چکیده

تقویت اعضای بتن آرمه با استفاده از پوششهای کامپوزیتی FRP در سالهای اخیر بسیار متداول شده شرایط محصورشدگی دربتن، باعث افزایش مقاومت و شکل پذیری ستون می شود.تنزل سطح عملکرد سازه های بتن آرمه در طول زمان تحت تاثیر عوامل محیطی (خوردگی، یخ بندان و ذوب و… ) و آسیبهای سازه ای ناشی از بارگذاری های تصادفی ( زلزله، باد و سیل ) و حتی بارهای سنگین ترافیک اجتناب ناپذیر بوده و لذا لزوم تدوین روشهای علمی و اجرایی جهت تقویت و یا تعمیر اینگونه سازه ها که دارای ضعف اولیه در طراحی و یا اجرا می باشند را به خوبی روشن می سازد.استفاده از این مواد به دلیل خصوصیات مواد از جمله مقاومت در برابر خوردگی ,وزن کم و مقاومت کششی بالا روز به روز بیشتر می شود . بهبود عملکرد بستگی به پارامتر های مختلفی دارد ازجمله ان هندسه ستون , ارایش لایه وضخامت لایه و…دارد.

در این تحقیق به مدلسازی ستون دایره ای بتن مسلح محصور شده با FRP با روش المان محدود در نرم افزار ABAQUS پرداخته شده است. و نتایج بدست امده با یکدیگر مقایسه و مورد بررسی قرار گرفته شده است. در ابتدا ستون با بارگذاری محوری و جانبی بدون FRP مورد بررسی قرار می گیرد س پس ستون با ضخامت ها و تعداد لایه های مختلف FRPمورد ارزیابی قرار می گیرد. ومیزان جابجایی ومقاومت ودر نهایت ارتفاع بهینه FRP مشخص می شود.برای مدل سازی رفتار بتن از مدل Mohr-Coulomb استفاده شده است. در نهایت منحنی بار _تغییر مکان وجداول نتایج نشان داده می شود.

واژه های کلیدی: اجزای محدود، ستون بتنی، شکل پذیری، مقاوم سازی،ABAQUS ،FRP

-۱ مقدمه

سازه های بتن آرمه به دلایل متعددی ممکن است در معرض آسیب قرار گیرند که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد.
رفتار سازه های بتن آرمه در زلزله های اخیر نشان داده است که آیین نامه طراحی ساز ه های بتن آرمه که درسالهای قبل از ۱۹۷۰ م . تدوین یافته است دارای نقایص و کمبود هایی از قبیل جزئیات ضعیف وصله آرماتورهای طولی و نرسیدن میلگردهای طولی به حالت تسلیم، کمبود فولادهای عرضی محصورکننده و مهار قلاب انتهایی آماتورهای عرضی در منطقه پوشش بتن می باشد.

۱

قرارگیری بتن تحت تاثیر شرایط محیطی مخرب باعث خوردگی فولاد می شود .این مسئله مخصوصا درمورد سازه های دریایی، ساحلی و پایه پلها که شرایط محیطی خوردگی دارد بیشتر مورد توجه است .پیشرفت سریع خوردگی در محیطهای آلوده به نمک باعث ترک خوردگی و پوسته شدن بتن پوشش می شود.بار سازه های موجود نیز به دلایل مختلف ممکن است با توجه به گذشت زمان افزایش یابد؛ که این افزایش درساختمانهای مسکونی به دلیل تغییر کاربری و در مورد پلها به دلیل افزایش بار ترافیکی رخ می دهد. شناخت بهتر نیروهای زلزله نسبت به گذشته و تغییرات آیین نامه زلزله باعث شده که سازه های موجود را می توان دوباره ارزیابی کرده و در برابر زلزله مقاوم سازی نمود.با توجه به موارد فوق به منظور مقاوم سازی و یا تقویت سازه های بتن آرمه ژاکتهای بتنی، ژاکتهای فولادی وژاکتهای پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه استفاده از ژاکتهای پلیمری به دلیل خواص فوق العاده آن نظیر مقاومت وسختی بالا، وزن اندک،مقاومت در برابر خوردگی و طراحی بهینه، نصب آسان و سریع، هماهنگی با معماری سازه، کارایی اجرایی خوب، انعطاف پذیری بیشتر در طراحی، مورد توجه قرار گرفته است.((Samaan et al., 1998:1025

کامپوزیت FRP که ابتدا در صنایع هوا و فضا بکار برده شد با داشتن ویژگی های ممتاز چون نسبت بالای مقاومت به وزن، ، دوام در برابر خوردگی، سرعت و سهولت در حمل و نصب، دریچه ای نو پیش روی مهندسین عمران گشوده است به گونه ای که امروز سازه های متعددی در سرتاسر دنیا با استفاده از این مواد تقویت شدند استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان یک بازار تکان دهنده و با سرعت در حال توسعه می باشد. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شده است، زلزله ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن نیز از جمله عوامل موثرتری برای بررسی کاربرد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیافFRP جهت تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیز گردید.

مطالعات متعددی در زمینه ی محصور شدگی بتن در FRP انجام گرفته است .برخی مطالعات به بررسی پارامترهایی که بر رفتار نمونه ی محصور شده اثر دارند، پرداخته اند .میرمیران و همکاران تأثیر شکل مقطع، نسبت طول به قطر و چسبندگی بین بتن و پوشش FRP را بر میزان کارایی محصور شدگی بررسی کردند و نتیجه گرفتند که تأثیر محصور شدگی بر ستونهای مربعی کمتر از ستون های دایره ای است و تأثیر نسبت طول به قطر درمقاومت و شکل پذیری ناچیز است .چسبندگی شیمیایی تغییری در محصور شدگی ایجاد نمیکند؛ ولی مهار مکانیکی عملکرد مقطع را به طور قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد.((Mirmiran et al., 1998:175 راچت و لابزیر با انجام آزمایشهایی نشان دادند که افزایش مقاومت و شکل پذیری ستونهای با دورپیچ FRP به شعاع گوشه های ستون بستگی دارد .نتایج آزمایشات نشان داد که رفتار مقطع در قسمت دوم منحنی تنش-کرنش، با افزایش شعاع گوشه ها از نرم شدگی به پلاستیک کامل و سخت شدگی کرنشی تغییر میکند.((Rochette and Labossiere , 2000:129ینگ و همکاران تأثیر شکل مقطع را روی رفتار FRP بررسی کردند و وسیله و روش آزمایشی برای بررسی اثر شعاع انحناء بر مقاومت لایه های FRP و توزیع تنشهای شعاعی در مصالح زیرین معرفی کردند .آنها هم چنین تمرکز تنش در لایه ها را با استفاده از روش المانهای محدود مدل نموده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه کردند(Yang X et al., 2004:444). لی و همکاران اثر جهت گیری الیاف را بر رفتار نمونه های بتنی محصور در کامپوزیت بررسی کردند،.آنها از مقایسه ی نمونه هایی که در آنها الیاف در زوایای ۰و۴۵و ۹۰ درجه نسبت به محور بارگذاری قرار گرفته بود، نتیجه گرفتند که جهت گیری الیاف اثر مهمی بر مقاومت، شکل پذیری و مود شکست نمونه دارد.((Li et al., 2006:475

برای بررسی تاثیر پوشش FRP در ستون های بتن مسلح ،چندین مدل در نرم افزار ABAQUS ساخته شده و نتایج بدست امده نشان داده شده است.جهت صحت مدل نمونه , Wang وپروین مدل شد. نتایج حاصل،حاکی از انطباق کامل منحنی به دست امده به این روش با منحنی ارایه شده در مقاله مذکور است.

-۲نحوه تحقیق

ستون دایره ای بتنی محصور شده با FRP با نرم افزار ABAQUS وتنش مورد بررسی قرار گرفته شده است. و در نهایت ارتفاع بهینه لایه و ضخامت لایه متغییر است.

مدل شد و تاثیر تعداد لایه وضخامت لایه FRP بر مقاومت و جابجایی FRP مشخص شده است. در ستون ها بار محوری وجانبی ثابت و تعداد

۲

-۳مشخصات مدل های مورد مطالعه

-۱-۳انواع مدل

مدل۱ :بدون پوشش FRP

مدل ۲ :با پوشش FRPبه ضخامت ۳میلیمتر

مدل ۳ :با پوشش FRP به ضخامت ۶میلیمتر

مدل:۴با پوشش FRP به ضخامت ۹ میلیمتر

۲-۳ -مشخصات ابعاد ستون

ستون دایره ای به قطر ۷۶۲ میلیمتر و طول۴۹۷۸ میلیمتر است که دارای %۲,۵ فولاد تقویتی می باشد.

-۳-۳مشخصات مصالح ستون الف:بتن

مقاومت فشاری بتن ۲۷,۶ مگا پاسکال و مدول الاستیسیته ان برابر ۲۱۰۰۰ مگا پاسکال است.ضریب پواسون ۰,۱۷ در نظر گرفته شده است.

برای مدل کردن رفتار پلاستیک بتن از از مدل Mohr-Coulomb با در نظر گرفتن سخت شوندگی ایزوتروپیک استفاده شده است در مدل Mohr-Coulomb در شبیه سازی رفتارپلاستیک بتن زاویه اصطکاک داخلی و در شبیه سازی سخت شوندگی بتن ضریب چسبندگی مورد نیاز است.