چکیده

در این مقاله روش های مختلف ایجاد محصورشدگی بتن درهنگام ساخت و بعد از ساخت،تأثیر آن برپارامترهایی مانند افزایش مقاومت فشاری بتن وشکل پذیری بتن معرفی شده است.همچنین به معرفیFerrocementو انواع ٌFRP،از جمله G ،C ،Aٍوجدید ترین دستاوردها در این زمینه،مانندSFRP3و مقایسه آنها با نتایج تئوری ایجاد محصورشدگی با UPVC و Ferrocementپرداخته شده است. سیستم هایی که برای ایجاد محصورشدگی به کارمی روند باید براساس تحمل بارهای کششی طراحی شوند که بر این اساس روابط تحلیلی آیین نامه بتن ایران ونشریه ۵۴۳مورد بررسی قرار گرفته است. مرزهای دانش در خصوص موضوع مقاله مورد بررسی قرار گرفته است ودر پایان روش های ذکرشده از لحاظ اجرا،اقتصادی بودن ،مزایا و معایب، نتایج آزمایشگاهی وتحلیلی با یکدیگر مقایسه شده است.

واژگان کلیدی : محصورشدگی بتن، FRP ، عملکرد لرزه ای، شکل پذیری بتن، UPVC

مقدمه

نیاز به سازه هایی با عملکرد لرزه ای مطلوب،موجب گردیده است که شکل پذیری اعضای سازه بتن آرمه مورد توجه قرار گیرد. شکل پذیری ستون های بتن آرمه به عنوان اعضای اصلی،از اهمیت بسیار زیادی در بهبود عملکرد لرزه ای وایمنی سازه برخوردار است. هنگامی که ستون یاعضو فشاری تحت بارهای لرزه ای قرارگیرد، مسئله جذب انرژی وشکل پذیری ستون اهمیت پیدا می کند.کافی نبودن میزان فولادهای عرضی،ضعف محصورسازی هسته ستون را باعث شده که با کمانش میلگردهای طولی و خردشدن بتن ناحیه فشاری،درنهایت منجر به ضعف شکل پذیری می شود.

محصور شدن عضوفشاری وممانعت ازانبساط جانبی ناشی از فشار محوریباعث افزایش مقاومت فشاری و شکل پذیری می شودکه از این عملکرد درمقاوم سازی وبهسازی سازه ها استفاده می شود.از دلایل موثربر لزوم تقویت سازه ها ، می توان به خطا در محاسبه، اشتباه درطراحی ونظارت، قرار گیری سازه هادر محیط های مخرب و آسیب دیدگی ناشی از بار های تصادفی(زلزله) اشاره کرد.در ساخت و طراحی سازه های جدیدُ نیز می توان از اثر محصورشدگی به عنوان افزاینده مقاومت اعضای بتن آرمه کمک گرفت .

محصور سازی هسته ستون قبل ازساخت آن،به وسیله میلگرد های دورپیچ ومیلگردهای عرضی (خاموت)و بعد از ساخت ستون (جهت مقاوم سازی وبهسازی) به وسیله ی سیستم هایی نظیر FRP،ferrocementو…انجام می شود.سیستم های FRP در مقاوم سازی برای تقویت ظرفیت برشی،خمشی وفشاری استفاده می شوند که هرکدام روابط ومحدودیت های خاص خودرا داردکه می تواند جداگانه مورد بحث و بررسی قرار گیرد. باتوجه به گستردگی مطلب در این زمینه، در این مقاله سعی شده است باتمرکز روی بحث اثرمحصور شدگی بر رفتار بتن به بررسی تقویت ظرفیت فشاری وشکل پذیری اعضای فشاری پرداخته شود.دورپیچ کردن ستون،باعث بهبود ظرفیت فشاری،کاهش طول وصله و افزایش مقاومت فشاری می گردد.سیستم های FRPمی تواند به منظوربازسازی یاحفظ استحکام یک عضو سازه ای فرسوده ویامقاوم سازی یک عضو سازه ای به منظور تحمل بارهایافزایش یافته به سبب تغییر کاربری سازه ویاجبران خطاهای طراحی واجرا به کار رود.FRP های مختلف مورد بررسی قرار گرفته و پس از مقایسه آنها به معرفی مشخصه های طراحی SFRP پرداخته شده است.

۱Fibre Reinforced Polymer 2AFRP,CFRP, GFRP 3Steel Fibre Reinforced Polymer 4 New Building

۱

FRP .1×
کامپوزیت FRP از یک شبکهِو یک ماده تقویت کننده به صورت الیاف تشکیل شده است،شبکه خود نیز ترکیبی از یک رزین و ماده افزودنی است که برای کاهش قیمت شبکه و بهبود بخشیدن به ویژگی های رزین ازآنها استفاده می شود.(شکل ( ۱
-۱-۱ رزین ها

طیف گسترده ای از رزین های پلیمری شامل اندودها، خمیرها، پرکننده ها، بتونه ها و چسب ها در سیستم های FRP استفاده می شوند. از جمله متداول ترین رزین ها می توان به اپوکسی ها، وینیل استرها و پلی استر ها اشاره کرد که در گستره وسیعی از شرایط محیطی به کار می روند. در تولید رزین خواص زیر مورد توجه قرار می گیرد:

-۱سازگاری و چسبندگی به سطح بتنی و الیاف مسلح کننده -۲ سازگاری و چسبندگی با سیستم FRP

-۵مقاومت در برابر عوامل محیطی نظیر رطوبت، شوری آب ، دمای بالاو محیط های شیمیایی در مجاورت بتن نمایان -۴ کارآیی -۳ مدت زمان ماندگاری مواد اختلاط شده متناسب با شرایط اجرایی

-۲-۱الیاف

الیاف در کامپوزیت ها حجم قابل توجهی را به خود اختصاص داده اند .الیاف، سختی و مقاومت سیستم FRPرا تشکیل می دهد و وظیفه اصلی تحمل بار اعمالی بر عهده آنها می باشد.نوع الیاف ، مقدار مناسب آنها، جهت مصرف و نحوه قرارگیری آنها می تواند بر مقاومت کششی، فشاری ، خمشی، خستگی، ضرایب انتقال حرارت و الکتریسیته و مهمتر از همه ، قیمت تاثیر گذار باشد که هر یک از فاکتورهای ذکر شده می تواند عامل تعیین کننده ای جهت رد یا قبول الیاف مختلف باشد.
-۳-۱الیاف کربن

مقاومت بسیار بالای کششی، وزن بسیار ناچیز، استحکام بالای خستگی، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین، مقاومت بالا در برابر خوردگی و شکل پذیری بسیار مناسب ازمزایای الیاف کربن بوده و از معایب این الیاف می توان به ترد بودن(کرنش کم در هنگام شکست)، هدایت الکتریکی و قیمت بالا اشاره کرد. با توجه به شکننده بودن کامپوزیت ها، استفاده از الیاف با کرنش زیاد در هنگام شکست حائز اهمیت است که از معایب الیاف کربن این است که فاقد این خاصیت می باشد.
-۴-۱ الیاف شیشه

می توان گفت که الیاف شیشه به علت قیمت بسیار مناسب، رایج ترین و پرمصرف ترین نوع الیاف مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز است.الیاف شیشه بر حسب نوع و ترکیب مواد به کاررفته درتهیه آنها به انواع گوناگون E،Sو C عرضه می شود. ترکیبات شیمیایی این الیاف ها با هم متفاوت است و هر کدام برای کاربرد خاصی مناسب است. نوعE متداول ترین نوع مورداستفاده این الیاف می باشد که عمدتا در کارهای معمولی مورد استفاده قرار می گیرد(شکل . (۲ نوع S با مقاومت بسیار بالا معمولا کاربردهای نظامی دارد و نوع C دارای مقاومت خوردگی بسیار بالایی است ولی برای کاربردهای سازه ای مناسب نیست .

×

شکل . ۱ مواد تشکیل دهنده شکل .۲ کامپوزیت ساخته شده با الیاف شیشه ای نوع E

۵Matrix

۲

-۲ الیاف فولادی (SFRP)
در سال ۲۱۱۲ برای اولین بار یک سری تحقیقات و آزمایشاتی در رابطه با استفاده از الیاف فولادی در FRP ها صورت گرفت .

SFRPبه کامپوزیت های تقویت شده با الیاف فولادی اطلاق می شود.SFRPهمانند FRPهای موجود ( AFRP,GFRP,CFRP) می باشند و تنها تفاوت آن در جنس الیافش است. این الیاف دارای روکش برنجی یا گالوانیزه می باشد که در مقابل خوردگی و زنگ زدگی مقاوم اند(شکل ۳ ).این الیاف به چسب رزین (اپوکسی) آغشته شده و روی سطح صاف بتن به روش چسباندن ترّ اجرا می شود .( مانند روش اجرایCFRP )(شکل(۴

شکل(. (۳ نمونه ورق SFRP شکل(. (۴ چسب کاری قبل از اجرا

الیاف فولادی در مقایسه با الیاف کربنی دارای مزایای زیر می باشد : [۱] .۱ شکل پذیری بیشتر فولاد نسبت به کربن .۲ ارزانتر بودن این الیاف ( در حدود ( % ۳۵ مطالعات آزمایشگاهی :

نمونه های آزمایشگاهی از نوع استوانه ای می باشد که در ۴ تیپ ؛۵ نمونه بدون محصورشدگی و ۵ نمونه دارای ۱ ، ۲ و ۵ لایه محصورشدگی در دو نوع بتن با مقاومت های متفاوت می باشد. این نمونه ها تحت آزمایش فشار تک محوره قرارگرفته که نمودارهای مقاومت و انرژی شکل پذیری آن به شرح زیر می باشد [۱]:

×میانگین مقاومت نمونه ها : C 34.8 بدون محصورشدگی : UW
×یک لایه محصورشدگی W1: