شماره تماس مدرس جهت مشاوره و پشتیبانی آموزشی 09378825252-09155519509

چکیده

تحقیقات آزمایشگاهی و عددی در مورد مقاوم سازی تیرهای سراسری پس کشیده بتن مقاومت بالا با تاندون های بدون پیوستگی، به کمک کامپوزیت های پلیمری (FRP وFiber Reinforced Polymer) بسیار اندک می باشد در ایران یک برنامه تحقیقاتی گسترده و هدف دار در این زمینه در بخش مهندسی عمران دانشگاه شهید باهنر کرمان، زیر نظر استاد راهنمای این پایان‌نامه طرح و همچنان در حال گسترش می‌باشد لذا در این تحقیق به ارزیابی عددی تیرهای سراسری پس‌کشیده با تاندون های بدون پیوستگی، مقاوم سازی شده در خمش، با استفاده از نرم افزار Abaqus پرداخته شده است مقایسه مدل سازی و آزمایشگاهی صورت گرفته است و نتایج نشان دهنده مدل سازی نسبتاً دقیق این تیرها در مرحله اعمال نیروی پس کشیدگی و نزدیکی پاسخ سازه در مقدار بار تسلیم و نهایی با مقادیر آزمایشگاهی می باشد همچنین در این تحقیق برتری روش نزدیک سطح ,NSM) (Near Surface Mounted نسبت به سایر روش های مقاوم سازی، خصوصاً درکنترل پدیده جدا شدگی (debonding)، مشهود می باشد


فصل اول:پیشگفتار

1-1 مقدمه2

2-1 مروری کلي بر تحقيقات گذشته2

1-2-1 مروری بر تحقيقات گذشته در زمينه مقاوم سازی به روش NSM5

1-3    شکل پذيری6

1-3-1    اهميت شکل پذيری در سازه های بتن آرمه7

1-3-2    عوامل موثر بر شکلپذيری خمشي در سازه پسکشيده با فولاد بدون پيوستگي 9

1-3-3    الزامات آيين نامه ای برای شکل پذيری خمشي9

فصل دوم:تیرهاي سراسري پسکشیده با بتن مقاومت بالا

2-1بتن مقاومت بالا (HSC)11

2-1-1معرفي11

2-1-2خواص بتن با مقاومت بالا 12

2-2    بتن پيش تنيده و پس تنيده15

2-3    اعضای پس کشيده بدون پيوستگي17

2-4    رفتار تيرهای سراسری پس کشيده با فولاد بدون پيوستگي 19

2-5    ملاحظات تحليل23

فصل سوم: مقاومسازي با FRP

3-9 مصالح FRP25

3-2 انواع الياف25

3-2-1    مشخصات مکانيکي الياف……25

3-2-2     27(Carbon Fibre) الياف کربن

3-2-3     27)Glass Fiber( الياف شيشه

3-2-4     22)Aramid Fiber( الياف آراميد

3-3    رزين ها22

3-4    شکلهای مختلف استفاده کامپوزيتهای FRP در سازه های بتن مسلح 29

3-4-1    ميله ها و شبکه های مسلح کننده FRP29

3-4-2    تاندونهای FRP برای اعضای بتني پيش تنيده33

3-4-3    پروفيل های FRP33

3-4-4    ورقهای کامپوزيت FRP مورد استفاده در مقاوم سازی اعضای سازه ای31

3-5    معرفي روش نصب در نزديک سطح )NSM( 31

3-6    حالتهای گسيختگي خمشي33

3-7    مروری بر آييننامه 08-ACI 440-2R 35

3-7-1    مقاومت خمشي35

3-7-2    قابليت بهره برداری43

3-7-3    خزش و محدوديتهای خستگي41

3-7-4    اعضای پيش تنيده42

3-7-5    خدمتپذيری44

3-7-6    مقاومت برشي مقطع45

3-7-7    تقويت پيچشي47

3-7-2 نقاط قطع47

3-7-9 طول گيرايي42

فصل چهار: مدلسازي تیرهاي پسکشیده با تاندونهاي بدون پیوستگي

4-1    مقدمه51

4-2    خصوصيات بتن51

4-2-1 مدول الاستيسيته بتن52

4-3 خصوصيات فولاد53

4-3-1    رفتار فولاد پس تنيده55

4-3-2    پارامترهای ورودی برای مدل سازی مصالح مختلف56

4-4 نحوه مدلسازی اجزاء تشکيل دهنده تير سراسری در نرمافزار 52

4-4-2 مدل سازی بتن52

4-5    مدل سازی آرماتور59

4-6    مدلسازی نواحي تکيه گاهي و بار گذاری 63

4-7    مدلسازی پسکشيدگي با کابل بدون پيوستگي 63

4-2 بررسي ابعاد مش بندی مناسب61

4-9 صحت سنجي مدلسازی با نرمافزار Abaqus 61

فصل پنجم: جزئیات تیرهاي آزمايشگاهي و مدلسازي شده

5-1    مقدمه66

5-2    جزئيات نمونه ها و روش انجام آزمايش 67

5-3    خواص مصالح مصرفي62

5-4    مدلهای آزمايشگاهي و المان محدود و مقايسه نتايج 69

5-4-1    تير شاهد CB69

5-4-2    تير مقاومسازی شده CL3E73

5-4-3    تيرمقاومسازی شده CL5E73

5-5 تيرهای مدل شده به روش NSM در نرم افزار و مقايسه نتايج 76

5-5-1     76CL3N تير

5-5-2     77CL5N تير

5-6 تيرهای مدل شده به روش NSM و EBR در سه ناحيه لنگر مثبت و منفي در نرم افزار 72

5-6-1     72CL3E+- تير

5-6-2     23CL3N+- تير

5-6-3     22CL5E+- تير

5-6-4     23CL5N+- تير

5-6-5    مقايسه نتايج تيرهای مدل شده به روش NSM و EBR در سه ناحيه لنگر مثبت و منفي 25

5-7 مقايسه کلي نتايج27

5-7-1     27CL3 تير

5-7-2     27CL5 تير

5-7-3    مقايسه تير CL3 با تير CL522

5-2 نتايج فصل29

فصل ششم: نتايج و پیشنهادات

6-1    نتيجه92

6-2    پيشنهاد برای مطالعات بعدی93

مراجع95


فصل اول پیشگفتار

9-9 مقدمه

امروزه بر خلاف گذشته ، طراحان برای ساخت پلها، تيرهای سراسری را نسبت به تيرهای با دهانه ساده ترجيح ميدهند. اين به علت اقتصادی بودن اعضای سراسری نسبت به اعضای با دهانه ساده است. تيرهای سراسری همچنين دارای سختي بيشتر نسبت به تيرهای با تکيهگاه ساده با همان طول دهانه هستند.

ورق هایFRP عموماً بر روی سطح المان هايي که نياز به مقاومسازی دارند، به کار مي روند.

اين روش با عنوان تسليح با اتصال خارجي )EBR(، شناخته مي شود . تحقيقاتي که تاکنون انجام گرفته اند ، نشان مي دهد که در اين روش، به علت جداشدگي پيش از موعد، استفاده از کل مقاومت کششي مصالح FRP امکان پذير نيست ]1[. برای بالا بردن کارايي روش EBR، سيستم های مهارکننده متفاوتي ارائه شده است ]2[. از آنجايي که در روش EBR مصالح FRP در سطوح خارجي نمايان هستند، عملکرد مسلح کنندگي اين کامپوزيت ها مي تواند تحت اثرات منفي سيکل های يخ زدن و ذوب شدن قرار گيرد، همچنين سيستم های EBR در معرض حرکت های خرابکارانه قرار دارند ]3]. برای غلبه بر اين ضعف ها تلاش های متعددی صورت گرفته که يکي از موارد آن، روش نصب در نزديک سطح )NSM( مي باشد. که جزئيات آن در فصل سوم مورد بررسي قرار گرفته است.

با توجه به اطلاعات آزمايشگاهي و عددی بسيار محدود جهاني در مورد تيرهای سراسری پستنيده باتاندونهای بدون پيوستگي )که در ايران تقريباً همه تحقيقات در بخش مهندسي عمران دانشگاه شهيد باهنر کرمان صورت گرفته است ( و همچنين کمبود تحليلهای تئوری کافي جهت تقويت و ترميم اين نوع سازهها، در اين تحقيق به ارزيابي عددی تيرهای سراسری پس کشيده با تاندونهای بدون پيوستگي تقويت شده در خمش، که قبلاً نمونههای آن در بخش مهندسي عمران دانشگاه شهيد باهنر کرمان ساخته و تا مرحله تخريب بارگذاری شده، پرداخته شده است.

9-2 مروري کلي بر تحقیقات گذشته

کلايبر و      همکاران ]4[، يک بررسي موردی برای تيرهای پيش تنيده پل آلتونا در ايالت آيوا انجام دادند که در اين تيرها، برخورد وسايل نقليه با ارتفاع بالا، باعث آسيب ديدن بتن و کابلهای موجود در آن شده بود. محققين پس از مقاومسازی تيرها و سنجش پاسخ سازه در بارگذاریهای مشابه نسبت به پاسخ تير قبل از مقاومسازی، عملکرد مناسب اين روش را گزارش کردند.

پلگرينو و مدنا ]5[، يک تحقيق آزمايشگاهي و تحليلي برای تيرهای بتنآرمه و پيش تنيده يک دهانه انجام دادند. در اين آزمايش تيرها توسط لمينيت CFRP مقاوم سازی شده است . مت ير اصلي در اين آزمايش ميزان CFRP، شرايط مهار انتهايي و همچنين اعمال نيروی پيش تنيدگي ابتدايي درCFRP بود. آنها نشان دادند که وجود پليت و پيچ فولادی برای مهار انتهای لمينيت تأثير بسزای در افزايش شکلپذيری و ظرفيت نهايي باربری تير دارد. همچنين اعمال نيروی پيش تنيده در افزايش مقاومت تير بسيار موثر است. لازم به ذکر است که در اين تحقيق تنها يک تير از تيرهای مورد آزمايش پيش تنيده بوده که جهت مقاوم سازی آن لمينيت مورد نظر نيز پيش تنيده شده و با پليتهای فولادی در انتها، مهار شده بود.

روزنبوم و همکاران ]6[، فاز اول يک برنامه تحقيقاتي را برای هشجت تير پيش تنيده با مقطع دوبل T شکل و دهانه ساده )معين( تحت بار استاتيکي انجام دادند . شش تا از اين تيرها با سيستمهای متفاوت به وسيله CFRP مقاومسازی شد . نتايج نشان داد که ظرفيت نهايي تيرهای پيش تنيده ميتواند بدون از دست دادن شکلپذيری تا 73% افزايش يابد و پيشنهاد کردند از مهار U شکل دور پيچ در طول تير جهت کنترل شکست ناشي از Debonding )جداشدگي ورق( استفاده شود.

چاکراباری ]7[، طي يک تحقيق آزمايشگاهي به بررسي امکان مقاوم سازی تيرهای ساده پس تنيده غير پيوسته پرداخت. در اين آزمايش ابتدا تيرها تا وقوع ترکهای قابل ملاحظه، رسيدن خيز تير به دو برابر خيز مجاز و رسيدن نيروی تاندون به 25% نيروی نهايي، بارگذاری شدند. سپس کليه بارهای خارجي حذف گرديد و پس از تعمير ترکها و چسباندن ورقهای CFRP و GFRP دوباره تا مراحل فوق بارگذاری شدند. نتايج نشان داد که خيز نهايي تا 56% کاهش پيدا کرده و ظرفيت باربری تا 65% افزايش پيدا کرد.

قاسمي و مقصودی ]2 و 9[، در تحقيقي آزمايشگاهي، ميزان شکلپذيری، امکان بازپخش لنگرو ميزان افزايش ظرفيت باربری نهايي در تيرهای سراسری پستنيده )بدون پيوستگي تاندون( حاوی بتن مقاومت بالا ، که در ناحيه لنگر منفي با استفاده از ورق CFRP تقويت شدهاند ، را تحت بارگذاری خمشي بررسي نمودند. در کليه نمونههای تقويت شده، از ورق فولادی و پيچ و مهره، به منظور جلوگيری از جداشدگي زودرس، در قالب مهار انتهايي ورق تقويتي، استفاده شده است. نتايج نشان داد، با افزايش سطح مقطع ورق تقويتي، با وجود افزايش ظرفيت باربری نهايي، ميزان شکلپذيری از 16 به 9، و ميزان بازپخش لنگر از 2/6 درصد به 9/4 درصد، کاهش يافت.

اکبر زاده و مقصودی ]13[، بازپخش لنگر و شکلپذيری در تيرهای سراسری دارای بتن مقاومت بالا )HSC( که به صورت مساوی در ناحيه تکيه گاهي و و سط دهانه مقاوم سازی شده است را ارزيابي کردند. مت ير اصلي در اين آزمايش ميزان ورقهای CFRP بهکاررفته در ناحيه لنگر منفي و مثبت بود. محققان در اين تحقيق نيز شاهد کاهش شديد بازپخش لنگر در تيرهای مقاوم سازی شده بودند. در اين تحقيق انواع شکل پذيری مورد برر سي قرار گرفت. در اين تحقيق افزايش ممان در حدود 22% در ناحيه ممان منفي و 47% در ناحيه ممان مثبت با توجه به مقدار مساوی ورق CFRP در اين دو ناحيه گزارش شد. آنان در مقاله ای ديگر به بررسي کرنش جداشدگي ورقهای CFRP در تيرهای بتنآرمه سراسری با مقاومت بالا پرداختند ]11[. آنان همچنين در مقاله بعدی خود مرحله خدمت اين اعضا را مورد بررسي قرار دادند ]12[ و در پايان رابطه تحليلي برای پاسخ تيرهای مقاومت بالای مقاومسازی شده با CFRP ارائه کردند که با نتايج آزمايشگاهي همخواني قابل قبولي داشت ]13[.

هاشمي و همکاران [14]، رفتار خمشي تيرهای بتنآرمه با تکيه گاه ساده حاوی بتن مقاومت بالا )HSC( مقاومسازی شده با ورق FRP را بررسي کردند. نتايج نشان داد، مقاومسازی باعث کاهش عرض ترک و شکلپذيری، و افزايش ظرفيت خمشي و باربری نهايي نمونهها شده است. درصد افزايش ظرفيت خمشي در نمونههای با ميزان فولاد کششي کم، بسيار بيشتر است؛ همچنين در تيرهای با ميزان تسليح داخلي )فولاد کششي( و خارجي )ورق CFRP( زياد، شکست ترد اتفاق ميافتد.

مقصودی و همکاران [ 15]، ميزان شکلپذيری، ظرفيت خمشي نهايي و ميزان افزايش تنش در تاندونها را در تيرهای T- شکل يک دهانه پيشتنيده حاوی بتن مقاومت خودمتراکم بالا را با سه آيين نامه PCI و AASHTO مورد ارزيابي قرار دادند.

[16Lee [ و هکاران در سال 2312 رفتار غير خطي تيرهای سراسری پستنيده با تاندونهای بدون پيوستگي را مورد بررسي قرار دادند. دراين تحقيق رفتار خمشي اعضای سراسری پستنيده با تاندونهای بدون پيوستگي با روابط موجود برای تيرهای با دهانه ساده مقايسه وبسط داده شد. در اين تحقيق روابطي برای تعيين ظرفيت لنگر اسمي و همچنين تنش در فولادهای پستنيدگي ارائه شد.

[17] R.Rajeshguna و همکاران، در سال 2314، تعداد 4 عدد تير بتن مسلح مقاومسازی شده با الياف GFRP را مورد بررسي قرار دادند، در اين تحقيق افزايش مقاومت تيرهای مقاومسازی شده با اليافGFRP با ضخامتهای 3 و 5 ميليمتر نسبت به نمونه شاهد ،به ترتيب برابر با 72/29 و 61/47 درصد و همچنين کاهش شکلپذيری به ترتيب 66/56 و 5/62 درصد گزارش شد.

[18Harajli [ و همکاران در سال 2314، تعداد12 عدد تير بتن مسلح پستنيده با تاندونهای بدون پيوستگي و 12 عدد دال بتن مسلح پستنيده با تاندونهای بدون پيوستگي راکه تعداد 16 نمونه از آنها با استفاده از CFRP مقاومسازی شده بود را مورد آزمايش قرار دادند. مت يرهای استفاده شده در اين تحقيق شامل تعداد و سطح مقطع تاندونهای بدون پيوستگي، تعداد و سطح مقطع الياف CFRP و نوع پروفيل کابل )افقي يا منحني( ميباشد. وی در اين تحقيق نشان داد که استفاده از مقاومسازی خارجي با الياف CFRP در افزايش مقاومت اسمي اعضای پستنيده با تاندونهای بدون پيوستگي، بسيار موثر بوده، به طوری که در تيرها بين 24 تا 136 درصد افزايش باربری مشاهده شد ،در اين تحقيق نيز رابطهای برای تعيين ظرفيت لنگر اسمي اين نوع اعضاء ارائه گرديده است.

9-2-9 مروري بر تحقیقات گذشته در زمینه مقاوم سازي به روش NSM

تحقيقات منت شر شده در مورد کاربرد FRP به صورت NSM برای مقاوم سازی سازه ها، در مقايسه با تحقيقات در مورد FRP به صورت EBR بسيار محدودتر است. دی لورنزيس و ناني برتری های استفاده از ميله های FRP را در مقايسه با آرماتورهای فولادی به علت مقاومت آنها در برابر خوردگي به خصوص در محيطهای خورنده، نشان دادند ]19[.

دی لورنزيس و همکاران ) 2333 ( نشان دادند که مقاومت خمشي تيرهای T شکل با استفاده از ميله های CFRP به صورتNSM که با ماسه پوشانده شده بودند، و هم چنين ميله های آجدار GFRP به ترتيب 33 و 26 درصد افزايش داشته است ]23[.

آردوئيني و همکاران )2331( به اين نتيجه رسيدند که استفاده از ملات اپوکسي با مقاومت بالا، مي تواند استفاده کامل از سيستم مقاوم سازی FRP به صورت NSM را تضمين کند ]21[.

آزمايشات کارولين و همکاران )2331( نشان داد که استفاده از ميله های FRP به صورت NSM با مقطع مستطيلي که دارای مقاومت بالا و مدول الاستيسيته بالا بودند، ظرفيت نهايي باربری را به ترتيب 132 و 93 درصد افزايش مي دهد ]22[.

آزمايش های انجام شده توسط الخرداجي و همکاران )1999(، افزايش 27 درصدی در ظرفيت لنگر يک عرشه پل که با ميلگردهای CFRP به صورتNSM مقاومسازی شده بود را نشان دادند ]23[.

نوردين و همکاران ) 2336 (، با بکار بردن ميله های پيش تنيده پس کشيده با مقطع مستطيلي که با استفاده ازFRP به صورتNSM به تير بتني چسبانده شده بود، افزايشي به ترتيب در حدود 133 و 37 درصد را برای بار ترک دهنده و بار تسليم در مقايسه با نمونه مقاوم شده با ميله های غير پيش تنيده گزارش کردند [24].

[52] Kalayci، در سال 2313 پارامترهای موثر بر تيرهای مقاومسازی شده با FRP به روش NSM، شامل تعداد ميلگرد کششي، جنسFRP ، نوع چسب ومقاومت فشاری بتن را مورد بررسي و تاثير هر يک از عوامل ذکر شده را بيان کرده است.

در سال 2313، جواهری زاده و همکاران [26]، با انجام يکسری آزمايش، رابطه ضريب کاهش مقاومت، برای تيرهای مقاومسازی شده به روش NSM را ارائه دادند که حداثر اين ضريب 9/3 گزارش شد.

ازساير مطالعات صورت گرفته در زمينه مقاومسازی تيرهای بتن مسلح باFRP به روش نصبدر نزديک سطح ) NSM(، ميتوان به مطالعات صرت گرفته توسط [27Kalayci AS [ ، [28Oudah Fadi، M. S. Karimi1 [31] ، Mostofinejad [30] ،Choi HT [29] ،DiasSJE [ [32] ، [33Rezazadeh M [34] ، Zhang SS [ و[35Mostakhdemin Hosseini[ در سال 2314، اشاره کرد که همگي افزايش قابل توجهي را در سختي خمشي و ظرفيت باربری نهايي نمونه ها، در مقايسه با نمونه مقاوم نشده و نمونه های مقاومسازی شده به روش EBR، گزارش کرده اند.

[36] Hui Peng در سال 2314، نيز به مطالعه آزمايشگاهي 7 عدد تير بتن مسلح مقاوم سازی شده با الياف پيش تنيده CFRP به روش NSM پرداخت، مت يرهای در نظر گرفته شده شامل ميزانCFRP، تير در تنش پيشتنيدگي الياف، و طول CFRP مباشد. در اين تحقيق افزايش مقاومت ايجاد شده در تيرهای بتن مسلح مقاومسازی شده 122 درصد نسبت به تيرهای مقاومسازی نشده و2/44 درصد نسبت به تيرهای مقاومسازی شده و بدون پيشتنيدگي CFRP، گزارش شد.

9-3 شکل پذيري

شکل پذيری يک سازه، عامل استهلاک نيروهای وارده بر آن، و همچنين باعث کاهش خسارات وارده بر سازه در برابر بارهايي با ماهيت ديناميکي است. ضمن اين که شکل پذيری بهذات امری مطلوب است، استفاده مطمئن از باز توزيع لنگر را نيز فراهم مي سازد. شکل پذيری بهعنوان معياری برای کميت دار کردن ظرفيت مصالح، مقاطع و المان سازه در تحمل و پذيرش تير شکل در ناحيه غير الا ستيک تا قبل از فرو ريختن، بدون کاهش محسوس مقاومت مي باشد.

اگر چه در نگاه اول، اين خاصيت به عنوان جزئي از خصوصيات مکانيکي مصالح مصرفي ، در شرايط مختلف بار گذاری به نظر مي رسد )شکل پذيری فولاد در کشش و فشار و شکل پذيری بتن در فشار( اما ترکيب مصالح، خود مي تواند ماده جديد مرکبي توليد کند که عملکرد مشترک آنها نيز دارای شکل پذيری متفاوتي باشد. علاوه براين عضو ساخته شده از چند نوع مصالح)همچون عضو بتن مسلح(، در شرايط مختلف بارگذاری مي تواند از خود شکل پذيری متفاوتي نشان دهد. رفتار شکننده، هم مي تواند در ماده، ماده مرکب، عضو و يا سازه تعريف شود. وجه تمايز دو رفتار ترد و شکننده، در ميزان مقاومت نيست، به عنوان مثال ،دو مقطع با مقاومت يکسان ميتوانند رفتارهای کاملاً متفاوت با هم داشته باشند. اکثر آيين نامه های موجود طراحي، ايجاد حداقل شکل پذيری را جهت جلوگيری از شکست های غير شکل پذير سازه های بتني اجباری کرده اند.

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج طلایی آباکوس قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج طلایی آباکوس را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج طلایی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج طلایی

————————————————————————————————————————————–