بررسي رفتار ستون هاي بتن آرمه ي تقويت شده با استفاده از كامپوزيت FRP طولي و ژاكت ECC تحت اثر بارگذاري چرخه اي خارج از مركز يك طرفه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

كارشناسي ارشد

سازه‌هاي بتن ‌آرمه به دلايلي همچون ضعف‌هاي طراحي، آسيبهاي ناشي از زلزله، روش‌هاي اجرايي غير استاندارد، با كاهش مقاومت مواجه مي‌شوند كه اين امر ضرورت تقويت و تعمير آن‌ها را افزايش مي‌دهد. ستون‌ها به عنوان اعضاي كليدي سازه تحت تاثير تركيبي از نيروهاي محوري و لنگرهاي خمشي قرار دارند كه اين امر سبب پيچيدگي در رفتار آنها ميشود. روش‌هاي مرسوم تقويت ستون‌ها شامل استفاده از ژاكت‌هاي بتني و فولادي است كه داراي محدوديت‌هايي ميباشند. به همين سبب ورقهاي كامپوزيت‌ FRP به عنوان جايگزيني مناسب با وزن و ضخامت كم، مقاومت كششي بالا و نصب آسان مطرح شدهاند؛ اما مشكلاتي مانند جدا شدگي زودرس، مقاومت پايين در برابر آتش و آسيب‌هاي فيزيكي، استفاده از آن‌ها را محدود مي‌كند. كاربرد ورق كامپوزيتFRP به صورت طولي (در راستاي ارتفاع) در ستونها مي‌تواند باعث افزايش اندك و گاهي كاهش در شكل پذيري و رفتار ترد در آنها شود. همچنين در نواحي تحت فشار، احتمال جدا شدگي ورق‌ها وجود دارد. علاوه بر آن، ايجاد تركهاي خمشي به علت اتصال نامناسب بين FRP و بتن ممكن است منجر به جدا شدگي آن از سطح بتن شود. امروزه علاوه بر روشهاي ذكر شده براي تقويت ستونها، كامپوزيت سيماني مهندسي شده (ECC) با مزايايي همچون مقاومت كششي و شكل پذيري بالا، كاهش عرض ترك‌ها و رفتار كرنش سخت ‌شدگي به عنوان گزينه‌اي مناسب جهت مقاوم سازي ستون‌ها مورد توجه قرار گرفته است. در پژوهش حاضر، به منظور بهبود عملكرد مقاوم ‌سازي ستون‌هاي بتن آرمه، از يك سيستم تركيبي شامل تقويت هم‌زمان با ژاكت ECC و ورق‌هاي FRP طولي استفاده شده است. هدف اصلي اين تركيب، بهره‌ برداري از مزاياي هر دو ماده براي كاهش ضعف‌هاي مرتبط با استفادهي مستقل از هر يك از اين روش‌ها مي‌باشد. براي اين منظور، 13 نمونهي ستون بتن ‌آرمه به عنوان هستهي بتني با ابعاد 133×133 ميلي متر و ارتفاع 500 ميلي متر كه پس از تقويت با ژاكت ابعاد آنها به 160×160 ميلي متر افزايش يافته و 5 نمونهي مرجع با ابعاد 160×160 و ارتفاع 500 ميلي متر ساخته شده و تحت بارگذاري چرخه‌اي خارج از مركز يك‌ طرفه قرار گرفتند. در تقويت ستون‌ها با ژاكت بتني از سه طرح مخلوط ECC استفاده شد و آماده‌ سازي سطح بتن به دو روش ماسه ‌پاشي و شيار زني انجام شد؛ همچنين تقويت با ورق‌هاي FRP طولي با روش‌هاي EBR و EBROG انجام شد. تعدادي از نمونه‌ها نيز به صورت همزمان با ژاكت بتني و ورق‌هاي FRP تقويت و در دو خروج از مركزيت 60 و 90 ميلي ‌متر آزمايش شدند. نتايج نشان داد كه در اتصال ژاكت به هستهي بتني، روش شيار زني برتري داشته است و منجر به افزايش قابل توجهي در ظرفيت باربري و شكل ‌پذيري شده است. انتخاب طرح مخلوط بتن ژاكت، در عملكرد آن نقش بسزايي ايفا مي‌كند، به طوري كه طرح داراي 2 درصد الياف PAV با افزايش 57 درصدي در ظرفيت باربري، بالاترين مقاومت را ارائه داده است، در حالي كه طرح داراي 2 درصد الياف فولادي عملكرد بهتري در شكل پذيري داشته است. در بررسي روش‌هاي اتصال ورق FRP، روش EBROG به طور قابل ملاحظه‌اي كار آمدتر از روش EBR بوده است. همچنين، اين روش با به تأخير انداختن جدا شدگي ورق FRP و تغيير نوع گسيختگي از جدا شدگي زود هنگام به پارگي ورق، عملكرد مطلوبي را به نمايش گذاشته است. تركيب همزمان ژاكت بتني و ورق FRP، باعث افزايش قابل توجهي در ظرفيت باربري هستهي بتني شده و بار جدا شدگي ورق FRP در ناحيهي فشاري، در روش EBR و EBROG به ترتيب 1/33 و 37 درصد افزايش يافته است. علاوه بر اين وجود ژاكت نوع گسيختگي ورق FRP را از جدا شدگي زود هنگام به پارگي در هر دو روش اتصال تغيير داده است. اثر تعامل بين ژاكت و ورق FRP، به نوع بتن ژاكت و روش اتصالFRP وابسته است؛ به طوري كه طرح مخلوط حاوي الياف PVA در روش EBROG بيشترين تعامل (8/43 درصد) را نشان داده است.

234582

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان