بسم الله الرحمن الرحیم
تقویت دالهای بتن ارمه مسلح با الیاف cfrp و gfrp
مقدمه : فیبرهای پلیمری تقویـت شـده نـوعی مـاده کامپوزیـت متشـکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که بـه وسـیله یـک مـاتریس رزیـن از جـنس پلیمــــر احاطــــه شــــده اســــت. محصـولات پلیمـری مـورد اسـتفاده در سـازه هـا بـه شـکل ورق هـای FRP، میلگردهـای FRP، مـش های FRPو پروفیل های FRPوجود دارد. از ایـن محصـولات بـرای سـاخت و تقویت سازه ها استفاده می شود. الیاف FRP از موادی کاملا الاستیک – شکننده و بسیار مقاوم ساخته می شود. قطراین الیاف بسته به جنس بین 5 تا 25 میکرون است. الیاف ها امروزه درشکل ها-اندازه ها و جنس های گوناگون موجود است.
به طور کلی 4 نوع الیاف بافته شده FRPوجود داردکه شامل 1- الیاف کربن 2-شیشه 3- آرامید 4- بازالت می باشد. نام کامپوزیت ساخته شده با هر یک از این مواد با حرف اول نام ماده تشکیل دهنده الیاف شروع می شود که عبارتند از (CFRP)-Carbon FRP (GFRP)-Glass FRP (AFRP)-Aramid FRP (BFRP)- Basalt FRP رزین : رزین به کار رفته به صـورت یـک محـیط چسـباننده بـرای نگهـداری الیـاف در کنـار مقاومت پایینی که دارد نقش چندان مهمی در خـواص مکـانیکی کامپوزیـت سـاخته شده بر عهده ندارد. علاوه بر نگهداری الیاف در کنـار هـم رزیـن موجـود در کامپوزیـت بـه عنـوان عامـل محافظت الیاف در برابر عوامل محیطی و همچنین عامل توزیع تنش روی وجـه ورقـه کامپوزیت نیز عمل می کند
نقش اصلی ماتریس عبارت است از 1-انتقال برش از فیبر تقویتی به ماده مجاور 2-محافظت از فیبر در شرایط محیطی 3-جلوگیری از خسارات مکانیکی وارد بر الیاف 4-کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار مزایای استفاده ازFRP : 1-وزن کم (چگالی آن در حدود 20% فولاد است 2-مقاومت کششی و حتی فشاری بالا 3-مقاومت در برابر خوردگی(خوردگی در حد صفر) 4-نفوذ ناپذیری مغناطیسی 5-امکان تقویت به صورت خارجی 6-حمل و نقل آسان وسرعت اجرای بالابه دلیل وزن کم 7-مقاومت بسیار زیاد در محیط های قلیایی
معایب FRP : 1-ترد شدن گسیختگی تیر و ناگهانی بودن آن 2-جدا شدن کامپوزیت از بستر بتنی خود محدودیت استفاده و کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان به قیمت بالای آنها بر می گردد.البته هزینه و قیمت آنها به تدریج رو به کاهش می باشد که به این ترتیب استفاده از آنها بیشتر و بیشتر خواهد شد.استفاده ازFRPدر مقاوم سازی، هرچند که هزینه ی بالایی در بردارد اما با توجه به هزینه ی اجرای کم و نیز سایر مزایایFRPکه گفته شد در کل، به صرفه ترین و موثر ترین راه مقاوم سازی سازه های بتنی امروزه به شمار می رود.
ضرورت انجام تحقیق : به دلایل مختلفی چون خرابـی هـای ناشـی از عوامـل محیطی نظیـر خـوردگی و یـا وزش بادهـای شـدید و خطاهای محاسباتی و تضعیف اعضا در اثـر اهمـال در نگهداری صحیح، خسارات وارده به ساختمان ناشـی از جنـگ و زلزلـه و …، تغییــر کـاربری و بارهـای بهــره برداری وارد به سازه، ضعف آئـین نامـه قـدیمی و …. ممکن است سازه های سـاخته شـده فاقـد مقاومـت و شکل پذیری لازم در مقابل بارهـای اعمـالی تشـخیص داده شوند. از این رو تقویت و نوسـازی مجـدد سـازه های مورد بحث، در دستور کار قـرار خواهـد گرفـت
به طور کلی تقویت سازه ها در اغلب ایـن مـوارد بسـیار اقتصادی تر از ساخت مجدد سازه مـیباشـد. بـه همـین منظور محققان زیادی مساله ی تقویـت را مـورد توجـه قرار داده اند. تقویت سـازه، بـیشتـر بـه دنبـال افـزایش مقاومت و بهبود شکل پذیری و رفتار اعضـای موجـود میباشد. نیاز به تقویت خمشی دالهای بتنی با توجه به کاربرد فراوان آن، یک ضرورت اجتناب ناپذیر است. لذا تقویت خمشی دالهای بتن آرمه به روشهای مختلـف همچون تقویت با ورقه هـای فـولادی، الیـاف پلیمـری مسلح و یا تقویت با آرماتورهـای خـارجی نیـز توجـه محققان بسیاری را خصوصاً در دهه ی گذشته بـه خـود جلب کرده است. این تقویـت هـا مـیتوانـد منجـر بـه افزایش ظرفیت خمشی و یا برشی سازه و یا هـر دوی آنها باشد.
مطالعات انجام شده: یک سری کارهای ازمایشگاهی توسط مرنی و اصفهانی برروی دالهای تخت انحام شد. در این تحقیق تقویت برش پانچینگ دالهای تخت با استفاده از الیاف CFRP مورد بررسی قرار گرفت. ده نمونه دال بتن مسلح به ابعاد 1000*1000*100 میلیمتر و با درصدهای مختلف فولاد کششی و دو نوع بتن با مقاومت های فشاری مختلف ساخته شد. هشت نمونه ی با استفاده از صفحات CFRP تقویت شدند و دو نمونه ی دیگر به عنوان نمونه های کنترلی تقویت نشده مورد ازمایش قرار گرفتند . پهنای الیاف در نمونه های مختلف متفاوت بود. صفحات الیاف در وجه کششی تحتانی دال و در اطراف ستون در دو راستای عمود بر هم چسبانده شدند .
باگذاری دال ها از بالا به پایین و با استفاده از جک فشاری انجام شد . در ازمایش ها بار و تغییرمکان وسط نمونه ها اندازه گیری شد.
برای بتن مورد استفاده از دو طرح اختلاط استفاده شد . طرح اختلاط اول برای بتن با مقاومت فشاری 25 مگاپاسکال و طرح اختلاط دوم به منظور دستیابی به مقاومت فشاری 50 مگاپاسکال تهیه گردید. نمونه های فشاری در شرایط فشاری محیطی یکسان با دالهای نگهداری شده و همزمان با ازمایشات دالها تحت بار فشاری قرار گرفتند مقاومت فشاری استوانه ای حاصل از ازمایش فشاری نمونه ها برای طرح اختلاط اول 22.7 مگاپاسکال و برای طرح اختلاط دوم 45.3 مگاپاسکال بود. برای تسلیح دال ها از ارماتور نوع III استفاده شد . مقدار تنش جاری شدن و ضریب کشسانی این ارماتورها با انجام ازمایش کششی بر روی انها در جدول 1 امده است. برای تقویت نمونه ها از ورق های پلیمری یک جهتی کربنی استفاده شد . الیاف کربنی مورد استفاده در این مطالعه از نوع C-sheet 240 است. مشخصات مکانیکی ارائه شده برای الیاف مورد استفاده عباتند از مقاومت کششی 3800 مگاپاسکال ، ضریب کشسانی 240 گیگاپاسکال و کرنش نهایی 1.55 درصد می باشد.
نمونه های ازمایش شده در این تحقیق ، دالهای مربعی باابعاد 1000*1000 و با ضخامت 100 میلیمتر می باشد. به منظور شبیه سازی اتصال دال-ستون ، یک ستون مربعی با ابعاد 150*150*150 میلیمتر در وسط دال ساخته شد. نمونه ها شامل 10 دال بتن مسلح است. 2 نمونه بدون تقویت ازمایش شدند. 8 نمونه ی دیگر نیز پس از تقویت با CFRP تحت ازمایش قرار گرفتند. نامگذاری نمونه ها (جدول2) بر مبنای سه عامل متغیر اصلی در دالها انجام پذیرفت . حرف R نشان دهنده ی نسبت ارماتور دال میباشد. حرف C نشاندهنده ی رده ی مقاومت فشاری بتن است و عرض ورقهای FRP با F نشان داده شده است.
نتایج ازمایش: حالت شکست کلیه ی نمونه ها شامل نمونه های کنترل و نمونه های تقویت شده از نوع برش پانچینگ بوده است. بر حسب مقدار تقویت ، حالت شکستگی ار نوع برش پانچینگ خمشی یا برش پانچینگ خالص می باشد.. در دالهای با درصد ارماتور خمشی بالا گسیختگی ار نوع برش پانچینگ خالص با تغییرمکان کم و در دالهای با درصد ارماتور کم از نوع گسیختگی خمشی با تغییرمکان زیاد است.. منطقه ی گسیختگی در کیله ی دالها در فاصله ی 2 تا 3 برابر ضخامت کل دال قرار داشت . نمودار بار-تغییرمکان نمونه هایی که فقط از نظر مقدار ورق تقویتی CFRP متفاوت هستند مورد بررسی قرار میگیرند . در شکل 6 مقایسه ی بین نمودار بار-جابجایی نمونه های با مقدار CFRP متفاوت انجام شده است. همان طور که در شکل دیده میشود افزایش مقدار CFRP مورد استفاده برای تقویت دال ها منجر به افزایش ظرفیت برش پانچینگ دال ها میگردد.و این تاثیر رابطه ی خطی با مقدار CFRP ندارد. مقاومت برش پانچینگ نمونه های تقویت شده 1.14 تا 1.98 برابر نمونه های کنترلی بود.
یک سری مطالعات عددی توسط رضایی و علیقلی بر روی دال های تقویت شده با الیاف FRP انجام شد. دو سری نمونه طراحی شد. نمونه ی A (پرفولاد) و نمونه ی B (کم فولاد). شکل 1 دالهای مدلسازی شده را نشان میدهد. بار اعمالی به دالها در سطح یک صفحه ی فولادی به ابعاد 32*100*100 میلیمتر وارد میشود.
طریقه ی چسباندن FRP در سطح تحتانی دال به دو حالت یکپارچه و راه راه می باشد. در حالت یکپارچه فاصله ی بین دو تکیه گاه بطور کامل با ورق های FRP پوشانده شده است. در حالت راه راه ، فاصله ی بین دو تکیه گاه بوسیله ی نوارهای FRP به عرض 100 میلیمتر و فاصله ی مرکز به مرکز 200 میلیمتر پوشانده شده است. جدول 2 مشخصات هر کدام از نمونه ها و طریقه ی تقویت بوسیله ی CFRP در هر نمونه را نشان میدهد. همچنین جدول 1 ، مشخصات فولاد مصرفی و ورقهای CFRP به کار رفته در نمونه ها را نشان میدهد. ضخامت یک لایه از CFRP برابر 0.165 میلیمتر میباشد
تاثیر CFRP بر نتایج بار-تغییرمکان نمونه های گروه A بطور کلی نتایج حاصل از مطالعات عددی با نتایج ازمایشگاهی مطابقت خوبی دارد. به طوری که درصد خطا به طور متوسط کمتر از 5 درصد می باشد.
تاثیر CFRP بر بار وتغییرمکان نمونه های گروه B
نتایج : 1-تقویت دال های بتن مسلح با استفاده از الیاف CFRP سبب افزایش چشمگیر مقاومت نهایی میگردد. طوری که بر طبق نتایج بدست امده از روش اجزای محدود ، مقاومت نهایی نسبت به نمونه ی شاهد در گروه A (پرفولاد) بسته به شکل و تعداد لایه های تقویتی از 10 تا 43% و در گروه B (کم فولاد) از 51 تا 116% افزایش یافته است. 2-نتایج گروه های A و B نشان میدهند میزان افزایش مقاومت نهایی در گروه B بسیار بیشتر از گروه A می باشد. علت این امر ان است که در گروه A به دلیل درصد زیاد ارماتور ، ارماتورها جاری نمیشوند . از طرفی CFRP پس از جاری شدن ارماتورها اثر اصلی خود را بر روی سیستم میگذارند و در حقیقت قبل از جاری شدن ازماتورها ، زیاد وارد عمل نمیشوند. 3-افزایش تعداد لایه های CFRP و در حقیقت افزایش سطح مقطع CFRP علاوه بر افزایش مقاومت نهایی ، کاهش شکل پذیری را به دنبال خواهد داشت . به طوری که در نمونه ی B-1L-Z که کمترین سطح مقطع CFRP را در میان نمونه های گروه B دارد، حدود 18% کاهش شکل پذیری نسبت به نمونه شاهد در راستای ارماتورهای اصلی مشاهده میشود . همچنین در نمونه های 5 لایه ای ، دال به طور کلی حالت شکل پذیری خود را از دست می دهد و رفتار ترد از خود نشان میدهد.
4-طریقه ی نصب ورق های CFRP تاثیر بسزایی در تقویت دال های بتن ارمه دارد. به طوری که در دال های مورد نظر ما با توجه به ابعاد و اندازه ی انها و همچنین با توجه به شرایط تکیه گاهی انها، استفاده از ورق های CFRP به طور همزمان در دو راستای اصلی و فرعی بسیار مفید خواهد بود. لازم به ذکر است که در این دالها با توجه به رفتار انها همواره بهتر است تعداد لایه های همراستا ی ارماتورهای فرعی ،کمتر از تعداد لایه های همراستا با ارماتورهای اصلی باشد. 5- به طور کلی استفاده از ورق های CFRP با الیاف دو طرفه و یا استفاده از ور ق های با الیاف یک طرفه در دو راستای اصلی و فرعی به صورت یکپارچه و یا به صورت نوارهایی شطرنجی نصب میشوند بهترین روش برای تقویت دال ها این دو گروه می باشند. 6- در هیچ کدام از نمونه ها ، ورق های CFRP از حداکثر ظرفیت خود استفاده نمیکنند و این به سطح مقطع CFRP مورد استفاده برمیگردد.
یک سری مطالعات عددی با نرم افزار اباکوس توسط کریملو،سهرابی و اژدری مقدم بر روی تقویت دالهای بتن ارمه مسلح انجام گرفت. جهت تعیین صحت عملکرد نرم افزار اباکوس یک نمونه دال بتن ارمه که در سال 2008 در ازمایشکاهی در فرانسه توسط A.Agbossu و همکارانش انجام گرفت ، مورد مطالعه و مدل سازی قرار گرفت.
در این مطالعه 9 دال بتن ارمه مقاوم سازی شده با الگوی پوششی شطرنجی (الیاف طولی و عرضی FRP) و با انواع FRP توسط نرم افزار مورد برسی قرار گرفت. نمونه های مقاوم سازی شده در دو حالت کلی مقاوم سازی با یک و سه لایه از انواع FRP (A: ارامید ، B : بازالت ، C : کربنی ، G : شیشه ) مورد بررسی قرار گرفت. و نتایج با دال بدون FRP مقایسه شد.
دالهای این گروه (MS-1LB , MS-3LG , ….) در ابعاد 0.1*1.25*1.25 متر که با دو شبکه فولاد در بالا و پایین مسلح شده اند توسط نوارهای FRP بصورت شطرنجی که ابعاد هر نوار 0.05*1.2 متر می باشد در دو حالت یک و سه لایه مقاوم سازی شده اند . دو حرف اول نمونه بیانگر (MESH SLAB) الگوی پوشش FRP و حرف سوم و چهارم بیانگر تعداد لایه ها که 1 یا 3 لایه می باشد و حرف اخر بیانگر نوع الیاف می باشد (کربنی، شیشه ، ارامید یا بازالت ) می باشد. شبکه فولادی در پایین شامل ارماتورهای با قطر 9 میلیمتر و در بالا با قطر 7 میلیمتر با فواصل 0.1* 0.1 متر می باشد. تنش تسلیم ارماتورها 2400kg/cm2 و مدول الاستیسیه ان 2*106 kg/cm2 می باشد. مشخصات بتن مورد استفاده نیز با در نظر گرفتن مقاومت فشاری 28 روزه ، Fc=300 kg/cm2 ومدول الاستیسیته بتن Ec=3*105 kg/cm2 برای همه ی نمونه ها یکسان می باشد. همه ی دالها بصورت دو طرفه و متکی بر چهار لبه ی ساده فرض شده است.
مشخصات الیاف FRP مورد استفاده در جدول زیر داده شده است.
نتایج دالهای مقاوم سازی شده طبق الگوی پوششی شطرنجی با یک و سه لایه از انواع FRP
نتایج:
نتیجه گیری: تقویت دالهای بتنی طبق الگوی سه لایه ای سبب افزایش چشمگیر ظرفیت باربری دال میگردد. به طوریکه ظرفیت باربری نهایی دالهای بتنی مقاوم سازی شده طبق این الگو نسبت به دالهای بتنی ساده (بدون FRP) بسته به نوع الیاف در حالت یک لایه از 5.2 تا 18% و در حالت سه لایه از 24.36 تا 58.64% افزایش یافته است. 2-با بررسی و مقایسه نتایج مشخص شد ، CFRP باعث بیشترین افزایش در ظرفیت باربری دال بتنی و B,GFRP سبب بیشترین افزایش در تغییرمکان وسط دال میشود. 3-در هیچ کدام از نمونه ها نوارهای FRP از حداکثر ظرفیت خود استفاده نمیکنند که این مطلب به سطح مقطع الیاف مورد استفاده برمیگردد. 4-در دو حالت کلی مقاوم سازی با یک و سه لایه از انواع FRP بیشترین افزایش ظرفیت باربری دال با CFRP حاصل شد و همچنین تاثیر افزایش ظرفیت باربری از یک لایه به سه لایه نیز با CFRP (40 درصد افزایش) نسبت به انواع دیگر الیاف مشاهده شد.
یک سری تحقیقات ازمایشگاهی توسط بهرام نوائی نیا ، مرتضی حسینعلی بیگی ، علی مدانلو ، محمد مهدی صالحی یانه سری بر روی دالهای مجوف انجام گرفت. مشخصات دالها در این پژوهش بصورت زیر می باشد : 8 دال مجوف به طول150 سـانتیمتـر، عرض 45 سانتیمتر و ضخامت 20 سانتیمتر با نسـبت ساخته شدند. از آرماتور کششی معادل پنج میلگرد آجدار نمره 12 به عنوان آرماتور کششـی و سه میلگرد 8 به عنـوان میلگـرد فشـاری اسـتفاده شـده است. آرماتورهای برشی به قطر 6 میلـیمتـر در فواصـل مرکـز بـه مرکـز 10 سـانتیمتـر در (1/5 : یک پنجم) کنـاری و20 ســانتیمتــر در (3/5 : سه پنجم) میــانی از یکــدیگر قــرار دارنــد. همچنین از میلگردهای نمره 6 در فواصل مرکز به مرکز 15 سانتیمتر به عنـوان میلگردهـای حرارتـی در بـالا و پایین دال در جهت عمود بر میلگردهای اصلی اسـتفاده شده است. دو بازشدگی به قطر 10 سانتیمتـر در تمـام طـول دال ایجـــاد شـــده اســـت.شکل1:
نحوه ی تقویت دالها : از جهت نوع الیاف FRP و ورق فولادی تقـویتی به چهارگروه S ،C ،G ،L نامگذاری شده انـد. یـک دال هم به عنوان دال مرجع (تقویت نشده) میباشـد کـه بـه اسم REF نامگذاری شده است. گروه L شـامل دو دال به نامهای L-1 و L-2 میباشد که هر دو دال به وسیله ی دو ورق لامینیـــت بـــه شـــکل نـــواری بـــه ابعـــاد 150 × 5سانتیمتر تقویت شده اند. دال L-2 علاوه بر تقویت خمشی تقویت برشی نیز شده است. برای این کـار از پـنج ورق بـه ابعـاد 20×5 سانتیمتر از نقطه ی اعمال بار تا تکیه گاه با فاصـله ی 5 سانتیمتر از هم استفاده شده است. گـروه G شـامل دو دال به نامهـای G-1 و G-2 مـیباشـد کـه هـر دو دال بـــه وســـیله ی الیـــاف شیشـــه (GFRP) بـــه ابعـــاد 150 ×40سانتیمتر تقویت شده اند. دال G-2 علاوه بـر تقویت خمشی تقویت برشی نیز شده است. برای ایـن کار از ورقی به ابعاد 20×45 سانتیمتر از نقطه ی اعمال بار تا تکیه گاه استفاده شده است.
گروه C شـامل دو دال بـه اسـمهـای C-1 و C-2 میباشد که هر دو دال به وسیله ی دو لایه الیـاف کـربن (CFRP) به شکل نواری به ابعاد 150 ×10سـانتیمتـر تقویت شده انـد. دال C-2 عـلاوه بـر تقویـت خمشـی، تقویت برشی نیز شده اسـت، شـکل و مقـدار تقویـت برشی شبیه دال G-2 بوده اسـت و گـروه S نیـز شـامل یک دال به اسـم S مـیباشـد کـه بـه وسـیله ی دو ورق فولادی به ابعاد 150×10سانتیمتر تقویت شـده انـد. در هر گروه یک دال به عنـوان نمونـه ی مرجـع و سـه دال دیگــر بــا ورقهــای GFRP ،CFRP و لامینیــت هــای CFRP در دهانه ی برشی دالها (فاصـله ی بـین محـل اعمال بار و عکس العمل تکیـه گـاهی) تقویـت شـدند. دالهای L-1 و L-2 با لامینیتهـای CFRP در فواصـل مرکز به مرکز 10 سـانتیمتـر، دالهـایC-1 و C-2 بـا ورقهای CFRP و دالهـای G-1 و G-2 بـا ورقهـای GFRP تقویت شدند.
نحوه ی تقویت دالها در شـکل 2و 3 نشان داده شده است
در این پژوهش از بتن معمولی استفاده شده اسـت که مقاومت فشـاری (اسـتوانه ای) 28 روزه ی بـتن در حدود MPa 30 حاصل گردیده است. لامینیت های CFRP به عرض 50 میلیمتر پـس از آماده سازی سطح به جـان دالهـا در منطقـه ی دهانـه ی برشی متصل گردید. خـواص لامینیـتهـا و ورقهـای CFRP، ورقهــای GFRP طبــق گــزارش کارخانــه ی سازنده، در جدول (1) و مشخصات ورقهای فـولادی در جدول (2) آورده شده است
روش کلی آزمایش : پس از تقویت دالهـا و عمـل آوری رزیـن، بـه منظـور مشخص نمـودن محـل دقیـق تـرکهـا، سـطح تیرهـا به وسیله ی رنگ سفید شده است. هـمچنـین در ارتفـاع دال در وسط دهانه دکمه هایی مطـابق شـکل (4) بـرای اندازه گیری کرنشهـا و تغییـرمکـان سـنج نصـب شـده است. در این آزمـایشهـا، تیرهـا در مراحـل مختلـف بارگذاری شدند. بار افزایش داده شد و هر نقطه از دال که ترک برداشت، بلافاصله ادامه ی بارگـذاری متوقـف شد و کلیه ی تغییرات ثبت و مسیر ترکهـا بـر سـطوح دال کاملاً مشخص شد و مقادیر بار تـرک بـر روی دال یادداشت گردید تـا مکـانیزم مسـیر و شـکل تـرکهـا به منظور ارزیابی های بعـدی کـاملاً در دسـترس باشـد. همچنین در هر گام بارگذاری بـه وسـیله کـرنش سـنج، تغییرات کرنش در ارتفاع تیر نیز ثبت شد و در نهایـت بارگذاری تا مرحله ی گسیختگی دال ادامـه یافـت و بـا ثبت حالت گسیختگی و تهیه تصـاویر از ایـن حالـت، آزمایش به پایان رسید.
نتایج ازمایشگاهی نمودارهای بار – تغییرمکان نمونه ها : بـرای بررسـی سختی و تغییر مکان دالهـا، منحنـی بـار-تغییـر مکـان آنها مورد بررسی قـرار گرفتـه اسـت . درشـکل 6 و 5 ملاحظه میشود که سـختی دالهـای تقویـت شـده بـا الیاف کربن نسبت به نمونه ی مرجع افزایش یافته است در حالی که سختی دالهای تقویت شده با الیاف شیشـه نسبت به نمونه ی مرجع کاهش یافتـه اسـت. شکسـت تمام دالها ترد است که نشان دهنـده ی جـاری نشـدن میلگردهای خمشی و الیاف FRP میباشـد. در هـر دو ســری نیــز بــیشتــرین ســختی مربــوط بــه دالهــای تقویت شده با لامینیت های CFRP است.
نمودارهای بار-کرنش کششی دالها (نمونه ها) با مشاهده ی شکل (7) مربوط بـه نمـودار بـار کـرنش دالهای کششی C- 1 S, ،G-1 ،L-1 ،REF به این نتیجه میرسیم که شکل پذیری دال REF بیشتـر از دالهـای تقویت شده میباشد. میتوان گفت بـا تقویـت خمشـی یک دال بتن آرمه ی یک طرفه، شکل پذیری آن کاهش و سختی آن افزایش مییابد. از طرفی با مشاهده ی شـکل (8) مربوط به نمودار بار کرنش کششی دالهـایREF ، C-2 ،G-2 ،L-2 به این نتیجه میرسیم که شکل پـذیری دال REF بیشتر از دالهـای تقویـت شـده مـیباشـد. مـیتـوان گفـت بـا تقویـت خمشـی-برشـی یـک دال بتن آرمه ی یک طرفه، شکل پذیری آن کاهش می یابد.
مقایسه ی دال REF با دالهای L-1 و G-1 و C-1 و S با مشاهده ی نتایج حاصـل از آزمـایشهـا اولـین تـرک خمشی ایجادشـده در دال REF در بـار KN 31 بـوده است در حالی که اولین تـرک خمشـی ایجـادشـده برای دالهای SL-1 و G-1 و C-1 و S بـه ترتیـب برابر 43 و 50 و 45 و 45 کیلونیوتن بوده است. اولین تـرک ایـن دالها در باری تقریبا 1/39 و 1/61 و 1/45 و 1/45 برابر دال مرجع بوجود امده است. شکست دال REF در بار kN 166 اتفاق افتـاد کـه این شکست از نوع خمشـی بـوده و بـا جـاری شـدن میلگردهای کششی همزمان بـوده اسـت، در حـالی کـه شکســت دالهــای L-1 و G-1 و C-1 و S ، در 210 و 215 و 235 و 190 کیلونیوتن بوده و شکســت آن از نــوع برشــی بــوده اســت در تحلیــل شکستهای برشـی ایجـاد شـده مـیتـوان گفـت کـه علیرغم مبانی درست طراحی دال، رفتار این دالها بـا ابعاد انتخابی ، مانند یک تیر یکطرفه عمـل کـرده و بـه دلیل نداشتن میلگرد برشـی کـافی و عـدم تـامین نیـاز برشی، شکست برشی حادث شده است.
این در حـالی است که رفتار دال و مبانی طراحی آن بر مبنای حالـت خمش انجام می گیرد و بحـث تـامین مقاومـت برشـی گفته شده در اولویتهای طراحی نیست. در هـر حـال، دالهای مورد آزمایش بسان یک تیـر یـکطرفـه عمـل میکنند و به دلایل ذکرشـده شکسـت برشـی صـورت گرفته است و این دالهـا نتوانسـته انـد تمـامی ظرفیـت خمشی خود را نشان دهند . همـانطـور کـه مشـاهده شـده افـزایش مقاومـت ایجادشده در دال تقویت شده با لامینیـت حـدود 27 %، تقویت شده با شیشه 30% تقویت شده بـا کـربن 42% و تقویت شده با ورق فولادی 15% بوده است. ولـی بایـد این نکته را توجـه داشـت کـه مقـدار واقعـی افـزایش ظرفیت باربری میتوانست بـه مراتـب بـیشتـر از ایـن مقدار باشد. زیرا شکست تمـام دال هـا از نـوع برشـی بوده و دال قبل از اینکه از تمام ظرفیت خمشـی خـود اســتفاده کنــد، گســیخته شــده اســت. لــذا مــیتــوان نتیجه گیری کرد که افـزایش ظرفیـت خمشـی دالهـای تقویـت شـده، بـه مراتـب بـیشتـر از آنچـه مشـاهده شده است ، میباشد.
مقایسه ی دال REF با داهای L-2 و G-2 و C-2 اولـین تـرک خمشـی ایجـادشـده در دال REF در بـار kN31 بوده است در حـالی کـه اولـین تـرک خمشـی در دالهای L-2 و G-2 و C-2 به ترتیب برابـر 45 و 55 و 50 کیلونیوتن بوده است. اولین ترک این دالها در باری تقریبا 1.45و 1.77 و 1.61 برابر دال مرجع بوجود امده است.. شکست دال REF در بار kN 166 اتفاق افتـاد کـه این شکست از نوع خمشـی بـوده و بـا جـاری شـدن میلگردهای کششی همزمان بـوده اسـت، در حـالی کـه شکست دالهـای L-2 و G-2 و C-2 به ترتیب 237 و 240 و 260 کیلونیوتن بوده اسـت و نـوع شکسـت ایـن دالها، برشی و با جداشدگی ورق تقـویتی از زیـر دال همراه بوده است. همـانطـور کـه مشـاهده شـد افـزایش مقاومـت ایجادشده در دال تقویت شده با لامینیـت حـدود 43 %، تقویت شده با شیشه 45%، تقویـت شـده بـا کـربن 57% بوده است. ولی باید این نکته را توجه داشت که مقـدار واقعی افزایش ظرفیت باربری مـیتوانسـت بـه مراتـب بیشتر از این مقدار باشد. زیرا شکست تمـام دالهـا از نوع برشی بوده و دال قبل از ایـنکـه از تمـام ظرفیـت خمشی خود استفاده کنـد، گسـیخته شـده اسـت. لـذا میتوان نتیجه گیری کرد کـه افـزایش ظرفیـت خمشـی دالهای تقویت شده، به مراتب بیشتر از آنچه مشـاهده شده میباشد.
مقایسه ی کلی بین دالها با مشاهده ی نتایج حاصل از آزمایشها با شرایط تقریبـاً یکسان برای این دالها به نتایج زیر میرسیم: مقاومت نهایی و سختی دالهـای تقویـت شـده در مقایسه با دال مرجع ، افزایش یافته و این در حالی است شکل پذیری آنها کاهش یافته است. شکست در همه ی دالهای تقویت شده از نـوع برشـی مـیباشـد. از میـان دالهای تقویت شده، دالهـایی کـه بـا کـربن (CFRP) تقویت شده اند دارای مقاومت نهایی بیشتری نسبت به دیگر دالها میباشند، اما شکل پذیری آنها از دالهـای دیگر کمتر میباشد (شکل 9 و 10). افزایش مقاومت نهایی دالهای L-2 و G-2 و C-2 که تقویت خمشی –برشی شده اند نسبت به مقاومت نهایی دالهای L-1 و G-1 و C-1 به ترتیب برابر 59% و 50% و 36% بوده است. (جدول 2) .با توجه به شکل 10 درمی یابیم که سختی دال L-2 از L-1 و G-2 از G-1 و C-2 از C-1 بیشتر بوده است.
مقاومت برشی و نحوه ی گسیختگی دالها مقادیر بار نهایی، تغییر مکـان وسـط دهانـه ی دال، بـار ترک خوردگی، حالـت شکسـت و میـزان افـزایش بـار نهایی پس از تقویت نمونه ها در جدول (2) نشان داده شد. در دالهای گروه 1 افزایش ظرفیـت بـاربری نمونـه هـای تقویت شده ی L-1 و C-1 و G-1 نسبت به نمونه ی مرجع REF1 به ترتیب 43.75% و 62.5% و 31% می باشد. در دالهــای گــروه 2 نیــز افــزایش ظرفیــت بــاربری نمونه های تقویت شده ی L-2 و C-2 و G-2 نسبت به نمونه به نمونه ی مرجع REF2 به ترتیب 38% و 50% و 22% میباشد. البته با توجه به نوع شکست دالها که به علت جداشدگی الیاف FRP بوده این ظرفیت کمتر از مقـدار حداکثری است که طبق آیین نامه ها برای حالت پـارگی الیاف FRP پیش بینی می شود. همچنین با توجه به نتایج ایـن تحقیـق مـیتـوان گفـت کـه بـا افـزایش درصـد آرماتورهای کششی طولی، مقدار افزایش ظرفیت برشی ناشی از الیاف تقویتی FRP کاهش می یابد. بدون شـک برای تایید این نتیجـه، آزمـایشهـای بـیشتـری بایـد صورت گیرد.
نتیجه گیری در این قسمت نتایج به دست آمده از آزمایشهـایی کـه در بخش های پیشین به آن اشاره شد بـه طـور خلاصـه بیان میشود. ذکر این نکته ضـروری اسـت کـه نتـایج مذکور طبق شرایط خاص تکیه گاهی، نوع بارگـذاری و ابعاد هندسی موجود در ایـن آزمـایش بـه دسـت آمـده است که این نتایج به شرح زیر میباشند. 1-در اثر تقویت، شروع اولین ترک خوردگی در بار بیشتری نسبت به نمونه ی مرجع اتفاق افتاد. 2-دالهای تقویت شده بـا الیـاف GFRP شـکل پـذیری بهتری نسبت بـه دالهـای تقویـت شـده بـا الیـاف CFRP در هر دو سری از خود نشان میدهنـد. در عین حال، مقاومت نهایی دالهای تقویـت شـده بـا الیاف GFRP افزایش کمتری نسـبت بـه دالهـای تقویت شده با الیاف CFRP دارند. 3-گسیختگی در دال های تقویـت شـده بـا انـواع FRP عموماً به واسطه ی جداشـدگی (Delamination) و گسیختگی برشی دال رخ داده است .
4-مقاوم سازی دالهای سری 1 با میزان فـولاد کششـی 25 درصد فولاد متعـادل، مقاومـت نهـایی تیـر را در حدود 31-62 درصد افزایش میدهد. 5-حداکثر افزایش در مقاومـت نهـایی مربـوط بـه آن سری از دالهایی است که آرماتور کششـی طـولی کمتری دارند. 6-با توجه به نتایج به دست آمده استفاده از تقویت بـا ورقهای GFRP به دلیل شـکل پـذیری بـیشتـر و افزایش مقاومت نزدیک نسبت به دیگر تقویـتهـا بهتر میباشد. 7-شکل پذیری دالهای تقویـت شـده بـا ورق GFRP نسبت به دالهای با تقویتهای دیگر بیشتر اسـت. در عین حال، مقاومت نهایی آن نسبت بـه تقویـت با ورقهای فولادی و لامینیت بیشتر اما نسبت به تقویت با ورق CFRP کمتر است. 8-در اثر تقویت ، ترکهای خمشی محـدود شـده و در هنگام شکست نهایی ترکها خمشی– برشی رشد بیشتری پیدا کرده است.
منابع: 1-وحیدمرادی مرنی ،محمدرضا اصفهانی ،تقویت برش پانچینگ دالهای تخت بااستفاده از صفحات پلیمری – الیافی (CFRP)،نشریه مهندسی عمران و نقشه برداری دانشکده ی فنی دوره ی 44 ، دی ماه 89 2-محمدمهدی صالحی یانه سری ،علی مدانلو، مرتضی حسین علی بیگی،بهرام نوائی نیا،تقویت خمشی و خمشی-برشی دالهای مجوف دالهای بتن مسلح با استفاده از الیاف CFRP و GFRP وورق های فولادی ، نشریه مهندسی عمران فردوسی ،سال 92 3-فریدون رضایی ، مینا علیقلی، انالیز اجزای محدود دال بتن مسلح تقویت شده با ورق های CFRP، کنفرانس بین المللی تکنولوژی بتن، تبریز، نوامبر 2009 4-محمدجواد کریملو، محمدرضا سهرابی ،مهدی اژدری مقدم،مقاوم سازی دالهای بتنی با الیاف FRP، کنفرانس بین المللی مقاوم سازی لرزه ای ،تبریز، اکتبر2010
از توجه شما سپاسگزارم