ساختمان

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

[ad_1]

تقویت دال های بتنی

به دلیل عوامل مختلفی از جمله آسیب های ناشی از خوردگی، قدیمی بودن سازه، اشتباهات طراحی و ساخت، تغییر کاربری، ضعف آیین نامه های قدیمی و غیره، سازه های ساخته شده به ویژه دال های بتنی ممکن است سازه ها از استحکام و مقاومت لازم برخوردار نباشند. شکل پذیری در برابر بارهای وارده . بنابراین تقویت و تقویت سازه ها بسیار حائز اهمیت است. به طور کلی، تقویت سازه ها اغلب مقرون به صرفه تر از بازسازی آنها است.

مهمترین هدف تقویت سازه، افزایش استحکام و بهبود شکل پذیری رفتار اعضای موجود می باشد. یکی از مهمترین عناصری که نیاز به آرماتور دارد، دال های بتنی هستند که در پروژه های ساختمانی کاربرد فراوانی دارند. آرماتور خمشی دال های بتن آرمه به روش های مختلفی از جمله تقویت با ورق فولادی، الیاف پلیمری تقویت شده و یا تقویت با آرماتورهای خارجی انجام می شود. این آرماتورها می توانند ظرفیت خمشی و برشی سازه را افزایش دهند. از دال ها در ساختمان ها و عرشه پله ها استفاده می شود.

همانطور که در بالا ذکر شد، تقویت الیاف پلیمری یکی از روش های مقاوم سازی سازه است که در سال های اخیر با رفع نقاط ضعف سیستم آرماتور ورق فولادی بسیار رایج شده است. در سال های اخیر با ایجاد تکنیک های جدید در تولید کامپوزیت های FRP مانند کامپوزیت های کامپوزیت (هیبرید) و کامپوزیت های پیشرفته، استفاده از آنها توسعه یافته است. از مزیت این روش می توان بیان کرد که دال بتنی ساخته شده نیازی به میلگرد ندارد و در برابر خوردگی مقاوم است. ضخامت کم و وزن سبک نیز طراحی را مقرون به صرفه تر و حمل و نقل آسان می کند.

با رواج این طرح انقلاب بزرگی در صنعت ساختمان رخ خواهد داد زیرا با حذف آرماتور در دال های بتنی پیش ساخته و کاهش چشمگیر ضخامت آن و با توجه به هزینه های بالای میلگرد و بتن و همچنین افزایش قیمت بتن CFRP ورق های اسلب. ما یک سبک ارزان و بادوام خواهیم داشت. کاربرد دال بتنی پیش ساخته با ضخامت کم بدون میلگرد برای پوشش کانال های آب و همچنین کانال های شهری و محیط های مستعد خوردگی.

در زیر مروری بر برخی از پروژه های تقویتی با استفاده از کامپوزیت FRP ارائه شده است:

این مطلب را هم بخوانید  کم فروشی و تعطیلی تولید بتن توسط برخی کارخانه ها

در مطالعات استفاده از FRP (پلیمر تقویت‌شده با الیاف) برای کاهش ضخامت دال‌های بتنی دو طرفه از ترکیب دال‌های بتنی و ورق‌های پلیمری استفاده شده است، به طوری که ورق‌های پلیمری به ضخامت معینی از دال به کف دال چسبانده می‌شوند. مقررات بتن ایران لازم به ذکر است که با کاهش ضخامت دال، وزن مرده بتن دال با کاهش ضخامت دال کاهش می یابد. در یکی از تحقیقات ذکر شده منظور مدل های دال بتنی در نرم افزار آباکوس با ورق های CFRP در الگوها و لایه های مختلف مدل سازی ابتدا هر یک از دال ها با ضخامت تعیین شده توسط آیین نامه مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و سپس با کاهش ضخامت دال و استفاده از لایه های FRP آنالیز و نتایج مربوط به آن انجام می شود. نتایج نشان می دهد که استفاده از این ورق های پلیمری به میزان قابل توجهی وزن دال بتنی دو طرفه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد به طوری که ضخامت دال تا 37.5 درصد کاهش می یابد.

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

مدل سازی

در تحقیق حاضر 7 دال بتنی با استفاده از طرح اختلاط بتن سبک ساخته شد که 6 مورد با الیاف FRP و یک نمونه دال شاهد است. اسلب ها با 4 نقطه خمشی بارگذاری می شوند.

بتن سبک با لیکا

برای دستیابی به بتن با مقاومت بالا از مواد افزودنی معدنی و شیمیایی استفاده شد. همچنین از پودر سنگ برای کاهش تخلخل و افزایش مقاومت فشاری استفاده شد. با توجه به جنبه های اجرایی این نوع بتن، متغیرها در طرح های مختلف عبارتند از: نسبت آب به مواد سیمانی، میزان دانه های سبک در حجم کل بتن، میزان سیمان و پودر سنگ.

در اینجا بتن سبک سازه ای با مقاومت بالا را بررسی می کنیم که از دانه های رس منبسط شده (لایکا) برای کاهش وزن آن استفاده می کند. از مهم ترین ویژگی های بتن لایکا می توان به: وزن سبک، حمل و نقل آسان، بهره وری بالا در هنگام اجرا، سطح مناسب برای پوشش، استحکام و تحمل بار، عایق حرارتی و صوتی، مقاومت در برابر یخ زدگی، رطوبت گیر و دوام در برابر مواد آهکی اشاره کرد. بتن سبک لیکا بسته به وزن و مقاومت مورد نظر به عنوان پرکننده، عایق یا باربر استفاده می شود.

این مطلب را هم بخوانید  اولین اتاق سیار تمیز جهان را بسازید

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

بتن لیکا را می توان در جای خود ریخت یا به عنوان بلوک، اجزای ساختمانی و سایر قطعات پیش ساخته استفاده کرد. در هر مورد با توجه به کاربرد و روش اجرا از بذر مناسب لیکا استفاده می شود. بتن های پرکننده و عایق اغلب در ساخت و ساز و زیرسازی ساختمان ها، شیب های کف و سقف، بلوک ها یا اجزای دیوارهای جداکننده و محیط های غیر باربر استفاده می شوند. از این نوع بتن در ساخت اجزای بادوام مانند بلوک های باربر، پانل های دیوار و سقف مسلح و همچنین سازه های بتن آرمه ساختمان ها استفاده می شود. قابل ذکر است که با توجه به نیاز به مقاومت و دانه بندی، تنها با استفاده از سنگدانه های لایکا می توان بتن سازه ای سبک وزن در ایران ساخت.

جداول زیر مشخصات نمونه آزمایشگاهی را نشان می دهد:

جدول 1: مشخصات طرح اختلاط برای یک متر مکعب

سیمان

میکروسیلیس فوق روان کننده اب لیکا دانه درشت

پودر سنگ

450 کیلوگرم

100 کیلوگرم 10 کیلوگرم 10 کیلوگرم 300 کیلوگرم 450 کیلوگرم

200 کیلوگرم

فیبر کربن FRP

استفاده از سیستم های FRP برای بهبود و تقویت سازه ها از اوایل دهه 1980 آغاز شد. فناوری ورق FRP برای اولین بار در سال 1984 در سوئیس استفاده شد، زمانی که ورق های CFRP برای تقویت تیرهای بتنی آزمایش شدند. بزرگترین مزیت ورق های FRP این است که نسبت استحکام به وزن بالایی دارند. ورق های FRP معمولاً حداقل دو یا حتی ده برابر ورق های فولادی استحکام دارند. در صورتی که وزن آنها تنها 20 درصد وزن ورق های فولادی باشد. پلیمرهای تقویت شده از الیاف بسیار نازک تشکیل شده اند که توسط یک ماده پایه احاطه شده اند. الیاف دارای مواد مختلفی بوده و به صورت تکه های کوتاه، رشته های بلند و پارچه های بافته تولید می شوند. زمینه در FRP ها نقش محافظت از الیاف و انتقال تنش بین آنها را ایفا می کند و الیاف بافتی یک طرفه هستند (همه الیاف در جهت نیرو یعنی صفر درجه).

انتخاب FRP مناسب برای تقویت دال های بتنی

این مطلب را هم بخوانید  نرم افزار Sizemo Structure نسخه 2020

به طور کلی جهت الیاف در یک یا چند جهت از 45، 90 و 135 درجه می باشد. به همین ترتیب، نوع بافت ها می تواند متغیر و یک طرفه (0 درجه)، دو طرفه (0.90 و 90.45) و سه طرفه (0.45/90) و چهار طرفه (0.45/135.90) ​​باشد. با توجه به نمودار کرنش الیاف FRP بهترین روش بافت دستیابی به حداکثر ظرفیت الیاف بافنده یک طرفه (همه الیاف در جهت نیرو یعنی صفر درجه) است.

جدول 2: خواص مکانیکی الیاف FRP

ضخامت فیبر (میلی متر)

استحکام کششی نهایی (Mpa)

مدول الاستیسیته کششی (Gpa)

نوع الیاف

0.16

2300

76

سیستم پوشش شیشه ای) GF)

0.11

4900

230

سیستم پوشش کربن (CF)

جدول 3: مشخصات نمونه

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

آزمایش

از آنجایی که روش تولید و فرآوری بتن تا حدی کاربرد آن را محدود می کند، هدف از انجام این آزمایش دستیابی به بتن با عملکرد خوب و مقاومت و سبکی بالا با استفاده از مصالح موجود در کشور می باشد. بدین منظور با ایجاد تغییر در طرح مخلوط های اولیه، طرح اختلاط نهایی با مقاومت مورد نظر به دست آمد. پس از ساخت دال ها و تقویت آنها با الیاف FRP در آزمایشگاه، تحت بار خمشی 4 نقطه ای قرار می گیرد. نمودارها و اشکال علائم پس از شکست در زیر نشان داده شده است.

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

شکل 1: دستگاه بارگیری

پس از شکستن نمونه های دال بتنی (شکل 3) نیرو و جابجایی دال به دست می آید که در شکل زیر نشان داده شده است. همچنین نحوه شکستن اسلب ها در شکل زیر نشان داده شده است.

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

شکل 2: مقایسه دال های بتنی تحت آزمایش خمش

بررسی رفتار خمشی دال های بتنی سبک سازه های تقویت شده با الیاف کربن

شکل 3: اسلب های آزمایش شده

نتیجه

مطالعه حاضر بر روی نمونه های دال بتنی ساخته شده از بتن سبک و مسلح با استفاده از کامپوزیت های CFRP و GFRP به روش های مختلف انجام شد. دالی که دارای بیشترین تعداد لایه کربن و همچنین آرماتور در طرفین دال بود، بیشترین مقاومت خمشی را نشان داد. یعنی زمان زیادی برای شکست دادن این علامت صرف شد. استحکام خمشی این دال تقریباً بیش از نوزده برابر دال شاهد بود که نشان می دهد هر چه تعداد لایه ها بیشتر شود، مقاومت خمشی دال افزایش می یابد.

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا