای بتن مسلح با ایمیل sellthesis@gmail.com در ارتباط باشید

پایاننامه ارشد عمران سازه مصالح FRP برشی تیرهای بتن مسلح

دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد عمران سازه آرایش بهینه‌ی نصب مصالح FRP در مقاوم‌سازی برشی تیرهای بتن مسلح با روش تعبیه در نزدیک سطح

چکیده:

گستره‌ی استفاده از مصالح FRP براي مقاوم‌سازي برشی تیرهاي بتن مسلح در سال‌های اخیر رو به افزایش است. علاوه ‌بر روش متداول استفاده از ورقهای FRP که روی سطح بتن چسبانده می‌شوند؛ اخیرا تحقیقات زیادی درمورد روش نصب نزدیک سطح (NSM) صورت گرفته است. در بخشی از این پایان‌نامه، آزمایشاتی روی تیرهای بتن مسلح تقویت شده در برش به روش NSM و با میلگردGFRP انجام گرفت. تیرها در ترم ظرفیت بارنهایی و مدگسیختگی ارزیابی شدند. نتایج آزمایشات نشان داد که با مقدار برابرGFRP و فاصله‌ی نصب یکسان، کاربرد میلگردهای GFRP با زاویه‌ی60 درجه بیشتر از90 درجه تاثیر دارد. همچنین مشخص شد که با مقدار برابر GFRP و زاویه‌ی نصب یکسان، استفاده از میلگرد با قطر کوچکتر و با فاصله‌ی کمتر، تاثیر بیشتری در ظرفیت باربری نهایی تیرتقویت شده دارد. در بخش دیگر این پایان‌نامه، تیرهای بتن‌مسلح‌ تقویت شده در برش با مصالح GFRP و با روش NSM مدل‌سازی عددی گردید و نتایج مدل‌سازی ارزیابی شد. در روشهای متعارف مدل‌سازی رفتار چسبندگی بین بتن و فولاد و همچنین رفتار ترک‌خوردگی بتن با فرضیات ساده شده‌ای مدل می‌شوند. مشاهده شد که در تقویت برشی تیر بتن‌مسلح به روش NSM با تعداد برابر و فاصله‌ی نصب یکسان میله‌ی GFRP، آرایش میله‌ها با زاویه‌ی 45درجه، بیشترین تاثیر را نسبت به زوایای 60و90درجه دارد. همچنین مشخص گردید که با مقدار برابر GFRP و فاصله‌ی نصب یکسان، آرایش میلگردهای GFRP با زاویه‌ی60 درجه بیشتر از90 درجه تاثیر دارد. بررسی نشان داد که در تقویت برشی تیر بتن‌مسلح به روش NSM با زاویه‌ی نصب یکسان میله‌ی GFRP، استفاده از میله با ابعاد کوچکتر و با فاصله‌ی کمتر، تاثیر بیشتری بر کارایی تیر تقویت شده دارد.

واژه‌گان كليدي: مقاوم سازی برشی، تیر بتن‌مسلح، روش تعبیه در نزدیک سطح، GFRP

فهرست مطالب

فصل اول : مقدمه
1- 1 مقدمه 1
1-2 تاريخچه 2
1-3 بيان مسأله، اهميت تحقيق و فرضيهها 4
1-3-1 اهداف پايان نامه 5
1-3-2 ساختار پايان نامه 5
1-3-3 فرضیه‌ها 6

فصل دوم: مروری بر مطالعات و کارهای انجام شده 7
2-1 FRP چیست؟ 8
2-2 تقویت کننده ها (الیاف) 8
2-2-1 الیاف شیشه 10
2-2-2 الیاف کربن 11
2-2-3 آرامید 12
2-3 زمینه 13
2-4 خصوصیات FRP 13
2-4-1 خصوصيات فيزيكی 13
2-4-1-1 چگالی 13
2-4-1-2 ضریب انبساط حرارتی 14
2-4-2 خصوصيات و رفتارمکانیکی 15
2-4-2-1 رفتار كششی 15
2-4-2-2 رفتار فشاری 16
2-4-2-3 رفتاربرشی 16
2-4-2-4 رفتارچسبندگی 17
2-4-2-5 رفتار تابعزمان 17
2-4-2-6 دوام 18
2-4-2-7 نگهداری و جابجايی 19
2-5 انواع محصولات FRP 19
2-5-1 میله های کامپوزیتی 19
2-5-2 شبکه های کامپوزیتی 20
2-5-3 کابلهای کامپوزیتی 21
2-5-4 ورقه های کامپوزیتی 21
2-5-5 پروفیلهای ساختمانی کامپوزیتی 22
2-6 کاربرد مصالح FRP 23
2-6-1 کاربرد FRP در تقویت ستونها 25
2-6-2 کاربرد FRP در تقویت دیوارهای برشی 26
2-6-3 کاربرد FRP در تقویت دالها 26
2-6-4 کاربرد FRP در تقویت اتصالات 27
2-6-5 کاربرد FRP درتقویت برشی و خمشی تیرها 27
2-7 روشهای نصب مصالح FRP درسازههای بتنی 29
2-7-1 روش اتصال خارجي (EBR) ر29
2-7-2روش تعبیه در نزدیک سطح (NSM)د 31
2-7-3 مودهای گسیختگی برشی در تیر تقویتشده با مصالح FRP 34
2-7-3-1 انواع مكانيزم برشی تیر تقویتشده به روش EBR 34
2-7-3-1-1 گسیختگی برشی با پارگی ورق FRP 34
2-7-3-1-2 گسیختگی برشی بدون پارگی ورق FRP 35
2-7-3-1-3 گسیختگی برشی ناشی از عدم پیوند یا چسبندگی ورق FRP 35
2-7-3-1-4 گسیختگی نزدیک مهار مکانیکی 35
2-7-3-1-5 گسیختگی محلی 35
2-7-3-2 انواع مكانيزم شکست تیر تقویتشده به روش NSM 36
2-7-4 مزایای روش تعبیه در نزدیک سطح 36
2-8 بررسی تحقیقات انجام شده 37

فصل سوم: تشریح آزمایشهای انجام شده 49
3-1 مقدمه 50
3-2 خواص مصالح مصرفی 51
3-3 روش انجام مقاومسازی 53
3-4 مشخصات تیرهای آزمایششده 56
3-5 انجام آزمایش 58
3-6 مد گسیختگی 60
3-7 بار نهایی تیرها 62
3-8 نتیجه‌گیری 65

فصل چهارم: تشریح مدل‌سازی عددی 67
4-1 مقدمه 68
4-2 نمونه آزمایشگاهی 69
4-3 مشخصات و نحوه مدلسازی 70
4-4 بررسی نتایج مدل سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی 74
4-5 مدل سازی عددی جهت بررسی آرایش بهینه نصب مصالح FRP 75
4-5-1 تشریح تیرهای مدل شده 75
4-5-2 مدلسازی عددی تیرها 80
4-6 محاسبه‌ی نیروی برشیFRP در تقویت برشی تیر به روش NSM 81
4-7 نتایج مدل سازی عددی 84
4-7-1 بررسی تاثیر تعداد و فاصله‌‌ی میله GFRP درتقویت برشی تیر به روش NSM 85
4-7-2 بررسی زاویه‌ی نصب میله‌ی GFRP در تقویت برشی تیر به روش NSM 92
4-8 نتیجه گیری 100

فصل پنجم : نتیجه گیری 102
5-1 نتیجه گیری 103
منابع و مراجع 105

1- 1 مقدمه

در كاربردهای مهندسی، اغلب به تلفيق خواص مواد نياز است. به عنوان مثال در صنايع هوافضا، كاربردهای زيرآبی، حمل و نقل و امثال آنها، امكان استفاده از يك نوع ماده كه همه‌ی خواص مورد نظر را فراهم نمايد، وجود ندارد.به عنوان مثال در صنايع هوافضا به موادی نياز است كه ضمن داشتن استحكام بالا، سبك باشند، مقاومت سايشی خوبی داشته باشند.از آنجا كه نمی توان ماده‌ای يافت كه همه خواص مورد نظر را دارا باشد، مواد مرکب یا کامپوزیت اختراع شد. كامپوزيتها موادی چند جزئی هستند كه خواص آنها در مجموع از هركدام از اجزاء بهتر است. ضمن آنكه اجزای مختلف، كارايی يكديگر را بهبود می‌بخشند. اگرچه كامپوزيتهای طبيعی، فلزی و سراميكی نيز در اين بحث می‌گنجند، ولي در اينجا ما بیشتر به کامپوزيتهای پليمری می‌پردازيم. مواد مركبی‌كه در مهندسی عمران بكار مي‌روند به صورت پليمرهای مسلح با الياف FRP می‌باشند.
FRP‌ ها مصالحي سبک، با دوام و مقاوم هستند كه امروزه به راحتی در دسترس مهندسين قرار گرفته‌اند. مصالح FRP در محيط‌های مغناطيسی عايق مي‌باشند و مشكل خوردگی ندارند، بنابراين با استفاده از اين مصالح از مشكل خوردگی سازه‌های بتنی مي‌توان اجتناب نمود. همچنین اين مصالح دارای خصوصيات برتری از قبيل مقاومت كششی بالا می‌باشد كه استفاده‌ی آنها را به عنوان مسلح كننده سازه‌های بتنی مناسب می‌نمايد. لازم به ذكر است كه مانند هر مصالحي FRP‌ ها دارای نقاط ضعفی نظير حساسيت در مقابل آتش و ضعف در تحمل تنشهای فشاری وهمچنین قیمت بالا می‌باشند.

1-2 تاريخچه

کامپوزيتها یا مواد چندسازه‌ای يا کاه‌گل‌های عصرجديد، رده‌ای از مواد پيشرفته هستند که در آنها از ترکيب مواد ساده به منظور ايجاد موادی جديد با خواص مکانيکی و فيزيکی برتر استفاده شده است. اجزای تشکيل دهنده ويژگی خود را حفظ کرده، در يکديگر حل نشده و با هم ممزوج نمی‌شوند. استفاده از اين مواد در طول تاريخ نيز مرسوم بوده است. از اولين کامپوزيت‌ها يا همان چندسازه‌های ساخت بشر می‌توان به کاه‌گل وآجرهای گلی که در ساخت آنها از تقويت کننده‌ی کاه استفاده می‌شده است، اشاره کرد. هنگامی که اين دو باهم مخلوط شوند و محصولی بدست می آيد که بسيار ماندگارتر و مقاوم‌تر از هر دو ماده‌ی اوليه يعنی گل و کاه است. قايق‌هايی که سرخ‌پوست‌ها با قير و بامبو می‌ساختند و تنورهايی که از گل، پودر‌شيشه و پشم بز ساخته می‌شدند و در نواحی مختلف کشورمان يافت شده است،نيز از کامپوزيت‌های نخستين هستند. قديمي‌ترين مثال از كامپوزيت‌ها مربوط به افزودن كاه به گل جهت تقويت گل و ساخت آجري مقاوم جهت استفاده در بناها بوده است. قدمت اين كار به 4000 سال قبل از ميلاد مسيح باز مي‌گردد. در اين مورد كاه نقش تقويت كننده و گل نقش زمينه يا ماتريس را دارد. ارگ بم كه شاهكار معماري ايرانيان بوده است، نمونه‌ی بارزي از استفاده از تكنولوژي كامپوزيت‌ها در قرون گذشته بوده است. مثال ديگر، تقويت بتن توسط ميله‌هاي فولادي مي‌باشد. در بتن مسلح يا تقويت شده، ميله هاي فلزي، استحكام كششي لازم را در بتن ايجاد مي‌نمايند، زیرا بتن يك ماده‌ی ترد مي‌باشد و مقاومت اندكي در برابر بارهاي كششي دارد. بدين ترتيب بتن وظيفه‌ی تحمل بارهاي فشاري و ميله هاي فولادي وظيفه تحمل بارهاي كششي را بر عهده دارند. بسیاری از نیازهای صنعتی مانند صنایع فضایی، راکتورسازی، الکترونیکی، ساختمان‌سازی، حمل‌و‌نقل، نمی‌توانند با استفاده از مواد معمولی برآورده شود و نیاز به تغییر گسترده‌ی خواص دارد. بنابراین استفاده از کامپوزیت‌ها بسیاری از مشکلات را حل نموده است .تاريخچه‌ی مواد پليمري تقويت شده با الياف به سالهاي 1940 در صنايع دفاعي و به خصوص كاربردهاي هوا-فضا برمي‌گردند. براي مثال در سال 1945 بيش از 7 ميليون پوند الياف شيشه به طور خاص براي صنايع نظامي، مورد استفاده قرارگرفته است. در ادامه با توجه به مزاياي آنها، به صنايع عمومي نيز راه يافتند. كامپوزيت‌هاي پايه پليمري مهم‌ترين دسته از كامپوزيت‌ها می‌باشند. طيف وسيعی از صنايع، از قبیل صنايع رده بالا، مثل توليد قطعات هواپيما تا صنايع رده پايين مثل توليد سينك ظرفشويی ،از كامپوزيت‌هاي پايه پليمري توليد مي‌شوند و به همين دليل بزرگترين زير مجموعه‌ی مواد مركب محسوب مي گردند.
به دنبال فرسوده‌شدن سازه‌های زیر‌بنایی و نیاز به تقویت سازه‌ها برای برآورده کردن شرایط سخت‌گیرانه‌ی طراحی، طی دو دهه‌ی اخیر تأکید فراوانی بر روی تعمیر و مقاوم‌سازی سازه‌ها در سراسر جهان، صورت گرفته است. از طرفی، بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها به‌خصوص در مناطق زلزله‌ خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیک‌های استفاده از مواد مرکب FRPبه‌عنوان مسلح‌ کننده خارجی به دلیل خصوصیات منحصر به فرد آن، از جمله مقاومت بالا، سبکی، مقاومت شیمیایی و سهولت اجرا، در مقاوم ‌سازی و احیاء سازه‌ها اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم جذابیت ویژه‌ای یافته‌اند.
مواد مرکب FRP در ابتدا به‌عنوان مواد مقاوم ‌کننده‌ی خمشی برای پلهای بتن‌مسلح و همچنین به‌عنوان محصورکننده در ستون‌های بتن‌مسلح مورد استفاده قرار می‌گرفتند؛ اما به دنبال تلاش‌های تحقیقاتی اولیه، از اواسط دهه1980 توسعه‌ی بسیار زیادی در زمینه‌ی استفاده از مواد FRP در مقاوم‌‌سازی سازه‌های مختلف مشاهده می‌شود. تعداد موارد کاربرد مواد FRP در مقاوم‌‌سازی، تعمیر و یا بهسازی سازه‌ها از چند مورد در10 سال پیش، به هزاران مورد در حال حاضر رسیده است. اجزاء سازه‌ای مختلفی شامل تیرها، دال‌ها، ستون‌ها، دیوارهای برشی، اتصالات، دودکش‌ها، طاق‌ها، گنبدها و خرپاها تاکنون توسط مواد FRP مقاوم شده‌اند. از سيستم های FRP برای بهسازی يك عضو سازه‌ای خسارت‌ديده و يا مقاوم‌سازی يك عضو سالم و يا رفع اشكالات در حال ساخت بهره گرفته می‌شود.هم‌اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایشات تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.