ساختمان

ارزیابی عملکرد ستون های بتن مسلح با کامپوزیت های FRP در بارگذاری جانبی

[ad_1]

مقاوم سازی ستون های بتن آرمه

با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، ارتقای کیفیت زیربنای ساختمان ها نیز مورد توجه قرار گرفته است. ضعف ها و خرابی ها در دال ها، ستون های بتن آرمه، تیرها و … متاثر از عواملی مانند ضعف در اجرا یا طراحی، کهنگی سازه، تغییر کاربری و افزایش بار و یا حوادثی مانند زلزله می باشد.

سازه ها به روش های مختلف تقویت می شوند. دیوارهای برشی، قاب های مقاومت خمشی و مهاربندهای فولادی خارج از محور هر کدام ویژگی های شکستگی خاص خود را دارند. یکی از روش های نسبتا جدید تقویت اجزای بتن، محصور کردن مناطق تنش و برش با CFRP، GFRP و AFRP است. این روش تقویت به دلیل خواص مواد کامپوزیتی مانند وزن سبک، رفتار الاستیک خطی نسبت به نقطه شکست، استحکام کششی و خستگی بسیار بالا، مدول الاستیسیته بالا، خواص ضد خوردگی و سهولت تطبیق با هندسه بسیار رایج شده است. عناصر تقویت شده استفاده از سیستم سازه های بتنی پیش تنیده راه حلی برای نداشتن ترک دائمی، کاهش وزن سازه، داشتن دهانه های بزرگ و معماری خاص در سازه می باشد.

پیش تنیدگی مواد کامپوزیتی یک راه حل کلیدی برای افزایش ظرفیت باربری و استفاده بهینه از ورق های CFRP است. از FRP های پیش تنیده نیز می توان برای تقویت سازه های موجود و بستن ترک های ایجاد شده در سازه های موجود استفاده کرد. سلسله مراتب اتلاف انرژی و شکست دو عامل مهم در عملکرد لرزه ای سازه های بتنی هستند.

در بسیاری از ساختمان هایی که بر اساس ضوابط قدیمی طراحی شده اند، اتصالات پلاستیکی در نزدیکی درزها و روی ستون ایجاد می شود که می تواند منجر به ناپایداری عمومی سازه شود. بنابراین، بسیاری از مقررات پیشنهاد کرده اند که اصل ستون قوی-ضعیف برای تضعیف انتقال اتصالات پلاستیکی از ستون ها باید در نظر گرفته شود. در دهه های اخیر تحقیقات مختلفی برای انتقال اتصالات پلاستیکی به تیرها و بهبود عملکرد لرزه ای سازه های بتن مسلح انجام شده است. با این حال، بیشتر این روش‌ها مانند افزودن عناصر به سازه یا بهبود جزئیات تقویت‌کننده است. تیرها فقط برای ساختمان های در حال ساخت قابل استفاده هستند.

این مطلب را هم بخوانید  لزوم حمایت همه جانبه شهرداری از احیای بافت فرسوده

اجزاء FRP

در کامپوزیت های پلیمری به طور کلی سه ناحیه متمایز شامل فاز پیوسته (ماتریس)، فاز ناپیوسته (تقویت کننده) و لایه مرزی بین این دو فاز وجود دارد که خواص و ویژگی های کامپوزیت را تعیین می کند. الیاف نقش عمده ای در استحکام و خواص مکانیکی کامپوزیت ها دارند. ماتریس نقش توزیع بار بین الیاف و محافظت از آن در برابر عوامل محیطی را ایفا می کند.

عوامل اصلی موثر بر خواص فیزیکی کامپوزیت های FRP عبارتند از:

  • خواص مکانیکی الیاف
  • چیدمان فیبر
  • طول و جنس الیاف
  • درصد ترکیب فیبر
  • خواص مکانیکی ماتریس پلیمری
  • چسبندگی و اتصال الیاف و ماتریس

استفاده از صفحات فولادی روشی بسیار متداول در مقاوم سازی سازه های بتن آرمه بوده است که برای پله ها و ساختمان ها و سطوح کششی و فشاری بتن استفاده می شده است. معایب این روش عبارت بودند از: 1). آسیب به اتصال در حین انتقال فولاد به بتن در اثر خرد شدن فولاد 2). سختی کار با صفحات در محل ساخت و ساز 3). ایجاد اتصالات نامناسب به دلیل محدودیت در حمل و نقل صفحات بلند. این معایب منجر به جایگزینی صفحات FRP با صفحات فولادی شد. تخته های FRP نیز به طور گسترده ای برای تقویت ستون ها با پیچ کردن استفاده می شود.

محفظه

محفظه بتنی یکی از موثرترین روشها در افزایش کرنش شکست و افزایش مقاومت و همچنین جذب انرژی می باشد. با توجه به مطالعات انجام شده نمودار تنش-کرنش محوری شکل 1 به دست آمده است که همانطور که مشاهده می شود با استفاده از پوشش CFRP در 1200 کیلو نیوتن کرنش شکست به 2.5 درصد می رسد. در مورد ستون های بتنی غیر مسلح با بار در هر بار تقریباً 1000 کیلو نیوتن، کرنش شکست تقریباً 2٪ است.

این مطلب را هم بخوانید  30 درصد مدارس خوزستان نیاز به مقاوم سازی دارند

ارزیابی عملکرد ستون های بتن مسلح با کامپوزیت های FRP در بارگذاری جانبی

آزمایش‌هایی برای مدل‌سازی و اعتبارسنجی ستون بتن مسلح استفاده شده است. رفتار ستون های بتنی با ابعاد و درصد آرماتورهای مختلف تقویت شده با پوشش های کامپوزیت تحت بارگذاری فشاری مورد بررسی قرار گرفت و نتایج بر اساس افزایش مقاومت و ظرفیت باربری است. 24 تحت بارگذاری چرخه ای قرار می گیرد و منحنی چرخه ای در دو حالت با و بدون پوشش رسم می شود.

شکل 1: توزیع تنش جدول فون ستون های بتن مسلح با پوشش CFRP

ارزیابی عملکرد ستون های بتن مسلح با کامپوزیت های FRP در بارگذاری جانبی

شکل 2: توزیع کرنش پلاستیک ستون های بتن مسلح با پوشش CFRP

ارزیابی عملکرد ستون های بتن مسلح با کامپوزیت های FRP در بارگذاری جانبی

شکل 3: منحنی بار محوری-کرنش محوری ستون بتن مسلح

ارزیابی عملکرد ستون های بتن مسلح با کامپوزیت های FRP در بارگذاری جانبی

نتایج

با توجه به نتایج قابل مشاهده در منحنی بار محوری-کرنش محوری ستون که از مدلسازی در نرم افزار آباکوس حاصل می شود، مطابقت خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد و افزایش ظرفیت باربری ستون تقویت شده با دو لایه CFRP را نشان می دهد. حداکثر بار باربری مدل فاقد پوشش تقریباً 96KN بود و زمانی که نمونه با دو لایه تقویت شود، حداکثر بار باربری به 120KN افزایش می یابد. یعنی ظرفیت باربری را حدود 25 درصد افزایش می دهد و افزایش کرنش محوری نشان دهنده افزایش شکل پذیری و جذب انرژی است.

رفتار تک محوری بتن در فشار به دلیل وجود و گسترش ترک های ریز معمولاً غیر خطی است تا زمانی که بار وارده به بتن کمتر از 31 درصد ظرفیت بارگذاری آن باشد، ترک های موجود نسبتاً پایدار بوده و منبسط نمی شوند، بنابراین رفتار بتن در این ناحیه خطی است. با افزایش بار به حداکثر نقطه، این موها رشد کرده و سختی بتن را کاهش داده و باعث رفتار غیرخطی می شوند. افزایش موها باعث انبساط حجم و افزایش حجم بتن می شود. شکستگی ترک های ملات و ترک های انتقالی به هم متصل شده و باعث از بین رفتن نمونه می شود. منحنی تنش-کرنش بتن پس از نقطه اوج دارای شیب نزولی است که نشان دهنده سختی و انعطاف پذیری کم و از دست دادن پایداری در این ناحیه است. ناگهان آنها عضو می شوند.

این مطلب را هم بخوانید  مقاوم سازی پی

منابع

  1. ارزیابی عملکرد ستون های بتن آرمه مسلح شده با ورق های FRP در برابر بارگذاری جانبی، علی نیکخو، سمیرا زنجانی، کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، معماری، مدیریت شهری و محیط زیست در هزاره سوم شهریور 1395.
  2. نشریه 345، راهنمای طراحی و اجرای ضوابط بهسازی ساختمانهای بتنی موجود با استفاده از مواد تقویت کننده FRP، 2006.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

همچنین ببینید
بستن
دکمه بازگشت به بالا