ساختمان

تقویت تیرها با استفاده از میلگردهای GFRP و FRP

[ad_1]

یکی از مهمترین کاربردهای الیاف پلیمری FRP برای تقویت تیرها و اعضای بتنی و پانل های جانبی تیر برای افزایش ظرفیت برشی تیرها می باشد. در سال های اخیر مطالعات و آزمایشات گسترده ای در زمینه استفاده از آرماتورهای برشی سازه های بتنی به روش «تسلیم خارجی» (EBR) انجام شده است که منجر به پیشرفت های زیادی در تحلیل و مدل سازی این روش شده است.

یکی از متداول ترین روش های تقویت سازه های بتن آرمه استفاده از ورق های آرماتور FRP برای افزایش مقاومت خمشی و برشی اعضای بتنی می باشد. نسبت وزن به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگی و حمل و نقل و نصب آسان، مواد FRP را به گزینه ای در بسیاری از پروژه ها تبدیل کرده است. مدول الاستیسیته ورق های FRP بسیار متفاوت از بتن است که منجر به جدا شدن سریع صفحات آرماتور از سطح بتن می شود. در صورتی که برای اتصال این صفحات از روش معمولی آماده سازی سطح EBR استفاده شود، استفاده از استحکام نهایی ورق های FRP بسیار دشوار است. برای این منظور روش‌های جدیدی برای تقویت تیرهای بتنی ارائه شد که مؤثرترین آنها روش «نصب نزدیک به سطح» NSM است که مبتنی بر ایده قرار دادن مواد تقویت‌کننده در شیارهای تعبیه‌شده در سطح است. تیرها

این مقاله به تشریح برنامه آزمایشگاهی آزمایش تیرهای بتنی RC 5 در مقیاس واقعی و در شرایط کاملاً کارگاهی برای درک بهتر ظرفیت و رفتار تیرهای بتن مسلح RC به روش NSM در برش و مقایسه ظرفیت و رفتار این تیرهای مسلح با روش EBR می پردازد. در این روش تقویت پارامترها و متغیرهای در نظر گرفته شده برای این آزمایش عبارتند از:
نحوه پوشش و تقویت تیرهای RC و فاصله قرارگیری میلگردهای FRP و همچنین فاصله قرارگیری این میلگردها با در نظر گرفتن شرایط کارگاهی می باشد. تمامی تیرهای تقویت شده نسبت به تیر کنترل افزایش مقاومت نشان دادند که در ادامه به تفصیل به آن خواهیم پرداخت.

هندسه-طراحی-تقویت کننده-الیاف-شیشه
هندسه-طراحی-تقویت کننده-الیاف-شیشه
مشخصات - بتن - تیرآهن - آرماتور
مشخصات – بتن – تیرآهن – آرماتور

