بررسي تجربي رفتار اتصال ورق‌هاي CFRP به بتن قرار گرفته در دماي بالا با استفاده از روش نصب خارجي روي شيار (EBROG)

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران- سازه

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير به دليل هزينه‌هاي بالاي طراحي، نوسازي و بهسازي سازه‌هاي قديمي و آسيب ديده‌ي موجود، مقاوم سازي آن‌ها مورد توجه مهندسين عمران قرار گرفته است. هم‌چنين سازه‌هاي بتن آرمه بنا‌‌‌ به دلايل مختلفي از جمله تغيير در كاربري سازه، تغيير در ضوابط آيين ‌نامه‌ها، اشتباهات اجرايي، عوامل مخرب طبيعي و آتش‌ سوزي، نياز به مقاوم ‌سازي دارند. در چند دهه‌ي گذشته استفاده از كامپوزيت‌هاي FRP به دليل ويژگي‌هاي منحصر به فردي كه از خود نشان داده است به عنوان روشي موثر در تقويت سازه‌هاي بتن آرمه مورد توجه قرار گرفته است. هم‌چنين كامپوزيت‌هاي FRP، به جهت مقاومت كششي بسيار بالا، نسبت مقاومت به وزن بسيار بالا، سهولت در اجرا و حفظ معماري سازه، از جمله رايج‌ترين مصالح موجود براي مقاوم‌ سازي سازه‌هاي بتن‌ آرمه هستند. كامپوزيت‌هاي FRP به روش‌هاي مختلفي روي سطح بتن نصب مي‌شوند. روش‌هاي نصب خارجي روي سطح (EBR) و نصب در نزديكي سطح (NSM) از جمله روش‌هاي متداول نصبFRP است. بزرگ‌ترين عاملي كه سبب عدم استفاده از تمام ظرفيت‌ كامپوزيت FRP مي‌شود، جدا شدگي زود هنگام آن از سطح بتن مي‌باشد. شيار زني روشي است كه در طي اين سال‌ها براي استفاده‌ي حداكثري از ظرفيت كامپوزيت‌هاي FRP پيشنهاد مي‌شود. اين روش مشكل جدا شدگي زود هنگام FRP از سطح بتن را تا حد بسيار زيادي به تعويق انداخته و در بعضي موارد منجر به حذف كامل آن مي‌شود. اغلب ضوابط در آيين نامه‌ها و راهنماهاي طراحي موجود، مربوط به سازه‌هايي است كه در دماي محيط (25 درجه‌ي سانتي گراد) قرار دارند. از طرفي سازه‌هاي زيادي ممكن است در طول عمر مفيد خود در مجاورت دماي بالا قرار گيرند. هم‌چنين به علت تغيير برخي از ويژگي‌هاي فيزيكي و شيميايي بتن در مجاورت دماهاي بالا، شناخت ضعف‌هاي بتن در برابر حرارت از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. اين تغييرات فيزيكي و شيميايي شامل كاهش مقاومت فشاري، مقاومت خمشي، مقاومت كششي و مدول الاستيسيته است كه منجر به تخريب و زوال تدريجي بتن مي‌شود. اين تخريب ممكن است تا هفته‌ها بعد از قرار گيري بتن در مجاورت دماي بالا ادامه پيدا كند. از اين رو به منظور طراحي ايمن و مناسب سازه‌ها، ضروري است كه شناخت كافي از رفتار مواد و مصالح در دما‌هاي بالا حاصل شود. با توجه به توضيحات فوق، استفاده از كامپوزيت‌هاي FRP براي مقاوم‌ سازي و استفاده‌ي مجدد از اين سازه‌ها امري منطقي، اقتصادي و مهندسي شده به نظر مي‌آيد. لازم به ذكر است كه تحقيقات اندكي در رابطه با مقاوم سازي سازه‌هاي قرار گرفته در معرض دما‌هاي بالا انجام شده است كه در اين تحقيقات انگشت شمار نيز كامپوزيت‌هاي FRP با استفاده از روش متداول EBR روي سطح بتن نصب شده‌اند. به عبارت ديگر، در هيچ پژوهشي اثر روش شيار زني در تقويت سازه‌هاي بتني كه دماي بالا بر آن اعمال شده است، مورد بررسي قرار نگرفته است. از طرفي ديگر شناخت رفتار اتصال كامپوزيت FRP و بتن مي‌تواند راه را براي استفاده‌ي حداكثري از ظرفيت كامپوزيت‌هاي FRP هموار كند؛ كه اين مهم از طريق آزمايش‌هاي برش مستقيم حاصل مي‌شود. بنا بر اين در اين تحقيق تلاش مي‌شود كه رفتار اتصال بتن قرار گرفته در مجاورت دماي بالا و كامپوزيت FRP به صورت جامع بررسي گردد. به اين منظور ابتدا 55 نمونه‌ي بتني منشوري با ابعاد 150×150×350 ميلي متر و 50 نمونه‌ي استوانه‌اي شكل با ارتفاع 200 ميلي متر و قطر 100 ميلي متر و 39 نمونه‌ي خمشي با ابعاد 100×100×350 ميلي متر ساخته و در وان آب به مدت 28 روز عمل آوري شد. اين نمونه‌ها با توجه به استانداردهاي حرارت دهي ASTM-E119و ISO 834-1 بارگذاري شده و با دو روش EBR و EBROG مقاوم سازي مي‌شوند. در نمونه‌هايي كه با روش EBROG مقاوم سازي شدند، از دو گروه شيار 20@10×10 و 15@5×5 ميلي متر استفاده شد. در اين تحقيق به منظور بررسي رفتار اتصال كامپوزيت FRP به بتن از آزمايش برش مستقيم استفاده شد. نتايج آزمايش برش مستقيم نشان داد كه، افزايش دما سبب افزايش ظرفيت اتصال كامپوزيت FRP و بتن مي‌شود به صورتي كه در نمونه‌هايي كه بلافاصله بعد از خروج از كوره مقاوم سازي شده و آزمايش برش مستقيم انجام مي‌شود، ظرفيت اتصال براي نمونه‌اي كه در مجاورت دماي 400 درجه‌ي سانتي گراد بوده است، تا 30 درصد نسبت به نمونه‌ي شاهد افزايش مي‌يابد. مقايسه‌ي ظرفيت اتصال در نمونه‌هاي اين پژوهش نشان داد كه، روش شيار زني ظرفيت اتصال استحصال شده از كامپوزيت FRP را تا 50 درصد نسبت به روش EBR افزايش مي‌دهد. هم‌چنين نتايج حاصل از آزمايش مقاومت فشاري نشان داد كه، افزايش دما سبب كاهش مقاومت فشاري مي‌شود به صورتي كه مقاومت فشاري در دماي 600 درجه‌ي سانتي گراد 80 درصد كاهش مي‌يابد.

232986

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان