ساختمان

بررسی اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح

[ad_1]

ساختمان های بتن آرمه به دلیل ویژگی هایی از جمله ارزان بودن و سهولت اجرا همواره مورد توجه سازندگان برای استفاده از آن در ساخت و ساز بوده است. در سال های اخیر، بهسازی و مقاوم سازی ساختمان های موجود یکی از موضوعات اصلی در صنعت ساختمان و همچنین تحقیقات دانشگاهی بوده است. هدف از بهبود می تواند افزایش استحکام، شکل پذیری یا کاهش اثرات گرما بر عنصر باشد. تقویت اعضای بتنی با مواد کامپوزیت FRP یک روش نسبتا جدید است. مواد FRP خواص فیزیکی خوبی دارند که می توان به مقاومت کششی بالا، ضخامت و وزن کم آنها اشاره کرد. در ستون های بتنی استفاده از FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، حالت شکست آن را از برشی به خمشی تغییر داده و شکل پذیری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. پیچش اعضای فشاری با الیاف FRP نیز باعث افزایش مقاومت فشاری آنها می شود. همچنین با ترکیب نیروهای محوری و خمشی، شکل پذیری اندام ها را افزایش می دهد. در این مقاله می خواهیم اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح را بررسی کنیم. مطالعات موردی نشان می دهد که استفاده از FRP تاثیر قابل توجهی بر استحکام و همچنین شکل پذیری دارد.

حالت های شکست ستون بتن مسلح

به طور کلی دو حالت برای شکستن ستون بتن آرمه در حالت حد نهایی بار در نظر گرفته می شود:

شکست فشاری ستون

در این حالت با ریزش بتن ستون شروع به شکست می کند و سپس با افزایش فشار، فولادهای مقطع نیز تسلیم می شوند و در نهایت شکست کامل می شود.

شکست کششی ستون

در این شرایط خرابی مقطع ستون با ارسال مقطعی از فولادهای مقطع در حالت کشش در یک طرف مقطع آغاز می شود و در نهایت با خرد شدن بتن در سمت دیگر ستون تکمیل می شود.

وقوع هر شرایط شکست به بار محوری ستون نسبت به ممان خمشی بستگی دارد. به طوری که در ستونی با فولادهای متفاوت و در دامنه وسیعی از تغییر گریز از مرکز از e=0 به e=∞، شکست مقطع به تدریج از شکست فشاری به شکست کششی تبدیل می شود. حالت های مختلف خرابی ستون در زیر مورد بحث قرار می گیرد.

این مطلب را هم بخوانید  کامپوزیت شیشه چیست؟ | مقاوم سازی افزایشی

الف) بار محوری خالص

در این حالت فرض بر این است که بار محوری بدون کوچکترین انحراف از مرکز به ستون اعمال می شود. این باعث می شود که لنگر خمشی بسیار کوچک باشد و به طور همزمان به تمام مقاطع برسد. در این حالت فولادهای سطح مقطع نیز در برابر تنش تسلیم می شوند.

ب) لنگر خمشی خالص

این وضعیت دقیقا برعکس وضعیت قبلی است. در این حالت مقدار خروج از مرکز بی نهایت در نظر گرفته شده و عملا کل مقطع کشیده می شود. پارگی در این حالت کاملاً کششی است.

ج) حالت تعادل

در این حالت ترکیب بار محوری و لنگر خمشی به گونه‌ای است که بخشی از مقطع تحت کشش قرار می‌گیرد و درست در لحظه‌ای که بتن در قسمت فشاری به کرنش نهایی 003/0 می‌رسد، فولادهای کششی نیز تسلیم می‌شوند. نژاد. این حالت یک حالت مرزی بین شکست فشاری و شکست کششی است.

بررسی اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح

شکل 1: منحنی برهمکنش بار محوری و لنگر خمشی در ستون

اما در مواردی که در بالا ذکر شد، رفتار عنصر به عدم تمرکز بار محوری بستگی دارد. اگر در حالت خروج از مرکز کمتر از eب ما در حال تجربه پارگی فشاری هستیم. حال اگرچه مقدار خروج از مرکز از مقدار تعادل بیشتر است، اما شاهد شکست کششی خواهیم بود.

اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح

سیستم پوشش FRP را می توان برای افزایش استحکام اعضای فشاری توسط محفظه استفاده کرد. محفظه یک عضو بتنی به گونه ای انجام می شود که الیاف به صورت عرضی در جهت طولی ستون قرار گیرند. در این صورت الیاف عرضی مانند الیاف عرضی عمل خواهند کرد. پوشش FRP یک محور غیرفعال برای عضو تراکمی فراهم می کند به طوری که لایه های FRP بدون تنش در عضو باقی می مانند تا زمانی که ترک ها شروع شوند. در واقع FRP در این شرایط با محصور کردن از ترک خوردن بتن جلوگیری می کند و شکل پذیری را بسیار افزایش می دهد. این افزایش شکل پذیری با افزایش مقاومت نهایی نیز همراه است. با محفظه FRP، ستون مانند یک منحنی C یا D رفتار خواهد کرد.

این مطلب را هم بخوانید  ارزیابی عملکرد ستون های بتن مسلح با کامپوزیت های FRP در بارگذاری جانبی

بررسی اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح

شکل 2: منحنی رفتار عنصر در حالت محصور و غیر محصور

بر روی 8 نمونه ستون، Psiki و همکاران. بررسی اثرات نوع و مقدار FRP و همچنین شکل ستون بر روی منحنی های مقاومت محوری و تنش کرنشی. در این آزمایش از 4 ستون دایره ای و 4 ستون مستطیلی با انواع و میزان FRP مختلف استفاده شد.

حالت های مختلف خرابی ستون

شکل 3: نمونه های تست شده در آزمون روانی

در پایان نتایج زیر بدست آمد:

  • ستون‌های دایره‌ای از نظر شکل‌پذیری بهتر از ستون‌های مستطیلی رفتار می‌کنند. این برای هر دو حالت تقویت شده و تقویت نشده صادق است. پوشش FRP در مقاطع دایره ای برای محصور کردن عضو بتنی موثرتر عمل می کند. سیستم FRP، هنگامی که به صورت عرضی در جهت طولی عضو قرار می گیرد، فشار محیطی یکنواختی را در جهت شعاع عضو ایجاد می کند.
  • رفتار ستون ها در حالت تقویت شده به مقدار FRP بستگی دارد. این امر در منحنی های زیر در حالت های C2 تا C4 به خوبی دیده می شود.

بررسی اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح

شکل 4: منحنی تنش-کرنش نمونه های آزمایشی

  • برای محدود کردن انبساط حجمی عنصر بتن مسلح، ژاکت FRP باید به اندازه کافی سفت باشد تا شکل پذیری مناسبی به عنصر اعمال شود و منحنی رفتاری به حالت بسته برسد.
  • کرنش پارگی ژاکت مورد استفاده در آزمایش کمتر از کرنش پارگی نمونه در آزمایش کوپن کششی است.

اثرات FRP در مورد رفتار هیسترزیس

همانطور که در قسمت های قبل گفته شد FRP با محصور کردن عنصر از رشد ترک جلوگیری می کند که باعث افزایش شکل پذیری المنت می شود. به علاوه به دلیل جلوگیری از رشد ترک، المان در بارگذاری دینامیکی بهتر رفتار می کند. پانچ یکی از عوامل ایجاد ترک در مدل رفتاری دینامیکی عنصر است. در این شرایط به جای افزایش انرژی در المنت، بخشی از انکر برای بستن ترک ها استفاده می شود. در آزمایشات انجام شده توسط Pantlides و همکاران. روی دو نمونه اتصال تیر به ستون که در یک مورد بدون ژاکت FRP و در حالت دوم با ژاکت FRP تقویت شده است.

این مطلب را هم بخوانید  ارزیابی عددی استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی MLP در کنترل فعال سازه‌ها

شماتیک تقویت ستون با frp

شکل 5: محل FRP روی عنصر

هر دو نمونه تحت بارگذاری چرخه ای قرار گرفتند و در نهایت افزایش شکل پذیری، استحکام و جذب انرژی در نمونه ها مشاهده شد.

بررسی اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح

شکل 6: نمودار بار برای تغییر موقعیت جانبی در حالت تقویت شده و تقویت نشده

FRP نه تنها برای تقویت عناصر ساختمان بلکه در سازه های دیگر نیز استفاده می شود. از دیگر کاربردهای FRP می توان به تقویت پایه پله ها در برابر بار لرزه ای اشاره کرد. شلیک و برنا ستون های پایه یک پل را در مقیاس کوچک شبیه سازی کردند و بارگذاری چرخه ای را روی آن اعمال کردند. نتایج مشابه آزمون Pantlides بود.

نتیجه

ژاکت های FRP با ایجاد محفظه ها توانستند شکل پذیری خوبی در المان ایجاد کنند. همچنین با افزایش شکل پذیری، استحکام المنت افزایش یافته است. علاوه بر موارد فوق، ژاکت ها با جلوگیری از رشد ترک در رفتار دینامیکی، جذب انرژی را بهبود بخشیده اند.

بررسی اثرات FRP بر رفتار ستون های بتن مسلح
محصور کردن ستون بتنی با استفاده از الیاف FRP برای تقویت
منابع

[1] ACI 440-2R-2008، راهنمای طراحی و ساخت سیستم های FRP با پیوند خارجی برای تقویت سازه های بتنی
[2] پانتلیدس، کریس پی، چاندرا کلاید و ال دی ریولی. “بهسازی درزهای R/C ساختمان با کامپوزیت های FRP.” دوازدهمین کنفرانس جهانی مهندسی زلزله، اوکلند، نیوزلند. 2000.
[3] شلیک، بنجامین ام. و سرجیو اف. برنا. “بهسازی لرزه ای ستون های پل بتنی مسلح در مناطق زلزله خیز با استفاده از کامپوزیت های FRP.” Proc. سیزدهمین کنفرانس جهانی مهندسی زلزله، (CD-Rom، مقاله شماره 508)، ونکوور، BC، کانادا، اوت. 2004.

گردآورنده: محمد راسخی

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا