شکل (۵-۱۳). مد گسیختگی تیر دورپیچ شده با یک لایه­ی ۵ سانتیمتری در انتهای ورق و نزدیک تکیه­گاه ……

۶۷

فصل اول
کلیات

مقدمه
در سالهای اخیر پیشرفت­های زیادی در زمینه­ مهندسی زلزله و طراحی سازه­ها انجام گرفته است بگونه­ای که امروز با اعتماد و اطمینان بیشتری می­­توان سازه­های مقاوم در برابر زلزله را طراحی نمود. بسیاری از سازه­های بتنی به دلایل ۱- خطاهای محاسباتی ۲- اشتباه در ساخت و اجرا ۳- ضعف آیین­ نامه­ های قدیمی ۴- تغییر کاربری سازه و بارهای بهره ­برداری وارده به سازه ۵- خوردگی و زنگ زدگی آرماتورها و . . . ضوابط آیین نامه­ های جدید را ارضا نمی­کند، به همین جهت تقویت سازه­ها با پلیمرهای مسلح شده با الیاف [۳](FRP) به شکل صفحه یا ورق، مزایای اقتصادی قابل توجهی در صنعت ساختمان ایجاد می­ کنند. پیشرفت­های اخیر در FRP اشاره می­ کند که در آینده این مواد نقش بزرگی در کاربردهای ساختمانی و ترمیم سازه­ها خواهند داشت.
در دهه­ گذشته FRP کاربردهای زیادی در مهندسی عمران پیدا کرده است. رشد تقاضا برای استفاده از FRP در تقویت تیرها، ستون­ها، دیوارها، دال­ها و لوله­های بتنی نیاز زیادی برای درک رفتار کوتاه مدت و دراز مدت سیستم کامپوزیت تحت وضعیت بارگذاری و شرایط محیطی مختلف ایجاد کرده است. مواد مرکب ممکن است شرایط بهره ­برداری مختلفی را تحمل کنند که احتمال دارد برخی شرایط تهاجمی واقعی را شامل شوند. برای مثال، آب و هوای گرم و مرطوب، دمای بالای طولانی مدت، تغییرات ناگهانی درجه­ حرارت محیط و خوردگی شیمیایی می ­تواند دوام FRP را تحت تأثیر قرار دهد. چسبندگی و پیوستگی مواد مرکب ممکن است دستخوش فرسایش محیطی شده و بر پیوند سطح مشترک بتن و این مواد تأثیر بگذارند. این ممکن است، عملکرد و دوام سیستم کامپوزیت را دگرگون سازد. دلیل دیگری برای این­چنین عدم اتصال بین کامپوزیت و بتن، متناسب نبودن دمای بین الیاف و ماتریس است که می ­تواند تنش­های فشاری در الیاف ایجاد کند. دلیل دیگر توانایی مواد مرکب در جذب رطوبت می­باشد که ممکن است بر یکپارچگی بین الیاف و ماتریس تأثیر بگذارد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

هم اکنون استفاده از FRP در تقویت سازه­ها به طور چشمگیری افزایش یافته این در حالیست که در مورد دوام FRP اطلاعات کافی در دسترس نمی ­باشد که یکی از این موارد واکنش قلیایی سنگدانه­ها است. در این تحقیق از پلیمر مسلح شده با الیاف شیشه [۴](GFRP) از نوع E-glass[5] که از نظر الکتریکی عایق خوبی بوده و دارای مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی می­باشد و در مقایسه با سایر الیاف، قیمت ارزان و مناسبی دارد، استفاده شده است.
خرابی سازه­های بتنی در نتیجه واکنش بین مایعات قلیایی درون حفره­ها (که عمدتاٌ منشأ آن­ها از سیمان پرتلند است) و کانی­های واکنش­زا که در بعضی از سنگدانه­هاست می ­تواند اتفاق بیافتد. این مکانیزم خرابی به نام واکنش قلیایی سنگدانه، شناخته شده و به شکل­های مختلف روی می­دهد که از همه معمولتر واکنش قلیایی- سیلیکاتی است. این واکنش اولین بار در سال ۱۹۴۰(۱۳۱۹شمسی) در ایالات متحده گزارش شده است[۱]. هر چند که خرابی در اثر این واکنش در کشور ما به ندرت گزارش گردیده است ولی احتمالاٌ تعداد زیادی از سازه­های بتنی کشور ما از جمله سد شهریار واقع در استان آذربایجان شرقی که سنگدانه­ها از آنجا تهیه شده است نیز تحت تأثیر این واکنش قرار دارند. این در حالیست که در صورت استفاده از با سیمان با قلیایی زیاد احتمال بروز این واکنش بیشتر می­باشد. از این­رو توجه به این واکنش با اهمیت خواهد بود.
واکنش قلیایی- سیلیسی عمومی­ترین نوع واکنش قلیایی سنگدانه­ها در جهان است و هنگامی بروز می­ کند که واکنش بین محلول قلیایی درون حفره­ها و کانی­های سیلیسی در بعضی از سنگدانه­ها رخ دهد و تشکیل ژل قلیایی سیلیکات کلسیم بدهد. ژل یاد شده آب را جذب نموده و افزایش حجم پیدا می­ کند که در نتیجه ترک خوردن بتن را به همراه دارد. از واکنش های دیگر قلیایی سنگدانه­ها، واکنش قلیایی-کربناتی است. این واکنش وقتی رخ می­دهد که قلیایی­های سیمان با سنگدانه­های آهکی دولومیتی واکنش نشان دهند. واکنش قلیایی سنگدانه­های فعال بعد از عمل­آوری بتن صورت می­گیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن می­گردد، لذا مقاومت پیوستگی FRP و بتن نسبت به زمان و تحت شرایط محیطی ناملایم نیازمند بررسی و درک عوامل مؤثر بر FRP هنگامی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار می­گیرد، می­باشد.

ضرورت انجام تحقیق
در طی سال­های اخیر، موضوع تقویت و مقاوم­سازی سازه­ها بطور گسترده­ای در جوامع علمی و مهندسی مطرح گردیده است.در این ارتباط، بسته به نوع سازه و هدف از مقاوم سازی، روش­های متنوعی از سوی محققین پیشنهاد شده است. از سوی دیگر واکنش قلیایی سنگدانه­های فعال که بعد از عمل­آوری بتن صورت می­گیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن می­گردد، می ­تواند سبب ایجاد خرابی و خسارت زیادی در سازه­های بتنی گردد. یکی از روش هایی که به طور گسترده در مورد ترمیم و تقویت اعضای بتنی مورد استفاده قرار گرفته و در حال افزایش است، کاربرد ورقهای FRP می­باشد. لذا درک رفتار کوتاه مدت و دراز مدت سیستم کامپوزیت تحت وضعیت بارگذاری و شرایط محیطی مختلف و شناخت و تشخیص انجام واکنش قلیایی در اعضای سازه­ای بتن مسلح کاملاً ضروری می­باشد.

اهداف تحقیق
از اهداف این تحقیق می­توان موارد زیر را برشمرد:
بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) تحت واکنش قلیایی سنگدانه­ها.
بعد از انجام واکنش قلیایی در تیرها و تقویت آن­ها با GFRP، این تیرها از نظر تحمل بار خمشی با تیرهایی که در آن­ها واکنش قلیایی صورت نگرفته مقایسه می­شوند.
بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با ورق GFRP در محلول قلیایی.
تأثیر محلول هیدروکسید سدیم یک نرمال در انجام واکنش قلیایی و نقش GFRP در بهبود مقاومت خمشی تیرها بررسی می­ شود.
بررسی تأثیر ورق GFRP بر افزایش مقاومت خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با این ورق­ها.
تاثیر ورقGFRP در بهبود مقاومت خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با این ورق­ها در مقایسه با تیرهای بدون تقویت بیان می­ شود.

روش تحقیق
با توجه به اهداف ذکر شده از روش تحقیق تجربی استفاده شده است. لذا پس از پس از جمع­آوری مطالب درباره تقویت تیرهای بتن مسلح با FRP و دوام مواد کامپوزیتی در محیط­های مختلف و همچنین تأثیر افزودنی قلیا بر بتن و تشریح واکنش قلیایی سنگدانه­ها، مصالح و مواد بکار رفته در این تحقیق تشریح می­شوند که این موارد در فصل دوم و سوم ارائه شده ­اند. سپس دو سری تیر بتن مسلح یکی حاوی ماسه فعال و دیگری با ماسه غیر فعال طراحی و ساخته شد. براین اساس ۱۶ تیر بتن مسلح ۴۰۰×۸۰×۸۰ میلیمتر قالب­بندی و بتن­ریزی گردید و پس از ۲۸ روز عمل آوری به هشت گروه تقسیم ­بندی شدند و در دو شرایط محیطی قرار گرفتند. این تیرها به مدت هشت ماه در این محیط­ها نگهداری و سپس تحت آزمایش خمش تک نقطه­ای تست شدند.
در فصل چهارم جزئیات ساخت و طراحی نمونه­ها و روند انجام آزمایش بطور کامل ارائه شده است. پس از انجام آزمایش بار گسیختگی تیرها و جابجایی متناظر با آن­ها بدست آمد که نتایج با هم مقایسه شدند و تحت بررسی بیشتر قرار گرفتند. همچنین برای اندازه ­گیری انبساط نمونه­ها ۶ تیر غیر مسلح نیز در نظر گرفته شد که در فصل پنجم نتایج آزمایش نمونه­ها و بحث و بررسی بر روی نتایج صورت گرفته و در پایان نتایج حاصل از این تحقیق بیان شده است.
فصل دوم
مروری بر تحقیقات انجام شده

مقدمه
به دنبال فرسوده شدن سازه­ها و نیاز به تقویت آنها برای برآورده کردن شرایط سخت گیرانه طراحی، طی دو دهه اخیر تاکید فراوانی بر روی تعمیر و مقاوم­سازی سازه­ها در سراسر جهان صورت گرفته است. از طرفی، بهسازی لرزه ای سازه ها بخصوص در مناطق زلزله خیز اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیک استفاده از مواد مرکب FRP به عنوان مسلح کننده خارجی به دلیل اجرای سریع در مقاوم­سازی و احیای سازه­ها جذابیت ویژه­ای یافته­اند. تکنولوژی استفاده از مصالح FRP روی اعضای سازه­ای نخستین بار در ((پژوهشگاه و آزمایشگاه مرکزی سوئیس)) معرفی شد [۲]. البته قبل از آن، از سال ۱۹۸۴، آزمایش­هایی در زمینه­ تقویت تیرهای بتن مسلح با صفحات پلیمری کربن[۶] (CFRP)، انجام شده بود. مزیت اصلی مصالح FRP نسبت بالای مقاومت به وزن و مقاومت زیاد در مقابل خوردگی است.
مقاومت بالا با وجود وزن کم، سبب می­ شود که جابجایی و حمل و نقل آنها راحت­تر باشد و هزینه­ استفاده از آنها و نیروی کار کاهش یابد و مقاوم بودن آنها در برابر خوردگی سبب دوام و پایداری عملکرد آنها می­ شود. مقاومت صفحات FRP حداقل ۲ تا ۱۰ برابر صفحات فولادی است در حالیکه وزن آنها تقریباٌ ۲۰ درصد وزن فولاد است [۳]. استفاده از صفحه­ی پلیمر مسلح شده با الیاف شیشه (GFRP) به دلیل مقاومت بالای آن نسبت به وزن­شان و پایداری در محیط­های خورنده رو به افزایش است. الیاف شیشه بر اساس خواص و ترکیب شیمیایی آن­ها تقسیم ­بندی می­شوند یک نمونه از این الیاف نوع E-Glass[7] است که به دلیل مقاومت کششی و الکتریکی بالا بیشتر مورد استفاده قرار می­گیرد اما، عمده دلیل استفاده از GFRP در مهندسی عمران ارزانی آن می­باشد.
دوامFRP شامل مقاومت در برابر ترک­خوردگی، اکسیده­شدن، تجزیه­ی شیمیایی، ناپیوستگی، آب، خستگی، و عوامل ناشی از اشیاء خارجی برای یک دوره­ مخصوص از زمان تحت شرایط بارگذاری مقتضی و تحت در معرض قرار گرفتن شرایط بهره ­برداری می­باشد. در تیرهای مسلح تقویت شده باFRP ، علاوه بر خود المان تیر، نواحی اصلی تأمین دوام، خود کامپوزیت FRP و سطح مشترک بتن به کامپوزیت می­باشد. دوام سیستم رزین به چند عامل بستگی دارد که شامل اجزا و خواص رزین همچنین زمان وشرایط عمل­آوری می­باشد. کامپوزیت­های FRP از عوامل گوناگونی تأثیر­ می­پذیرند، که بستگی به محیط بهره ­برداری دارد. عملکرد دراز مدت پیوند بین بتن و کامپوزیت FRP، به چسب و بتن بستگی دارد[۴].
آب منفذی بتن دارای خاصیت قلیایی بالا باpH بالاتر از ۱۳ عاملی مورد توجه در دوام کامپوزیت FRP است. تنها الیاف کربن در محیط­های قلیایی مقاوم هستند در صورتیکه الیاف شیشه در این محیط­ها مقاوم نیستند. ماتریس رزین الیاف را محافظت می­ کند و معمولاٌ تجزیه را به تأخیر می­ اندازد و عملکرد کلی کامپوزیت FRP به نوع و کیفیت ماتریس و الیاف تقویت­کننده بستگی دارد. ترکیب یون­های قلیایی و pH بالا ممکن است منجر به تجزیه رزین یا پیوند بین رزین و لایه­ی بتن شود. همچنین واکنش قلیایی سنگدانه­های فعال بعد از عمل­آوری بتن صورت می­گیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن می­گردد، لذا مقاومت پیوستگی FRP و بتن نسبت به زمان و تحت شرایط محیطی ناملایم نیازمند بررسی و درک عوامل مؤثر بر FRP هنگامی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار می­گیرد، می­باشد[۵].

خصوصیات مواد مرکب
کلمه­ی مرکب در علم مهندسی مواد به معنی ترکیب دو یا چند ماده در مقیاس ماکروسکپی می­باشد. بعضی از مواد در مقیاس میکروسکپی نیز با هم ترکیب می­شوند مانند آلیاژها؛ اما نتیجه­ این ترکیب در مقیاس ماکروسکپی، معمولاً یک ماده­ همگن می­باشد. خصوصیاتی که در مواد مرکب می­توانند مورد بررسی قرار گیرند، عبارتند از: مقاومت مکانیکی، وزن، تأثیرات درجه­ حرارت، مقاومت در برابر سایش و خوردگی، خستگی، اقتصاد و . . . در ادامه به شرح مختصری از خصوصیات این الیاف پرداخته می­ شود.

الیاف تشکیل دهنده

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...