تحلیل تیرهای سراسری بتن مقاومت بالا مقاوم سازی شده با frp

مواد پلیمری مسلح شده با کربن و شیشه (carbon and glass fiber reinforced polymer (cfrp & gfrp)) دو ماده مناسب برای مقاوم سازی سازه های بتن مسلح می باشد. این مواد علیرغم داشتن مقاومت زیاد از شکل پذیری پایینی برخوردار است. از طرفی شکست زودرس (premature failure) مانند شکست پوسته شدن (cover sepration) و جداشدگی ورق frp از بتن (debonding) بخصوص ترک میانی(intermediate crack debonding )، افزایش در ظرفیت باربری عضو را محدود می سازد و از رسیدن عضو به ظرفیت کامل و شکل پذیری مناسب جلوگیری می کند. همچنین بتن غیر مسلح مقاومت بالا ترد شکن می باشد. اگر چه اکثر تیرهای بتن مسلح اجرا شده، تیرهای سراسری می باشند، اما تحقیقات بسیار کمی درنحوه عملکرد این گونه تیرهای مقاوم سازی شده با frp انجام گرفته است. تیرهای سراسری بخاطر نا معینی، جهت ایمنی و اقتصادی شدن، نیاز به باز پخش لنگر دارد، در حالی که تیرهای مقاوم سازی شده با frp از شکل پذیری کمی برخوردار است. همچنین روش طرح پیشنهادی آئین نامه ها مبتنی است بر نتایج تحقیقاتی تیرهای با تکیه گاه ساده مقاوم سازی شده با frp محققین می باشد. در این تز، عملکرد تیرهای سراسری (دو دهانه) بتن مقاومت بالا مقاوم سازی شده با سه نوع ماده کامپوزیتی، cfrp، gfrp و مواد دوگانه hybrid cfrp/gfrp بصورت آزمایشگاهی و تئوری پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته است. مقدار 9 عدد تیر دارای بتن مقاومت بالا سراسری (دو دهانه) با ابعاد 150×250×6000 میلیمتر ساخته شده و پس از مقاوم سازی هشت عدد آنها با استفاده از مقادیر مختلفcfrp، gfrp وhybrid cfrp/gfrp بارگذاری آنها تا مرحله تخریب انجام گرفت. پارامترهای مورد مطالعه در این آزمایش شامل نوع آرایش مقاوم سازی، مهار انتهائی u، نوع مواد مقاوم سازی (cfrp یا gfrp یا cfrp+gfrp)، مقدار مواد مقاوم سازی و بتن مقاومت بالا می باشد. نتایج آزمایشی نشان می دهد که استفاده از مهار انتهایی هرچند مانع شکست انتهایی اعضاء شده اما از شکست ic debonding جلوگیری نکرده است. در صورت افزایش مقدار cfrp در تیرهای مقاوم سازی شده، علیرغم افزایش در ظرفیت باربری، شکل پذیری و باز پخش لنگر اعضاء بشدت کاهش می یابد. این در حالیست که، مقاوم سازی با سیستم دوگانه hybrid gfrp-cfrp، علاوه بر افزایش ظرفیت باربری تیر سراسری، دارای مقدار بازپخش لنگر رضایت بخشی خواهد بود. درصورت مقاوم سازی تیر هم در ناحیه ممان مثبت و هم ممان منفی، بعد از شکست اول (حداکثر بار)، در ناحیه ممان منفی یا ممان مثبت، عضو دوباره قابلیت افزایش باربری از خود نشان داده است. همچنین مشخص گردید، بمنظور تامین چرخش مفصل پلاستیک لازم و حداقل باز پخش لنگر در تیرهای سراسری بتن مقاومت بالا مقاوم سازی شده با cfrp توامان در نواحی ممان منفی و مثبت، نباید مقدار شکل پذیری کمتر از 3 باشد. در نهایت یک مدل تحلیلی (تئوری) غیر خطی مبتنی بر خصوصیات مقاطع در لنگرهای مثبت ومنفی جهت پیش بینی عملکرد خمشی پیشنهاد شده است. از آنجا که در ساخت تیرها از بتن مقاومت بالا استفاده شده است، لذا ضرایب جدیدی بر اساس کرنش بتن جهت تخمین بلوک تنش معادل و محل اثر برآیند نیروهای فشاری ارائه شده و از آنها در مدل تحلیلی استفاده شده است. مقایسه نتایج آزمایشی و تئوری (تحلیلی) پیشنهادی نشان می دهد که مدل پیشنهادی غیر خطی از دقت خوبی برخوردار است. بنابراین این مدل برای مقاصد طراحی تیرهای سراسری بتن مسلح مقاوم سازی شده با frp قابل استفاده است.