فایل ورد کامل مقاله پوشش‌های پلیمری کربنی؛ تحلیل علمی اثر آن‌ها در تقویت و ترمیم تیرهای سازه‌ای

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله پوشش‌های پلیمری کربنی؛ تحلیل علمی اثر آن‌ها در تقویت و ترمیم تیرهای سازه‌ای دارای ۲۰ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله پوشش‌های پلیمری کربنی؛ تحلیل علمی اثر آن‌ها در تقویت و ترمیم تیرهای سازه‌ای  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله پوشش‌های پلیمری کربنی؛ تحلیل علمی اثر آن‌ها در تقویت و ترمیم تیرهای سازه‌ای،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله پوشش‌های پلیمری کربنی؛ تحلیل علمی اثر آن‌ها در تقویت و ترمیم تیرهای سازه‌ای :

چکیده :
در این پژوهش، اثر پوشش های پلیمری CFRP در تقویت لرزه ای و ترمیم تیرهای پیوند بتنی بررسی می شود. برای این منظور سه تیر پیوند با آرماتور گذاری های مختلف و یا الگوهای تقویت متفاوت، آزمایش شده و نتایج ظرفیت، شکل پذیری، سختی و جذب انرژی آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین، دو عدد از نمونه ها پس از شکست نیز مجدداً توسط CFRP ترمیم وسپس آزمایش شده اند. در برخی نمونه ها، اثر مقید سازی طولی ناشی از دیافراگم کف در نظر گرفته شده است. بررسی حاضرنشان می دهد که استفاده از پوشش های CFRP در نمونه های با آرماتور گذاری معمولی موجب افزایش ظرفیت می شود و تغییر جدی در شکل پذیری تیر های پیوند ایجاد نمی کند. وجود دیافراگم کف، باعث کاهش شکل پذیری و افزایش سختی تیر ها می گردد. همچنین با ترمیم تیرهای پیوند توسطCFRP می توان به ظرفیت اولیه و حتی بیشتر ازآن دست یافت ولی این عمل باعث کاهش پارامترهای سختی و شکل پذیری می شود.

کلید واژه : تیر پیوند، دیوار برشی، دیوار بتنی، دیوار همبسته، پوشش پلیمری

۱- مقدمه :
رفتار دیوار برشی همبسته بسیار متاثر از سختی، ظرفیت و شکل پذیری تیر پیوند می باشد. لذا تا کنون مطالعات بسیار زیادی در رابطه با رفتار این نوع تیرانجام شده است. نخستین بار پائولی[۱,۲]، نشان داد که تیر های پیوند با نسبت دهانه به ارتفاع کم با آرماتورگذاری متعارف دارای شکست بسیار ترد بوده و رفتار لرزه ای مناسبی ندارند. وی استفاده از آرماتورگذاری قطری را برای افزایش شکل پذیری پیشنهاد نمود[۳]. این نوع آرماتور گذاری شکل پذیری تیر را به نحو چشمگیری افزایش می دهد ولی معمولا اجرا ی آن بسیار مشکل و دست وپا گیر است. پس از آن مطالعات گسترده ای برای ارائه یک آرایش مناسب میلگردگذاری انجام شد [۴,۵,۶]. در پاره ای از تحقیقات نیز استفاده از ورق ویا تیر فولادی مورد بررسی قرار گرفت[۷,۸]. در این پژوهش، با توجه به گسترش کاربرد مواد پلیمری در صنعت ساختمان

اثر این نوع مواد درتقویت وترمیم تیرهای پیوند مطالعه می شود. در بسیاری از مواقع به علت تغییر آیین نامه های طراحی و یا خطاهای محاسباتی، تیرهای پیوند نیاز به تقویت دارند. در این مورد استفاده از کامپوزیت CFRP با توجه به ظرفیت بالا و سهولت اجرا می تواند مفید باشد. همچنین می توان از این کامپوزیت ها برای بازسازی و ترمیم عناصرآسیب دیده در زلزله نیز استفاده نمود. در قسمتهای بعدی کارایی این مواد در بهبود مشخصات لرزه ای تیر پیوند مورد مطالعه قرار می گیرد. اکثر مطالعات آزمایشگاهی در خصوص تیرهای پیوند، بدون در نظر گرفتن اثر مقید کننده دال دیافراگم بوده است و حتی در برخی از آنها افزایش طول تیرگزارش شده است[۹,۱۰]. با توجه به اینکه مقیدسازی طولی تیر ظرفیت و شکل پذیری آن را تغییر می دهد[۱۰]، تیرها به صورت مقید و نامقید طولی بررسی شده اند.

۲- برنامه آزمایش :
۲-۱- نمونه ها و متغیرها
این پژوهش حاصل قسمتی ازمطالعات یک طرح پژوهشی است که دردانشگاه فردوسی در حال انجام است. درنخستین بخش این پژوهش۳ تیرپیوندآزمایش شد. پس از انجام اولین مرحله آزمایش،۲عددازتیرهای یادشده مجددا ترمیم گردیدند.آرماتورگذاری کلیه نمونه ها به صورت متعارف می باشد. متغیرهای اصلی آزمایشها عبارتند از: نحوه تقویت با FRP، شرایط مقید سازی طولی ومیزان آرماتورهای برشی و خمشی. ابعاد نمونه ها به همراه آرماتورگذاری کلی آن در شکل ۱ نمایش داده شده است.

شکل ۱ : ابعاد نمونه و آرماتورگذاری(ابعاد بر حسب cm می باشند)

شکل ۲ : نحوه تقویت وترمیم تیرها با CFRP
در نمونه هایی که دارای تقویت CFRP می باشند ازالگوی شکل۲ استفاده شده است. جزئیات نمونه ها، شامل میزان آرماتور طولی وعرضی، خصوصیات مصالح بتن و فولاد، نحوه مقید سازی طولی و وضعیت تقویت در جدول ۱ ارئه شده است. جدول ۲ نیز خصوصیات نمونه های ترمیمی را نمایش می دهد. ضخامت کلیه نمونه ها، ۱۵ سانتیمترمی باشد. تک لایه های CFRP از نوع C-Sheet 240 با ظرفیت ۳۸۰۰ مگاپاسکال و ضریب کشسانی ۲۴۰گیگا پاسکال می باشند. ضخامت هر لایه ۰۱۷۶ میلیمتر و کرنش نهایی آن ۱۵۵ درصد است.
نمونه هایP1 وP3 دارای آرماتورگذاری مشابه می باشند با این تفاوت که در نمونهP1،۶ خاموت ودر نمونه P3، ۴ خاموت به کار رفته است. در واقع مهمترین تفاوت P1 وP3 شرایط مقید سازی طولی آنها است. در نمونهP1 تغییر مکان طولی نمونه آزاد ودر نمونه P3این تغییر مکان مقید می باشد. نمونه های P1 وP3 پس از آزمایش مجدداً تقویت شده اند. برای بررسی اثر کامپوزیتCFRP در افزایش ظرفیت برشی تیر پیوند، نمونه S2 با نوارهای CFRP مطابق شکل ۲ تقویت شده است. مقدار آرماتور برشی در این نمونه نصف نمونه P1 درنظرگرفته شده است.

جدول ۱ : جزئیات نمونه ها
تقویت برشی آرماتور عرضی آرماتور طولی میانی آرماتوراصلی قیدطولی
(MPa) نمونه
fy (MPa) fy (MPa) fy (MPa)
– ۸ ۶
۱۲ ۴
۱۶ ۲ ۲
نا مقید ۲۰۱ P1
۵۱۵.۵۷ ۴۶۰.۷۵ ۵۱۰
– ۸ ۴
۱۲ ۴
۱۶ ۲ ۲
مقید ۲۰۱ P3
۵۱۵.۵۷ ۴۶۰.۷۵ ۵۱۰
مطابق شکل ۲ ۸ ۳
۸ ۴
۱۶ ۲ ۲
مقید ۳۲۲ S2
۴۲۷.۳۱ ۴۲۷.۳۱ ۵۱۰

جدول ۲ : جزئیات نمونه های ترمیمی
نمونه نمونه اولیه مقاومت فشاری بتن (مگاپاسکال)
قید طولی تقویت برشی
P1 – RE P1 24.77 نامقید مطابق شکل ۲
P3 – RE P3 24.77 مقید مطابق شکل ۲

۲-۲- دستگاه آزمایش :
دستگاه آزمایش در شکل ۳ نمایش داده شده است. مطابق شکل، یک انتهای تیر آزاد بوده و طرف دیگر توسط بولتهای فولادی به کف صلب محکم شده است. جابجایی لازم توسط یک جک هیدرولیک و با استفاده از یک تیر فولادی نسبتاً صلب به انتهای آزاد تیر اعمال می گردد. محور نیروهای اعمالی دقیقاً از وسط تیر عبور می نماید. بنابراین وسط تیر نقطه عطف بوده و در دو انتهای آن دو لنگر پاد متقارن تولید می شود. این شرایط، مشابه وضعیت تیر پیوند واقعی است. جابجایی های خارج از صفحه توسط ادوات مناسب کنترل شده است. در این مرحله از آزمایش، بارگذاری به صورت نموی بوده و جابجایی ها با استفاده از یک عدد LVDT اندازه گیری شده اند. برای اعمال اثرات مقیدسازی دال، قبل از بتن ریزی یک لوله پلی اتیلن با قطر ۳۰ میلیمتر در وسط نمونه تعبیه شده است. با عبور دادن یک میلگرد فولادی پر ظرفیت با قطر ۲۰ میلیمتر از داخل این لوله و محکم کردن دو انتهای آن از انبساط و افزایش طول نمونه جلوگیری می شود. با توجه به یافته های پائولی، نمونه همواره تمایل به افزایش طول دارد، لذا میلگرد یاد شده نیز همواره در کشش خواهد بود[۹]. این نیرو توسط دستگاه نیروسنج (Load Cell) قرائت می گردد. درطول آزمایش نیروها و تغییر مکانها توسط یک سامانه رایانه ای دریافت اطلاعات، ثبت شد.

شکل ۳ : دستگاه آزمایش

۳- تحلیل نتایج آزمایش :
۳-۱- نمودار بار- تغییر مکان
شکل ۴ نمودارهای بار تغییرمکان را در تیرهای نمونه نشان می دهد. همچنین درجدول ۴ ظرفیت های به دست آمده با ظرفیت های محاسبه شده مقایسه گردیده است. محاسبه ظرفیت برشی وخمشی نمونه ها بر مبنای روابط کلاسیک برش وخمش آیین نامه ACI318-05 می باشد[۱۱] و در حالت وجود تقویت برشی CFRP ازروابط موسسه ISIS کانادا استفاده شده است [۱۲]. لیکن درهرصورت حداکثر کرنش فشاری بتن ۰۰۰۳ منظور شده است.کلیه ضرائب کاهش ظرفیت ۱ در نظر گرفته شده اند.
ظرفیت برشی نوارهای CFRP بر اساس روابط موسسه کاناداییISIS مطابق رابطه(۱) محاسبه شده است :
(۱)

در رابطه فوق ، مدول ارتجاعی، ، سطح مقطع یک نوار، ، ارتفاع مقطع، ، فاصله نوارهاو ، کرنش مؤثر FRP می باشد. مقدار برای مقاطعی که به صورت دورپیچ تقویت شده اند برابر ۰۰۰۴ در نظر گرفته می شود.

شکل ۴: نمودارهای بار- تغییر مکان

جدول ۳ : مقایسه ظرفیت تیرها
Beam (1)
Vc (2)
Vs (3)
V’s (4)
VfrP,s (5)
Vb (6)
Vcal (7)
Vtest
P1 49.1 224.5 299.3 – 389.5 Vc+Vs = 273.6
Vc+V’s =348.4 333.1
P3 49.1 149.7 199.5 – 389.5 Vc+Vs = 198.8

Vc+V’s =248.8 256.0
S2 62.4 74.4 124.03 56.3 332.02 Vc+Vs+V frP,s = 193.1
Vc+V’s+V frP,s = 242.7 248.7
P1-RE 49.4* 224.5 299.3 56.3 389.5 Vc+Vs+VfrP,s = 330.2
Vc+V’s+VfrP,s = 405.0 353.0
P3-RE 49.4* 149.7 199.5 56.3 389.5 Vc+Vs+VfrP,s = 255.4
Vc+V’s+VfrP,s = 305.2 313.9

(۱) ظرفیت برشی بتن،kN ، (۲)ظرفیت برشی فولاد با فرض ترک برشی ۴۵ درجه مطابق آیین نامه ACI، kN ، (۳) ظرفیت برشی فولاد با فرض ترک قطری (پائولی)، kN ،(۴) ظرفیت برشیCFRP، kN ، (۵)حداکثر برش وابسته به ظرفیت خمشی،kN ، (۶) ظرفیت برشی محاسباتی،kN ، (۷) برش حداکثر بدست آمده از آزمایش،kN .
* ظرفیت برش بتن به علت ترمیمی بودن نمونه بر اساس کمترین محاسبه شده است.
در محاسبه ظرفیت خمشی نمونه ها، اثرکلیه آرماتورهای طولی که در ارتفاع مقطع توزیع شده اند، اعمال شده است. محاسبه حداکثر برش وابسته به ظرفیت خمشی با استفاده از اصول استاتیک ورابطه زیر انجام شده است:

(۲)
دررابطه فوق ظرفیت خمشی مقطع و Lطول تیرپیوند مطابق آیین نامه ACI318-05 می باشد.
در شکل ۵ الگوی ترک و مود شکست نمونه ها نمایش داده شده است. همانطور که در این شکل ملاحظه می شود، یک ترک قطری در تمام نمونه ها، ملاحظه می گردد ولی نحوه گسترش ترک در نمونه ها متفاوت می باشد.

شکل ۵ : الگوی ترک و مود شکست

شکست نمونه S2، به صورت کاملاً ناگهانی و توسط یک ترک قطری اتفاق افتاده است و به جز ترک قطری، ترک قابل ملاحظه دیگری دیده نمی شود. کلیه نوارهای FRP که در این نمونه برای تقویت برشی به کار رفته بودند، در مسیر ترک قطری گسیخته شدند.

۳-۲- اثرات مقید سازی
برخی از پژوهش های آزمایشگاهی نشان داده اند که تیرهای پیوند در هنگام بارگذاری افزایش طول می دهند[۹,۱۰]. لیکن در سازه های واقعی به علت وجود دیافراگم کف و همچنین سختی زیاد دیوارهای جانبی، عملاً نمونه امکان افزایش طول ندارد. در این پژوهش، برای بررسی دقیق تر رفتار تیرهای پیوند، از تغییر طول نمونه ممانعت به عمل آمده است. برای این منظور، قبل از بتن ریزی، یک لوله پلی اتیلن در داخل نمونه تعبیه گردیده و در هنگام آزمایش یک میلگرد از فولاد پر ظرفیت با قطر ۲۰ میلیمتر از داخل لوله مزبور عبور داده شده است. این میله در دو انتها محکم شده است. در هنگام بارگذاری، به علت تمایل نمونه به افزایش طول، میلگرد یاد شده تحت کشش قرار می گیرد. این نیرو توسط نیروسنجی (Load Cell) که در انتهای میلگرد تعبیه شده است قرائت می گردد. نیروی اولیه اعمال شده به میله طولی در حدود۱۸ کیلونیوتن بوده است. جدول ۴ میزان نیروی محوری نمونه های مقید را در شرایط پیش از بارگذاری و در حین آن نشان می دهد. همچنین، این جدول جابجایی متناظر با برش حداکثروجابجایی نمونه را درهنگامی که نیروی محوری به مقدار بیشینه خود می رسد، ارائه می نماید.

جدول ۴ : وضعیت نیروی محوری نمونه ها
جابجایی نظیر Fmax
ــــــــــــــــــــــــ
جابجایی نظیر Vtest جابجایی نظیر Vtest
(mm) جابجایی نظیر Fmax
(mm) نیروی محوری حداکثر
Fmax (KN) نیروی محوری اولیه
F0 (KN) نمونه
– ۲۳ قرائت نشد قرائت نشد قرائت نشد P3
۱.۰۶۸ ۲۸.۲۱۷ ۳۰.۱۴۵ ۳۲.۷۱ ۱۸ S2
۱ ۴۰.۱۴۵ ۴۰.۱۴۵ ۴۵.۶۲ ۱۸ P3-RE

برای مقایسه اثرات مقیدسازی، نمونه هایP1 و P3 به صورت مشابه ساخته شده اند و تنها تفاوت مهم آن دو مقید بودن نمونه P3 می باشد. این دو نمونه، پس از ترمیم نیز مورد مطالعه قرارگرفته اند. در حالت اخیر نیز، نمونه P3-RE مقید و نمونه P1-RE نامقید می باشند. این نمونه ها در نمودارهای شکل ۶ مقایسه شده اند. همانطور که انتظار می رود نمونه های مقید P3-REوP3 ، نسبت به نمونه های نامقید P1-RE وP1 در هنگام بارگذاری سختی بیشتری نشان می دهند و ظرفیت بیشینه در تغییر مکان های کوچکتری حاصل می شود. درنمونه های مقید آرماتورهای برشی کمتری بکار رفته است. بنابراین کاهش ظرفیت آنها به این موضوع نسبت داده می شود. در مورد بررسی اثر قید طولی بر ظرفیت و سختی نمونه ها، کار آزمایشگاهی دیگری برنامه ریزی شده است تا بر اساس آن بتوان به نتایج دقیق تری رسید.

شکل ۶ : مقایسه اثرات قید طولی در نمودار بار- تغییر مکان تیر

۳-۳- سختی و شکل پذیری
مطالعه حاضر نشان می دهدکه سختی اولیه نمونه های ترمیمی به شکل قابل توجهی از سایر نمونه ها کمتر است. علت این مسئله وجود ترک های ریز اولیه در نمونه های P1-RE و P3-RE می باشد.
شکل پذیری هر نمونه نیز با استفاده از رابطه ۳ قابل محاسبه است.
`
(۳)
در رابطه فوق ، جابجایی نهایی و جابجایی تسلیم نمونه می باشند. برای تعیین مطابق شکل ۷- الف از قانون سه چهارم استفاده شده است. همچنین جابجایی متناظر با هشتادوپنج درصد برش حداکثر می باشد. شکل پذیری نمونه ها در شکل ۷-ب مقایسه شده اند.

الف : شکل پذیری استاتیکی ب : مقایسه شکل پذیری نمونه ها
شکل ۷: تعریف و مقایسه شکل پذیری
۴- نتیجه گیری :
در پژوهش حاضر رفتار تیرهای پیوند دیوارهای برشی مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج آزمایش های انجام شده و مقایسه آنها با مقادیر محاسبه شده آیین نامه ای، نتایج زیر قابل ارائه است:
• استفاده از پوشش های CFRP برای تقویت برشی تیرهای پیوند با آرماتورگذاری معمولی، اگرچه شکل پذیری را بهبود نمی بخشد ولی موجب کاهش جدی آن نیز نمی گردد. از این رو استفاده از آن در تیرهایی که به صورت متعارف آرماتورگذاری شده اند، خصوصاً در نقاطی که نیاز به شکل پذیری بالا نیست موجه به نظر می رسد.
• وجود دیافراگم کف در میانه تیر پیوند، باعث کاهش شکل پذیری و افزایش سختی نمونه می گردد.