مقايسه تاثير ميله GFRP و ميلگرد فولادي بر رفتار ستون بتني مربعي تحت بارگذاري چرخه اي با خروج از مركزيت دو طرفه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

در بسياري موارد همچون پلهاي در معرض بارهاي ترافيك و يا سازههاي دريايي در معرض امواج، اعضا تحت بارگذاري فشاري ديناميكي قرار ميگيرند. اين در حالي است كه در اكثر مطالعات انجام گرفته روي اعضاي فشاري، بارگذاري به صورت چرخهاي جانبي رفت و برگشتي در نظر گرفته شده است و تاكنون در مورد رفتار اين اعضا تحت اندركنش چرخهاي نيروي محوري-لنگر خمشي مطالعهاي انجام نگرفته است. در رسالهي حاضر نتايج 19 عدد ستون بتني با مقطع مربعي با بعد 160 ميلي متر و ارتفاع 1100 ميلي متر تحت بارگذاري سيكلي فشاري دو طرفه ارائه ميگردد. پارامترهاي مورد بررسي شامل نوع مسلح كنندههاي طولي و عرضي (فولاد و GFRP)، خروج از مركزيت بارگذاري (صفر، 30، 60 و 90 ميلي متر)، فاصلهي تنگهاي عرضي و نسبت تسليح طولي ميباشند. نمونهها در پنج گروه طبقه بندي گرديدند. گروه اول مسلح به ميلگرد فولادي با فاصلهي تنگ 140 ميلي متر و گروههاي دوم، سوم و چهارم مسلح به ميلههاي GFRP با فواصل تنگ 140، 70 و 40 ميلي متر و همگي داراي نسبت تسليح طولي 8/1 درصد ميباشند. گروه پنجم نيز مسلح به ميلههاي GFRP با فواصل تنگ40 ميلي متر و نسبت تسليح طولي 6/3 درصد ميباشد. نتايج مربوط به حالت گسيختگي، ظرفيت باربري، زوال سختي، استهلاك انرژي، شاخص شكل پذيري، اندركنش نيروي محوري-لنگر خمشي و كرنش ميلگرد/ميلههاي طولي ارائه گرديده است. نتايج نشان داد ميزان درصد كاهش در ظرفيت باربري به علت افزايش خروج از مركزيت از صفر به 90 ميلي متر، در گروههاي مسلح به ميلهي GFRP (دوم تا چهارم؛ 83، 84، 85 درصد) بيشتر از گروه مسلح به ميلگرد فولادي ميباشد (75 درصد)؛ خروج از مركزيت 90 ميلي متر در نمونههاي مسلح به ميلگرد فولادي و ميلهي GFRP به ترتيب در ناحيهي شكست فشاري و كششي قرار داشته و به همين علت نمونههاي مسلح به ميلگرد فولادي ظرفيت باربري بيشتر و در نتيجه درصد كاهش بار كمتري نسبت به نمونههاي مسلح به ميلهي GFRP نشان دادهاند. در گروه اول نمونهي تحت خروج از مركزيت صفر از خود شكست نرم و ساير نمونهها رفتاري شكل پذير نشان دادند. در حالي كه نمونههاي گروه دوم در خروج از مركزيتهاي كوچكتر (0 و 30 ميلي متر) به دليل ضعف ميلهي GFRP در فشار، به صورت ترد و ناگهاني دچار شكست شده و در خروج از مركزيتهاي بزرگتر (60 و 90 ميلي متر) از خود رفتاري شكل پذير نشان دادند. حالت گسيختگي نمونههاي گروه سوم تقريبا مشابه با نمونههاي گروه دوم بوده و كاهش فاصلهي تنگ از 140 به 70 ميلي متر مانع از عملكرد ضعيف ميلههاي GFRP در فشار نگرديد. كاهش فاصلهي تنگ به 40 ميلي متر سبب افزايش فشار محصور شدگي هستهي بتني و جلوگيري از كمانش ميلهها تحت فشار و در نتيجه تغيير مود گسيختگي نمونههاي تحت بارگذاري با خروج از مركزيت صفر و 30 ميلي متر از ترد و ناگهاني به نرم و كاملا شكل پذير گرديد. اين مورد در تحقيقات انجام شدهي قبلي تحت بارگذاري استاتيكي نيز مشاهده گرديده است. در حالت نسبت تسليح طولي 8/1 درصد، ميزان سختي سكانتي (متناظر با بار حداكثر) در تمامي گروهها با افزايش خروج از مركزيت از 30 به 90 ميلي متر كاهش مييابد. ميزان اين كاهش براي گروههاي مسلح به ميلهي GFRP (94 درصد) بيشتر از گروه مسلح به ميلگرد فولادي (85 درصد) ميباشد. كاهش فاصلهي تنگ سبب افزايش محصور شدگي هستهي بتني و افزايش شكل پذيري و در نتيجه كاهش سختي ميگردد. با افزايش خروج از مركزيت از 30 به 90 ميلي متر، شكل پذيري گروه مسلح به ميلگرد فولادي تقريبا بدون تغيير بوده و گروههاي مسلح به ميلهي GFRP افزايش مييابد. علت اين امر، عملكرد مطلوب ميلههاي GFRP در كشش تحت خروج از مركزيت 90 ميلي متر (ناحيهي شكست كششي) ميباشد؛ در حالي كه تحت خروج از مركزيت مذكور، رديف آخر ميلگردهاي فولادي در ناحيهي شكست فشاري نزديك به حالت متوازن قرار دارند. تحت بار محوري خالص، مقاومت فشاري ميلهي GFRP در حدود 15 تا 20 درصد مقاومت كششي آن مشاهده گرديد. همچنين در نسبت تسليح 8/1%، ميزان مشاركت ميلگرد فولادي در ظرفيت باربري نمونه تحت بار فشاري خالص برابر با 29 درصد ميباشد؛ در حالي كه ميزان مشاركت براي ميلهي GFRP در حالت فاصلهي تنگ 140 ميلي متر برابر با 10 درصد بوده كه با كاهش فاصلهي تنگ به 40 ميلي متر، اثر مشاركتي ميله به 6 درصد كاهش پيدا كرد. كاهش مذكور نشانگر افزايش محصور شدگي و عملكرد مطلوب هستهي بتني در باربري ميباشد. افزايش نسبت تسليح طولي به 6/3 درصد، اثر مشاركتي ميلهي GFRP با فاصلهي تنگ 40 ميلي متر را به 11 درصد افزايش داد

237787

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان