مقاوم سازی تیر مرکب بتن فولاد با استفاده از CFRP

موضوع : مقاله مقاوم سازی تیر مرکب بتن فولاد با استفاده از CFRP

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

خلاصه: همواره استفاده از موادكمپوزيتِ پيشرفته براي احياي فرسودگيِ زير بنا سرتاسر جهان را در بر گرفته است.تكنيك هاي موجود در عرف فعلي براي تقويت پل هاي غير استانداردگران و وقت گير است وبه كار ونيروي انساني زيادي دارد.چند روش جديد از لايه هاي فيبرهاي تقويت شده پليمري (FRP)  براي اهداف تعمير وبازسازي استفاده كردند،كه اين فيبرها داراي وزن كم ومقاومت بالا هستند ودربرابر خوردگي نيز مقاوم اند.ظرفيت باربري تير مركب بتن ـ فولاد با استفاده از فيبركربن تقويت شدة پليمري (CFRP) كه با چسب اپوكسي چسبانده شده اند و براي مقاومت در برابر كشش ساخته شده اند مي تواند بطور قابل بهبود يابد.اين مقاله نتايج مطالعه و تحقيق بر روي رفتا تير مركب بتن وفولاد كه با ورق هاي CFRP تقويت شده است در زير بارهاي استاتيكي را ارائه مي دهد.جمعاً سه اندازة بزرگ تير مركب كه از تيرهاي فولادي با سايز13.6 ×W355 - A36 ودالي بتني به ضخامت  75mmو عرض910mm ساخته شدو مورد آزمايش قرار گرفت.ضخامت ورق هاي CFRP  ثابت بود ولي تعداد آنها در هر نمونه بصورت يك،سه وپنج لايه بود.نتايج آزمايش نشان داد كه ورق هاي CFRP  چسبانده شده با اپوكسي ظرفيت باربري نهايي تير مركب را افزايش مي دهد و رفتار آن را مي توان تا حد قابل قبولي با روش هاي سنتي محاسبه پيش بيني كرد.
معرفي
در طي35  سال گذشته انجمن راه و حمل و نقل آمريكا(AASHTO)  و وزارت راه و ترابري دولت فدرال(FHWA) برنامه هايشان را براي ارزيابي پل ها در هر شش ماه يكبار ارتقا داده اند معلوم شد كه يك سوم پل هاي بزرگ راه هاي ايالات متحده كه مورد بررسي قرار گرفته بودند غير استاندارد هستند. براساس آخرين اطلاعات و آمار مركزملي فهرست پل ها (NBI) تعداد پل هاي بزرگ راه ها كه عملاً منسوخ
شده‌اند بيش از 81000 است.
بيش از 43 درصد اين پل ها از فولاد ساخته شده اند.پل هاي فولادي جزء گروهي بودند كه در گزارش NBI بيشترين تأكيد در بازسازي آن ها گوشزد شده بود. زنگ زدگي، نقص در نگه داري مناسب و خستگي جزئيات آسيب پذير مشكلات عمده در پل هاي فولادي بود.همچنين تعداد زيادي از اين پل ها براي تحمل بار عبور مرور بيشتر نياز به ارتقا و احيا خواهد داشت.در گزارشات NBI  همواره قيد شده است كه تعمير ونوسازي احياء به صرفه تر از ساخت دوباره يك پل جديد است.هزينة بازسازي وتعميردراكثرمواردخيلي ارزان ترازدوباره ساختن است همچنين به وقت كمتري نيزنيازدارد.درنتيجه مدت كمتري خدمات شهري دچار اختلال مي شود.با توجه به منابع محدود براي كاستن از مشكلات مربوط به پل هاي فولادي نياز به مواد جديد و نو و روش هاي مقرون به صرفه بديهي است .
برتري خواص فيزيكي و مكانيكي FRPها آن ها را به موارد خوبي براي تعمير و بازسازي سازه ها بدل كرده است.FRP ها از نخ هايي با مقاومت بالا ساخته شده اند؛(با مقاومت كششي بيش از 2گيگا پاسكال)مثل شيشه،كربن كولار (نوعي فيبرصند گلوله) كه در شبكه از رزين گذاشته شده است. كمپوزيت هاي شيشه(فايبر گلاس) به آساني در دسترس هستند و واقعاً هم ارزان هستند.آنها در مصالح ساختماني از جمله بتن به كار رفته اند ولي ضريب كششي كم اين كمپوزيت ها آن ها را براي تقويت وتعمير سازه هاي فولادي بلا استفاده كرده است در حالي كه CFRP ها خواص ميكانيكي قابل ملاحظه اي از خود نشان مي دهند به طوري كه مقاومت كششي آن 1200مگا پاسكال ومدول الاستيسيتة آن ها بيش از 140گيگا پاسكال است.همچنين ورق هاي CFRP  كمتر از يك پنجم فولاد وزن دارد و در برابر خوردگي و زنگ زدگي مقاوم اند.
لايه هاي CFRP با ضريب مدول كششي بالا كه بوسيله اپوكسي چسبانده شده اند مي توانند در برابر تنش هاي كششي يك عضو كششي مقاومت كنند و سختي تير سراسري را افزايش دهند.با اضافه كردن لايه هاي CFRP به عضو كششي تنش در آن كاهش خواهد يافت و به همين ترتيب مدت زمان تسليم عضو نيز بهبود خواهد يافت.در طول يك دهه اخير پژوهش هاي زيادي بر روي تعمير و بازسازي تيرهاي بتني بوسيله FRP ها كه اپوكسي بهم چسبانده شده اند صورت گرفته است ولي پژوهش هاي اندكي در مورد استفاده از اين مواد براي تقويت تيرهاي فولادي و تعميرشان به وسيله اين مواد انجام شده است.
اين مقاله تأثير CFRP هاي چسبانده شده با اپوكسي را در تنش موجود در بال تير آهن به كار رفته در يك تير مركب بتن ـ فولادو همچنين بهبود ظرفيت باربري وسختي آن را مورد بررسي قرار مي دهد.
كارهاي قبلي
معمولي ترين روش مرمت پل ها موارد زير هستند
1ـ تقويت اعضا
2ـ اضافه كردن تعداد اعضا
3ـ افزايش رفتار كمپوزيت(يكپارچة مركب)
4ـ ايجاد پيوستگي در استحكام
5ـ پُستtensioning
به كلي روش هاي سنتي كه دربالا ذكر شد به ماشين آلات سنگين و قطع خدمات شهري به مدت طولاني نياز دارند و بسيار گران هستند.و در بيشتر موارد ميزان منابع مورد مصرف براي حل مشكل را هم در نظر نمي گيرند.
به عنوان مثال، سالها استفاده از ورق هاي فولادي جوش داده شده براي تعمير و تقويت سازه هاي موجود عمومي ترين روش براي اين كار بوده است. اولين استفاده از اين روش، به سال 1934 در فرانسه برمي گردد در زماني كه يك پل 73 ساله تقويت شد. ضعف هاي عمومي ورق هاي جوش داده شده موارد زير هستند:
1ـ براي آوردن و جوش دادن ورق هاي فولادي به ماشين آلات سنگين نياز بود.
2ـ حساسيت جزئيات جوش در برابر فرسودگي
3ـ امكان ايجاد خوردگي (سوختن) در اثر شوك الكتريكي ما بين صفحات و عضو موجود براي اتصال آن ها به هم پژوهش هاي زيادي بر روي استفاده از ورق هاي فولادي به هم چسبيده با اپوكسي براي تقويت سازه هاي بتني و فولادي انجام شده است. اولين گزارش به سال1964 برمي گردد در بندر«دوربان» در آفريقاي جنوبي ، كه تقويت در يك تير بتني در هنگام ساخت به صورت تصادفي جا مانده بود. ( تير مسلح نبود ). تير بتني با ورق هاي فولادي بوسيله اپوكسي در برابر تنش كششي مقاوم شد. در ژاپن نيز با همين روش بيش از 200 بزرگ راه مرتفع بتني كه معيوب بودند تقويت شدند.
فهرست مطالب
خلاصه:    1
معرفي    1
كارهاي قبلي    3
تحقيق تجربي    5
فولاد    7
بتن:    7
آماده كردن نمونه ها و تجهيزات    8
جزئيات آزمايشگاهي:    9
مدل سازي تحليلي    10
رفتار تغيير شكل تحت بار    10
ظرفيت نهايي لنگر(AASHTO)    12
آناليز تجربي    12
تقويت با يك لايه CFRP    13
تقويت با ورق هاي سه لايه    14
تقويت با 5 لايه CFRP    15
تأثير مقاوم سازي بر روي نمودار تنش و كرنش:    16
حالت هاي شكست    17
جواب نتايج    18