برای این آزمایش تیر بتنی RC به طول 399 میلی متر و مقطع مستطیلی به ابعاد 349 × 349 میلی متر در نظر گرفته شد.
تمامی تیرها با آرماتورهای طولی در مقطع خمشی به گونه ای طراحی و ساخته شدند که مکانیسم غالب شکست تیر برشی مکانیزه بود. برای این منظور از 4 میلگرد 24 میلی متری در قسمت کششی تیر و 2 میلگرد 24 میلی متری در قسمت فشاری تیرچه استفاده شد. مقطع برشی تیر که از دو ناحیه آرماتور فولادی بسته تشکیل شده است، ناحیه کنترلی 3 شکل مقطع A که نیمی از تیرها است و ناحیه مستحکم 5 شکل مقطع B، نیمی دیگر از تیرهای کیس.
دلیل این طبقه بندی صرفه جویی در میزان میلگرد GFRP استفاده شده در تست می باشد. در این آزمایش فقط قسمت کنترل تیرها با FRP تقویت شد و گیج های کنترل در آن مقطع نصب گردید. طرح ساخته شده برای سیستم برش تیر با توجه به دو ناحیه برشی تیر شامل بسته شدن پکیج میلگرد 8 میلی متری در فواصل 175 میلی متری در ناحیه کنترل شکل A شکل و بسته شدن بسته میلگرد 12 میلی متری در فاصله 75 میلی متری در بخش قوی مقطع B می باشد. ضخامت بتن و پوشش های مورد نظر در شکل نشان داده شده است.
یکی از تیرها بدون آرماتور و تیر دیگ در ناحیه ضعیف آرماتور بریده شده است. متغیرهای آزمون عبارتند از:
سیستم تست : FRPتمرکز این تحقیق بر روی تقویت برشی تیرها به روش NSM است، بنابراین 2 تیر به روش NSM تقویت شده و به منظور مقایسه بین این روش و روش تقویت خارجی EBR، یکی از تیرها به روش پوشش گرد U-Warp تقویت شده است. و طبق مقررات CFRP.
زاویه قرارگیری میلگردها NSMبا توجه به محور فلش : دو زاویه 09 درجه آرماتور عمودی و 54 درجه برای میلگردهای NSM در نظر گرفته شده است.
فاصله قرار دادن میلگرد : NSMفواصل قرارگیری میلگردهای NSM عبارتند از: 73 میلی متر برای میلگردهای 09 درجه و 145 میلی متر برای میلگردهای 54 درجه که همگی نسبت به محور تیر می باشد. نوع رزین مورد استفاده برای تمامی تیرها یکسان بوده و متغیر نیست.

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

کدهای تیر از دو پارامتر تشکیل شده است که قسمت اول آن نوع آرماتور برشی را نشان می دهد که UW نشان دهنده همپوشانی ورق CFRP و نماد NS نشان دهنده روش NSM آرماتوربندی است. قسمت دوم زاویه قرارگیری میلگردها و الیاف پلیمری را نشان می دهد.
سطح تیر که به روش EBR تقویت شده است به طور کامل آماده شده و منافذ باقی مانده با بتونه اپوکسی پر شده و سطح مجدداً پرداخت می شود تا سطحی کاملا صاف و صیقلی داشته باشد و آماده نصب ورق CFRP باشد. برای تعبیه میلگردها از تیرهای تقویت شده با میلگردهای NSM به عرض 29 میلی متر و شیارهای عمقی 59 میلی متر استفاده شد که = b عرض شیار، = عمق شیار. قبل از تعبیه میلگردها ابتدا سطح این شیارها به طور کامل صیقل داده شد و سپس با تعبیه میلگردهای آجدار GFRP 2 میلی متری داخل این شیارها با رزین پر شد.
تیرها بر روی تکیه گاه ساده و تحت بارگذاری 5 نقطه ای قرار می گیرند و دهانه بارگذاری خالص 2699 میلی متر و دهانه برشی دو طرف آن 999 میلی متر است. شکل سه LVDT برای ثبت میزان بالا و پایین رفتن در وسط دهانه و d از تکیه گاه در ناحیه کنترل و ناحیه قوی و برای اعمال بار روی تیر، جک 99 تنی با نرخ جابجایی نصب شده است. 0.02 میلی متر بر ثانیه استفاده می شود.

مواد تشکیل دهنده این آزمایش را می توان به بتن، آرماتور فولادی، آرماتور، GFRP، ورق CFRP و رزین تقسیم کرد.

مشخصات - مواد
مشخصات – مواد

مقاومت فشاری بتن مورد استفاده در ساخت تیرها 29.23 مگاپاسکال، نمونه مکعبی 4×4 سانتی متر و دارای مدول الاستیسیته 25410 مگاپاسکال می باشد. آرماتورهای فولادی دارای ویژگی های مقاومتی هستند که در جدول 2 توضیح داده شده است و دارای مدول الاستیسیته 211.3 Gpa می باشند.
خواص ساختاری میلگردهای FRP طبق آیین نامه ACI440.3R-04 می باشد و میلگردهای مورد استفاده در این آزمایش میلگردهای آجدار ساخت شرکت FiReP سوئیس و دارای مشخصاتی که در جدول 3 آمده است.

این مطلب را هم بخوانید  یک چهارم مدارس لرستان نیازمند بازسازی و بازسازی هستند

ورق های CFRP مورد استفاده در این تحقیق توسط کره RE&T کره ساخته شده است که از نخ های فیبر کربنی ایالات متحده استفاده می کند و دارای مشخصات شرح داده شده در جدول 5 می باشد.

نتایج آزمایش :

نتایج اصلی آزمایش در جدول 4 و توضیحات مربوط به آن در زیر آمده است. در این جدول در ستون اول نام تیرها، در ستون دوم باربری نهایی، در ستون سوم باربری، در ستون چهارم درصد افزایش ظرفیت باربری نسبت به کنترل تیر و در ستون پنجم نیروی برشی متحمل شده توسط FRP بیان شده است.

در حین بارگذاری تیر کنترل، ترک های مورب در دهانه برشی وسط تیر شروع شد و این ترک ها از بار اعمال شده 299 کیلونیوتن پدید آمدند و با افزایش بار به تعداد ترک ها افزایش یافتند. زاویه از 54 درجه شروع می شود و تا نقطه بارگذاری ادامه می یابد.

مشخصات-میلگردها-ورق-CFRP-GFRP
مشخصات-میلگردها-ورق-CFRP-GFRP
جدول-نتایج-آزمون-تقویت
جدول-نتایج-آزمون-تقویت

در تیر NS45 ابتدا ترک‌های برشی به صورت ترک‌هایی در داخل رزین با زاویه 54 درجه ایجاد می‌شوند و با افزایش بار اعمالی، ترک‌ها از ناحیه خمشی تیر تا دهانه برشی گسترش می‌یابند و با ادامه یافتن این ترک‌ها. در زاویه 54 درجه زیر محل بارگیری، تیر از کار می افتد. گرفت. تیر به دلیل جدا شدن میلگردهای GFRP از رزین احاطه شده و ترک خوردن شیارها در بار 403.86 کیلونیوتن از کار افتاد.
شکل 4. در تیر NS90 که میلگردهای GFRP به صورت عمودی در شیارها تعبیه شده بود، شکنندگی ناشی از فواصل کم باعث شد که در بارگیری 249 کیلونیوتن تقریباً هیچ ترکی در تیر دیده نشود و پس از این حد بارگذاری، اولین ترک ها ایجاد شود. در رزین استفاده شد.
ظاهر شد. این ترک های اولیه در داخل شیارها با زاویه 54 درجه ایجاد شده و سرعت رشد آنها به سمت محل بارگیری ظاهر می شود. در محدوده بارگذاری بین 329-249 کیلو نیوتن، ترک ها از ناحیه خمشی تیر شروع شده و به سمت محل بارگیری حرکت می کردند. با افزایش بار مشاهده شد که ترک‌های برشی در سمت جانبی تیر افزایش می‌یابد، اما در انتهای شیارها ترک‌های عمیقی ایجاد می‌شود. شکل 6b که در امتداد d محل بارگذاری قرار دارد.

مکانیزم-ترک-ایجاد شده-بهسازی
مکانیزم-ترک-ایجاد شده-بهسازی

با توجه به گزارشات جدول 2 کلیه تیرهای مسلح نسبت به تیر کنترل دارای استحکام بیشتری بوده اند به طوری که در تیر UW90 که با ورق های CFRP با روش پوشش کامل تقویت شده است 64 درصد افزایش مقاومت و تیرهای NS45 و NS90 افزایش یافته است. که با میلگردهای GFRP تعبیه شده در نزدیکی سطح تقویت شدند. مقاومت برشی 9.6 تا 0.23 درصد را نشان داده اند. برای تقویت تیرها با ورق های CFRP با چسباندن ورق ها به سطح صاف تیرهای EBR روش های مختلفی برای طراحی وجود دارد.
دارد . مدل Teng و Chen برای محاسبه VFRP برای تیر UW90 استاندارد ایالات متحده و اروپا استفاده شد. که در آن مقدار VFRP 4 / 28-54 / 28 kN بیان می شود.
بر اساس نتایج، میزان تیر VFRP 2.22 UW90.2 کیلو نیوتن بود و به دلیل استفاده از یک لایه ورق CFRP با چگالی کم، تقریباً 77 درصد از پتانسیل مقاومت ورق های CFRP استفاده شد. درصد اختلاف با توجه به پارگی ورق های CFRP در آزمایش را می توان به عواملی مانند شرایط ساخت کارخانه و نصب ورق نسبت داد.
§ در تیرآهن NS90 و NS45 زاویه قرارگیری میلگردها متفاوت است به طوری که در NS90 میلگردها به صورت عمودی و در NS45 با زاویه 54 درجه تعبیه می شوند که با کاهش زاویه از 09 از مقاومت تیرها می کاهد. تا 54. پرتو NS45 بلندتر از پرتو NS90 است.
§ فاصله میلگردها رابطه مستقیمی با ظرفیت برشی تیرها دارد به طوری که با کاهش فاصله میلگردها شاهد افزایش مقاومت و سفتی و کاهش انعطاف پذیری هستیم. به عبارت دیگر ظرفیت و مقاومت با کاهش فواصل تعبیه افزایش می یابد. در تیرآهن NS90 و NS45 فواصل قرارگیری میلگردها بسیار متفاوت است به عبارتی این فواصل تقریباً دو برابر می باشد. در تیر S = 146 میلی متر، S = 73 میلی متر، NS90
§تیرهای آزمایش شده همانطور که گفته شد در شرایط کاملاً کارگاهی ساخته شده و در مقایسه با نتایج آزمایش موجود می باشد. تیرهای آزمایش شده در شرایط کاملا آزمایشگاهی و ایده آل ساخته می شوند. که نشان دهنده عملکرد تقریبا ضعیف روش NSM در استفاده از ظرفیت است
FRP در شرایط واقعی است. و در حالی که در روش EBR این تفاوت کمتر است.

این مطلب را هم بخوانید  مقاومت ساختمان‌های جدید در مناطق زلزله‌زده استان کرمانشاه; تهدیدی که تبدیل به فرصت شد
مکانیزم-ایجاد-ترک
مکانیزم-ایجاد-ترک

با افزایش فاصله قرارگیری و تغییر زاویه میلگردها، رفتار تیرهای مسلح به صورت یک تیر کنترل شده و عملکردی مشابه تیر کنترل نشان داده می شود، در حالی که در تیر UW90 چنین رفتاری مشاهده نمی شود.
اساس نتایج به دست آمده در این تحقیق، پاسخ به سوالات مطرح شده در مقدمه این تحقیق است که مقایسه روش های تقویتی می باشد.

نتیجه:

  1. تیر تقویت شده با میلگردهای GFRP و عمودی NS90 بیشترین افزایش مقاومت را در برابر کمترین میزان خود جابجایی می دهد. او تندترین رفتار را داشت.
  2. تیر تقویت شده با میلگردهای GFRP با زاویه قرارگیری 54 درجه دارای جابجایی مناسب و افزایش اندکی مقاومت بوده است. نرم ترین رفتار را از خود نشان داده است.
  3. میلگردهای GFRP مورد استفاده به صورت 54 درجه و در فواصل بیشتر کشیده شده و از ظرفیت بیشتری استفاده می شود. به عبارت دیگر در صورت استفاده از میلگردها در فواصل بیشتر از 73 میلی متر می توان از ظرفیت مناسب میلگردها استفاده کرد.
  4. پرتو روکش دار UW90 عملکرد مقاومتی و تغییر شکل خوبی از خود نشان داده است، اما افزایش مقاومت آن به اندازه تیر NS90 نیست.
  5. برش قطعه بزرگ از جنبه برشی تیر NS90 نشان‌دهنده یکی از ضعف‌های عمده این روش زمانی است که شیارها به هم نزدیک شوند، زیرا هر چه شیارها به یکدیگر نزدیک‌تر باشند، احتمال پارگی کلی بیشتر می‌شود. این شیارها

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا