ارزيابي عددي و مطالعه‌ي تجربي رفتار اتصال ورق FRP به بتن و توزيع تنش در عرض و عمق در روش EBROG

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي عمران

دكتري

يكي از مهم‌ترين مسائلي كه در مقاوم سازي اعضاي بتني با استفاده از ورق FRP مورد توجه قرار مي‌گيرد، فراهم نمودن بستري مناسب جهت اتصال ورق به سطح مورد نظر است كه تاثير زيادي بر عملكرد عضو سازه‌اي دارد. اگر چه روش نصب خارجي بر روي سطح (EBR) به عنوان يكي از متداول‌ترين و پر كاربرد‌ترين روش‌هاي تقويت با ورق FRP شناخته مي‌شود، وقوع جدا شدگي زود رس از مشكلات اساسي اين روش است. براي مرتفع نمودن اين مشكل، روش شيار زني ابداع شد كه بدون نياز به آماده سازي سطحي، باعث به تاخير انداختن پديده‌ي جدا شدگي و حتي حذف آن مي‌شود. با وجود محاسن روش شيار زني و برتري آن نسبت به روش EBR، هنوز آيين نامه‌اي براي تقويت سازه‌هاي بتني با اين روش تدوين نشده است و اين امر، مطالعات جامع‌تري را طلب مي‌كند. به منظور بررسي اثر تغييرات عرض و عمق شيار بر عملكرد اتصال ورق FRP به بتن بر اساس دو رويكرد بار نهايي و بار جدا شدگي و نيز صحت سنجي روابط ارائه شده توسط محققين براي تقويت به روش EBROG، آزمايش‌هاي برش مستقيم بر روي اتصالات EBR و EBROG (داراي تك شيار) انجام شد. از ديدگاه حداكثر بار، نمونه‌ي 510-G (عمق  عرض به ميلي متر) با حداكثر بار 4/14 كيلو نيوتن و از ديدگاه بار جدا شدگي، نمونه‌ي 105-G با بار جدا شدگي 7/12 كيلو نيوتن به عنوان نمونه با ابعاد شيار بهينه در نظر گرفته شدند. مدل XGBoost Regression با ضريب تعيين 9041/0 به عنوان دقيق‌ترين مدل يادگيري ماشين براي پيش بيني حداكثر بار اتصال ورق FRP به بتن انتخاب شد. بر اساس اين مدل، افزايش مقاومت فشاري بتن از 25 تا 45 مگا پاسكال و نيز كاهش فاصله‌ي شيارها در اكثر حالات منجر به افزايش بار نهايي اتصال شد. هم‌چنين، براي بتن با مقاومت فشاري 25 تا 45 مگا پاسكال، گروه شيار بهينه و قابل اجرا براي دست يابي به حداكثر بار اتصال به صورت 15@10×5 ميلي متر (فاصله‌ي مركز تا مركز شيارها @ عمق  عرض) تعيين شد. علاوه بر اين، عمق بهينه‌ي شيار كه بيش‌ترين بار اتصال را فراهم مي‌كند، براي هر چهار گروه شيار s@hg5/2، s@hg5، s@hg10 و s@hg15 ميلي متر و در تمامي سطوح مقاومت فشاري بتن، برابر با 10 ميلي متر به دست آمد. گروه‌هاي شيار s@hg10 و s@hg15 ميلي متر نيز بار نهايي يكساني نشان دادند؛ يعني افزايش عرض شيار از 10 به 15 ميلي متر منجر به بهبود ظرفيت باربري نشد. در آزمايش‌هاي خمش چهار نقطه‌اي بر روي تيرهاي بتن آرمه‌ي تقويت شده با ورق FRP به روش EBROG، گروه شيار 15@105 ميلي متر بهترين عملكرد را در افزايش ظرفيت باربري تير داشت. در يك عرض شيار ثابت، افزايش عمق شيار از 5 به 10 ميلي متر باعث افزايش ظرفيت باربري تير شد. با افزايش عمق شيار از 5 تا 15 ميلي متر در گروه شيار 15@hg5 ميلي متر، عمق بهينه‌ي 10 ميلي متر مشهود بود؛ در حالي كه با افزايش عمق شيار از 5 تا 15 ميلي متر در گروه شيار 20@hg10 ميلي متر، ظرفيت باربري افزايش يافت. راهنماي 17-R440.2 ACI ظرفيت باربري تيرهاي تقويت شده به روش EBR با عرض ورق FRP در بازه‌ي 30 تا 80 ميلي متر را 13 تا 20 درصد بيش‌تر از مقادير تجربي پيش بيني نمود. كرنش ورق FRP در مقطع بحراني و هم‌چنين در ناحيه‌ي خمش خالص براي تيرهاي بتن آرمه‌ي تقويت شده به روش EBR بين 41 تا 73 درصد كرنش جدا شدگي ورق در راهنماي مذكور به دست آمد. اين بدان معنا است كه جدا شدگي ورق در كرنش‌هايي به مراتب پايين‌تر از مقادير پيش بيني شده در اين راهنما رخ داده است و بنا بر اين، رابطه‌ي كرنش جدا شدگي مندرج در اين راهنما نيازمند باز نگري براي برآورد دقيق‌تر كرنش جدا شدگي است. در تيرهاي بتن آرمه‌ي تقويت شده به روش EBROG با مقاومت فشاري بتن 35 مگا پاسكال، مقدار كرنش ورق FRP در مقطع بحراني بين 30 تا 95 درصد كرنش جدا شدگي ورق مندرج در راهنماي 17-R440.2 ACI به دست آمد. هم‌چنين، مقدار كرنش ورقFRP در ناحيه‌ي خمش خالص بين 85 تا 157 درصد كرنش جدا شدگي ورق در اين راهنما محاسبه شد. اين نتايج بيان‌گر برتري روش شيار زني EBROG نسبت به روش EBR در به تعويق انداختن پديده‌ي جدا شدگي ورق FRP هستند.

235868

سازه

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان