پایان نامه آرایش بهینه‌ی نصب مصالح FRP در مقاوم‌سازی برشی تیرهای بتن مسلح با روش تعبیه در نزدیک سطح

پایان‌نامه  کارشناسی‌ارشد

رشته مهندسی عمران گرایش سازه

عنوان ;

آرایش بهینه‌ی نصب مصالح FRP در مقاوم‌سازی برشی تیرهای بتن مسلح با روش تعبیه در نزدیک سطح

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات:  127  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

چکیده

گستره‌ی استفاده از مصالح FRP برای مقاوم‌سازی برشی تیرهای بتن مسلح در سال‌های اخیر رو به افزایش است. علاوه ‌بر روش متداول استفاده از ورقهای FRP که روی سطح بتن چسبانده می‌شوند؛ اخیرا تحقیقات زیادی درمورد روش نصب نزدیک سطح (NSM) صورت گرفته است. در بخشی از این پایان‌نامه، آزمایشاتی روی تیرهای بتن مسلح تقویت شده در برش به روش NSM و با میلگردGFRP انجام گرفت. تیرها در ترم ظرفیت بارنهایی و مدگسیختگی ارزیابی شدند. نتایج آزمایشات نشان داد که با مقدار برابرGFRP و فاصله‌ی نصب یکسان، کاربرد میلگردهای GFRP با زاویه‌ی60 درجه بیشتر از90 درجه تاثیر دارد. همچنین مشخص شد که با مقدار برابر GFRP و زاویه‌ی نصب یکسان، استفاده از میلگرد با قطر کوچکتر و با فاصله‌ی کمتر، تاثیر بیشتری در ظرفیت باربری نهایی تیرتقویت شده دارد. در بخش دیگر این پایان‌نامه، تیرهای بتن‌مسلح‌ تقویت شده در برش با مصالح GFRP و با روش NSM مدل‌سازی عددی گردید و نتایج مدل‌سازی ارزیابی شد. در روشهای متعارف مدل‌سازی رفتار چسبندگی بین بتن و فولاد و همچنین رفتار ترک‌خوردگی بتن با فرضیات ساده شده‌ای مدل می‌شوند. مشاهده شد که در تقویت برشی تیر بتن‌مسلح به روش NSM با تعداد برابر و فاصله‌ی نصب یکسان میله‌ی GFRP، آرایش میله‌ها با زاویه‌ی 45درجه، بیشترین تاثیر را نسبت به زوایای 60و90درجه دارد. همچنین مشخص گردید که با مقدار برابر GFRP و فاصله‌ی نصب یکسان، آرایش میلگردهای GFRP با زاویه‌ی60 درجه بیشتر از90 درجه تاثیر دارد. بررسی نشان داد که در تقویت برشی تیر بتن‌مسلح به روش NSM با زاویه‌ی نصب یکسان میله‌ی GFRP، استفاده از میله با ابعاد کوچکتر و با فاصله‌ی کمتر، تاثیر بیشتری بر کارایی تیر تقویت شده دارد.

واژه‌گان کلیدی: مقاوم سازی برشی، تیر بتن‌مسلح، روش تعبیه در نزدیک سطح، GFRP

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                           صفحه

فهرست جدول‌ها ‌ه

فهرست نمودارها ‌و

فهرست شکلها ‌ح

فصل اول : مقدمه

1- 1 مقدمه. 1

1-2 تاریخچه. 2

1-3 بیان مسأله، اهمیت تحقیق و فرضیه‌ها 4

1-3-1 اهداف پایان نامه  5

1-3-2 ساختار پایان نامه  5

1-3-3 فرضیه‌ها 6

فصل دوم. 7

مروری بر مطالعات و کارهای انجام شده. 7

2-1 FRP چیست؟. 8

2-2 تقویت‌کننده‌ها(الیاف) 8

2-2-1 الیاف شیشه  10

2-2-2 الیاف کربن   11

2-2-3 آرامید  12

2-3 زمینه. 13

2-4 خصوصیات FRP. 13

2-4-1 خصوصیات فیزیکی   13

2-4-1-1 چگالی   13

2-4-1-2 ضریب انبساط حرارتی   14

2-4-2 خصوصیات و رفتارمکانیکی   15

2-4-2-1 رفتار کششی   15

2-4-2-2 رفتار فشاری   16

2-4-2-3 رفتاربرشی   16

2-4-2-4 رفتارچسبندگی   17

2-4-2-5 رفتار تابع‌زمان   17

2-4-2-6 دوام  18

2-4-2-7 نگهداری و جابجایی   19

2-5 انواع محصولات FRP. 19

2-5-1 میله های کامپوزیتی   19

2-5-2 شبکه های کامپوزیتی   20

2-5-3 کابل‌های کامپوزیتی   21

2-5-4 ورقه های کامپوزیتی   21

2-5-5 پروفیل‌های ساختمانی کامپوزیتی   22

2-6 کاربرد مصالح FRP. 23

2-6-1 کاربرد FRP در تقویت ستون‌ها 25

2-6-2 کاربرد FRP در تقویت دیوارهای برشی   26

2-6-3 کاربرد FRP در تقویت دال‌ها 26

2-6-4 کاربرد FRP در تقویت اتصالات   27

2-6-5 کاربرد FRP درتقویت برشی و خمشی تیرها 27

2-7 روشهای نصب مصالح FRP درسازه‌های بتنی.. 29

2-7-1 روش اتصال خارجی (EBR) 29

2-7-2روش تعبیه در نزدیک سطح (NSM) 31

2-7-3 مودهای گسیختگی برشی در تیر تقویت‌شده با مصالح FRP  34

2-7-3-1 انواع مکانیزم برشی تیر تقویت‌شده به روش EBR   34

2-7-3-1-1 گسیختگی برشی با پارگی ورق FRP  34

2-7-3-1-2 گسیختگی برشی بدون پارگی ورق FRP  35

2-7-3-1-3 گسیختگی برشی ناشی از عدم پیوند یا چسبندگی ورق FRP  35

2-7-3-1-4 گسیختگی نزدیک مهار مکانیکی   35

2-7-3-1-5 گسیختگی محلی   35

2-7-3-2 انواع مکانیزم شکست تیر تقویت‌شده به روش NSM    36

2-7-4 مزایای روش تعبیه در نزدیک سطح   36

2-8 بررسی تحقیقات انجام شده. 37

فصل سوم. 49

تشریح آزمایشهای انجام شده. 49

3-1 مقدمه. 50

3-2 خواص مصالح مصرفی.. 51

3-3 روش انجام مقاوم‌سازی.. 53

3-4 مشخصات تیرهای آزمایش‌شده. 56

3-5 انجام آزمایش.... 58

3-6 مد گسیختگی.. 60

3-7 بار نهایی تیرها 62

3-8 نتیجه‌گیری.. 65

فصل چهارم. 67

تشریح مدل‌سازی عددی.. 67

4-1 مقدمه. 68

4-2 نمونه آزمایشگاهی.. 69

4-3 مشخصات و نحوه مدل‌سازی.. 70

4-4 بررسی نتایج مدل سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی.. 74

4-5 مدل سازی عددی جهت بررسی آرایش بهینه نصب مصالح FRP. 75

4-5-1 تشریح تیرهای مدل شده  75

4-5-2 مدل‌سازی عددی تیرها 80

4-6 محاسبه‌ی نیروی برشیFRP در تقویت برشی تیر به روش NSM... 81

4-7 نتایج مدل سازی عددی.. 84

4-7-1 بررسی تاثیر تعداد و فاصله‌‌ی میله GFRP درتقویت برشی تیر به روش NSM    85

4-7-2 بررسی زاویه‌ی نصب میله‌ی GFRP در تقویت برشی تیر به روش NSM    92

4-8 نتیجه گیری.. 100

فصل پنجم.. 102

نتیجه‌گیری.. 102

5-1 نتیجه‌گیری.. 103

منابع و مراجع.. 105

فهرست جدول‌ها

عنوان                                                                                                        صفحه

جدول 2-1 چگالی مواد FRP. 14

جدول 2-2 ضریب انبساط حرارتی مصالح FRP. 14

جدول2-3 خصوصیات مکانیکی مصالح FRP و فولاد. 16

جدول2-4 مقایسه ویژگی‌های الیاف کربن و شیشه و آرامید. 18

جدول 2-5 مشخصات تیرها 41

جدول 2-6 نتایج آزمایش.... 41

جدول2-7 نتایج آزمایش.... 43

جدول 2-8 مشخصات تیرها 46

جدول 2-9 نتایج آزمایش.... 46

جدول 4-1 جزئیات تیرهای مدل‌سازی شده. 76

جدول 4-2 محاسبه‌ی نیروی برشی FRP و افزایش ظرفیت برشی تیرها طبق راوابط پیشنهادی نانی.. 83

جدول 4-3 مقایسه تیرهای Beam2 و‌Beam5 و‌Beam8 با زاویه نصب 90 درجه‌ی GFRPو تیر بدون تقویت Beam1  86

جدول 4-4 مقایسه تیرهای Beam3 و‌Beam6 و‌Beam9 با زاویه نصب 60 درجه‌ی GFRPو تیر بدون تقویت Beam1  88

جدول 4-5 مقایسه تیرهای Beam4 و Beam7 و Beam10 با زاویه نصب 45 درجه‌ی GFRPو تیر بدون تقویت Beam1  90

جدول 4-6 مقایسه تیرهای Beam2 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam3 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam4 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP با تیر بدون تقویت Beam1. 93

جدول 4-7 مقایسه تیرهای Beam5 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam6 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam7 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 95

جدول 4-8 مقایسه تیرهای Beam8 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam9 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam10 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 97

جدول 4-9 مقایسه کلیه‌ی تیرهای تقویت شده با تیربدون تقویت Beam1. 99

فهرست نمودارها

عنوان                                                                                                           صفحه

نمودار2-1 رفتار تنش-کرنش الیاف مختلف در کشش.... 15

نمودار 2-2 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرها 38

نمودار 2-3 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرها 43

نمودار 2-4 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرتقویت شده با CFRP. 46

نمودار4-1 منحنی تنش-کرنش بتن Mander 72

نمودار 4-2 منحنی تنش-کرنش میلگردها 73

نمودار4-3 منحنی نیرو-تغییرمکان تیر آزمایشگاهی CB و تیر CBA مدل‌سازی شده با نرم‌افزار. 74

نمودار 4-4 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرهای Beam2 و‌Beam5 و‌Beam8 با زاویه نصب90 درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 86

نمودار 4-5 درصد کاهش تغییرمکان وسط دهانه‌ی تیرهای Beam2 و‌Beam5 و‌Beam8 با زاویه نصب 90 درجه‌ی GFRP‌ درمقایسه با تیربدون تقویت Beam1. 87

نمودار 4-6 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرهای Beam3 و Beam6 و Beam9 با زاویه نصب60 درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 88

نمودار 4-7 درصد کاهش تغییرمکان وسط دهانه‌ی تیرهای Beam3 و‌Beam6 و‌Beam9 با زاویه نصب 60 درجه‌ی GFRP درمقایسه با تیربدون تقویت Beam1. 89

نمودار 4-8 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرهای Beam4 و Beam7 و Beam10 با زاویه نصب45 درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 90

نمودار 4-9 درصد تقویت تیرهای Beam4 و Beam7 و Beam10 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP درمقایسه با تیربدون تقویت Beam1. 91

نمودار 4-10 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرهای Beam2 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam3 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam4 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 92

نمودار 4-11 درصد تقویت تیرهای Beam2 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam3 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam4 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP درمقایسه با تیربدون تقویت Beam1. 93

نمودار 4-12 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرهای Beam5 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam6 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam7 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 94

نمودار 4-13 درصد کاهش تغییرمکان وسط دهانه‌ی Beam5 بازاویه‌ نصب 90درجه، Beam6 بازاویه‌ نصب60درجه و Beam7 بازاویه نصب 45درجه‌ی GFRPو درمقایسه باتیربدون تقویت Beam1. 95

نمودار 4-14 منحنی نیرو-تغییرمکان تیرهای Beam8 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam9 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam10 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP و تیربدون تقویت Beam1. 96

نمودار 4-15 درصد تقویت تیرهای Beam8 بازاویه‌ نصب 90درجه ، Beam9 بازاویه‌ نصب 60درجه و Beam10 با زاویه نصب 45درجه‌ی GFRP درمقایسه با تیربدون تقویت Beam1. 97

نمودار 4-16 منحنی نیرو-تغییرمکان کلیه‌ی تیرهای مدل‌سازی شده. 98

نمودار 4-17 درصد تقویت کلیه‌ی تیرهای تقویت شده در مقایسه با هم.. 99

فهرست شکلها

عنوان                                                                                                           صفحه

شکل 2- 1 ساختار FRP. 9

شکل 2-2 شکلهای مختلف GFRP. 10

شکل 2-3 شکلهای مختلف CFRP. 11

شکل 2-4 شکلهای مختلف AFRP. 12

شکل 2-5 میلگرد‌های  FRP. 20

شکل 2-6 شبکه های  FRP. 20

شکل 2-7 نوار و طناب FRP. 21

شکل 2-8 ورقه‌ی FRP. 22

شکل 2-9 پروفیل های FRP. 22

شکل 2-10 تقویت ستون با ورقه ی  FRP. 25

شکل 2-11 تقویت دیوار برشی با FRP. 26

شکل 2-12 تقویت دال با FRP. 26

شکل 2-13 تقویت اتصالات با FRP. 27

شکل 2-14 تقویت خمشی و برشی تیر با FRP. 28

شکل 2-15 مراحل اجرای روش EBR.. 31

شکل 2-16 شیارها و جزئیات نصب میله FRP. 32

شکل 2-17 جزئیات مقطع و بارگذاری تیر. 38

شکل 2-18 نمای شماتیک تیرهای آزمایش شده. 40

شکل 2-19 جزئیات تیرها 42

شکل 2-20 جزئیات و مقطع تیرها 45

شکل3-1 میلگردگذاری تیرها 51

شکل 3-2 نمای شماتیک جزئیات میلگردگذاری تیرها 51

شکل 3-3 آزمایش نمونه مکعبی.. 52

شکل 3-4 میلگرد GFRP. 53

شکل 3-5 علامت‌گذاری محل قرار گرفتن شیار. 54

شکل 3-6 ایجاد شیار. 54

شکل 3-7 تمیز کردن شیار. 54

شکل 3-8 چسب زدن شیار. 55

شکل 3-9 قرار دادن میلگردGFRP در شیار. 55

شکل 3-10 پر کردن شیار با چسب... 55

شکل 3-11 نمای شماتیک تیر NSMV10. 56

شکل 3-12 نمای شماتیک تیر NSMV7. 57

شکل 3-13 نمای شماتیک تیر NSMIL10. 57

شکل3-14 جزئیات مقطع شیار در روش NSM... 57

شکل3-15 تکیه گاه فولادی.. 58

شکل3-16 نمای شماتیک قرارگیری تیرهای بتنی و فولادی و ریزسنج ها 59

شکل 3-17 قرارگیری تیرهای بتنی و فولادی و ریزسنج ها؛ شکل(a) تیر NSMV10 و NSMV7 ، (b) تیر NSMIL10  60

شکل 3-18 ترک خوردن و گسیختگی تیر NSMV10. 61

شکل 3-19 ترک خوردن و گسیختگی تیر NSMV7. 61

شکل 3-20 ترک خوردن و گسیختگی تیر NSMIL10. 62

شکل 3-21 نمای شماتیک زاویه‌ی بین ترک برشی و میلگرد GFRP در تیر NSMV10. 63

شکل 3-22 نمای شماتیک زاویه‌ی بین ترک برشی و میلگرد GFRPدر تیر NSMV7. 63

شکل 3-23 نمای شماتیک زاویه‌ی بین ترک برشی و میلگرد GFRP در تیر NSMIL10. 64

شکل 3-24 مقایسه نحوه‌ی ترک خوردن تیر آزمایش شده و تیر مدل‌سازی شده NSMV7. 64

شکل4-1 مشخصات کلی تیرهای مورد آزمایش راج و سورومی.. 69

شکل4-2 المان C3D8R ؛ المان T3D2 و المان S4R.. 70

شکل 4-3 جرئیات میلگردگذاری و مقطع تیرهای مدل‌سازی شده. 76

شکل 4-4 نمای شماتیک تیر Beam2با نصب16عدد میله GFRP با زاویه نصب 90 درجه. 77

شکل 4-5 نمای شماتیک تیرBeam3 با نصب16عدد میله GFRP با زاویه نصب 60 درجه. 77

شکل 4-6 نمای شماتیک تیر Beam4 با نصب16عدد میله GFRP با زاویه نصب 45 درجه. 77

شکل 4-7 نمای شماتیک تیر Beam5 با نصب32عدد میله GFRP با زاویه نصب 90 درجه. 78

شکل 4-8 نمای شماتیک تیر Beam6 با نصب32عدد میله GFRP با زاویه نصب 60 درجه. 78

شکل 4-9 نمای شماتیک تیر Beam7 با نصب32عدد میله GFRP با زاویه نصب 45 درجه. 78

شکل 4-10 نمای شماتیک تیر Beam8 با نصب12عدد میله GFRP با زاویه نصب 90 درجه. 79

شکل 4-11 نمای شماتیک تیر Beam9 با نصب12عدد میله GFRP با زاویه نصب 60 درجه. 79

شکل 4-12 نمای شماتیک تیر Beam10 با نصب12عدد میله GFRP با زاویه نصب 45 درجه. 79

شکل 4-13 مدل‌سازی با Abaqus تیر Beam5 با نصب32عدد میله GFRP با زاویه 90 درجه. 80

شکل 4-14 مش‌بندی تیر Beam5 با نصب32عدد میله GFRP با زاویه نصب 90 درجه. 80

شکل 4-15 پارامترهای رابطه‌ی نانی و همکاران.. 82

شکل 4-16 تغییر‌شکل تیر Beam1پس از بارگذاری.. 84

شکل 4-17 جاری شدن میلگردهای طولی تیر Beam3. 85

شکل 4-18 جاری شدن و ترک خوردن بتن در تیر Beam1. 85