اثرات آرایش آرماتورهای خمشی و تسلیح خارجی روی جدا شدگی ورق های تقویتی در تیرهای بتن آرمه تقویت شده با صفحات cfrp

با وجود استفاده میدانی از ورقه های کامپوزیت frp، هنوز همه جنبه های رفتاری این مصالح به صورت کامل شناخته نشده است. از جمله این موارد می توان به گسیختگی این ورقه ها و علل آن به صورت جدا شدگی از سطح بتن، در بارهای غیر قابل پیش بینی و زودرس اشاره کرد. در این تحقیق، ابتدا اثرات آرایش تسلیح داخلی و خارجی، به صورت تجربی و آزمایشگاهی، بر جدا شدگی ورق تقویتی مورد ارزیابی قرار گرفته و سپس امکان مدل سازی این اثرات توسط برنامه های رایج عناصر محدود، بررسی شده است. به منظور دستیابی به اهداف مورد نظر در طرح، تعداد 24 تیر بتن آرمه در ابعاد مقطع 350 × 300 میلی متر و طول 3300 میلی متر، به صورت دو سر ساده و تحت بار خمش سه نقطه ای مورد آزمایش قرار گرفت. نمونه های آزمایشی به لحاظ میزان آرماتور کششی به دو نوع i و ii تقسیم می شوند. سطح مقطع آرماتور کششی در نمونه های نوع i، حدود 765 میلی متر مربع و در نمونه های نوع ii، حدود 1230 میلی متر مربع در نظر گرفته شده است. از تعداد 24 نمونه آزمایشی، 4 نمونه به عنوان تیرهای شاهد آزمایش گردید. 20 نمونه آزمایشی دیگر، مطابق با اهداف مورد نظر در این تحقیق، در 4 گروه آزمایشی به شرح زیر تقویت و مورد آزمایش قرار گرفته اند. گروه (1) شامل 6 تیر بتن آرمه از نوع i و 2 تیر بتن آرمه از نوع ii است، که به منظور بررسی تاثیر آرایش میلگردهای کششی بر جدا شدگی ورق تقویتی آزمایش شده اند. در تیرهای تقویت شده نوع i، از سه آرایش آرماتور گذاری شامل 2?22، 3?18 یا 5?14، و در تیرهای نوع ii، از دو آرایش 2?28 یا 2?20 & 3?16 برای آرماتورهای ناحیه کششی مقطع استفاده شده است. هم چنین به منظور بررسی اثرات وجود پیش ترک در نمونه ها، در بار جدا شدگی، نیمی از تیرهای نوع i در این گروه، قبل از تقویت تا حدود 60% ناحیه خطی و الاستیک منحنی بار- تغییر مکان نمونه های شاهد، تحت بار گذاری قرار داده شده اند. سپس از این نمونه ها، بار برداری به صورت کامل انجام شده است و پس از تقویت با ورقه های frp و عمل آوری لازم، مجددا تا بار نهایی، تحت آزمایش خمش سه نقطه ای قرار داده شده اند. در گروهِ (2) آزمایشات اثرات تقویت خارجی، بر جدا شدگی ورق تقویتی شامل تعداد لایه ها و هم چنین تعداد نوارهای ورق مورد بررسی قرار گرفته است. گروه (3)، به بررسی اثرات قطع یا خم میلگردهای کششی در بار جدا شدگی و رفتار ترک خوردگی تیرهای بتن آرمه تقویت شده با صفحات cfrp، اختصاص داده شده است. ایجاد قطع و خم میلگردهای خمشی، موضوعی است که معمولا به دلیل صرفه جویی بیشتر در مصرف میلگرد، در همه پروژه های اجرایی انجام می شود. این گروه شامل 5 تیر بتن آرمه از نوع i است که در هر یک از نمونه ها از 5 عدد میلگرد ?14، به عنوان آرماتور کششی، در محل حداکثر لنگر خمشی تیر استفاده شده است. در این گروه، برای تقویت تیرها، دو لایه ورق cfrp به عرض 150 میلی متر و طول 2700 میلی متر در حد فاصل بین دو تکیه گاه تیر به وجه کششی تیر چسبانده شده است. در این نمونه ها قطع و خم آرماتور با میزان 20 و 60 درصد انجام شده است. برنامه آزمایش گروه (5)، به اثرات ایجاد شیار بر بار جدا شدگی و رفتار نمونه های تقویت شده در مقیاس واقعی و با تسلیح داخلی، اختصاص داده شده است. در این گروه 5 تیر بتن آرمه شامل 4 نمونه از تیرهای نوع i، و یک نمونه از تیرهای نوع ii، با روش شیار زنی تقویت و آزمایش شده است. در آزمایشات این گروه عوامل متعددی نظیر تاثیر عمق شیار، تعداد لایه های ورق تقویتی، میزان فولاد کششی تیر، پیوستگی و ناپیوستگی شیارها و اثرات نوع چسب برای پر کردن شیارها مورد بررسی قرار گرفته است. مقایسه نتایج آزمایشات انجام شده در گروه های مختلف آزمایشی، شامل گروه های تسلیح داخلی و خارجی تیرهای بتن آرمه تقویت شده با صفحات cfrp، نشان می دهد که برخی از پارامترهای مورد نظر، تاثیرات قابل توجهی در رفتار نمونه های تقویتی ایجاد می نمایند، که لازم است در طراحی لحاظ شوند. از جمله این پارامترها می توان به 1) اثرات تغییر قطر و تعداد میلگردهای کششی در مقاومت چسبندگی بتن در موضع اتصال ورقه های تقویت خمشی، 2) درصد قطع میلگردهای خمشی و موضع قطع آرماتور در نوع جدا شدن ورق تقویتی، 3) تاثیر ایجاد شیار به عنوان روشی برای جایگزینی آماده سازی سطحی در ظرفیت بار پذیری نمونه های تقویت شده و الگوی ترک های ایجاد شده در تقویت های خمشی و هم چنین 4) تاثیر نحوه و میزان تسلیح خارجی ورق در تعویق یا تسریع جدا شدگی ورق cfrp، اشاره نمود. علاوه بر آن مدل سازی نمونه ها با استفاده از روش عناصر محدود و با در نظر گرقتن امکان جدا شدگی ورق تقویتی، نشان داد که هم خوانی مناسبی بین نتایج آزمایشی و تئوری وجود دارد.