اجرای مقاوم سازی تیر ، ستون ، دیوار و سقف با الیاف FRP

اجرای مقاوم سازی تیر ، ستون ، دیوار و سقف با الیاف FRP
1439 1397/4/26

           

 

بهسازي و مقاوم سازي سازه‌‌‌هاي بتني با استفاده از الياف FRP

 

سازه هاي بتني سنتي معمولا با فولاد پيش تنيده يا فولاد غير پيش تنيده(ميلگرد) مسلح مي شوند ، به طور كلي فولاد به طور مختصر در مقابل خوردگي به وسيله محيط قليايي بتن محافظت مي شود ومعمولا سبب دوام خدمت پذيري سازه مي شود. براي خيلي از سازه ها يي كه در محيط هاي مهاجم ، از قبيل سازه هاي دريايي ، پلها يا پاركينگ هايي كهدر معرض نمكهاي يخ زدا قرار مي گيرند ، تركيب رطوبت ، افزايش دما و محيط كلريدي ، قلياي بتن را كاهش مي دهد وسبب خوردگي ميلگردها مي گردد ، فرايند خوردگي نهايتا سبب تخريب بتن وكاهش خدمت پذيري عضو مي گردد.

با پيشرفت چشمگير صنايع شيميايي ، تلاش جهت جايگزيني مواد مقاومتر در برابر خوردگي به نتيجه رسيد وموادي تحت عنوان FRPپا به عرصه وجود در صنايع نهاد. در اين مقاله به بررسي اين مواد ، انواع ان و همچنين كاربردهاو نحوه عملكرد وچگونگي كاربرد اين ماده خواهيم پرداخت.

توسعه وايجاد FRPمسلح كننده به زمان گسترش استفاده از كامپوزيت ها بعد از جنگ جهاني دوم باز مي گردد. صنعت هوا وفضا مدت زيادي است كه  مزاياي مفاومت بالا و وزن سبك مصالح كامپوزيت را شناخته واين امر در خلال جنگ سرد پيشرفت صنايع هوافضا ودفاع را با استفاده از مواد كامپوزيت افزايشض داد.

به علاوه اقتصاد به سرعت در حال توسعه آمريكا براي پاسخگويي به تقاضاي مشتريان ، طالب مصالح ارزانتر و مقاومتر بود .

 

در اين راستا POITRUSION به عنوان يك روش سريع و اقتصادي براي ايجاد پروفيلهاي مختلف ايجاد شدو كامپوزيتهاي پولتروت شده (Poltroded Composites)به عنوان اولين محصولات كامپوزيتي براي ساختن چوب گلف وقلاب ماهيگيري و قايقهاي تندرو استفاده شدند.

گسترش سيستمهاي بزرگراه آمريكا در دهه 1950 احتياج به نگهداري را در طول سال افزايش داد .بكار بردن نمكهاي يخ زدا در سطح پلها ودر معرض قرارگرفتن سازه هاي در يايي با محيط كلريدي سبب شد كه اينگونه سازه ها در معرض خوردگي وسيع قرار گرفته و با گذشت زمان كوتاهي فاقد كاربري مناسب باشند . در راستاي حل اين مشكل ، راه حلهاي مختلفي مورد بررسي قرار گرفت ، مانند پوششهاي گالوانيزه ، بتن هاي آغشته به پليمر ، پوششهاي اپوكسي و ميلگردهاي FRP . در اين ميان ميلگردهاي فولادي پوشيده شده با اپوكسي بهترين راه حل بادوام ويا اقتصادي موجود در نظر گرفته شد.در سال1983 اولين پروژه سرمايه گزاري شده بوسيله اداره حمل ونقل ايالات متحده (USDOT)در باره انتقال تكنولوژي كامپوزيت براي طراحي و ساخت پل انجام گرفت .

شركت  (Marshall-Vega)دومين طرح ايجاد ميلگردهاي FRP راتااواخر دهه 1970 انجام مي دادند .

در دهه 1980 بازار خواستار ميلگرد هاي غير فلزي براي تكنولوژي پيشرفته بود.بيشترين درخواست براي ميلگردهاي عايق جريان الكتريسيته مربوط به ساختمانهاي تجهيزات پزشكيMRI بود. استفاده از ميلگردهاي FRP تبديل به روش مرسوم در اجراي  اين نوع ساختمانها شد.

كاربري ديگر زماني كه مزاياي ميلگردهاي  FRP بيشتر شناخته شد و توسعه يافت در ساختمانهاي ديوار ساحلي ، ايستگاههاي فرعي پايگاه رآكتور ، باند فرودگاهها و آزمايشگاهاي الكتريكي مورد استفاده قرار گرفت.

در دهه 1990 مساله زوال پلهاي قديمي در اثرخوردگي در آمريكا آشكارتر شد. به اضافه باآشكار شدن خوردگي در ميلگردهاي باپوشش اپوكسي در سازه هاي بتني ، تحقيقات در اين زمينه به منظور روش جايگزين افزايش يافت . وبار ديگر ميلگردهاي FRP به عنوان يك راه حل عمومي برايرفع مشكل هاي خوردگي عرشه پلها وسازه هاي ديگر مورد بررسي قرار گرفتند.

تاريخچه توسعه در زمينه تقويت:

در اروپا تقريبا مدت زيادي است كه سيستم هاي FRP بعنولن جايگزين چسباندن صفحات فولادي مورد استفاده قرار مي گيرند.چسباندن صفحات فولادي در منطقه كشش اعضاي بتني با رزين اپوكسي تكنيكي حياتي براي افزايش مقاومت خمشي آنها مي باشد.

اين تكنيك براي تعداد بسياري ازساختمانها وپلها در سراسر دنيا استفاده شده است . به دليل اينكه صفحات فولادي خورده مي شوند ومنجر به تخريب چسبندگي بين فولاد وبتن مي گردندو همچني مشكل نصب آنها واحتياج به استفاده از ابزار سنگين براي نصب همه وهمه از جمله عواملي براي جايگزيني FRPنسبت به فولاد شدند.

كارهاي تجربي استفاده از مصالح FRP براي تقويت سازه ها ي بتني در آلمان در سال 1978 گزارش شد. تحقيقات در سوييس منجر به اولين كاربرد سيستم هاي FRP در پلها براي تقويت خمشي شده است.

سيستمهاي FRP اولين بار براي تقويت ستونهاي بتني براي توليد فشار محصوركننده اضافي در ژاپن در دهه 1980 بكار برده شد. در اين راستا زلزله كوبه ژاپن در سال 1995 كاربرد مواد FRPرا افزايش داد.

ايالات متحده داراي سابقه تحقيقات مداوم وطولاني در زمينه الياف براي مسلح كردن سازه هاي بتني از سال 1930 ميباشد . توسعه حقيقي وتحقيقات در استفاده از اين مصالح براي تقويت سازه هاي بتني در دهه 1980 ازطريق FHWA( Federal Highway Administration) و NAF(National Administration Foundation)آغاز شد.

توسعه كدها واستانداردها براي سيستمهاي FRP در اروپا، ژاپن ،كانادا وآمريكادر حال پيشرفت مي باشد. ازحدود 10 سال قبل JSCE،JCI،RTRIچندين مدرك دررابطه با به كارگيري مصالح FRPدر سازه هاي بتني منتشر كرده اند.

در اروپا Task Group9.3 جديدا يك مقاله علمي براي تقويت سازه هاي بتني چاپ كرده است . در اين زمينه FIB 2001  مجمع استاندارد كانادا وISISدر رابطه باگسترش خطوط اصلي سيستم FRP فعال هستند.

همچنين در ACI  نيز تحقيقات گسترده اي در اين زمينه انجام شده و نتايج آن در آئين نامه هاي آن منتشر شده است.

تاريخچه استفاده :

ژاپني ها با بيش از 100 پروژه اجرايي بيشترين تقاضاي ميلگردهاي FRP را دارا مي باشند.استفاده از FRP  در توصيه نامه هاي طرح وساخت جامعه مهندسين عمران ژاپن بكار گرفته شده است . استفاده از ميلگردهاي FRP در اروپا، با ساخت يك پل پيش تنيده در آلمان در سال 1986 آغاز شد . از زمان ساخت اين پل ، اجراي كار به گونه اي انجام شد كه سطح تحقيقات واستفاده از ميلگردهاي FRP را بالا ببرد.

پروژه اروپايي EURAM/BRITE كه از عناصر كامپوزيت اليافي وتكنولوژي آن بعنوان مسلح كننده غير فلزي در آن استفاده شده است منجر به آزمايشها وتحليلهاي وسيعي در زمينه مصالح FRP از سال 1991 تا 1996 شد . به تازگي EUROCRETE تلاشهاي اروپاييان را در زمينه تحقيقات وپروژه هاي نمايشي هدايت كرده است .

مهندسين عمران كانادايي ، كار ايجاد قوانيني براي استفاده از FRP مسلح كننده در كد طراحي پلهاي بزرگراههاي كانادا را ادامه مي دهند وتعدادي پروژه نمايشي ساخته اند (Headingley bridge) در (Manitoba) شامل هردو مسلح كننده CFRP و GFRP مي باشد. به اضافه در پل Kent از شبكه هاي CFRP براي مسلح كردن نواحي ممان منفي استفاده شده است .

پل (Joffre) واقع بر رودخانه St-Francois))  در (Sherbrooke)و در (Quebec)(Quebec) شامل شبكه CFRP در عرشه دال و ميلگردهاي GFRP مسلح كننده در قسمت حمل كننده ترافيك خواهد بود.

 

شناخت مصالح FRP(Fiber Reinforced Polymer)

 

1- انواع FRP:

FRP به صورتهاي زير در سازه ها مصرف مي گردد :

الف- ميلگردها( شامل شبكه هاي دو بعدي وسه بعدي)

ب – صفحات ( صفحه دو بعدي مسلح شده در يك راستا)

ج- فيبرها.

 

2-موارد استفاده :

الف- مقاطع سازه اي ( پروفيلها) در خرپا ها يا سازه هاي قابي.

ب – ميله ها ، آرماتورها و شبكه ها در استفاده مجزا و يا بعنوان آرماتورهاي داخلي در اعضاي بتني پيش تنيده شده .

ج – نوارها (تسمه ها)، صفحات وپوسته ها براي استفاده مجزا و يا بعنوان آرماتورهاي خارجي پيش تنيده براي اعضاي بتني ، چوبي ،بنايي وفلزي.

د- صفحات ،پوسته ها ويا مقاطع قالب شده براي استفاده  مجزا ويا به صورت مركب در قالب بندي هاي درجا و تسليح خارجي اعضاي بتني .

 

3- ساختار:

يك ميلگرد FRP از فيبرها و ماتريس رزين تشكيل مي شود. بار اعمال شده ، بيشتر به فيبرها وارد مي شود ، لذا فيبرها هستند كه خصوصيات مكانيكي FRP نظير مقاومت ، مدول الاستيسيته و...... را تشكيل مي دهند.

ماتريس رزين سه وظيفه را به عهده دارد :

  • انتقال تنش از فيبري به فيبر ديگر.
  • نگهداري فيبرها براي عدم جابجايي.
  • محافظت از فيبرها در برابر شرايط محيطي.  

 

هنگامي كه فيبري در اثر بار زياد شكسته شود ، تنش تحملي فيبر شكسته از طريق سطح تماسص به ماتريس منتقل شده وسپس به فيبرهاي ديگر منتقل مي گردد.

ماتريس رزين از فيبرها در مقابل يونهاي مهاجم محافظت مي كند( عملكردي مشابه با عملكرد بتن Cover در قبال فولاد ) . رزينها در برابر اسيدها وقلياهاو ديگر موارد شيميايي مقاومت خوبي دارند ، در حالي كه ممكن است در برابر اشعه ماوراء بنفش وسائيدگي دچار زوال شوند.

 

4- گروهبندي انواع FRP:

گروهبنديFRP بر اساس نوع فيبر ( الياف) ، رزين پليمر وآرايش فيبرها انجام مي گيرد. فيبرها ورزينها ي مجاز براي ساخت FRP به قرار زير مي باشند:

- 2 نوع رزين پليمر ترموست( در مقابل حرارت سخت مي شوند) :

Epoxy(E) و Vinylester(V) .

-3 نوع الياف:

GLASS(G) و CARBON(C) و ARAMYD(A) .

روش تقسيم بندي مصالح FRP به گونه زير مي باشد:

Fiber Type- Polymer Resin Type-Class

e.g.: GV2= Glass Vinylester ClassII

 

 

بدليل آنكه ميلگردهاي  FRP يك رفتار غير شكل پذير دارند ، استفاده ازآنهابايد محدود به سازه هايي شود كه مهمترين مشكل آن خوردگي ويا مشكلات مغناطيسي مي با شد.

رفتلرمكانيكي ميلگردهاي FRPبا رفتار ميلگردهاي فولادي متفاوت مي باشد ، بنابراين فلسفه طراحي ساختمانهاي بتني با استفاده از ميلگردهاي FRP داراي تغييراتي نسبت به ميلگردهاي فولادي مي باشد. ميلگردهاي فولادي داراي يك رفتار ايزو تروپيك مي باشند ولي ميلگردهاي FRP نا همسانگرد هستند وداراي خصوصيات برتر ( مقاومت كششي بالا ) فقط در جهت الياف مي باشند .

اين رفتار ناهمسانگرد در مقاومت برشي و چسبندگي ميلگردهاي FRP به بتن تاثير مي گذارد. به علاوه مصالح FRP  داراي رفتار الاستيك خطي مي باشند و از خود رفتار جاري شدن ( وارد شدن به مرحله پلاستيك ) مانند فولاد نشان نمي دهند . روش هاي طراحي بايد كمبود شكل پذيري در سازه هاي مسلح شونده با ميلگردهاي FRP رادر نظر بگيرد . بنا براين خصوصيات مصالح FRP قبل از مسلح كردن سازه لازم است كه ملاحظه گردد تا قابليت مناسب براي سازه  مد نظر را داشته باشد .در اين جاابتدا به بررسي كلي برخي از خصوصيات اين مصالح پرداخته و سپس  نتايج  چند آزمايش علمي وعملي در اين خصوص و وارد كاربرد آن را مورد توجه قرار مي دهيم .

 

 

 

الف خصوصيات فيزيكي:

رفتار خمشي :

مقومت فشاري ميلگرد FRP  از كششي آن پايين تر مي باشد. حالت شكست براي ميلگرد FRP كهتحت فشار طولي قرار گرفته است مي تواند شامل شكست كششي جانبي ، ريز كمانش هاي الياف ياشكست برشي شود .

حالت شكست به نوع الياف ، درصد حجم الياف و نوع رزين بستگي دارد. مقاومت فشاري گزارش شده براي GFRP 55 % ،  براي CFRP 76% و براي AFRP 20% برابر مقاومت كششي مي باشد .در حالت كلي ، مقاومت فشاري ميلگردهايي بامقاومت بالا ي كششي ، بالا مي باشد ، جز در مورد AFRP كه الياف رفتارغير خطي در فشار در سطح پايين تنش نشان مي دهند .

مدول الاستيسيته فشاري ميلگردهاي FRP معمولا از مدول الاستيسيته كششي آنها پايين تر مي باشد . آزمايشات بر روي يك نمونه متشكل از 55  تا60 % حجم الياف شيشه در يك ماتريس رزين پلي استر ، مدول فشاري را برابرMPa 34000 تا 48000   گزارش داده اند . بر طبق گزارشات مدول الاستيسيته  فشاري براي GFRP تقريبا 80% ـ براي CFRP85% وبراي AFRP    100% مدول االاستيسيته همان مصالح مي باشد. البته مقاومت خمشي اين آرماتورها آشكارا در دماهاي بالاي 204 درجه سانتي گراد)400F  (  كاهش مي يابد .

 

 

رفتار برشي:

اغلب ميلگردهاي FRP نسبتا ضعيف در برش درون لايه اي ، جائيكه لايه هاي رزين مابين الياف قرار دارند ، مي باشند . بدليل اينكه معمولا هيچ لايه اليافي در عرض ميلگرد وجود ندارد . مقاومت برشي درون لايه اي به وسيله ماتريس پليمري نسبتا ضعيف حاكم مي باشد. جهت قرار گيري در راستاي غير اصلي مقاومت برشي رل نيز با توجه به زاويه قرارگيري  افزايش خواهد داد .

در مورد ميلگردهاي FRP اين كمبود با پيچيدن الياف جانبيعرضي در برابر الياف اصلي بهبود يابد . قرار گيري فرعي همچنين مي تواند در خلال فرايند پولتروژن اصلاح گردد .

 

رفتار چسبندگي :

عملكرد چسبندگي ميلگردFRP ، به طراحي فرايند توليد ،خصوصيات ميلگرد FRP ، به طراحي فرايند توليد ، خصوصيات ميلگرد وشرايط محيطي بستگي دارد .براي مهار يك ميلگرد در بتن ، نيروي چسبندگي مي تواند به وسيله عوامل زير منتقل شود:

  • مقاومت فصل مشترك چسب كه چسبندگي شيميايي ناميده مي شود .
  • مقاومت اصطكاك در فصل مشترك در برابر لغزش .
  • درگيري مكانيكي ميلگرد وبتن بدليل نامنظمي سطح .

چسبندگي أرماتورهاي FRP با بتن تقريبا 2.3 برابر چسبندگي فولاد وبتن مي باشد . مقاومت چسبندگي CFRP و ميلگرد هاي فولادي تقريبا مشابه برآورد شده است .

 

مقاومت كششي:

مصالح FRPداراي مقاومت كششي بالايي هستند . مقاومت كششي آرماتورهاي FRP بين 100 تا     KSI 160)960 تا MPa 1100( مي باشد كه بالاتر از ميزان MPa 413.68     براي آرماتور فولادي است . در مقايسه  ميلگرد فولادي با قطر 11.3mm با ميلگردCFRP باقطر مشابه حدود mm9.5نتايج نشان مي دهند مقاومت نهايي CFRP حداقل MPa 1500 ، يعني 3برابر آنچه براي ميلگرد فولاديست مي باشد. از طرفي مقاومت كششي ميلگرد GFRP با قطر 9mm ، MPa 760 اندازه گيري شد .

 

وزن :

وزن حدودي ميلگردهاي FRP  ، حدود 74 % وزن ميلگردهاي فولادي است .

خصوصيات شيميايي:

مقاومت قليايي:

به منظور تخمين ميزان كاهش مقاومت GFRP ، Katsuki(1996)  دو معادله زير را در حالتي كه مدت غوطه وري كوتاه است ، ارائه نموده است:

مقاومت اسيدي:

اگر FRP  در بتن مدفون گردد هيچ ضابطه اي براي مقاومت اسيدي لازم نخواهد بود . اما اگر به عنوان تسليح خارجي ، از قبيل كابلهاي خارجي ،و صفحات تسليحي ، بكار رود ، اسيدها مي توانند تحت عناوين ، بارانهاي اسيدي، به أن أسيب رسانند.

كاهش مقاومت در تمامي فيبرها ي شيشه ، تا درجه حرارت 80 درجه سانتي گراد ديده مي شود . فيبرهاي كربن وشيشه ، تادرجه حرارت 40 درجه سانتي گراد زوال چنداني ندارند .، درحاليكه در فيبرهاي آرامبد ، كاهش مقاومت در در دماي 40 درجه سانتي گراد نيز ديده مي شود .

مقاومت در برابر اشعه ماورا’ بنفش :

هنگامي كه FRPبه عنوان تسليح خارجي به كار مي رود همانند مقاومت اسيدي ، نبايد اثر اشعه ماوراي بنفش را نا ديده گرفت . رزين ها به هنگام قرار گيري در معرض تابش خورشيد ، به سادگي در برابر اشعه ماوراي بنفش زوال مي يابند.

 

 

 ميزان از دست دادن مقاومت هر نوع ميلگردپس از 3 سال در شرايط محيطي به قرار زير است:

 

CFRP: 30%-32%                     GFRP: 1%-19%       AFRP: 30%-32%

 

معادله زير از اطلاعات موجود ، براي محاسبه ضخامت لايه زوال يافته ، به دست آمده است .

 

مقاومت انجماد وذوب :

به منظور كنترل دوام پذيري FRP  در آب وهواي سرد ، در آزمايشهاي ذوب – انجماد انجام شده ، كاهش مقاومت تنها در ميلگرد GFRP ديده شد ،  اما ميزان آن تنها 8% پس از 300 سيكل غوطه وري در محفظه آب 15تا20- c  بود.

مقاومت دربرابر حرارت :

حرارت بالا ممكن است بر خصوصيات FRP تواما اثر بگذارد . آزمايش هاي مقاومت كششي براي ميلگردهاي FRP در دماهاي مختلف ( از -10 تا 60 درجه سانتي گراد) انجام شده نشان دادند كه مقائمت و مدولهاي الاستيسيته ، هر دو 20% تا 30% با افزايش حرارت ، كاهش يافتند. نتايج آزمايشات انستيتوي  معماري ژاپن در مقاومت FRP وآرماتورهاي فولادي مدفون در بتن نشان داد كه FRP قابل اشتعال است و در مقايسه با فولاد ، كاهش مقاومت والاستيسيته بيشتري پس از آتش سوزي دارد .GFRP و CFRP در دماي بالاتر( 350 درجه سانتي گراد ) از كاهش معادل 25% دارند در حالي كه AFRP در دماي بالاتر از 250 درجه سانتي گراد ، كاهشي معادل 35% دارد.

پس از بيان كلي خصوصيات ميلگردهاي FRP  به برر سي خاص مقاومت كششي در يكي از انواع اين مصالح يعني ميلگردهاي GFRP  مي پردازيم .

 

مشخصات كششي ميلگردهايGFRP :

عوامل مختلفي در مقدار مقاومت كششي FRP  موثر مي باشند . اين موارد ازقبيل نوع فيبر ، فرايند توليد ميلگرد ، كنترل كيفيت وحتي درجه حرارت عمل آوري رزين مي باشند .اين مقاله يك پروتكل آزمايشي براي مشخص كشش بوده و نتايج آزمايش بدست آمده در جهار نوع ميلگردGFRP گزارش مي شود .

8 نمونه در هر نوع براي بدست امدن يك نمونه متوسط آماري و توزيع نيروي كشش آزمايش مي شوند . بطور كلي 32 ميلگرد از يك كارخانه تحقيق شده است . اين ميلگردها با يك لوله فولادي پر شده با دوغاب سيمان محكم مي شوند . اين نتايج با استفاده از برنامه نرم افزاري آناليز داده آماري تحليل مي شود.

 

ميلگردهاي GFRP  :

در اين برنامه تحقيقاتي از ميلگرد E-GFRP و يك رزين ترموپلاستيك استفاده شده است .ميلگردها با 55% حجم E-glass و مدول كششي از 40 تا 47 GPa اندازه گيري مي شود .

محصولات ترمو پلاستيك با هم با ذوب شدن مقطعي دو عنصر متصل شده جوش مي شوند .اين عمل با روشهاي مثل حرارت اتصالي معمولي يا با تكنيكهاي فرا صوتي انجام مي شود .

تمام ميلگردهاي انتخابي نمره4#بوده واز موادشبيه به هم تشكيل شده اندو فقط درپوشش متفاوت هستند كه عنصر حفاظتي كليدي در مقابل جذب مواد بازي است . نوع 1 داراي فيبرهاي E-glass كوتاه در يك ماتريس پلي اورتان ، ترموپلاستيك ETPU)) مي باشد .

نوع 2 داراي فيبرهاي كربن كوتاه   و ماتريس ETPU)) است .نوع سوم داراي ماتريس ETPU))  خالص مي باشد و نوع 4 داراي رزين والستونيت     در  ETPU))  است .

 

آزمايش كشش :

اين آزمايشات در همان درجه حرارت عمل آوري ميلگردها ودوغاب سيمان در درون لوله » انجام مي گردد . يك ماشين آزمايش كننده تمام ميلگردها را مورد آزمايش قرار مي دهد » اين ماشين با سرعت ثابت نيرو  را به نمونه ها وارد كرده وبا عث شكستن آنها مي گردد .

 

 

نتايج آزمايش و تحليل داده ها:

همان طور كه انتظار مي رفت تمام نمونه ها بصورت ناگهاني شكسته شدند .شكل زير مد شكست نمونه هاي فوق را نشان مي دهد. همه شكستها در انتها با پارگي ميلگردها همراه است .هر ميله به تعداد قطعات وهمچنين اندازه هاي مختلف مي شكند . اين عمل ممكن است به پوشش ميلگردها بستگي داشته باشد .

تحليل فوق نشان مي دهد كه هيچ اختلاف مشخصي در شرايط آزمايش حاصل از يك بلوك به ديگري وجود ندارد . در حالي كه نيروي متوسط ميلگرد نوع 3 MPa903 است » انواع ديگر نيرو هاي متوسط بالاتري دارند ( دامنه اي از 979 تا MPa1014) .

 

 

 

 

بادقت در جدول بالا مي توان به كم بودن مقاومت كششي در ميلگرد نوع 3پي برد . در اين مرحله  ميلگرد نوع 3 بدليل داشتن مقاوت كششي پايين حذف مي گردد .

آزمايشات براي يافتن حالات نرمال ادامه مي يابد . منحني توزيع نرمال به صورت زير ارائه شد  وبدين وسيله نيروي ميانگين MPa990 درنظر گرفته شد.

 

نيروي ماكزيمم با خطاي مشخص را مي توان از رابطه زير بدست آورد .

در اين رابطه :

n  تعداد آزمايشات انجام شده ، d  ماكزيمم خطاي قابل قبول براي نيروي ميانگين است كه  را در pامين نقطه  *100 بر حسب درصد از يك توزيع نرمال استاندارد تعيين مي كند .  انحراف معيار است كه برآورد شده از آزمايشها MPa45 مي باشد .

نتايج :

نتايج آزمايشات فوق نتايج منتشر شده درمورد نيروي كششي  در ACI را تاييد مي كند.براي مثال پوشش آزمايش شده كه ممكن است روي مقاومت كششي FRP اثر بگذارد . و در انتها اينكه خصوصيات كششي ميلگردهاي نوع 1 و 2 و 4 به هم نزديك مي باشند .

 

تقويت لرزه اي ساختمانهاي بنايي غير مسلح با استفاده از سيستم FRP :

مصالح بنايي ازجمله مصالح ساختماني با صرفه واقتصادي مي باشند كه در سرتاسر دنيا مورد استفاده قرار مي گيرند . با توجه به سابقه طولاني كاربرد وخصوصيات مطلوب فيزيكي ، پيش بيني مي شود در اينده نزديك بهينه سازي اين نوع مصالح جهت بكارگيري در سازه ها به شكل جدي تري مورد توجه قرار گيرد .

به علت تنوع خصوصيات سنگ دانه ها ، ملات ها وكيفيت ومقاومت آجرها، اين نوع مصالح داراي نوسانات زيادي مي باشند. در كشور ما بيشتر سازه ها ازاين نوع مي باشند بنابراين بهبود كيفيت مصالح بنايي و متعاقب آن بهينه سازي لرزه اي اين سازه ها ، داراي اهميت بسيار زيادي مي باشد.

در اين قسمت به نقش و كاربرد مواد كامپوزيت در تقويت ومقاوم سازي سازه هاي بنايي پرداخته مي شود.

 

علل آسيب پذيري سازه هاي بنايي:

بطور كلي دلايل اصلي عملكرد ضعيف سازه هاي بنايي ناشي از ترد بودن مصالح ، كاهش مقاومت براثر تكرار شديد بار ، وزن سنگين بنا ، نيروي برشي پايه زياد ، سختي زياد در مقابل امواج لرزه اي با پريود كوتاه وكيفيت ساخت مي باشد .

در اين نوع سازه ها به علت وزن ديوار ، امكان كمانش خارج از صفحه تحت اثر نيروي جانبي نيز وجود دارد . تركهاي عميق در ديوارها ، جدا شدن سقف از ديوار ، باز شدن تيرهاي طاق ضربي و ريختن آجر هاي درون طاق را نيز مي توان از جمله خسارات ناشي از اين گونه بنا برشمرد .

ساختمانهاي بنايي اصولا در برابر زلزله رفتاري فريبنده دارند، زيرابه محض اينكه بار زلزله از مقاومت آنها اندكي بيشتر شود به يكباره فرو مي ريزند.

اما در مقابل راه هايي براي مقاوم نمودن اين نوع سازه ها وجود دارد .در آيين نامه2800 نيز فصلي به ساختمان هاي بنايي غير مسلح اختصاص دارد .بايد توجه نمود كه بدون در نظر گرفتن اين ضوابط ، سازه هاي بنايي بسيار آسيب پذير خواهند بود .

 

نحوه شكست ديوارهاي بنايي:

ديوارهايي كه نسبت ارتفاع به طول آنها كوچك باشد ، به قدر كافي پهن بوده و امكان شكست خمشي در آنها كم مي باشد .به عكس ، در ديوارهاي باريك بيشتر حالت شكست خمشي حاكم مي باشد .

به طور كلي ويژگي مشترك ديوارهاي آجري غير مسلح آن است كه تحت شتاب پي ، تا وقتي كه به حد آستانه نرسيده اند ، آثار تخريب چنداني در آنها ظاهر نمي شود اما به محض عبور ازحد آستانه ، ديوار شروع به يك حركت چرخشي حول محور عمود بر ديوار ( شكست خارج از صفحه ) مي كند.اين حركت به نوبه خود باعث پيدايش تنشهاي خرد كننده اي در پنجه ديوار مي شود كه در نهايت موجب تخريب ديوار مي شود.

 

شكست برشي :

ديوارهايي با نسبت ارتفاع به طول كم كه تحت اثر بار محوري زيادي قرار گيرند گرايش به گسيختگي برشي با تركهاي قطري دارند، در اين حالت تنشهاي  كششي اصلي افزايش يافته تحت اثر نيروهاي افقي وعمودي ،از مقاومت كششي مصالح بنايي تجاوز مي نمايندو سبب گسيختگي ديوار مي گردد.

 

 

شكست لغزشي:

در ديوارهايي كه تحت اثر بارهاي عمودي يا ضريب اصطكاك پايين به دليل نامرغوبي مصالح وملات ، تركهاي افقي در پايين ديوار ايجاد مي شوند ، اين امر سبب لغزش در صفحه در طول ديوار مي گردد .در اين حالت نيمه بالايي روي نيمه پائيني ديوار مي لغزد .

 

شكست خمشي :

ديوار هايي كه در آنها نسبت لنگر خمشي به برش زياد باشد داراي گسيختگي با پكيدن منطقه فشاري ديوار كه در پنجه ديوار اتفاق مي افتد مي باشند .اين عمل سبب چرخش ديوار در صفحه مي گردد .

روش هاي سنتي تقويت سازه هاي بنايي :

روشهاي مختلفي براي تقويت سازه هاي بنايي در گذشته بوجود آمده اندكه مي توان به موارد زير اشاره كرد:

  1. ترميم وتقويت با استفاده از بتن مسلح اسپري شده و يا ملات اسپري شده.
  • پيش تنيدگي خارجي براي افزايش ظرفيت باربري .
  • استفاده از فولاد براي مسلح كردن ديوار .

نتايج استفاده از روشهاي سنتي به شرح زير مي باشند:

  • افزايش وزن كلي ساختمان و به تناسب آن افزايش نيروي زلزله وارد بر سازه .
  • مشكل چسبندگي در محل تماس مصالح و ملات اسپري شده، اثر تقويت را تا حدودي كاهش مي دهد.
  • فضاي داخلي كاهش مي يابد .
  • سيستم هاي پيش تنيدگي خارجي سبب بارهاي فشاري اضافي مي شوند . اين امر اغلب منجر به بار اضافي سازه بنايي در طبقات پايين يك ساختمان چند طبقه مي شود .
  • سيستم هاي مسلح كننده با شبكه هاي فولادي وقابهاي فولادي نيز سبب افزايش سختي مي شوند .اين افزايش باعث افزايش قابل توجهي در مقاومت ديوار مي شود .

در سالهاي اخير ، مهندسان اغلب به جاي طراحي ساختمانها ، با ترميم و بازسازي بناهاي موجود مواجه مي شوند . گرچه در برخي موارد ، جايگزيني يك سازه به طور كامل اقتصادي تر مي باشد، ولي قوانين برنامه ريزي شهري و دلايل تاريخي اجازه نمي دهد كه تغييرات اساسي در بسياري از سازه ها و بويژه در نماي خارجي ساختمانها صورت پذيرد .

اكثر سازه هاي قديمي راي مقابله در برابر زلزله طراحي نشده اند .معماران ومهندسان اكثرا براي پيدا كردن راه حل اقتصادي براي سيستم هاي سازه اي ومقاومت اعضاي سازه در برابر زلزله بويژه زماني كه كاربري سازه از مسكوني به اداري يا تجاري تغيير مي كند به مشكل بر مي خورند ، زيرا تغييرات اساسي براي سيستم سازه لازم مي گردد .

در نتيجه ، اعضا’ سازه اي قديمي با اعضاي سازه اي جديد جايگزين مي شوند ، يا آنها تقويت مي شوند . در بسياري ازحالات ، نگهداري بسياري از اعضاي قديمي سازه كه امكان تقويت آنها اقتصادي مي باشد مطلوب است .

امروزه ثابت شده است كه استفاده از مصالح FRP مي تواند يكي از موثرترين و برجسته ترين فناوري هاي موجود براي تقويت سازه هاي بنايي باشد .

از يك تحقيق جالب در يك كاربرد ميداني ، ايده هاي جديد براي بهبود و اثر بخشي سازه اي أشكار شد و ظهور FRP  بر اساس ديدگاههاي تقويت قرار داده شد. ازجمله نتايج استفاده از اين تكنيك ، اصلاح پذيري مكانيسم شكست اوليه ، افزايش قابل توجه ظرفيت نهايي و ايجاد يك رفتار نيمه شكل پذ ير مي باشد.

تقويت سازه هاي بنايي بوسيله FRP  به دو صورت انجام مي گيرد ، بااستفاده از لايه هاي FRP وباستفاده از ميلگردهاي FER كه بطور جداگانه هر يك را بررسي مي نماييم.

 

تقويت سازه هاي بنايي با استفاده از لايه هاي GFRP و AFRP  :

تقويت سازه هاي بنايي با استفاده از صفحات شيشه و أراميد در حالتي كه نياز اوليه ، افزايش شكل پذيري ديوارهاي باربر باشد و درجائيكه افزايش ظرفيت باربري كمتر مورد اهميت باشد كافي است . تقويت لرزه اي ديوارهاي باربر بايد به منظور توزيع تركها در سر تاسر سطح ديوار انجام شود . افزايش شكلپذيري بدين معني است كه تركها بايد هميشه تحت كوچكترين رويداد لرزه اي  قادر باشند باز شوند . GFRP ساخته شده از الياف شيشه با مدول پايين براي اين كاربرد ميداني ، مناسب مي باشد. در نتيجه ، ديوار بنايي تقويت شده  تحت تاثير نيرو هاي اضافي قرار نخواهد گرفت . تقويت با GFRP در يك طرف ديوار( معمولاداخل يا خارج) انجام مي شود .

 

 

 

تقويت سازه هاي بنايي با استفاده از لايه هاي CFRP:

لايه هاي CFRP قادر هستند بصورت قطري به ديوار بنايي موجود چسبيده و به اعضاي مجاور مهار شوند.

 

تقويت سازه هاي بنايي با استفاده از ميلگردهاي FRP:

براي تقويت سازه هاي بنايي مي توان از ميلگردهاي FRP  نيز بصورت سطحي استفاده كرد .در اينجااز دو روش مختلف استفاده شده است . در روش اول استفاده از ميلگرد FRP بصورت آرماتور خمشي در نماي بيروني انجام مي شود ودر روش دوم، تكنيك  (Retrofitting) مي باشد كه آرماتورها بصورت افقي  در نماي داخلي بكار ميروند.

در هردو مورد از GFRP براي كنترل خمش وبرش استفاده مي شود. براي بيشتر شدن درگيري ميلگردها ، از پوشش ماسه اي استفاده شده است.

 

 

ميلگردها در اثر فرآيند پولتراسيون از فيبرهاي E-glass و رزين ونيل استر تشكيل شده اند.75% وزن آنرا فيبر ها تشكيل مي دهند .

روش NSM  ، روشي است كه در آن ميلگرد هايي كه براي تقويت خمشي به كار مي روند ، در شيار ملات بين آجرها قرار مي گيرند. اين روش به صاف كردن بوسيله سند بلاست ويا بتونه كردن شيارها احتياج ندارد .

در سه مرحله ميلگرد گزاري انجام مي شود:

  1. كندن ملات به اندازه 1.5 برابر قطر ميلگرد .
  2. تميزكردن سطح وريختن وآغشته كردن ماده چسباننده به آن.
  3. كارگزاري ميلگرد وپوشاندن آن .

البته در مرحله برداشتن ملات بايد دقت كرد كه بيش از حد،  نبايد بين آجرها راخالي نمود چون ممكن است باعث ريزش گردد . در ضمن مي توان روي چسب اپوكسي را ، بوسيله چسبهاي رايج پوشش داد تا نما لكه دار به نظر نرسد.

 

ديوارهايي براي آزمايش ساخته شدند ، كه ابعادشان 3.75*24* 48 in  بود . اين نمونه هاي با ميلگردهاي 3#  ، با مقاومت كششي ksi 110 و مدول الاستيسيته ksi5900 تقويت شدند .

آزمايش با استفاده از اين ميلگردها در فواصل مختلف انجام شد . در ديوار R1  ميلگردها از هم in24  ودر ديوار R2 ، in 12 از هم فاصله داشتند . همچنين براي مقايسه ديوار L1 با ورقه هاي FRP پوشانده شد.

ظرفيت باربري يك ديوار بنايي در حدود lb800  مي باشد.

 

ديوار R1  در اثر ازهم پاشيدن ملاتش فرو ريخت .تركهاي اوليه در ملات ظاهر شدند وبطور  مداوم صداي باز شدن تركها به گوش مي رسيد. وقتيكه تنشهاي وارده توسط ميلگردها جذب مي شد يك توزيع مجدد تنش روي داد. بنابراين تركها در نقاط تقاطع ملات بصورت 45 درج هپيش روي مي كردند. بعضي از اين تركها باعث جدايي بين اپوكسي و ملات مي شدند، كه در نهايت موجب متلاشي شدن ديوار شد .

ديوار R2 در اثر برش فروريخت .مانند ديوار R1 ، تركها از مملات شروع شده وبه محل ماكزيمم خمش رسيد. عموما تركهاي اوليه با استفاده از FRP  كم توان شده و همچنين از نظر زماني به تاخير مي افتند.

 

 

 

مقاومت خمشي وسختي ديوارها با زياد شدن تعداد ميلگردها بيشتر مي گردد.

 

تقويت برشي :

اين روش هم  تاحدودي مشابه روش قبلي مي باشد .و عبارتست از جايگزاري ميلگردهاي  FRPدر محل تلاقي ملاتها در نماي ساختمان بنايي .اين كار نزديك به عمل بند كشي در بنايي مي باشد. اين روش فقط پركردن درزهاي ديوار نمي باشد ، بلكه آنرا در برابر برش وخمش تقويت مي نمايد . بند كشي كردن براستفاده از لايه هاي FRP مزيت دارد، زيرا عمل پرداخت كردن سطح و همچنين بتونه كردن آنرا احتياج ندارد.

در اين روش قطر ميلگردها بوسيله ضخامت ملات تعيين ميگردد كه معمولا ازin  8/3 بيشتر نمي باشد .عمليات اجرايي از سه قسمت  تشكيل شده است :

  1. كندن قسمتي از ملات به اندازه اي بيش از قطر ميلگرد.
  2. تميز كردن وآغشته كردن آن به چسب رزين اپوكسي.
  3. جايگزاري ميلگرد و پوشاندن آن( بند كشي كردن).

 

3 ديوار در اندازه هاي 6*8*16 ساخته شدند .ديوارها باميلگردهاي 2# ازنوع GFRP ، با in0.25     و مقاومت كششي ksi120 و مدول الاستيسيته ksi 5900     تقويت شدند .

ديوار R2 ، بوسيله ميلگرد هاي FRP كه بطور افقي روي  محل ملاتها نصب شده بودن تقويت گرديد. ديوار L2 بوسيله ورقه هاي FRPتقويت شده بود .بارها طبق شكل بصورت مورب بر نمونه ها وارد گرديد.

 

 

 

ديوار R2  پايداري خوبي را از خود به نمايش گذاشت . مقاومت برشي در حدود 80% افزايش يافت و هيچ مصاح متلاشي شده اي مشاهده نشد و فقط ديوار در طول ملات ترك برداشت . اين امر مي تواند از فرو ريختن ديوار هاي بنايي جلوگيري كند .

نتيجه :

هردو آزمايش نشان دادند كه اميدواري هايي براي تقويت كردن ساختمانهاي بنايي وجود دارد .همچنين اين مقدار با روش دوم ( بندكشي كردن با FRP) بطور چشمگيري ظرفيت برشي بنا را بالا مي برد.

 

به بررسي يك تحقيق ديگر در مورد استفاده از FRP  براي تقويت سازه هاي بنايي مي پردازيم .

دو روش سنتي خارجي تقويت سازه هاي بنايي احداث  پشتبندهاي قوي و استفاده از بادبندهاي ضربدري است . اخيرا هم بوسيله بتن پاشي يه روي آن و يا كاشتن ميلگرد درون ديوارها بكار مي روند . اماروشهايي نظير استفاده از پوششهايي كه سختي را افزايش مي دهند كمتر بكار ميروند.

 

Hamilton و Dolan  دو ديوار 1.2*4.7 متر و چهار ديوار كوتاه 6.*8. ساختند و تا 26% و13% ظرفيت بالانسشان تقويت كردند . سپس بوسيله كيسه هاي هوايي بارگزاري شدند .

در سال 2000 احساني و همكاران با آزمايش كردن 7 ديوار در مقياس 2/1 و تقويت آنها به روابطي شبيه به روابط ACI-318 دست يافتند .

Nanni و همكارانش يك تحقيق ديگر را در اين مورد پي گيري كردند . براي اين كار روي ديوار  حفراتي ايجاد كردند ، عمق اين حفره ها براي ميلگردهاي mm9.5 برابرmm19.5  وبراي ميلگردهاي mm6 برابر mm13.5 مي باشد . اين شكافها براي اطمينان اچسبندگي ميلگردها به ديوارها بايد عمق كافي داشته باشند .

مي دانيم كه اغلب برش در محل تلاقي ملاتها رخ مي دهد. ميلگرد ها در امتداد ملات نصب مي شوند .  بارگزاري متقارن توسط جكها به نمونه ها اعمال مي شوند .

 

 

ازدستگاههاي اندازه گيري نيز براي  پيدا كردن مقدار جابجايي وتغيير مكان هر ميلگرد استفاده مي شود .

در مرحله اول سه سيستم مورد آزمايش قرار گرفتند ، دو اپوكسي ويك ملات .  اين ملات از مواد زير تشكيل گرديد: kg 2.04 ماسه ، kg 0.68 سيمان و 0.379 واحد از نوعي پليمر.

در مرحله دوم آزمايشات ، اپوكسي نوع 2# با چهار نوع FRP مورد آزمايش قرار گرفت . طبق نتايجي كه در جدول شماره 3 ديده مي شود ، ميلگرد هاي كوچكتر ،به نسبت مقاومت كششي خود ، داراي تعهد چسبندگي بيشتري هستند . البت اين انتظار وجود داشت ، چونكه ميلگرد هاي كوچكتر داراي نسبت محيط به مساحت بيشتري در مقايسه با ميل گرد هاي بزرگتر هستند . همچنين  ميلگرد هاي B بعلت داشتن روكش ماسه اي مارپيچ تعهد چسبندگي بيشتري نسبت به ميلگردهاي A داشتند كه دندانه هاي بدون خلل وفرج دايره اي داشتند .

در مرحله سوم ، اپوكسي با اليافي بطول mm 3 وبا حجم 5% تقويت شد وآزمايش گرديد ، كه نتايج آن در جدول شماره 4 ديده مي شود .

در دو آزمايش ميلگردها در كشش جواب ندادند .و در 97% و 93% مقاومت كششي  تك محوره ، جراب شدند .

در آز مايش سومي گسيختگي در بتن روي داد ولي برش نزديك خط تعهد بود .

بنابراين مي توان به اين نتيجه رسيد كا اضافه كردن مقداري الياف  شيشه به اپوكسي  باعث افزايش معني داري در مقاومت آن مي شود.

 

خمش اسمي و نيروي برشي :

مقاومت خمشي تير هاي بناي مسلح شده با فولاد سازگار مي شدند با روش تنش نهايي   ACI 530-02 ، كه مي توان آنرا با ميلگرد هاي FRP هم هماهنگ كرد :

سطح مقطع جانبي ميلگرد ،  Fu كشش نهايي آرماتور، Frn مقاومت فشاري  بنايي ، b  عرض تير و c  عمق فشار است .

گشتاور نهايي ،مماني است كه ميلگرد را پاره مي كند قبل از فرو ريختن بتن :

نسبت تعادل بستگي به كرنش فشاري مصالح بنايي كه حدود 0.0025 بوده و همچنين كرنش كششي FRP كه حدود 0.0196  مي باشد، بستگي دارد .

تنش نهايي بار از رابطه   زير محاسبه مي شود كه در آن  برابر برش دهانه تير است .

Vn  مقاومت برشي  مصالح بنايي ، بدون تزريق جامد وبدون تقويت برشي و An مساحت خالص سطح تير  مي با نشد.

Vn  مقاومت برشي  مصالح بنايي ، با تزريق جامد وبدون تقويت برشي و An مساحت خالص سطح تير  مي با نشد

جدول شماره 5  شامل موارد محاسبه شده وتنش مجاز اسمي در دو تير باريك و پهن مي با شد  . مقدار آرماتور مصرفي در تير پهن 1.5 برابر تير باريك است .

بطور آزمايشي ، ممان نهايي و نيروي برشي توسط بار اعمالي و بار مرده به تير وارد مي شوند.

Me  ممان نهايي اعمال شده ، Pe بار اعمال شده ، Ve نيروي برش نهايي و w بار مرده در واحد طول مي باشند .

در جدول 5 Pbu وPbg  نسبت آ رماتور متعادل كننده براي تيرهاي تزريق نشده و تزريق شده هستند و به همين   ترتيبP u  و Pg  نسبت تطابق آرماتور ها مي باشند . بار مرده با دانسيته kg/m3 1920  براي مصالح و ماده تزريق شده محاسبه مي گردد. مقاومت فشاري طبق استانداردASTM C- 140  به مقدارMPa  11.3 در هر سه نمونه بدست آمد .

 

ميلگردهاي FRP   در نمونه هاي 1- بصورت موازي و 2- بصورت عمودي  در روي محل تلاقي ملاتها گذاشته شدند . براي هر سري دو تير نازك ( در دو پهنا) به اندازه هاي m0.2*0.4*2.85  و دو تير پهن به اندازه هايm0.2*.8*2.85 آزمايش شدند. تيرهاي نازك با يك ميلگرد در قسمت مياني ناحييه كششي و تيرهاي پهن با 3 ميلگرد  مسلح شدند . ميلگردها د ر شكافهاي مربع شكلي كه در تيرها كنده شده بود قرار گرفته و بوسيله رزين اپوكسي آميخته با تارهاي شيشه ، چسبانده شدند .

نمونه ها بوسيله ماشين آزمايش ، كه تير ها را تحت بار ، با سرعت mm/min 1.5 قرار مي داد ( غير از تير شماره ا كه سرعت آن mm/min 0.6 بود ) تست شدند . يك اندازه گير LDVTمقدار خيزها را اندازه مي گرفت و همچنين سه اندازه گير در m 0.61 انتهاي ميلگردها نصب شده بودند براي بدست آوردن تنش ميلگردهاي FRP .داده ها در يك دستگاه نمونه برداري ثبت شدند .

تير اول بطور غير منتظره اي فرو ريخت .

 

 

منحني تغيير شكل براي تيرهاي نازك وپهن بترتيب در شكل 3 و 4 ديده مي شوند .

ترك هادر قسمت كششي در اثر اعمال بار باسرعت ثابت و تنش خمشي و برشي گسترش  يافتند . اولين تيري كه مورد آزمايش قرار گرفت ، تير نازك از نوع 1 بود . تركهايي تحت اثر تنش خمشي، برشي در قسمت فشاري تير بوجود آمده بودند . برش باعث شد  مصالح بنايي تحت بار KN 6.2  بشكنند ، يعني در 43% مقاومت برشي اسمي .

تيرها ي بعدي داراي مقاومت برشي بالايي بودن ولي در اثر تنش خمشي فرو ريختند .

با توجه به نمونه آزمايشهاي ارائه شده ، در يافتيم كه روشهايي تحت عنوان بند كشي مجدد سازه اي  كه حتي مي توان با لايه هاي FRP هم تركيب شود ، دربرابر تركهاي ناشي از خزش سازه بنايي تحت تاثير بار مرده در دراز مدت جلوگيري كند .

در ادامه به بررسي مدل سازي هاي انجام شده بر روي ديوارهاي غير مسلح بنايي مي پردازيم . 

 

 

 

تقويت تيرها با استفاده از FRP :

مواد FRP منحني تنش – كرنش خطي دارند وتا لحظه شكست  هيچ نقطه تسليمي ندارند . مقدار كرنش آنها از فولاد بيشتر مي باشد .بر اساس نتايج ، هنگاميكه اين مواد بوسيله اپوكسي به سطح كششي تير چسبيده مي شوند ، قبل از آنكه كامپوزيت FRP شروع به تحمل بار قابل توجهي كند ، فولاد به حالت تسليم خود ميرسد .بنابراين افزايش سختيتير يا بار تسليم آن بدون افزايش سطح مقطع FRP  ، جهت همكاري بيشتر در بار تير ، قبل از رسيدن به تسليم فولاد ممكن نمي باشد .افزايش سطح مقطع FRP نيز به صرفه نبوده و باعث گسيختگي ترد در تير ناشي از جدا شدگي ناگهاني FRP  از سطح بتن مي گردد.

بررسيهاي تجربي گوناگوني در مورد تقويت خمشي تير با استفاده از ورقه ها ، صفحات و فابريكهاي FRP  صورت پذيرفته است . در تمام اين ارزيابي ها ، تير تقويت شده ازخود بار نهايي بيشتري نسبت به حالت تقويت نشده نشان مي دهد . ولي با اين وجود افزايش مشابهي در بار تسليم  مشاهده نشده است .بطور كلي مودهاي گسيختگي يك عضو بتن آرمه تقويت شده در خمش با تقويت كننده هاي FRP چسبيده از خارج عضو ، مي تواند به دو دسته تقسيم گردد :

  1. حالتي كه عملكرد بين بتن وFRP به طور كامل حفظ شده تالحظه اي كه بتن در فشار خرد شده و يا FRPدر كشش پاره گردد.
  2. حالتي كه عملكرد بين بتن وFRP قبل از رسيدن به حالت قبل ، دچار نقص شده و گسيخته گردد ، كه ناشي از پديده جداشدگي خواهد بود .

توضيحات مختصري از هر يك از مودهاي گسيختگي در زير آمده است:

  • فولادتسليم شده و به دنبال ان بتن  خرد مي گردد:

مقاومت خمشي از تسليم شدگي فولادهاي كششي و بدنبال آن خرد شدگي بتن در ناحيه فشاري قابل دستيابي بوده در حالي كه FRP سالم مانده باشد.

  • فولاد تسليم شده و بدنبال آن FRP گسيخته گردد :

براي مقادير نسبتا كم از فولاد و FRP ، گسيختگي خمشي  ممكن است با تسليم شدگي فولاد كششي و بدنبال آن گسيختگي كششي FRP صورت گيرد .

  • خرد شدگي بتن :

براي مواردي كه مقدار تقويت كننده ها نسبتا زياد مي باشد ، گسيختگي اعضاي بتن آرمه ممكن است ناشي از خرد شدگي فشاري بتن قبل از به تسليم رسيدن فولاد باشد . اين مود ، شكست ترد بوده و غير مطلوب مي باشد . FRP در اين حالت ،

 

 

عدم عملكرد  كامل كامپوزيت :(جدا شدگي ومودهاي گسيختگي اتصال ) :

بطور كلي اتصال بايد به گونه اي باشد كه نيروي بتن را به FRP منتقل نمايد . بنابراين حالتهاي گسيختگي بايد به دقت بررسي گردد . گسيختگي اتصال دلالت بر وجود نقص در عملكرد  كامل كامپوزيت بين FRP وبستر بتني دارد . به عبارت ديگر يك جداشدگي موضعي باعث بوجود آمدن يك گسيختگي موضعي مي گردد. در اين حالت كاهش مقاومت چسبندگي بين بتن وFRPمحدود به يك سطح كوچك مي شود .بنابراين جدا شدگي موضعي خود به تنهايي يك حالت گسيختگي نبوده ، بلكه خود بيانگرعلت كاهش در ظرفيت تحمل بار عضوتقويت شده با FRP است

هنگامي كه جدا شدگي موضعي گسترش مي يابد ، عملكرد كامپوزيت از دست مي رود به گونه اي كه تقويت كننده FRP ديگر قادر به تحمل بار نمي باشد .در اين حالت هيچ توزيع تنشي بين FRP وآرماتورهاي داخلي ممكن نمي باشد  و جداشدگي بصورت ترد وناگهاني خواهد بود .

  • جداشدگي در چسب ( گسيختگي در خود چسب) :

از آنجائيكه مقاومت برشي و كششي چسب ( رزين اپوكسي ) معمولا بالاتر از مقاومت برشي وكششي بتن مي باشد ، عموما گسيختگي در بتن رخ خواهد داد . در اين حالت يك لايه نازك ازبتن ( يك ضخامت ميليمتري) همراه FRP چسبيده و از بستر جدا مي گردد . جدا شدگي در چسب تنها ممكن است  وقتي اتفاق بيافتد كه مقاومت آن كمتر از بتن گردد. ( براي مثال در درجه حرارت هاي  بالا  و يا هنگامي كه مقاومت بتن بصورت غير متعارف بالا باشد ) .

 

جداشدگي در سطح بين بتن وچسب ويا چسب و FRP ( گسيختگي چسبندگي ) :

اين نوع گسيختگي معمولا در داخل FRP بين الياف و رزين اتفاق مي افتد كه به نام گسيختگي بين لايه اي نامي ده مي شود .

جهت رفع اين معايب راه حل هايي پيشنهاد شده است كه برخي از اين نقايص را مرتفع مي كند  ، ازجمله اين  راهكارها :

  1. اعمال سيستم مهار بندي در انتهاي لايه FRP :

سيستم مهاربندي به اين جهت مورد استفاده قرار مي گيرد كه بتوان از ظرفيت باربري سيستم FRP نهايت استفاده را برد. بر اساس نتايج ، معمولا در اثر نبود چنين سيستمي ، گسيختگي ناشي از جدا شدگي لايه هاي FRP  مي باشد . در اين روش از دور پيچ كردن انتهاي FRP توسط نوارهايي از همين جنس استفاده مي شود .

اما با توجه به اينكه تيرهاي موجود بعلت وجود دال قابل دستيابي نيستند ، ازنوارهايي كه فقط سطوح پائين وجانبي تير را مي پوشانند ، استفاده مي گردد.

روش ديگر استفاده از پيچهاي مخصوص در انتهاي لايه FRP مي باشد كه قبلا در اتصال صفحات فولادي هم كاربرد داشت .براساس مطالعات انجام شده ، ايت روش بر روي لايه هاي كامپوزيتي نيز قابل اجرا بوده واثر مثبتي ازخود نشان مي دهد ولي مشكلي كه ايجاد مي كند سوراخ شدن لايه FRP است كه اثر نامطلوبي روي عملكرد آن خواهد داشت وباعث تمركز تنش در آن خواهد شد .

2-اعمال سيستم پيش تنيدگي در FRP :

اين روش تقريبا مشابه روش اول مي باشد ، زيرا كه لايه FRP در انتهاي آن بواسطه حفظ نيروي پيش تنيدگي لازم است توسط سيستمي مهار گردد . تنها فرق ابن روش ، اعمال يك نيروي پيش تنيدگي قبل از نصب كامل و عمل آوري لايه FRP  مي باشد .

بطور كلي پيش تنيدگي در FRP داراي مزاياي زير مي باشد :

  • افزايش سختي .
  • كاهش عرض و توزيع ترك .
  • بهبود خدمت پذيري ودوام .
  • بهبودمقاومت برشي وخمشي عضو ( بدليل ترك نخوردن مقطع ) .
  • اجتناب از مودهاي شكست ناشي از پوسته پوسته شدن در ناحيه تركها  وانتهاي لايه FRP.
  • افزايش ظرفيت مقطع ( تارخنثي پايين تر قرار مي گيرد نسبت به حالت پيش تنيده ) .
  • افزايش بار تسليم مقطع .

بنابراين دو روش بيان شده به گونه اي عمل مي كنند كه انتهاي لايه FRP را محكم نگاه داشته و بعد از ايجاد جدا شدگي ، از لغزش و جداشدگي كامل لايه جلوگيري نمايد.

 

 

 

 

 

-2استفاده از كامپوزيتهاي هيبريدي :

در اين روش با كمك اثر هيبريداسيون از سه نوع الياف با خصوصيات متفاوت استفاده مي شود . در اين طرح از فابريك با اليافهايي در سه راستاي 0 و45 و-45 درجه استفاده مي گردد .راستاي محوري 0 به عنوان تقويت كننده خمشي و راستاهاي 45 و 45- بعنوان تقويت كننده برشي استفاده مي گردند . اين سيستم داراي رفتار شكلپذير بوده و به گونه اي طراحي شده كه عاري از اغلب معايب گزارش شده باشد .

در ادامه قبل از أنكه به شرح وتفسير اين روش بپردازيم ابتدا به معرفي كلي  انواع منسوجات مي پردازيم  .

بطور كلي منسوجات اليافي از نظر موقعيت و قرارگيري در بافت مي توانند به اشكال 1- الياف تك جهتي 2- الياف دوجهتي و3- الياف سه جهتي و بيشتر بصورت بافته شده و بافته نشده توليد گردد .

در مورد الياف دو جهتي و  بيشتر معمولا از الياف يكسان در راستاهاي متفاوت استفاده مي گردد . در صورتيكه از الياف ها ي متفاوت استفاده گردد ، منسوج هيبريدب مركب ناميده مي شود .شايان ذكر است الياف تك جهتي داراي بيشترين كاربرد در تقويت اعضاي بتن مسلح با توجه به خصوصيات اورتو تروپيك خود مي باشند . براي اين منظور سه نوع الياف باكرنش هاي مختلف اتنخاب شدهاند كه  خصوصيات مكانيكي أنها در جدول رير أمده است .

با تر كيب اين الياف وكنترل نسبت تركيب  ، اليافهايي كه كرنش انها در هنگام شكست كمتر از همه مي باشد ( كربن با مدول بالا) وقتي كه فابريك تحت كشش قرار مي گيرد در ابتدا گسيخته مي شود و كرنش نهايي اين الياف در لحظه گسيختگي به عنوان كرنش معادل تسليم معرفي مي گردد .در حاليكه كرنش نهايي الياف شيشه در لحظه شكست معرف كرنش نهايي فابريك مي باشد .اليافهايي با كرنش متوسط در لحظه شكست (كربن با مقاومت بالا ) به اين منظور انتخاب شده اند كه افت ناگهاني بار را كه بعد از گسيختگي الياف كربن در طول أزاد سازي كرنش صورت مي گيرد به حداقل رسانده وهمچنين از انتقال ناگهاني بار ازالياف كربن به شيشه جلوگيري نمايد .

اين ناحيه معادل تسليم در راستاي 0 درجه به گونه اي است كه با افزايش كرنش ، تا حد كرنش گسيختگي كربن ، اين اليااف گسيخته شده و در نتيجه كرنش FRP تا حدي آزاد شده و تنش  در آن تاحد قابل توجهي افزايش نمي يابد .در اين حالت بار FRP بر روي دو نوع الياف ديگر تقسيم مي گردد .

به اين ترتيب با استفاده از عمل تركيب چند نوع الياف در كنارهم تاحدودي اثر تسليم مشابه آنچه كه درفولاد ديده ايم ، مي شود وشكلپذيري تير تقويت شده به حد قابلقبولي مي رسد .

مقايسه نمودار تنش – كرنش الياف تك جهته ، الياف هيبريدي و صفحه فولادي را نشان مي دهد .

پس در يافتيم كه :

  1. تيرهاي تقويت شده با كامپوزيت هيبريدي در خمش داراي شكلپذيري بيشتري نسبت به تير هاي تقويت شده با ورقه هاي FRP مي باشند .
  2. در تيرتقويت شده با كامپوزيت هيبريدي ، عموما احتمال كمتري در وقوع گسيختگي ناشي از جدا شدگي وجود خواهد داشت .
  3. تيرهاي تقويت شده با كامپوزيت هيبريدي در مقايسه با تيرهاي تقويت شده  با صفحه فولادي داراي شكلپذيري مناسب بوده ، صفحات فولادي در بار كمتري نسبت به فولاد داخلي تسليم ميگردند ، زيرا كه صفحات فولادي داراي كرنش تسليم شدگي كمتري نسبت به آرماتور فولادي بوده و همچنين در سطح خارجي تير نصب مي گردند .
  4. تسليم شدگي فابريك هيبريدي ، باصداهاي خاص، توام خواهد بود كه ناشي از پاره شدن الياف با كرنشهاي كم ومتوسط در لحظه گسيبختگي مي باشد .چنين صداهايي در تير هاي تقويت شده با ورقه هاي FRP يا فولادي قابل شنيدن نمي باشند.
  5. در مورد تيرهايي كه بصورت U شكل دور پيچ مي شوند ، فابريك سه محوري از اين جهت كه تارهاي در راستاي 45  و 45- دارد نسبت به ورقه هاي FRP  مزيت دارد. اين تارها به عنوان يك مهار مطمئن براي فابريك در موقعي كه به سطح كششي سطوح جانبي تيربراي تقويت خمشي نصب مي گردند عمل كرده و از گسيختگي ناشي از جداسازي جلوگيري بعمل مي أورد .

 

روش عملي اجراي FRP ورقه اي :

براي اجراي FRP ورقه اي ، بايد بترتيب مراحل زير عمل نمود :

  1. زدودن لايه هاي سست بتني . اين لايه چند ميليمتري كه فاقد ارزش سازه اي مي باشد وعمدتا دوغاب خشك شده است ،  و بخصوص در محلهايي كه قالب هاروي هم قرار ميگيرند زائده اي  هم پديد مي آيد كه بايد صاف گردد.
  2. زدودن گرد وخاك از روي بتن براي حصول حداكثر چسبندگي » كه بوسيله آب پاشي ويا كمپرسور باد انجام مي گيرد .
  3. زير سازي بوسيله ملات سازگار با FRP . اين كار براي بدست آمدن سطح كاملا صيقلي مي باشد » تا خلل وفرجي روي سطح نباشد كه در ادامه بوسيله هوا پر شود .
  4. انجام عمليات نصب FRP  .در اين قسمت ابتدا المان سازهاي به چسب رزين اپوكسي آغشته شده وهمچنين ورقه هاي FRP نيز پيش آغشته مي شوند و درنهايت FRP  در محل مقرر نصب مي گردد. همچنين روي FRP هم بايد به چسب آغشته شود . اين قسمت مي تواند نقش محافظ محيطي را بازي كند .
  5. عمل آوري ، اين قسمت كار بسيار مهم مي باشد ، تا سه روز بعد ازنصب ، دماي هواي محل انجام كار بايد بين 8 تا35 درجه سانتي گراد باشد وگرنه چسب رزين عمل نخواهد كرد و در واقع FRPبيهوده خواهد بود .

نكته مهم اين است كه مواد FRP همانطور كه در ذكر خصوصيات آنها گفته شد، در برابر حرارات بسيار حساس هستند و بسرعت مقاومت خود را از دست مي دهند . بنابراين از نوعي مواد پوشاننده براي محافظت آن در برابر حرارت استفاده مي شود .اين ماده تاحدود 4 ساعت مي تواند  دربرابر حرارت FRP  را حفظ نمايد . 

 

باتوجه به مطالب ذكر شده ، ميتوان در يافت كه ابزاري جديد دراختيار مهندسان عمران قرار گرفته است تا قدرت تصميم گيري آنها را ، بخصوص  در بحث مقاوم سازي بالا برده وكمك زيادي در بيشينه كردن سرعت اجرا كند  . اين درست است كه FRP  بعلت توليد كم آن داراي قيمت بالايي مي باشد ، وشايد اجراي آن در تمام پروژه ها بصرفه نباشد ، ولي در جاييكه حفظ نماي ساختمان و همچنين وزن سازه واز همه مهمتر سرعت اجرا ، كه مي تواند گاهي ارزش اقتصادي را هم با خود همراه داشته باشد ، مطرح باشند ،FRP مي تواند خودنمايي كندو نقاط ضعف خود راپوشش دهد.  وبه همين دلايل است كه در كشورهاي پيشرفته بسيار توليد ومصرف مي گردد.

 

پليمرهاي مقاوم شده با الياف (FRP) ، براي اولين بار در دهة‌1950 براي مقاوم سازي سازه‌هاي بتني استفاده شده است. طي دهة 1980 FRP به عنوان عضو مقاوم سازه خارجي براي سازه پل‌هاي بتني در ابتداء به عنوان جايگزين ورق‌هاي فولادي و سپس جايگزيني براي ورق‌هاي فولادي عمومي‌دورپيچ پايه‌هاي پل بكار گرفته شد.

توسعة اولية‌ اين كار از اوايل دهة 1980 آغاز شد. تحقيقات در سوئيس منجر به اولين كاربرد سيستم‌هاي FRP براي مقاوم‌سازي پل‌ها و افزايش تقويت خمشي گرديد همچنين براي اولين بار در ژاپن FRP براي توليد فشار محصور كننده اضافي در ستون به كار برده شد. زلزله كوبه ژاپن در سال 1995 باعث افزايش استفاده وسيع از FRP در ترميم و بهسازي ساختمان‌ها گرديد.

اصول عملكرد شيت‌هاي FRP در مقاوم‌سازي خارجي با دور پيچ‌كردن سازه‌ي بتني همانند نحوه عملكرد ورق‌‌‌‌هاي فولادي اتصال يافته به اين  سازه‌‌ها (Steel jackeet) مي‌باشد در حالت كلي به واسطة استفاده از مواد داراي مقاومت كششي بالا مقاومت يك عضو در مقابل خمش ، برش و نيروي محوري افزايش مي‌يابد.

هزينة پايين مواد مصرفي، عمر مفيد طولاني، وزن كمتر، نصب آسان، طول عمر تقريباً نامحدود شيت‌ها و  مصونيت‌از نابودي تدريجي (خوردگي و . )  فن‌آوري استفاده از FRP را به عنوان راه حل بسيار جذاب جهت مقاوم‌سازي، تعميرات، بهسازي لرزه‌اي وحفظ زير ساختارهاي عمراني و صنعتي مطرح مي‌كند.

در راستاي توسعة استفاده از اين تكنيك، فعاليتهاي تحقيقاتي گسترده‌اي در جهان آغاز گرديد. بطوريكه در ساليان اخير كتاب‌ها و مقالات متعددي در اين زمينه انتشار يافته و تحقيقات بسياري نيز انجام شده است كه نتايج آن باعث ايجاد و توسعة استانداردهاي طراحي و اجراي تكنيك FRP  شده است. به طور مثال استاندارد ACI 440 در امريكا و همچنين استاندارد كانادا و اروپا دراين زمينه تدوين شده است. با توجه به اهميت اين تكنيك و افزايش استفاده آن از سال 1383 تدوين آئين‌نامه طراحي و اجراي سيستم FRP براي تقويت سازه‌هاي بتني در ايران شروع شده است و انتظار مي‌رود كه با انتشار آن مهندسين سازه بتوانند در مقاوم‌سازي سازه‌ها از يك آئين‌نامه داخلي استفاده نمايند.

 

2- آشنايي با ساختار مواد تشكيل دهنده FRP

مواد FRP از دو جزء اساسي تشكيل مي‌شوند: فايبر (الياف) و رزين (مادة چسباننده). فايبرها كه اصولاً الاستيك، ترد و بسيار مقاوم هستند، جزء ‌اصلي باربر در مادة FRP محسوب مي‌شوند. رزين اصولاً‌ به عنوان يك محيط جسباننده عمل مي‌كند كه فايبرها را در كنار يكديگر نگاه مي‌دارد. رزين‌ها باعث پيوستگي الياف و انتقال بارها به طور يكنواخت به الياف مي‌شود. رزين‌ها همچنين وظيفة محافظت از الياف و اتصال آنها به سطح انتقال نيرو از سازه به الياف را نيز  بر عهده دارند.

  •  فايبر: فايبر ممكن است از شيشه، كربن و يا آراميد باشد كه در اين صورت محصولات كامپوزيت مربوطه به ترتيب به نام‌هايGFRP , CFRP و AFRP شناخته مي‌شوند. مشخصات فايبرهاي متداول به صورت زير است:

الف الياف شيشه

فايبرهاي شيشه در چهار دسته طبقه‌بندي مي‌شوند:

1- E – Glass: متداول‌ترين الياف شيشه در بازار با محتواي قليايي كم، كه در صنعت ساختمان به كار مي‌رود (با مدول الاستيسيتهE=70 Gpa ، مقاومت نهايي  و كرنش‌ نهايي )

2- Z – Glass: با مقاومت بالا در مقابل حمله قليايي‌ها، كه در توليد بتن اليافي به كار گرفته مي‌شود.

3- A – Glass: با مقادير زياد قليايي كه امروزه تقريباً از رده خارج شده است.

4- S – Glass: كه در تكنولوژي هوا- فضا و تحقيقات فضايي به كار گرفته مي‌شود و مقاومت و مدول الاستيسيتة بسيار بالايي دارد E = 87 Gpa) و )

 

 

ب الياف كربن

الياف كربن مقاومت بسيار خوبي در محيط‌هاي قليايي واسيدي داشته و در شزايط سخت محيطي از نظر شيميايي كاملاً پايدار هستند. اين الياف در دو دسته طبقه‌بندي مي‌شوند.

1- الياف كربني از نوع PAN كه در سه نوع مختلف هستند. نوع I كه تردترين آن‌ها با بالاترين مدول الاستيسيته است (، ). نوع II كه مقاوم‌ترين الياف كربن مي‌باشد ( ) و نهايتاً نوع III كه نرم‌ترين نوع الياف كربني بوده و مقاومتي بين نوع I  و II دارد.

2- الياف با اساس قيري كه اساساً‌ از تقطير زغال‌سنگ به دست مي‌آيند. اين الياف از الياف PAN ارزان‌تر بوده و مقاومت و مدول الاستيسيته كم‌تري نسبت به آن دارند و مشخصات آنها به صورت زير است.

ج الياف آراميد

آراميد اساساً الياف ساختة دست بشر است كه براي اولين بار توسط شركت دوپونت در آلمان تحت نام كولار توليد شد. چهار نوع كولار وجود دارد كه از بين آن‌ها كولار 49 براي مسلح كردن بتن، طراحي و توليد شده و مشخصات مكانيكي آن بدين قرار است:

  •  ماتريس: ماتريس (رزين) را مي‌توان از مخلوط‌هاي ترموست و يا ترموپلاستيك انتخاب كرد. ماتريس‌هاي ترموست با اعمال حرارت سخت شده و ديگر اعمال حرارت يا روان در نمي‌آيند؛ در حالي كه رزين‌هاي ترموپلاستيك را مي‌توان با اعمال حرارت مايع نموده و با اعمال برودت به حالت جامد درآورد. به عنوان رزين‌هاي ترموپلاستيك مي‌توان از پلي‌استر، وينيل‌استر و اپوكسي و به عنوان رزين‌هاي ترموپلاستيك از پلي‌وينيل كلريد (PVC) ، پلي‌اتيلن و پلي‌پروپيلن (PP) نام برد.

 

3- تعاريف و اختصارات

AFRP – پليمر مسلح شده با الياف آراميد (Aramid Fiber Reinforced Polymer)

Batch – مقدار موادي که در يک زمان و يا در يک فرايند ممتد مخلوط مي‌شوند.

Binder- اجزاء يک چسب که در ابتدا بمنظور تامين نيروهاي مورد نياز در اتصال دو قطعه بکار مي‌روند.

Bond-Critical Application- کاربري چسبندگي بحراني، کاربري هايي از سيستم FRP که براي تقويت اعضاي سازه‌اي به چسبندگي بين FRP و بتن متکي مي‌باشند. تقويت خمشي و برشي تيرها و دالها نمونه هايي  از کاربري هاي چسبندگي بحراني مي‌باشند.

 Catalyst – موادي که واکنشهاي شيميايي را شتاب مي‌دهند به نحوي که واکنش در شرايط ملايم پيشروي کند و خود بوسيله واکنش هيچ تغييري نکند. 

CFRP- پليمر مسلح شده با الياف کربن (Carbon Fiber Reinforced Polymer)

Composite – کامپوزيت، ترکيب دو يا تعداد بيشتر از موادي که هر چند از نظر شکل با هم تفاوت دارند ولي در کنار يکديگر تشکيل ترکيبي با خواص فيزيکي و مکانيکي ديگر ميدهند.

در کامپوزيت ها مواد تشکيل دهنده خواص خود را حفظ مي‌کنند بدينصورت که آنها حل نمي‌شوند يا بطور کامل جذب و ترکيب در يکديگر نمي‌شوند و در عين حال با هم هماهنگي دارند. مواد تشکيل دهنده آنها خصوصيات فيزيکي خود را حفظ مي کنند و مرز بين يکديگر را نشان مي‌دهند.

Concrete Substrate–بتن زيرکار، بتن موجود و يا هر ماده سيماني که بمنظور تعمير و جايگزيني بتن بکار رود. بتن زيرکار مي‌تواند تنها شامل بتن موجود و يا مصالح تعميراتي و يا ترکيبي از بتن موجود و مصالح تعميراتي باشد. بتن زيرکار شامل سطوحي مي‌شود که سيستم FRP  در آنجا نصب مي گردد.

Contact-Critical Application- کاربري هاي تماس بحراني، کاربردهايي از سيستم FRP که بر سطح پيوسته تماس بين بتن و سيستم FRP متکي مي‌باشند. بطورکلي کاربري تماس بحراني عبارتست از سيستم‌هاي  FRP که بطور کامل پيرامون مقطع را پوشانيده باشند. براي اغلب کاربري هاي تماس بحراني، سيستم‌ FRP به بتن مي‌چسبد. محصور نمودن ستونها براي بهسازي لرزه‌اي يک مثال از کاربري تماس بحراني است.

Creep-Rupture- گسيختگي خزشي، کاهش تدريجي مقاومت کششي وابسته به زمان بواسطه بارگذاري ممتدکه به گسيختگي مقطع منجر مي‌شود.

Cure of FRP Systems- عمل آوري سيستم هاي FRP، فرآيندي که باعث تغييرات برگشت‌ناپذير در خواص رزينهاي گرماسخت بوسيله واکنشهاي شيميايي مي‌شود. معمولاً عمل‌آوري بوسيله افزودن عامل عمل آورنده يا آغازگر، با و يا بدون گرما و فشار انجام مي‌شود. عمل‌آوري کامل نقطه‌اي است که رزين به خواص موردنظر رسيده باشد.

Curing Agent- عامل عمل آورنده، کاتاليزور يا عامل فعال‌کننده اي است که به رزين افزوده مي‌شود و موجب پليمريزاسيون آن مي گردد و به نام سخت کننده يا آغاز‌گر نيز ناميده مي‌شود.

Debonding- جدايش، به جدايش بين دو مرز (فاز) سطوح و مواد چسبيده شده گفته مي‌شود.

Degradation- به کاهش کيفي خواص مکانيکي مصالح گفته مي‌شود.

Delamination- جدايش لايه اي، جدايش در امتداد صفحه موازي با سطح مانند جداشدن لايه‌هاي    FRPاز يکديگر.

Development Length, FRP – فاصله مورد نياز منطقه اتصال بمنظور انتقال تنش‌ها از بتن به FRP بطوريکه مقاومت سيستم FRP مورد استفاده قرار گيرد. طول مورد نياز تابعي از مقاومت بتن و سختي FRP مي‌باشد.

Durability, FRP – پايايي FRP، به توانايي مصالح FRP براي مقاومت در برابر عوامل محيطي، حملات شيميايي، خراشيدگي و ساير شرايط و موقعيت هاي کارکردي گفته مي‌شود.

E-glass- خانواده‌اي از شيشه ها داراي ترکيب کلسيم آلومينابرو سيلکات با حداکثر 2% آلکالي. رشته اليافي که با کاربري عمومي و بمنظور مسلح نمودن پليمرها مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

 Epoxy – اپوکسي، پليمرهاي برگشت نا‌پذير که محصول واکنش رزينهاي اپوکسي و سخت کننده‌آميني مي‌باشند.

Epoxy Resin- رزين اپوکسي، نوعي از سيستمهاي شيميايي آلي پيوندي هستند که براي آماده سازي پوششهاي مخصوص يا چسبهايي براي سطوح بتني بکار مي روند.

Fabric- آرايشي از الياف با يکديگر که در دو راستا کنار هم قرار ‌گيرند. محصول مي‌تواند بافته شده يا بافته‌نشده و وصله شده به يکديگر باشد. ساختار فابريک شامل الياف، راستا و روش ساخت مي‌باشد، منسوج. 

Fiber- هر رشته نخ نازک طبيعي و يا مصنوعي داراي ريشه معدني و يا آلي است. اين کلمه بطور کلي براي موادي استفاده مي‌شود که طولشان حداقل صد برابر قطرشان باشد.

Fiber, Aramid – الياف آراميد، رشته الياف آلي که از پلي آميد در ساختار حلقوي آروماتيک جانشين مشتق شده باشد.

Fiber,Carbon – الياف کربن، رشته الياف که از حرارت دادن مواد آلي که قسمت اعظم آن کربن مي‌باشند، مانند ريون، پلي اکريل و نيتريل (PAN) و با قرار گرفتن در محيط گازهاي بي اثر بدست مي‌آيد.

Fiber,Glass- الياف شيشه، رشته اليافي از محصولات معدني مذاب، که سرد مي‌شوند بدون اينکه بلور شوند، کشيده مي‌شوند. انواع الياف شيشه‌اي عبارتند از 6 Alkali Resistant (glassAR)، کاربري چندمنظوره (E-glass) و مقاومت بالا (glassS).

Fiber Content- ميزان الياف موجود در کامپوزيت، که معمولاً به صورت درصد حجمي يا درصد وزني از کامپوزيت بيان مي‌شود.

Fiber Fly- خاکستر الياف، رشته هاي کوتاه که حاصل شکسته شدن رشته الياف طي حمل و نقل مي باشند و بصورت ذرات ريز طبقه بندي مي گردند.

Fiber Reinforced Polymer, FRP – پليمر مسلح شده با الياف، عبارت کلي براي مواد کامپوزيت مي‌باشد که تشکيل شده است از زمينه يا محيط (ماتريس) پليمري که توسط يکي از اشکال پارچه‌اي، توري بافته شده، رشته‌هاي بهم بافته شده بصورت طنابي يا هر شکل رشته الياف ديگري مسلح شده است.

Fiber Volume Fraction - نسبت حجم الياف تقويت کننده به حجم کامپوزيت مي باشد.

Fiber Weight Fraction  - نسبت وزن الياف به وزن کامپوزيت مي باشد.

Filament- تعريفي مشابه Fiber دارد.

Filler- پر کننده، مواد نسبتاً بي اثر که به رزين اضافه مي‌شوند تا خواص آن را اصلاح کنند و يا چگالي آن را پايين بياورند. ممکن است اين مواد سبب کاهش قيمت رزين شوند. همچنين  Extender نيز ناميده مي‌شود.

Fire Retardant- مواد شيميايي که بمنظور کاهش و يا تاخير آتش سوزي رزين استفاده مي‌شود. اين مواد مي‌توانند به رزين يا پوششها درسطوح FRP اضافه شوند.

Flow – به حرکت رزين عمل آوري نشده تحت فشار يا بارهاي جاذبه گفته مي شود.

GFRP- پليمر مسلح شده با الياف شيشه (Glass Fiber Reinforced  Polymer)

Tg, Glass Transition Temperature- دماي گذار شيشه اي که در آن مواد بي شکل مانند شيشه يا پليمرهايي با جرم ملکولي بالا، از حالت شکنندگي به حالت خميري تغيير مي کنند.

Grid, FRP - شبکه هاي دو بعدي صفحه‌اي يا سه بعدي فضايي که توسط ميله‌هاي FRP به يکديگر متصل شده‌ و تشکيل شبکه بهم پيوسته مي‌دهند و براي مسلح کردن بتن استفاده مي‌شوند. اين شبکه مي‌تواند توسط ميله‌هاي متصل شده بهم ساخته شود و يا بصورت مکانيکي از اتصال ميله‌هاي مجزا بوجود آيد.

- Hardener  1) مواد شيميايي (شامل برخي فلوئوسيليکاتها يا سديم سيليکات) که براي کف‌هاي بتني بکار برده مي‌شود تا سائيدگي وگرد و غبار را کاهش دهند يا 2) در چسبهاي دو جزئي يا پوشش که مواد شيميايي سبب عمل آوري مواد تشکيل دهنده رزين مي شود.

Impregnate- در پليمرهايي که توسط الياف تقويت يا مستحکم مي‌شوند، بمنظور اشباع کردن الياف با رزين بکار مي‌روند.

Initiator- آغازگر، منبع راديکال‌هاي آزاد گروهي از اتمها که داراي حداقل يک الکترون آزاد باشند، بمنظور شروع فرآيند عمل آوري براي رزين هاي غير اشباع پلي استري و ونيل استري استفاده مي‌شوند. پراکسيدها منبع عمومي راديکالهاي آزاد مي‌باشند.

Interface- مرز يا سطح بين دو محيط قابل تشخيص فيزيکي مي‌باشد. در الياف، سطح تماس بين الياف و پوشش مي‌باشد.

Interlaminar Shear- نيروي برشي که تمايل دارد يک جابجايي بين دو لايه در امتداد صفحه لايه مرزي آنها بوجود آورد.

Laminate- يک يا تعداد بيشتر لايه که در محيط زمينه (ماتريس) رزيني عمل‌آوري شده به يکديگر مي‌چسبند.

Layup- به فرآيند قرارگيري مسلح کننده‌‌هاي FRP در محل قالب‌گيري اطلاق مي شود.

Mat – مصالح رشته‌اي براي استحکام بخشيدن به پليمرها شامل رشته‌هاي کوتاه شکسته شده با راستاي غير مشخص و الياف کوتاه يا رشته‌هاي نامنظم بلند که با يکديگر با اتصال ضعيفي نگه داشته شده‌اند.

Matrix- زمينه، مصالحي هستند که در ارتباط با پليمرهايي که بوسيله الياف مستحکم مي‌شوند، بمنظور نگه داشتن الياف با يکديگر و انتقال بار به الياف بکار مي‌روند. ماتريس ها الياف را از عوامل جوي و آسيب‌هاي ناشي از حمل و نقل محافظت مي‌کنند.

Monomer- يک مولکول آلي با وزن مولکولي نسبتاً پايين که پليمرهاي جامد را بوجود مي‌آورند. اين فرآيند توسط واکنش با خود يا اجزاء با وزن مولکولي پايين صورت مي‌پذيرد. 

MSDS- برگه اطلاعات ايمني مواد  (Material Safety Data Sheet)

PAN- پلي اکريلونيتريل، يک رشته مقدماتي که ازآن الياف کربن ساخته مي‌شود.

Phenolic- رزين گرماسخت که با تغليظ ترکيب الکل آروماتيک با آلدئيد، بطور مشخص از فنل و فرمآلدئيد بدست مي‌آيد.

Pitch- مواد نفتي و زغال سنگي که براي ساخت الياف کربن استفاده مي‌شود.

Ply- يک تک لايه از الياف يا شبکه بافته شده يا لايه‌هاي چند تايي هنگامي که با يکديگر ريخته مي‌شوند تشکيل لايه‌ها و ساختارلايه‌اي مي‌دهند.

Polyester-پلي استر، يکي از گروههاي بزرگ رزينهاي مصنوعي که بعنوان اتصال دهنده‌هاي مخلوطهاي رزيني و بتني استفاده مي‌شوند. مانند لايه‌هاي اليافي (عمدتاً از جنس شيشه)، چسب‌ها و موارد مشابه. عموماً به پلي استرهاي غيراشباع معروف مي‌باشند.

Polymer  - پليمر، مواد آلي با جرم مولکولي بالا، طبيعي يا مصنوعي، که داراي واحدهاي تکراري مي‌باشد.

Polymerization –واکنشي که در آن دو يا چندين مولکول از يک ماده ترکيب شوند و تشکيل ماده اي را دهند که شامل همان خواص اجزاء، ليکن وزن مولکولي بالا باشند.

Polyurethan – پلي اورتان، محصول واکنش ايزوسيانات يا انواع گسترده اي از مواد ديگر که شامل گروه هيدروژن فعال مي‌باشند بکار ميروند که براي تشکيل مواد سخت، و پوششهاي مقاوم در سايش مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

Postcuring, FRP – فرآيندي که با افزايش حرارت براي عمل آوري، سطح اتصالات عرضي پليمرها و خواص نهايي پليمرها يا لايه‌ها را بهبود مي‌بخشد.

Pot life- زمان نگهداري، فاصله زماني بعد از تهيه و مدتي که مايع يا مخلوط پلاستيک ميتواند مورد استفاده قرار گيرد.

Precured – پيش عمل آوري شده، روشي براي اجراي سيستم FRP  که در محل کارخانه ساخته مي شود.

Prepreg- پيش آغشته، يک رشته يا صفحه رشته‌اي که داراي رزين و کمي چسبندگي از قبل مي‌باشد. چند لايه‌هاي prepreg معمولاً با حرارت و فشار پخت عمل‌آوري مي‌شوند.

Primer- آستر

Pultrusion- فرآيند ممتدي که براي ساخت کامپوزيت‌هاي داراي مقطع عرضي يکنواخت بکار      مي رود. فرآيند شامل کشيدن الياف از داخل حمام پر شده از رزين و سپس ورود به قالبي که شکل مقطع را تعيين مي کند، مي شود و در اين فرآيند توسط گرما پخته مي‌شود.

Putty Fiber- بتونه

Resin- رزين، مواد پليمري که در دماي اتاق سفت و يا نيمه سفت هستند و معمولاً داراي نقطه ذوب يا دماي کريستالي شدگي بالاي دماي اتاق مي‌باشند.

Resin content – مقدار رزين در يک ساختار اليافي که بصورت درصدي از جرم کل يا حجم کل بيان مي‌شود.

Roving – تعدادي از نخ ها، رشته ها، طناب يا انتهاي اليافها که بدون تابيدگي بدور بنديل جمع آوري مي‌شود، دوک.

Sheet,FRP – ورقه‌هاي انعطاف پذير و خشک که در سيستم‌هاي FRP تر مورد استفاده قرار مي گيرند. صفحه هاي FRP يک جهته شامل الياف ممتد که داراي راستاي يک طرفه بوده و با هم نگهداري شده‌اند تا صفحه اي با عرض و طول مشخص بوجود آيد.

Shelf life- مدت زماني که مواد بسته‌بندي شده در شرايط مشخصي نگهداري شوند و قابل استفاده نيز باشند.

Sizing- به عمليات سطحي يا پوششي که بمنظور چسبندگي بهتر رشته ها به رزين بکار مي‌رود گفته مي‌شود.

Sustained stress- به تنش هاي ناشي از تحمل بارها شامل بارهاي مرده و قسمتي از بارهاي زنده گفته مي شود.

Thermoset- گرماسخت، رزينهايي که از اتصالات عرضي زنجيرهاي پليمري تشکيل مي‌شوند. اين رزينها نمي توانند ذوب و يا بازيافت شوند زيرا زنجيرهاي پليمري تشکيل شبکه سه بعدي ميدهند.

Tow- به يک کلاف از رشته‌هاي ممتد الياف بدون تابيدگي اطلاق مي گردد.

Vinyl ester- رزين گرماسخت که شامل ونيل و استر مي‌باشد و بعنوان اتصال دهنده براي الياف و چسبها استفاده مي شود.

Volume Fraction- به نسبت يک جزء کامپوزيت که براساس حجم اندازه‌گيري مي‌شود گفته
مي شود، مانند قسمت حجمي الياف.

Wet layup - چسباندن تر، روشي براي اجراي ساختارهاي لايه‌اي با استفاده از رزين.

Wet-out- به فرآيندي اطلاق مي شود که طي آن همه فضاهاي خالي بين رشته هاي الياف با رزين پر شوند.

Witness panel- صفحه (پانل) شاهد، يک نمونه پانل FRP در محيط با شرايط معمولي و روش ساخت نمونه واقعي ساخته مي‌شود. اين پانل بعنوان نمونه آگاهي يا شاهد بعداً مورد آزمايش قرار مي‌گيرد تا بتوان مشخصات مکانيکي و فيزيکي را تعيين و از نتايج آن مشخصات نمونه واقعي برآورد مي گردد.

 

4- دلايل استفاده از FRP در مقاوم‌سازي و بهسازي

انواع كامپوزيت‌هاي FRP بسيار گسترده بوده و در انواع سازه‌هاي بتني، فلزي، بنايي و چوبي قابليت كاربرد دارند. برخي دلايل استفاده از فن‌آوري FRP براي مقاوم‌سازي عبارتند از:

  • بارهاي لرزه‌اي ناشي از زلزله و طوفان:

در زلزله‌ها يا طوفان‌ها يك سازه‌‌ نياز به انعطاف‌پذيري براي جذب انرژي وارده دارد، اما استفاده از روش سنتي براي مقاوم‌سازي وزن ساختمان و در نتيجه نيروهاي وارده را افزايش مي‌دهد. با توجه به وزن بسيار پايين اين مواد، گزينه مناسب براي رفع اين نقيصه استفاده از فن‌آوري FRP مي‌باشد.

  •  تغيير كاربري:

برخي اوقات سازه‌ها براي كاربري جديدي استفاده مي‌شودك که براي آن طراحي نشده‌اند. بنابراين نياز به مقاوم‌سازي براي تحمل اضافه‌بارها ويا تغيير بارگذاري دارند.

 

اشتباهات در طراحي و يا اجراء

برخي اوقات پس از اتمام كار مشخص مي‌شود كه آهن و فولاد استفاده شده كمتراز حد نياز بوده ويا بتن استفاده شده كيفيت مناسب را ندارد و يا طراح در محاسبات طراحي سازه مرتكب اشتباه شده است. فن‌آوري FRP مي‌تواند بخوبي براي جبران اينگونه نقايص در تقويت سازه‌ بكار رود.

تعميرات

سازه‌ها به مرور زمان يا بواسطه عوامل محيطي (خوردگي و ...) افت كيفيت پيدا ميب‌كنند و نياز به تعميرات براي بازگشت به سطح كاركرد اوليه را دارند. با استفاده از كامپوزيت‌ها مي‌توان اينگونه سازه‌ها را به كيفيت اوليه و يا حتي بهتر ارتقاء داد.

·استحكام در برابر انفجار

فن‌آوري FRP براي محافظت سازه‌ها دز مقابل انفجار ناشي از بمب و يا حوادث صنعتي بسيار مناسب هستند و يك راهكار بسيار خوب براي حذف و يا كاهش آسيب‌ديدگي ساختمانها در اثر انفجار مي‌باشند.

 

 

خوردگي

مواد FRP در مقابل عوامل شيميايي مقاومت زيادي دارند به همين دليل براي حفظ و نگهداري سازه‌ها در مقابل تأثيرات مواد و شيميايي و خوردنده بسيار مناسب مي‌باشند.

در ستون‌ها نصب مواد FRP به دور جدار حارجي بصورت افقي باعث اضافه كردن مقاومت دور پيچي است . اين موضوع باعث جلوگيري از كمانش ميلگردهاي عمودي مي‌شود در نتيجه به ستون امكان انعطاف‌پذيري بيشتر و يا تحمل بارهاي اضافه را مي‌دهد. اين روش بيشترين كاربرد فن‌آوري FRP در مقاوم‌سازي ستون‌ها است. اضافه كردن مواد FRP بصورت الياف عمودي به استحكام و تحمل بار ستون‌ها اضافه مي‌كند. بنابراين استفاده توأم در دو جهت باعث اخذ نتيجه بهينه و مطلوب مي‌شود.

استفاده از مواد FRP در ديوارهاي بتني و ديوارهاي با مصالح بنايي نيز بسيار مؤثر است. چسباندن الياف بر روي تيرها عمدتاً با هدف افزايش تحمل بار خمشي و برشي‌ صورت مي‌گيرد. براي افزايش تحمل بارخمشي در تيرها بايد مواد FRP را در سطح تحتاني تير اعمال كرد. در بعضي مواقع لازم است تا نه تنها سطوح تحتاني بلكه بخشي از سطوح جانبي نيز با مواد FRP مقاوم ‌سازي شود. در اين حالت نه تنها تحمل بار خمشي تير افزايش مي‌يابد بلكه تير حالت انعطاف‌پذيري بيشتري نيز مي‌يابد. براي مقاوم سازي در برابر بارهاي برشي مي‌توان الياف را در جهت بر روي تيرها چسباند.

 

 

5- ميله‌هاي مسلح‌كننده كامپوزيتي FRP

اگر چه بتن آرمه از ديرباز و بطور سنتي از تركيب بتن و ميل‌گردهاي فولادي تشكيل شده است ولي خوردگي ميلگردهاي فولادي در بتن در محيط‌هاي خورنده و خشن كلروري و سولفاتي همواره از مشكلات اساسي محسوب مي‌شده است. اين مساله بخصوص در مورد پايه‌هاي پل‌ها ،‌سازه‌هايي كه در تماس با نمك‌هاي يخ‌زدا قرار مي‌گيرند و نيز سازه‌هاي ساحلي و دريايي موجب ميلياردها دلار خسارت در سراسر دنيا شده است. سازه‌هاي بتن مسلح در نواحي ساحلي ايران بخصوص در مجاورت خليج فارس از اين مساله مستثني نبوده و در مواردي در كمتر از 5 سال از نظرسازه‌اي غير قابل استفاده گرديده‌اند.

روش‌هايي چند جهت جلوگيري از خوردگي فولاد در بتن مسلح توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است كه از بين آنها مي‌توان به پوشش اپوكسي بر ميلگردها تزريق پليمر به سطوح بتني و حفاظت كاتديك ميلگردها اشاره نمود. بااين وجود هر يك از اين روشها تا حدودي موفق بوده است به همين جهت براي حذف كامل مساله توجه محققين به جانشين كردن ميلگردهاي فولادي با مصالح جديد مقاوم در مقابل خوردگي معطوف گرديده است.

مواد كامپوزيتي FRP موادي بسيار مقاوم در محيط‌هاي خورنده محيط‌هاي قليايي و نمكي هستند. به همين دليل امروزه كامپوزيت‌هاي FRP موضوع تحقيقات توسعه‌اي وسيعي به عنوان جانشين ميلگردهاي فولادي و كابل‌هاي پيش تنيدگي شده‌اند. در شكل زير نمونه‌اي از ميلگردهاي فولادي نشان داده شده‌اند.

 

الف) مقاومت در مقابل خوردگي

بدون شك برجسته‌ترين و اساسي‌ترين خاصيت ميله‌هاي كامپوزيتي FRP مقاومت آنها در مقابل خوردگي است . در حقيقت اين خاصيت ماده FRP تنها دليل انتخاب آن به عنوان يك گزينه جانشين براي ميل‌گردهاي فولادي است.

بخصوص در سازه‌هاي بندري و ساحلي و دريايي و نيز در سازه‌هاي مجاور آب مقاومت خوب FRP در مقابل خوردگي سودمندترين مشخصة ميلگردهاي FRP محسوب مي‌شود.

ب) مقاومت

مصالح FRP معمولاً مقاومت كششي بسيار بالايي دارند كه از مقاومت كششي ميلگردهاي فولادي به مراتب بيشتر است. مقاومت كششي بالاي ميلگردهاي FRP كاربرد آنها را براي سازه‌هاي بتن آرمه خصوصاً براي سازه‌هاي بتن پيش تنيده بسيار نموده است. مقاومت كششي مصالح FRP اساساً به مقاومت كششي نسبت حجمي‌اندازه و مسطح مقطع فايبرهاي به كار رفته در آنها بستگي دارد. مقاومت كششي محصولات FRP براي ميله‌ها با الياف كربن بطور معمول 1100 تا، براي ميله‌هاي با الياف شيشه 900 تا 1100 Mpa ، و براي ميله‌هاي با الياف آراميد 1350 تا 1650 MPa مي‌باشد. اگر چه، براي بعضي از اين محصولات، حتي مقاومت‌هاي بالاتر از 3000 MPa نيز گزارش شده است.

ج) مدول الاستيسيته

مدول الاستيسيته محصولات FRP غالباً در محدودة قابل قبول قرار دارد. اگر چه اصولاً كم‌تر از مدول الاستيسيته فولاد است. مدول الاستيسيته ميله‌هاي كامپوزيتي FRP ساخته شده از الياف كربن، شيشه و آراميد به ترتيب در محدودة 100 تا 60 Gpa , 45 Gpa , 150 Gpa مي‌باشد.

د) وزن مخصوص

وزن مخصوص ميله‌هاي كامپوزيتي FRP به مراتب كمتر از وزن مخصوص ميلگردهاي فولادي است؛ به عنوان نمونه وزن مخصوص كامپوزيتهاي CFRP يك سوم وزن مخصوص فولاد است. نسبت بالاي مقاومت به وزن در كامپوزيتهاي FRP از مزاياي عمدة آنها در كاربردشان به عنوان مسلح كنندة بتن محسوب مي‌شود.

ه) عايق بودن

مصالح FRP خاصيت عايق بودن بسيار عالي دارند؛ به بيان ديگر ، اين مواد از نظر مغناطيسي و الكتريكي خنثي بوده و عايق محسوب مي‌ِوند. بنابراين استفاده از بتن مسلح به ميله‌هاي FRP در قسمت‌هايي از بيمارستان كه نسبت به امواج مغناطيسي حساس هستند، و در مسيرهاي هدايتي قطارهاي شناور مغناطيسي ، و همچنين در باند فرودگاهها و مراكز رادار بسيار سودمند خواهند بود.

و) خم شدن

ميله‌هاي كامپوزيتي FRP كه در بتن مسلح به كار گرفته مي‌شوند، به جهت مهار ميلگردهاي طولي، آرماتورهاي عرضي و تنگها، لازم است در انتها خم شوند. با اين وجود عمل خم كردن ميله‌هاي FRP بسيار دشوارتر از خم كردن ميلگردهاي فولادي بوده و در حال حاضر براي مصالح موجود FRP، نمي‌توان خم كردن را درکارگاه انجام داد.اگرچه در صورت لزوم مي‌توان خم ميلهاي کامپوزيتي FRP را با سفارش آن به توليد كننده انجام داد.

 

 

در شكل فوق موارد نشان داده شده به ترتيب عبارتند از:

1- آماده سازي سطح

2- اعمال پرايمر

3- كنترل مواج نبودن سطح

4- اعمال رزين

5- نصب الياف و خارج كردن هواي محبوس

6- اعمال لايه دوم رزين براي محافظت

7- پرداخت و پوشش‌دهي

 

6- نحوه نصب FRP

طريقه نصب FRP بطور خلاصه بشرح زير انجام مي‌گردد.

1-آماده سازي سازه:

قبل از مقاوم سازي به روش FRP سازه مورد نظر بايد تحت تعميرات اوليه قرار گيرد. بايد بتن از بين رفته تعمير شده فولاد خورده شده يا آسيب ديده مشخص شود وترکهاي بزرگ با تزريق پر شوند.

 

 

2- آماده سازي سطحي:

سطح مورد تعمير بايد کاملاً تميز شود آلودگي‌ها پاک شود و گوشه‌هاي تيز ساييده شوند.اين موارد توسط روش هاي مختلف همچون سندبلاست و پاشيدن آب با فشار زياد و يا ساييدن انجام مي‌شود.

3- اعمال پرايمر:

براي چسبندگي بهتر و بيشتر و آماده سازي سطح براي رزين FRP مقداري اپوکسي رقيق با چسبندگي کم توسط غلطک بر روي سازه اعمال مي شود به طوريکه تمام سطوح زيرين کار اشباع گردد.

4- بتونه کاري:

ماده بسيار چسبناک خاصي براي پر کردن سوراخها و سطوح خالي و مواردي از اين دست بر روي سازه اعمال مي‌شوند.

 

5- بريدن الياف بافته شده:

در محلي تميز و عاري از رزين الياف بافته شده دقيقا اندازه گيري مي شود و با توجه به مشخصات و نقشه ها بريده مي شوند.

6- آغشته سازي الياف بافته شده:

در پروژهاي بزرگ الياف توسط ماشين آغشته سازي کامپوزيت ها آغشته مي‌شود. اما در حجم کار کمتر و يا قطعات کوچکتر بر روي ميز آغشته مي شوند و يا مي‌توان سطح را آغشته کرد و سپس الياف خشک را بر روي سطح قرار داد.

 

 

 

7- نصب مواد FRP:

مواد FRP خشک و يا تر را بايد با دقت روي سطح چسبانده و حباب هاي هوا کاملاً خارج شوند. اين عمل توام با حصول اطمينان از صحيح بودن جهت الياف انجام مي شود.

8- كنترل كيفيت:

2 تا 6 ساعت پس از نصب الياف ، بسته به شرايط محيطي ، سطوح مواد FRP براي حصول اطمينان از تخليه كامل حبابهاي هوا و عدم وجود چروكيدگي كنترا مي‌شوند. كامپوزيت‌ها به يكسري بازرسي‌هاي دقيق بر اساس مشخصات نياز دارند كه بايد توسط افراد كاملاً آموزش ديده و متخصص صورت گيرد.

9- تضمين كيفيت

رعايت و ثبت كليه موارد در هنگام نصب و خصوصيات مواد تضمين كننده عملكرد و كاركرد درست و اخذ نتيجه مطلوب مي‌باشد.

10- پوشش نهايي

پس از اتمام كار و بازرسي‌هاي مربوطه، FRP را مي‌توان براي هماهنگي با محيط، زيبايي يا محافظت با انواع پوشش‌ها همانند انواع رنگ‌‌ها، گچ، سيمان و غيره پوشش داد.

11- كنترل كيفيت ميداني

  1. يك ناظر متخصص بايد بصورت همه جانبه بر مطلوبيت محيط كارگاه، مشخصات مواد، آمادگي سطح، تركيب مخلوط رزين، نوع پرايمر مورد نياز، رزين و الياف مورد استفاده، اعمال لايه‌هاي محافظ مورد نياز و غيره نظارت داشته باشد.
  2. در كامپوزيت‌هاي تازه نصب، شده  اطمينان از چسبندگي كامل، اتصال بين لايه‌ها و سطح زيرين، جهت مناسب الياف و نداشتن چروك و حباب و فضاي خالي توسط بازرسي‌هاي چشمي‌بايد صوت گيرد. اين بازرسي‌ها شامل فضاهاي خالي و لايه لايه‌شدن‌ها نيز بايد داشته باشند.
  3. پس از گذشت حداقل 24 ساعت از اعمال كامپوزيت‌ها يك تست چشمي‌و تست ضربات صوتي (Tap) براي كنترل سطوح لايه‌ها انجام مي‌شود.
  4. جدايي لايه‌ها (در صورت وجود) مي‌بايد براي تعمير مشخص شود. جدا شدگي‌هاي كمتر از 1300 ميلي‌متر مربع در حالت كلي نيار به تعمير و اصلاح ندارند.
  5. جداشدگي‌هاي بزرگ بين لايه‌ها بايد توسط تزريق رزين و لايه‌گذاري جديد در ناحيه آسيب‌ديده تعمير شود بصورتيكه حداقل هم‌پوشاني 17 ميلي‌متر در تمام محل تعمير با لايه‌هاي همجوار وجود داشته باشد. البته تمام موارد فوق به صلاح ديد ناظر بستگي دارد.

 

8- مقاوم سازي لوله ها

تعمير لوله:

در تعمير و مقاوم‌سازي لوله، نياز اصلي تقويت شعاعي لوله مي‌باشد. بر اين اساس تعمير ومقاوم‌سازي به صورت استفاده از الياف تك جهته و يا الياف بافته شده ،‌به عنوان اعضاء مقاوم كننده انجام مي‌شود . الياف بافته شده تك جهته به نسبت مساوي مقاومت بيشتري نسبت به ديگر بافته‌ها دارند. همچنين آسيب‌پذيري كمتري در مقابل بارهاي سيكلي دارند. تركيب الياف شيشه نوع با رزين پلي‌استريكي از بهترين روش‌ها براي مقاوم‌سازي براي خطوط لوله فشار بالا مي‌باشند. در اين روش تنش‌هاي شعاعي (hoop) به نسبت مدول الاستيسيته، استحكام و ضخامت جداره فولادي لوله تقسيم مي‌شود.

نحوه نصب:

روش تعمير كامپوزيتي لوله در شكل زير نمايش داده شده است. يك فرآيند كامل مقاوم‌سازي عبارت است از چند لايه كامل دور پيچ كامپوزيت‌ها به همراه مواد چسبنده بين لايه‌ها و بين لايه اول و سطح لوله . مواد خاصي با مقاومت بالاي فشاري براي انتقال تنش شعاعي (hoop) از جداره لوله به كامپوزيت مورد استفاده قرار مي‌گيرد. كامپوزيت تقويت كننده اغلب با تركيب الياف شيشه نوع و رزين پلي‌استر ايزوفتاليك بدست مي‌آيد. به اين صورت كه الياف آغشته به رزين به دور لوله پيچيده مي‌شوند تا به مرور زمان شكل يافته و خواص اصلي خود را بدست آورند. قبل از استفاده از تقويت كننده‌هاي كامپوزيتي سطح لوله پاكيزه مي‌شود و ترك‌ها و سوراخ‌ها با ماده خاصي با مقاومت فشاري بالا پر مي‌شود تا بارها را از سطح لوله به كامپوزيت‌ها انتقال مي‌دهد. بعد از نصب مواد FRP بر روي خطوط لوله، ساختار حاصله مقاومت كافي در محل آسيب ايجاد مي‌كند و بازسازي و تعمير با دوام و مطلوب را نتيجه مي‌دهد.

 

روش تعمير توسط كامپوزيت‌ها داراي 3 جزء مي‌باشد:

  • ساختار كامپوزيتي تشكيل شده از الياف شيشه و پليمر
  • چسب دو جزئي
  • مخلوط مخصوص داراي مقاومت فشاري زياد براي انتقال بار

بعد از نصب، سه جزء اشاره شده با هم تركيب مي‌شوند و به صورت يكپارچه در مي‌آيند . اين روش تعمير، عمري معادل 50 سال را دارا مي‌باشد. اين تكنولوژي توانايي رفع بسياري از مشكلات مربوط به پالايشگاه‌ها و كارخانه‌هاي مختلف را دارد.

مقاوم‌سازي و نشتي‌گيري لوله‌هاي فشار پايين

در پالايشگاه‌ها و كارخانه‌ها خطوط لوله زيادي فشار داخلي زير 33 اتمسفر مي‌باشند. با اين روش علاوه بر لوله‌هاي فشار بالا مي‌توان چنين خطوطي را نيز مقاوم‌سازي و يا نشتي‌گيري نمود.

اين روش موثر و دائمي‌براي آسيب‌هاي خارجي لوله‌ها، آسيب تا 90% ضخامت بدنه، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. روش مذكور براي تعمير خوردگي‌ها، زنگ‌زدگي‌ها،‌ضربات، ترك‌ها و سوراخ‌هايي كه باعث ضعف لوله و عدم تحمل فشار مي‌شوند بسيار مناسب است. در اين روش، تعمير لوله در حين كار امكان‌پذير است و باعث حذف هزينه‌هاي مربوط به قطع جريان لوله‌ها مي‌شود. به علت عدم نياز به استفاده از آتش و حرارت سطح امنيتي كار نيز بسيار بالا خواهد بود. شكل‌هاي زير تعمير لوله‌هاي تحت فشار را نشان مي‌دهد. شکل سمت چپ تعمير ناشي از خوردگي خارجي را دريك لوله به قطر 457 ميليمتر نشان مي دهد. تعميرات صورت گرفته لوله را به استحكام شرايط قبل از خوردگي برگردانده است. شكل سمت راست تعمير لوله‌اي به قطر 203 ميلي‌متر آسيب‌ديده از خوردگي خارجي را نشان مي‌دهد. اين شكل نشانگر آن است كه اين نوع تعمير را مي‌توان حتي براي فواصل بسيار كم بين لوله‌ها نيز استفاده كرد.

از اين روش مي‌توان براي تعمير خوردگي‌هاي ناشي از محيط آب نمك، خوردگي‌هاي كلي در خطوط انتقال فرآورده‌ها و خطوط لوله سوخت استفاده كرد. اين فن‌آوري يك روش مطلوب موثر و اقتصادي براي تعمير لوله‌ها مي‌باشد.

آب‌بندي و نشتي‌گيري:

نشتي، يكي از جدي‌ترين مشكلات پلنت‌ها و كارخانه‌ها و سبب هزينه‌هاي زيادي در تعميرات مي‌باشد.

در اين روش از نوعي آب‌بندي تركيبي براي تعمير لوله‌هاي داراي نشتي استفاده مي‌شود. اين تركيب شامل كامپوزيت تقويت كننده به علاوه كيت آب ‌بندي مي‌باشد.

اگر چه بهتر است كه در حين تعمير درون لوله، جريان مايعات وجود نداشته باشد، ولي در صورت وجود جريان هم تعميرات امكان‌پذير است. تعميرات بسياري در رابطه با نشتي‌ها در لوله‌هايي انجام شده است كه تحت فشار كاري بوده‌اند. در اين موارد محل نشتي توسط استفاده از رزين‌ها و بست‌هاي خاص آب‌بند مي‌شود و سپس توسط كمربند‌هاي كامپوزيتي مقاوم مي‌شوند.

 

 

 

9- تقويت خمشي:

 

چسباندن FRP به ناحيه کششي بتن در يک عضوخمشي به طوري که الياف FRP موازي با محور طولي عضو باشد، باعث افزايش مقاومت خمشي عضو خواهد شد. اين افزايش بسته به مورد تا 160% در آزمايشات و تحقيقات مختلف به ثبت رسيده است (6/2 برابر حالت اوليه).

FRP نصب شده در واقع به کمک آرماتور هاي موجود در تير رفته و با تغيير محل تار خنثي لنگر نهايي مقطع را افزايش مي دهد. در اين تکنيک فرض اساسي بر اين است که FRP به طور کامل به سطح بتني چسبانيده شده و هيچگونه لغزش نسبي بين FRP و بتن رخ نمي دهد که اين فرض با توجه به روشهاي اجراي سيستم امکان پذير مي باشد. شكل زير نحوة توزيع تنش و كرنش مقطع بتني تقويت شده با  FRP را نشان مي‌دهد.

همانطور كه مشاهده ميشود جمله اول همان قسمت مربوط به تيرهاي بتني ميباشد و جمله دوم مربوط به تقويت خارجي با FRP است. در صورتيکه در فرضيات فوق فولاد کششي جاري شود مقدار  با  جايگزين مي‌شود. نمادهاي مورد استفاده به شرح زير هستند.

 ،  ، ضرايب جزيي ايمني FRP ، فولاد و بتن

،، مدول الاستيسيته، كرنش و سطح مقطع FRP

 و  به ترتيب فاصله و زاويه تقويتهاي برشي FRP نسبت به محور طولي عضو

 

 

10- تقويت برشي:

تحقيقات و آزمايشات مختلفي نشان داده اند که سيستم FRP با دور پيچ کردن کامل يا پوشاندن قسمتي از عضو  موجب افزايش مقاومت برشي تيرها و ستون هاي بتني مي شود.

در اين روش صفحات FRP به طوريکه الياف بر محور طولي تير عمود يا مورب باشند، به وجوه جانبي تير چسبانيده مي‌شوند. صفحات مي‌توانند بر وجوه جانبي تير و يا به صورت U شکل مطابق شكل زير نصب شوند.

 

 

 

 

زير تأثير FRP در باربري برشي مقاطع بتني را مشخص مي‌كند. همانطور كه در رابطه اول مشاهده مي‌شود، در مقاومت نهايي برشي مقطع بتني پارامتر مربوط به سهم FRP اضافه شده است كه مقدار آن در رابطه دوم آورده شده است.

 

21- تقويت اعضاي فشاري:

دورپيچ کردن اعضاي فشاري توسط سيستمFRP، آن اعضا را محصور کرده و منجر به افزايش مقاومت فشاري مي‌شود. از محصور شدگي مي توان براي افزايش شکل پذيري اعضاي تحت بار گذاري فشاري و خمشي نيز استفاده کرد.

براي محصور کردن يک عضو بتني لازم است راستاي الياف حتي المقدور عمود بر محور طولي عضو باشد. در اين راستا الياف حلقوي رفتاري مشابه تنگ هاي بسته يا خاموت هاي دور پيچ فولادي خواهند داشت. بار محوري مقاوم نهايي  براي يک ستون محصورشده از رابطه زير بدست مي‌آيد:

همانطور كه مشاهده ميشود رابطه فوق به لحاظ ظاهري كاملاً مشابه رابطه آبا مي‌باشد. ولي نكته مهم در افزايش قابل توجه پارامتر مقاومت فشاري بتن (fcc) مي‌باشد. روابط مربوط به اين پارامتر در مراجع آورده شده است.

بهترين عملکرد محصور شدگي در اعضاي دايره اي شکل رخ مي‌دهد. در ستون‌هاي مربع شکل محصور شدگي مقاومت فشاري و تنش بتن را به نحو چشمگيري افزايش مي‌دهد و هر چه نسبت ابعاد مقطع بزرگتر شود، اين تأثير کمتر خواهد شد.

13- سيستمهاي مركب جديد:

گاهي اوقات براي بازسازي يك سازه يا يك عضو از تركيب چندين روش بازسازي يا تركيب چند روش مقاوم‌سازي مي‌پردازيم. به عنوان مثال اخيراً پروفسور J.G.Teng مدل ستون FCSDS را مطابق شكل زير ارائه داده است. كه متشكل از يك لوله فولاد و يك غلاف خارجي FRP است كه فضاي بين آن دو با بتن پر شده است.

با دقت به عملكرد چنين ستوني مي‌بينيم كه اين ستون معايب لوله‌هاي فولادي چون كمانش تحت بار فشاري را به دليل احاطه‌شدن با غلاف بتني نداشته از طرفي بتن موج موجود بوسيله پوشش FRP كاملاً محصور شده و ظرفيت باربر نهايي و كرنش نهايي آن تحت بار محوري به شدت افزايش مي‌يابد.

 

مدل ستون FCSDS

از ورقه‌هاي FRP براي تقويت خمشي، برشي، پيچشي و تركيب آنها در اعضاي باربر سازه چون تيرها، ستونها، اتصالات ديوارها و دالهاي بتن آرمه و حتي عناصر غير باربر استفاده مي‌شود. اخيراً حتي براي تقويت پروفيلهاي فولادي ساختماني از ورقه FRP‌ استفاده شده و براي استفاده بهينه حتي ورقه‌ها را در حالت پس تنيده و يا پيش تنيده در سيستم تقويت بكار مي‌برند. در شكل زير الگوي تقويت برشي اعضاي باربر سازه‌اي با ورقه‌هاي FRP مشاهده مي‌‌شود.

 

الف) تقويت خمشي و برشي تيرها:

براي كنترل گسيختگي‌هاي موضعي چون عدم پيوند و چسبندگي در انتهاي تير در حالت تقويت خمشي از باريكه‌ها (نوارها) يا ورقه پيوسته U شكل براي گيرداري مهار انتهايي نير مطابق شكل زير استفاده مي‌شود.

 

 

در حالت تقويت برشي مي‌توان از الگوي يكپارچه ورقه يا Laminate و نوارهاي منقطع يا Strips استفاده كرد. گاهي اوقات يك عضو باربر سازه اي با تركيب چند روش تقويت مي‌كنيم. حتي با توجه به شكل زير مشاهده مي‌شود جنس ورقه‌اي كه براي تقويت خمشي (CFRP laminate) بكار مي‌رود با جنس ورقه‌اي كه براي تقويت برشي (CFRP laminate) بكار مي‌روند متفاوت هستند.

 

باريكه‌ها و نوارهاي FRP‌ يا حتي ورقه‌هاي آن مي‌تواند در زواياي مختلف بخصوص 45 درجه براي كنترل تركهاي برشي و در تعداد لايه‌هاي مختلف و حتي دو لايه عمود بر هم با زواياي مختلف به عنوان مثال 90-0 درجه يا 45  درجه بكار برده شوند. شكل زير را ملاحظه كنيد.

 

ب) تقويت ستونها

روش‌هاي تقويت ستونها با ورقه FRP‌ مطابق اشكال زير عبارتند از:

1- دورپيچ سراسري

2- پيچاندن و لفاف كردن به صورت دوراني

3- استفاده از نوارها / كابل‌هاي كامپوزيت

 4- دورپيچ به صورت خودكار و اتوماتيك

5- چسباندن پوسته‌هاي پيش ساخته

6- تزريق چسب يا ماتريس

 

- استفاده از ژاكت فولادي 2- استفاده از بستها يا نوارهاي فولادي 3- استفاده از غلاف يا دورپيFRP

 توجه داشت در مورد ستونهاي مربع مستطيل شكل پوشش ورقه FRP محصوريت كمتري ايجاد مي‌كند، لذا معمولاً اين ستونها را با گروت يا بتن پر كننده مطابق شكل زير  به صورت بيضوي يا دايروي در آورده سپس با FRP دورپيچ مي‌نمايند. 

 

 

ج) تقويت اتصال و سيستم دال يا عرشه پل

اتصالات بتن آرمه‌اي كه از حساسيت زيادي برخوردار هستند و در مجموع تقويت آنها به دلايل اجرايي ساده نمي‌باشند را مي‌توان به كمك ورقه‌هاي FRP تقويت نمود. اشكال زير روشهاي متداول تقويت اتصال و تابليه پل را نشان مي‌دهد.

 

 

 

 

 

 

تقويت عرشه پل با ورقFRP

 

13- نتيجه و ارائه پيشنهاد

1- استفاده از ورقه‌ها و ميلگردهاي FRP براي تقويت و بازسازي سازه‌هاي بتن آرمه با توجه به مزاياي بي‌شمار و شناخته شده آن روز به روز در حال افزايش است، لذا انجام تحقيقات بيشتر در مورد تقويت جزيي يا كلي با FRP به صورت تئوري و آزمايشگاهي ضروري است.

2- لزوم مقاوم‌سازي و طراحي لرزه‌اي سازه‌ها و آشنايي با نحوه عملكرد سازه‌ها در مقابل زلزله با توجه به اين كه كشور در محدوده گسل‌هاي با لرزه‌خيزي زياد قرار دارد داراي اولويت مي‌باشد كه در اين ميان بررسي روشهاي مختلف مقاوم‌سازي و مقايسه آنها با يكديگر براي انتخاب روش مقاوم‌سازي مناسب و كارآمد با توجه به شرايط اقتصادي،‌ اجتماعي و پتانسيل يك منطقه ضروري است.

 

 

 

 

استفاده از ورقه‌های FRP برای تأمين ظرفيت خمشی در اتصالات پيش‌ساختة بتن‌آرمه

 

 

مزايای منحصر به‌فرد سازه‌های بتنی پيش‌ساخته ازجمله کنترل کيفيت عالی، سرعت اجرای بالا، استفاده از نيروی انسانی کمتر و در نهايت قيمت تمام شدة پايين، سبب شده است که اين‌گونه سازه‌ها از ده‌ها سال پيش مورد توجه ويژة مهندسان قرار گيرد. با اين وجود رفتار سادة اتصالات سازه‌های قابی پيش‌ساختة بتن‌آرمة با ديوار برشی باعث شده که قبل از اينكه سيستم و عناصر تشكيل دهندة تحت بارهاي جانبي وارد حيطة غيرخطي شوند، به‌علت عدم تطابق در شكل‌پذيري و بروز نيروی ضربه‌ای در اتصال، يك‌پارچگي كل سيستم از بين برود؛ و موجب فروپاشي كل سيستم گردد ]1[. به‌همين جهت به‌نظر مي‌رسد، خمشی کردن اتصالات پيش‌ساختة بتن‌آرمه باعث بهبود رفتار اين سازه‌ها در مقابل بارهای ثقلی و جانبی ‌شود.

يکی از روش‌های نوين بهينه‌سازی و تقويت سازه‌های بتن‌آرمه، چسباندن ورقه‌های FRP به سطح بتن برای افزايش ظرفيت خمشی، برشی و محوری، و نيز محصور كردن هستة بتني و جذب انرژي در اعضای سازه‌های بتن‌آرمه خصوصأ اتصالات می‌باشد ]2[. مواد FRP در مقايسه با فولاد دارای مزايايي چون سبكی، مقاومت بسيار بالاتر، مقاومت در برابر خوردگي و شكل‌پذيری به‌صورت قالب است ]3[.

در دهه‌های گذشته تحقيقات زيادی بر روی اتصالات تير-ستون و تقويت آنها صورت گرفته‌است. ناکافی بودن جزئيات اتصالات، خصوصأ اتصالات خارجی، باعث شده است که اين اتصالات به‌عنوان نقاط بحرانی در سازه‌ها مطرح شوند [4]. شکست برشی-خمشی ناشی از لغزش طول مهاری به‌دليل ناکافی بودن طول مهاری و کمبود مقاومت در مقابل برش قطری در هستة اتصال از نقاط ضعف اين نوع اتصالات می‌باشد [4]. از جملة اين تحقيقات مي‌توان به کارهای جرجلی و همکاران در سال 1998 و 2000 در تقويت برشی-خمشی اتصالات خارجی [5]، پروين و گراناتا در سال 1998 در مورد تقويت خمشي-برشي اتصالات كربل مفصلي پيش‌ساخته و خمشي‌كردن آن با استفاده از ورقه‌هايFRP  ]6[، آنتونوپلوس و تريانتانيلو در سال 2003 در مورد تقويت اتصال تير-ستون با CFRP با تمرکز بر روی جدا‌شدگی الياف [7]، موخوپازيايا و سوامی در سال 2001 در مورد توزيع تنش برشی و جدا‌شدگی الياف و ورقه‌های فولادی از سطح بتن در تيرها [8]، آقايان هام و ال‌مهيدی در سال 2004 در مورد جمع‌بندی انواع مدل‌های ارائه شده در مورد جدا‌شدگی ورقة FRP از سطح بتن در تيرها [9]، و هارمون و همکاران در سال 2003 در مورد توزيع تنش برشی و جداشدگی الياف از سطح بتن در تيرها [10]، اشاره کرد. اما دانش استفاده از اين تكنيك در تقويت سازه‌هاي پيش‌ساخته خصوصا در اتصالات اعضاي آنها، ناقص و مبهم است. هدف از اين تحقيق، بهبود رفتار اين اتصالات به‌وسيلة تقويت آن با ورقه‌هايFRP  بوده است.

 

 

 

 

 

برنامة آزمايش‌ها

 

2-1- نمونه‌های مورد آزمايش

در تحقيق حاضر 3 نمونه اتصال خارجی تير-ستون با مقياس 2/1 ابعاد واقعی ساخته شد و مورد آزمايش قرار گرفت. اولين اتصال، يک اتصال به‌نام Base به‌‌صورت گيردار با بتن درجا با توجه به فلسفة تير ضعيف-ستون قوی با آرماتور طولی تير در حدود  و آرماتور طولی ستون در حدود 5/3 % با رعايت کلية ضوابط رعايت آرماتور عرضی و طول مهاری در مناطق زلزله خيز بر اساس ACI 318 و بدون وجود آرماتور عرضی در هستة اتصال بود. عدم وجود آرماتور عرضی در هستة اتصال، به‌دليل مطابقت آن با اجرای رايج بوده است (شکل 1-الف).

 

 

نمونه‌های دوم و سوم به‌نام‌های Base-P1 و Base-P2 به‌صورت اتصال ساده با تير و ستون پيش‌ساختة جدا از هم بوده‌است؛ به‌طوری‌که تير روی کربل ستون قرار داده شده و درز انقطاع ميانی با گروت پر مي‌شود .

 

 

2-2- نحوة آماده‌سازی نمونه‌ها

طرح اختلاط بتن به روش وزنی-حجمی ACI-2M-89 صورت گرفت. سيمان مصرفی سيمان تيپ 2 پرتلند ، اسلامپ مورد نياز برای تير و ستون mm 100- 75 بزرگ‌ترين بعد دانه‌ها 5/12 ميلي‌متر، با منحنی دانه‌بندی استاندارد، مقدار آب لازم W=216 kg/m3 و نسبت آب به سيمان W/C=0.54 انتخاب‌شد. قالب‌بندی و بتن‌ريزی نمونه‌ها در سطحی افقی با استفاده از قالب‌های فلزی انجام شد. نمونه‌ها تا يک هفته، سه بار در روز آب‌دهی شد و تا30 روز در دمای آزمايشگاه قرار داده شد. پس از عمل‌آوری بتن، نمونه‌های تير و ستون پيش‌ساخته روی همديگر قرار گرفته و درز انقطاع 30 ميلي‌متری به‌وسيلة گروت پر می‌شود. براي بدست آوردن سطحي با زبري تا 5/0 ميليمتر، سطح با استفاده از سمبادة نرم و برس سيمی صاف گرديد. برای تمام گوشه‌های اعضای بتنی، پخی با بعد 25 ميلي‌متر در‌نظر‌گرفته‌شد تا از تمرکز تنش در لايه‌های FRP دورپيچ به دور تير و ستون جلوگيری به‌عمل آيد. اولين لاية FRP با رزين Sikadur-330 اشباع شده و روی سطح چسبانده شد. سپس به‌وسيلة غلطک پلاستيکی و گيره، سطح فشرده شد تا چسب اضافی خارج شود. به‌همين ترتيب لايه‌های ديگر نيز چسبانده شد تا ورقه به ضخامت لازم برسد.

 

2-3- مشخصات مصالح بکار رفته   

مقاومت فشاری بتن 28 روزه برای هريک از نمونه‌ها با استفاده از 3 نمونة استوانه‌ای با قطر 150 ميلي‌متر که 2 تا از نمونه‌ها مشابه نمونة اصلی عمل‌آوری شده و يکي از نمونه‌ها در حالت اشباع کامل عمل‌آوری شده است، در جدول شمارة 1 ذکر شده است. جدول 1 همچنين ساير مشخصات نمونه‌ها را نيز نشان می‌دهد. آرماتورهای کششی در تير و ستون از فولادAІІІ  با ، و آرماتور طولی تحتانی تير از ميلگردهایAІІ  با ، و خاموت از فولاد با تنش تسليم  در نظر گرفته شد. مشخصات ورقة FRP به‌کار ‌رفته SikaWrap-200C از جنس کربن بوده و دارای مشخصات فني مطابق جدول شمارة 2 مي‌باشد.

 

جدول 1- مشخصات نمونه‌ها‌ و نتايج آزمايش

  1. نمونه
  1. مقاومت فشاری 28 روزه (MPa)
  1. درصد FRP طولی تير ()
  1. درصد دورپيچ تير و کربل ()
  1. بار شکست نهايي(kN)
  1. درصد تفاوت بار نهايي با نمونة Base
  1. Base
  1. 3/25
  1. 0
  1. 0
  1. 24
  1. 0
  1. Base-P1
  1. 2/27
  1. 25/0
  1. 11/0
  1. 50/4
  1. 81/0
  1. Base-P2
  1. 1/25
  1. 22/0
  1. 22/0
  1. 75/7
  1. 68/0
 

 

 

 

 

 

 

 

جدول 2- مشخصات فنی FRP

  1. مشخصات فني
  1. SikaWrap-200C
  1. مدول الاستيسيته
  1. وزن
  1. چگالی الياف
  1. مقاومت کششی الياف
  1. کرنش نهايي الياف
  1. ضخامت طراحی الياف
 

 

 

 

2-4- تجهيزات آزمايش

با توجه به محدوديت ابعاد دستگاه برای تست نمونه ابعاد نمونه، در مقياس2/1 اندازة واقعی انتخاب گرديد. در نمونة واقعی فرض بر اين است که نقطة عطف در وسط تير و ستون قرار دارد. با اين تفسير اتصال مربوطه که ابتدا و انتهای نمونه‌های آزمايشی روی آن سوار می‌شوند، به‌صورت مفصل طراحی گرديد. نمونه‌های ساخته شده بعد از عمل‌آوری و تقويت، به زير جک 2500 کيلو‌نيوتنی انتقال‌يافته و روی اتصالات مربوطه قرار گرفت. برای برداشت اطلاعات در هنگام بارگذاری، از يک Load-Cell 500 کيلو‌نيوتنی با دقت 250 ‌نيوتن و يک Actuator برای کنترل-بار تغييرمکان و پنج LVDT با دقت 001/0 ميلي‌متر با جايگذاری به‌صورت شکل 3 برای برداشت تغييرمکان نقاط مختلف اتصال استفاده گرديد. بارگذاری به‌صورت يک بار محوری ثابت روی ستون به ميزان  توسط يک جک هيدروليکی دستی، و يک بار متغير در سر تير در موقعيت 1000 ميلي‌متری از بر اتصال توسط يک جک هيدروليکی با هدايت کامپيوتری و با سيستم بارگذاری Displacement-Control صورت گرفت.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3- نتايج تحقيق

 

3-1- نتايج نمونة Base

نتايج آزمايش بر روی نمونة اول نشان می‌دهد که آرماتورهای طولی تير در بر تکيه‌گاه به تسليم رسيدند؛ يعنی پوش منحنی آزمايشگاهی تا لحظة تسليم با منحنی تئوری تير کنسول مطابقت دارد؛ ولی به‌دليل ضعف هستة اتصال در نبود آرماتور عرضی، ترک‌های ريز قطری نيز درون هسته به‌وجود آمد که ناشی از ضعف برشی اتصال می‌باشد. اين امر لزوم توجه ويژه به اجرای دقيق هستة اتصال را نشان می‌دهد. همان‌طور که در شکل 4 نشان داده شده است، تير در بر اتصال به تسليم می‌رسد؛ ولی به‌دليل ضعف در هستة اتصال، با وجود رعايت ساير ضوابط آرماتور عرضی و طول مهاری در مناطق زلزله خيز، شکست تاحدودی حالت ترد دارد و شکل‌پذيری مناسبی در اتصال به‌وجود نيامده است.

 

 

 

3-2-نتايج نمونة Base-P1

در اوايل بارگذاری در قسمت فوقانی تير که آرماتور کششی وجود ندارد، ترک خمشی در بتن ايجاد شده و سختی اتصال مقداری کاهش می‌يابد. از اين ‌پس فقط ظرفيت کششی دورپيچ تير و کربل و ورقة L شکل در مقاومت خمشی اتصال تأثير دارد. هر مقدار دوران گره بيشتر مي‌شود، لبه‌های خارجی شبکة الياف در لاية L شکل روی تير در مجاورت گره اتصال دچار نقصان و خرابی می‌شود، و در ادامه دورپيچ‌های دور ستون در لبة پايينی شروع به جدا شدن از سطح بتن مي‌کنند؛ در اين هنگام مقداری از لنگر گيرداری اتصال کاهش مي‌يابد. البته اين جدا شدگی شکل‌پذيری اتصال را بهبود می‌بخشد. اگر دورپيچ ستون ضعيف باشد، شکست در گرة تير-ستون در هنگام پاره شدن دورپيچ ستون حادث می‌شود. افزايش تعداد لايه‌ها در عدم جدا شدگی دورپيچ ستون از سطح بتن بی‌تأثير است؛ ولی سختی اتصال را به‌دليل توزيع يکنواخت تر تنش در دورپيچ ستون افزايش می‌دهد. شکست هنگامی اتفاق می‌افتد که دورپيچ تير وکربل به‌صورت کششی با استفاده از حداکثر ظرفيت FRP در  پاره مي‌شود. در اين موقع حدود 25% از الياف ورقة L شکل در لايه‌های تحتانی پاره شده است. از اين به بعد فقط 30% از لنگر حداکثر به‌وسيلة ورقة L شکل انتقال می‌يابد.

نتايج آزمايش بر روی نمونة دوم نشان می‌دهد که تقويت اتصال با استفاده از ورقة L شکل در بالا و پايين گرة اتصال تأثير بسيار ناچيزی در انتقال لنگر دارد. زيرا با توجه به اينکه در گرة اتصال، تمرکز تنش برشی زيادی در ورقة L شکل برای انتقال نيروی کششی تير به دورپيچ ستون بوجود می‌آيد؛ ورقة L شکل در نقطة تا‌شدگی پاره می‌شود (شکل 5). مکانيزم انتقال بار در شکل 6 نشان داده شده است.

 

 

5-3- نتايج نمونة Base-P2

در اوايل بارگذاری در بار 4000 نيوتن، در ورقة U شکل چسبيده به ستون، جدا شدگی لاية سطحی بتن از چسب به‌دليل تمرکز تنش برشی لاية مرزی در محل ترک خمشی (مطابق شکل 7) شروع، و در عرض ستون توسعه پيدا می‌کند. با افزايش بارگذاری در بار 5500 نيوتن، دورپيچ تير وکربل در ناحية خم روی ورقة U شکل دچار پارگی می‌شود. پاره‌شدگی دورپيچ به‌دليل بروز تنش کششی ناشی از سهم انتقال لنگر به کربل در اتصال با استفاده از حداکثر ظرفيت FRP در  حادث می‌شود، که با بار شکست مربوطه با معادلات تعادل و هم‌سازی تا 95% تطابق دارد. در بار نهايي ورقة U شکل چسبيده به تير در  به‌طور ناگهانی دچار جداشدگی می‌شود و در واقع نزديک به  از ظرفيت نهايي FRP در اتصال به‌کار برده مي‌شود. به تأخير انداختن جدا شدگی از  در ورقة U شکل چسبيده به ستون، به  در ورقة U شکل چسبيده به تير به‌دليل دورپيچ می‌باشد. يعنی دورپيچ تا 100% ظرفيت جدا‌شدگی الياف را بهبود بخشيده است (شکل 8). تنش جدا شدگی ورقة U شکل که با استفاده از بار متناظر جدا ‌شدگی و نوشتن معادلات تعادل و هم‌سازی بدست آمده است، با رابطة هلزن ‌کامپفر [4] که از رابطة 1 به‌دست مي‌آيد تا 98% مطابقت دارد.

 

4- نتيجه‌گيری

نتايج تحقيق بر روی تقويت خمشی يک نوع اتصال مفصلی حاکی از آن است که ورقه‌های FRP تأثير نسبتأ مطلوبی در عملکرد خمشی اتصال داشته‌اند. در نمونه‌های تحقيق حاضر، اتصال تقويت شده تا 33% ظرفيت خمشی يک اتصال گيردار معمولی، مقاوم شده‌اند؛ و شکل‌پذيری مطلوبي از خود نشان دادند. جدا شدگی يک عامل محدود کننده در ظرفيت کششی ورقه‌های FRP مي‌باشد؛ مگر اينکه بتوان آن را با يک سيستم مهاری مکانيکی کنترل کرد. مهار‌های مکانيکی در افزايش ظرفيت نهايي جداشدگی ورقه‌های FRP تا 100% موثرند. در استفاده از دورپيچ به‌عنوان يک مهار مکانيکی، ظرفيت نهايي جداشدگی از  به  افزايش مي‌يابد. تعداد و ضخامت لايه‌های FRP در تنش نهايي جدا شدگی FRP موثر است. طول مهاری برای ورقه‌های FRP تا حد طول مهاری حداکثر موثر است؛ و افزايش طول مهاری، بيشتر از اين طول بی‌تأثير است.

لازم به‌ذکر است که در اين تحقيق بررسی‌های تکميلی روی بهبود مها‌ر مکانيکی ورقه‌های FRP نيز صورت گرفت؛ که نتايج مربوطه در مقالة مستقلی ارائه خواهد گرديد.

تقويت دال‌های دو‌طرفه با استفاده از صفحات FRP

برای افزايش برش‌منگنه‌ای

 

اتصالات دال‌های دوطرفة تخت از نقاط ضعف اين‌گونه سازه‌ها به حساب می‌آيند. مکانيزم انتقال بار از دال به ستون با پيچيدگي‌هايي همراه است و عوامل زيادی بر آن تاثير می‌گذارد. در اين نوع اتصالات, با اندرکنش دو نوع متفاوت از شکست مواجه هستيم: شکست خمشی و شکست برشی.

شکست خمشی شکستی نرم است که با تسليم شدن آرماتورهای دال در محل اتصال و تغيير شکل‌های زياد همراه است. اين نوع شکست به لحاظ ماهيت رفتاری خود, شکستی مطلوب به حساب مي‌آيد.

شکست برشی برخلاف شکست خمشی لزومـاً با تسليم آرماتورها همراه نيست و شکست با زاويه‌ای در حدود 45 درجه رخ مي‌دهد. به دليل ماهيت ترد رفتاری بتن, اين نوع شکست با تغيير شکل‌های کم همراه است و به اين دليل شکست مطلوبی نمي‌باشد.

عوامل زيادی بر مکانيزم شکست اتصالات مؤثر است که به‌عنوان مهم‌ترين عامل, می‌توان از ميزان فولاد اتصال نام برد. در اين زمينه می‌توان به تحقيقات و نمودارهايي که توسط  منتری ]1[ ارائه شده است, اشاره نمود. در اين نمودارها تفاوت در رفتار اتصال تحت تأثير ميزان آرماتور به‌خوبی ديده می‌شود. گرچه در شکست خمشی, بار نهايي اتصال کمتر از شکست برشی می‌باشد؛ ولی ميزان تغيير شکل بعد از بار نهايي در اين نوع شکست بيشتر خواهد بود و به‌عبارت بهتر, شکل‌پذيری اتصال در اين نوع شکست بيشتر خواهد بود.

عوامل ديگری ازجمله مقاومت بتن, نسبت ابعاد ستون, شکل ستون و وجود آرماتور در وجه پايينی اتصال نيز بر ماهيت رفتاری اتصال تأثيرگذار است ]2[.گاه بنا‌به دلايلی ازجمله تغيير کاربری, ايجاد بازشو, ضعف در طراحی, خوردگی و يا ساير دلايل, لزوم تقويت اتصال دال‌ها مطرح می‌شود ]3[. برای تقويت اتصال دال به ستون مدت‌ها از تقويت‌های فلزی استفاده می‌شد و هنوز نيز تحقيقاتی بر روی تقويت فلزی دال‌ها صورت مي‌گيرد. تقويت فلزی با افزايش محصور‌شدگی و نيز افزايش سطح تحمل کنندة برش, سبب افزايش ظرفيت برش منگنه‌ای می‌شود. ولی بنا‌به‌ دلايلی ازجمله خوردگی, سختی اجرا, وزن زياد و عدم انعطاف‌پذيري مناسب, تقويت با صفحات فلزی با مشکلاتی روبروست ]4[.

به موازات کاربرد صفحات FRP در تقويت ساير اجزای بتنی, استفاده از آن برای تقويت اتصال دال‌ها در برابر برش منگنه‌ای نيز توسط بعضی محققين توسعه داده‌ شده‌ است که مي‌توان به روش هراجلی و سودکی ]3[ و روش بينيسی ]5[ اشاره نمود.

هراجلی و سودکی در آزمايش خود نمونه‌هايي که برای تجربة برش منگنه‌ای طراحی شده بودند را با چسباندن ورقه‌های FRP به سطح کششی دال تقويت کردند و تأثير عواملی از جمله ميزان آرماتور, ضخامت دال و مساحت ورقه های FRP را مطالعه کردند و افزايشی بين 17 تا 45 درصد در ظرفيت برشی اتصال مشاهده نمودند.

بينيسی و بايارک روش جديدی برای تقويت دال‌ها برای افزايش ظرفيت برش منگنه‌ای ارائه نمودند. آنها ورقه های FRP را عمود بر صفحة دال در اطراف ستون وعمود بر صفحة آرماتور‌های خمشی, به‌صورت آرماتور برشی در دال قرار دادند. آنها دور شدن صفحة مستعد ترک برشی از نزديکی ستون, و افزايشی در حدود 50 درصد در ظرفيت برش منگنه‌ای را مشاهده نمودند.

 

2-جدا شدگی الياف

از مسائل مهمی که در مورد تقويت اجزاء بتنی با الياف FRP وجود دارد, مسألة جدا شدن ورق‌ها از سطح عضو (Debonding) است. اين مسأله در بسياری از نمونه‌های تقويت‌شده در آزمايش‌ها, به‌عنوان عامل محدود‌کنندة ظرفيت باربری گزارش شده است که به الياف اجازة رسيدن به تنش نهايی خود را نمی‌دهد. انواع مختلفی از جدا شدگی ورق‌ها در اجزاء تقويت‌شده وجود دارد که می‌توان به جدا شدگی انتهای ورقه‌ها از سطح بتن, جدا شدگی بر اثر ترک‌های برشی, جدا شدگی بر‌اثر ترک‌های خمشی و قلوه‌کن شدن لاية پوشش آرماتور از بتن, اشاره‌کرد ]6[.

بنا ‌بر توصية آيين‌نامة ACI 440, ورقه‌های FRP بايستی در محلی مناسب قطع شوند تا پديدة جدا ‌شدگی انتهای ورق رخ ندهد. در نمونه‌های مورد مطالعه در اين تحقيق, ورقه‌های FRP تا انتهای نمونه امتداد پيدا کردند تا از محل بحرانی که توسط آيين‌نامه توصيه شده ‌‌است, دور شوند.

 

 

در اين رابطه, fu, کرنش نهايي الياف, n تعداد لايه‌ها, Ef مدول الاستيسيتة الياف, tf ضخامت لاية FRP و κ ضريبی است که در کرنش نهايي الياف اثر داده می‌شود و کرنش نهايي آن را محدود می‌کند. در کلية مدل‌های مورد مطالعه در اين تحقيق, اين ضريب به‌منظور در‌ نظر گرفتن مسألة جدا ‌شدگی الياف, در کرنش نهايي FRP ضرب شد.

مسألة ديگری که در عمل رخ می‌دهد و در آيين‌نامة ACI 440 مورد توجه قرارگرفته است, خرد ‌شدگی بتن در منطقة فشاری است. آيين‌نامه برای در نظر گرفتن خرد شدگی بتن, ميزان کرنش در بتن را به عدد u=0.003 محدود می‌کند که اين نوع از شکست نيز در مدل‌سازی درنظر گرفته شد و با مطالعة کرنش‌های به‌وجود آمده در بتن, بارهای متناظر با کرنش بيش از u =0.003 در نمودارها درنظر گرفته نشدند.

بنابراين مسالة جدا‌ شدگی ورق‌ها و نيز خرد ‌شدگی فشاری بتن, به‌صورت عاملی محدودکننده در نمودار بار-تغيير مکان مورد توجه قرارگرفت.

3-مدل‌سازی

برای مدل‌سازی دال و مشاهدة تأثير عوامل مختلف بر رفتار دال‌های تقويت شده, از برنامة اجزاء محدود ANSYS 6.1 استفاده شد. در اين برنامه از المان 8 گره‌ای SOLID 65 برای مدل‌سازی بتن, از المان دو گره‌ای LINK 8 برای مدل‌سازی آرماتور, و از المان 4 گره‌ایSHELL 63 برای مدل‌سازی الياف FRP استفاده شد. خواص غير خطی فولاد و بتن نيز در برنامه مدل شد.

ابتدا برای ارزيابی صحت مدل سازی, چندين نمونة آزمايشگاهی در برنامه مدل شدند. با تغيير پارامترهايی مانند شرايط تکيه‌گاهی و يا ضرايب انتقال برش در ترک‌های باز و بسته, سعی شد يک مدل واقع‌بينانه در برنامه توسعه داده شود و برنامه کاليبره گردد.

در ابتدا مدلی از يک تير بتن‌آرمه که توسط آقای شاين]7[ آزمايش شده بود, در برنامه مدل گرديد. اين تير دارای طول 2800 ميلی متر و عرض و ارتفاعی معادل به ترتيب 150 و 250 ميلی متر بود که دارای دو آرماتور خمشی با قطر 10 ميلي متر در بالا و دو آرماتور خمشی با قطر 13 ميلي‌متر در پايين بود. نمودار بار-تغيير مکان تير به نحو رضايت‌بخشی با نتايج آزمايشگاهی انطباق داشت که شکل 1 قابل مشاهده می‌باشد.

 

متصل گرديدند. برای ادامة کار, دال آزمايش شده توسط آقای بينيسی و همکاران انتخاب شد. اين دال دارای عرض و طول 2133 ميلی متر و ضخامت 152 ميلی‌متر و 14 آرماتور خمشی هريک با سطح مقطعی معادل 314 ميلی‌متر مربع در پايين بود، که درصد فولادی معادل 76/1% را تأمين می‌کرد. در اين دال, از دو آرماتور خمشی نيز در بالا استفاده شده بود. نمونه در چهار طرف به‌صورت ساده بر روی تکيه‌گاه‌های غلتکی قرار گرفته بود. مشخصات بتن, فولاد و FRP مصرفی به‌شکل زير است:

ESteel= 2×105 MPa                            Fy,Steel= 448 MPa

EConcrete= 3×104 MPa                        f'c= 30 MPa

EFRP= 230 MPa                                 u,FRP= 1.55%

 

4-تعريف نمونه‌ها

در ابتدا و به‌عنوان مهم‌ترين عامل, نقش ميزان آرماتور در رفتار دال مورد بررسی قرار گرفت. نمونة مبنا (نمونة SB1), دارای درصد آرماتوری برابر 76/1% بود. دو نمونة SB2 و SB3 به‌ترتيب دارای درصد آرماتوری به‌ميزان 2.5% و 8/0% تعريف شدند. نتايج حاکی از تغيير در رفتار دال با تغيير در ميزان آرماتور بود. در نمونة SB2 ميزان سختی و بار قابل تحمل توسط دال زياد بود؛ ولی تغيير‌مکان نهايي, مقداری کمتر از ميزان نمونة مبنا بود. در نمونة SB3, گرچه ميزان بار قابل تحمل دال کمتر از حالت ابتدايي بود, ولی تغيير مکان نهايي دال به‌ميزان قابل توجهی زياد بود و ميزان شکل‌پذيری افزايش يافت. در شکل شمارة 4, سه نمودار مربوط به سه نمونة SB1, SB2, SB3 مشاهده می شوند.

 

 

در مرحلة بعدی, برای مطالعة تأثير صفحات تقويتی FRP و ميزان فولاد به‌طور توأم, دو نمونة SB4 و SB5 تعريف شدند. ورقه های FRP به‌صورت يکسان به دو مدل SB2 و SB3 اضافه شدند. آن‌چه در نمودارهای بار- تغيير‌مکان مشاهده شد, افزايش در ميزان سختی و بار نهايي قابل تحمل توسط دال بود. در مورد نمونة SB4, ميزان افزايش بار به مقدار 70%؛ و در مورد نمونة SB5, اين ميزان افزايش33% بود. ولی در عوض ميزان تغيير مکان نهايي دال به‌ترتيب 30% و 40% در نمونه ها کاهش يافت. شکل 5  نشان می‌دهد که ميزان افزايش بار از يک‌سو؛ و ميزان کاهش تغيير مکان نهايي از سوی ديگر؛ در نمونه‌های با آرماتورکمتر, بيشتر است. عامل ديگری که مورد بررسی قرار گرفت, عرض ورقه‌های FRP بود. برای مطالعة تأثيرعرض ورقه‌ها بر ميزان باربری نمونه‌ها, ورقه‌هايي به عرض 300 ميلی‌متر به نمونة SB2 اضافه شدند.

 

 

اين نمونه، SB6ناميده شد. در اين نمونه, نسبت به نمونة SB2 با ورقه‌هايي به‌عرض 200 ميلي‌متر, ميزان افزايش بار درحدود 20%, و کاهش تغيير مکان نهايي در حدود 10% بود. در شکل شمارة 6  مشاهده می‌شود.

در نمونة SB7, تأثير مقاومت فشاری بتن بر رفتار اتصال تقويت شده مورد بررسی قرار گرفت. مقاومت فشاری بتن از ميزان 30 مگاپاسکال به 35 مگاپاسکال افزايش يافت و ساير مشخصات مانند نمونة SB4 در‌نظر گرفته شد. همان‌گونه که درشکل شمارة 7 ديده می‌شود, در حالت تجربة رفتار برش منگنه‌ای, افزايش در ميزان مقاومت فشاری بتن تأثير چندانی بر مقاومت نهايي اتصال نخواهد داشت.

در نمونة SB8, دو لايه الياف به مدل SB4 اضافه شد و بار نهايي در حدود 20% افزايش و تغيير مکان نهايي 10% کاهش يافت.

 

 

5- خلاصه و نتيجه‌گيری

1- ميزان آرماتور اتصال نقش بسيار مهمی در تعيين نوع شکست دارد. گرچه شکست خمشی در مقايسه با شکست برشی بار قابل تحمل کمتری دارد؛ در‌عوض تغيير مکان نهايي و شکل‌پذيری بالاتری دارد.

2- استفاده از الياف FRP در دال‌هايي که برای تجربة شکست خمشی طراحی شده‌اند, ممکن است به تغيير در مکانيزم شکست آن‌ها از شکست نرم خمشی به شکست ترد برشی منجر شود.

3- در اين تحقيق, استفاده از الياف FRP، ميزان سختی اتصال و بار نهايي برشی قابل تحمل توسط دال را بسته به ميزان آرماتور دال تا 70%  افزايش داده است. ولی در‌عوض تغيير مکان نهايي قابل تحمل توسط دال کاهش يافته است.

4- افزايش در ميزان مقاومت فشاری بتن, تأثير زيادی بر مقاومت برش منگنه‌ای اتصال دال نخواهد داشت.