Fa En سه شنبه 21 آبان 1398 ساعت 5 و 10 دقیقه

مقدمه مقاوم سازی تیر با frp

 

مقاوم سازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتیFRP  روش نسبتاً جدیدی به شمار می رود. مصالحFRP  خواص فیزیکـی مناسـبی دارند که می توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم اشاره نمود. 

مصالحFRP  را می توان برای افزایش مقاومت خمشی، مقاومت برشی و مقاومت پیچشی تیر یا همان مقاوم سازی تیر با frp بکار برد که در ادامـه بـه آن اشـاره می گردد. در هنگام استفاده از مصالح  FRP باید سطح بتن و سطح FRP  را آماده نمود.

 

آماده کردن سطح بتن: 

 

برای جلوگیری از کنده شدن صفحه  FRP و چسب از روی سطح بـتن، ایـن سـطح بایـد بـه نحـو مناسـبی قبـل از چـسب زدن آماده سازی گردد . در این راستا تمام موارد ناصافی و ناهمواری باید صاف و هموار گردد. وقتی یک لایـه نـازک FRP  بـر روی سـطح ناهموار بتنی چسبانده شود، قسمت های FRP  که روی ناهمواری ها قرار گرفته دچار کشش می گردد و تمایل به صاف شدن دارند و این سبب ایجاد تنش های جداکننده می گردد که ممکن است پس از رسیدن به حد معینی به از بین رفتن چسبندگی در ایـن نقـاط منتهـی شود. 

 

 

آماده سازی سطح  FRP  

 

اگر سطح صفحه FRP  به طور مناسب آماده نشود، به عنوان مثال اگر ذرات آلودگی و چربی از سطح FRP  برداشته نشود، ممکن است جدایی اتصال در سطح نوارFRP با چسب رخ دهد. 

 

چسب

 

در حال حاضر چسب های بسیار قدرتمندی در دسترس می باشد که می توانند در چسباندن و استفاده از نوارها و الیـافFRP  مـورد استفاده قرار گیرند به گونه ای که مقاومت آن ها از مقاومت بتن بیشتر است و به همین دلیل در اغلب حالات شکست در بتن رخ می دهد وشکست در لایه چسب به ندرت رخ می دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یـا اجـرای غلـط و نـامطلوب، امکـان بـروزمشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب وFRP  و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می دهد.  

 

تقویت خمشی تیر با مصالح FRP

 

در این بخش به نحوه محاسبه تقویت خمشی تیر بتنی با اضافه نمـودن  FRPپرداختـه مـی شـود . بـرای نمونـه تقویـت مقـاطع مستطیلی وT  شکل بررسی  شده اند. مفاهیم اساسی ارائه شده می تواند برای هر شکل هندسی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد. 

اتصال مصالحFRP  به ناحیه کششی بتن به طوری که راستای الیاف آن در جهت طولی یک عضو خمشی باشد، باعـث افـزایش مقاومت خمشی آن عضو  می گردد. مباحث این بخش افزایش مقاومت خمشی اعضای قاب خمشی  شکل پذیر مقاوم در برابر زلزله را که انتظار تشکیل مفصل پلاستیک در آن باشد، در بر نمی گیرد. در طراحی این حالات باید رفتار قاب تقویت شده با در نظر گرفتن کاهش قابل توجه چرخش و انحنا در قسمت های تقویت شده مورد بررسی قرار گیرد. همچنین در این وضعیت تاثیر بارهای متناوب بر مصالحFRP نیز باید بررسی شود. 

 

فرضیات زیر در محاسبات تقویت خمشی مقطع بتنی با استفاده از سیستمFRP  بکار می روند: 

 

− محاسبات طراحی بر اساس ابعاد واقعی موجود، نحوه استقرار میلگردها و خصوصیات مصالح عضو تقویت شده  می باشد.

− کرنش در بتن و مصالحFRP   متناسب با فاصله آن ها از محور خنثی است. به عبارتی شکل مقطع قبل و بعد از بارگذاری تغییر نمی کند.

− هیچ نوع لغزش نسبی بینFRP  و بتن رخ نمی دهد.

− تغییر شکل برشی در لایه چسب، با توجه به ضخامت خیلی کم آن، نادیده گرفته  می شود.

− حداکثر کرنش فشاری بتن 003/0 فرض  می گردد.

− از مقاومت کششی بتن صرف نظر می شود.

− رابطه تنش – کرنشFRP  تا نقطه شکست آن، به صورت الاستیک خطی فرض  می شود.

البته باید توجه داشت که بعضی از فرض های فوق رفتار دقیق تقویت خمشی باFRP   را منعکس نمی کند و استفاده از آن هـا بـه خـاطرسادگی محاسبات می باشد.

 برای مثال در لایه چسب به سبب لغزش نسبیFRP  و بتن، تغییر شکل برشی وجود دارد. به هر حال عدم صحت دقیق فرضیه ها تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقاومت خمشی عضو تقویت شده باFRP  نخواهد گذاشت.

 

مقاومت برشی مقطع  

 

هنگامی که از مصالحFRP  برای افزایش مقاومت خمشی عضوی استفاده می شود، عضو باید بتواند نیـروی برشـی مربـوط بـه افزایش ظرفیت خمشی مقطع را تحمل کند.  

 

کرنش لایه زیرین بتن موجود  

 

درصورتی که قبل از نصب مصالحFRP ، تمامی بارهای روی عضو شـامل وزن آن و یـا نیـروی پـیش تنیـدگی از روی عـضو برداشته نشود، باید کرنش اولیه موجود در سطح کششی بتن در نظر گرفته شود. این کرنش به عنـوان کـرنش اولیـه اسـت و بایـد ازکرنش موجود درFRP جدا گردد. میزان کرنش اولیه در لایه زیرین بتن ، می تواند با استفاده از تحلیل الاستیک عضو با در نظـرگرفتن تمامی بارهای وارده در حین نصب FRP تعیین شود. توصیه می گردد که این تحلیل بر پایه خـصوصیات مقطـع تـرک خـورده انجام شود. 

 

بررسی معایب مقاوم سازی خمشی تیرها با مصالحFRP  

 

 بررسی های تجربی گوناگونی در مورد تقویت خمشی تیر با استفاده از  ورقه ها و صفحات FRP  صورت  گرفته است. در تمام این ارزیابی ها، تیر تقویت شده باربری نهایی بیشتری در مقایسه با حالت تقویت نشده نشان می دهد. با این وجود، افزایش مشابه در بار تسلیم تیر گزارش نشده است. بطور کلی مودهای گسیختگی عضو بتن مسلح تقویت شده در خمش با تقویت  کننده هایFRP   چسبیده از خارج عضو، می تواند به  حالت های ذیل تقسیم شود:  

 

- شکست به علت گسیختگیFRP   در اثر کشش ناشی از خمش 

- شکست ترد به علت خرد شدن بتن فشاری تیر در اثر فشار ناشی از خمش در وجه فوقانی تیر  

- شکست برشی  

- جدا شدن پوشش بتن از تیر  

- از بین رفتن مقاومت برشی چسب و جدا شدن FRP از چسب  

- گسستن چسبندگی به صورت موضعی ناشی از بروز ترک های خمشی در میانه دهانه تیر و انتشار این روند 

- از بین رفتن موضعی چسبندگی در سطح تماس FRP  و بتن در اثر بروز ترک های مایل برشی در طول دهانه و انتشار این روند گسستگی.  

این که شکست مقاوم سازی در یک تیر طبق کدامیک از این حالات صورت پذیرد، به عوامل متعددی نظیر مشخصات فولاد خمشی و برشی داخل مقطع، ابعاد هندسی، خصوصیات مصالح مصرف شده و لایه چسب به کار رفته بستگی دارد.