اثر طول ورق های FRP بر ظرفیت باربری دال های هالوکور تقویت شده با CFRP

در یک دهه ی اخیر، مطالعات زیادی در زمینه ی مقاوم سازی و تقویت اعضای بتن مسلح مانند تیرها و ستون ها در برش،خمش و حتی پیچش با استفاده از الیاف و منسوج پلیمری مسلح کننده FRP به صورت پوشش بیرونی انجام گرفته است.با وجود تحقیقات گسترده در زمینه ی تقویت تیرها و ستون های بتن مسلح با ورق های FRP ، در مورد دال های بتنی به ویژه دال های هالوکور فعالیت های تحقیقاتی کمتری انجام شده است. همچنین محاسبه طول بهینه الیاف به منظورکاهش هزینه و زمان اجرای پروژه ها موضوعی اساسی و غیر قابل اجتناب می باشد. لذا با توجه به اهمیت موضوع فوقالذکر، در این مقاله به بررسی اثر طول ورق های FRP بر ظرفیت نهایی دال های هالوکور تقویت شده با ورق های CFRP و GFRP از روش اجزای محدود پرداخته می شود.

در سال های اخیر در کشورهای صنعتی بخش اعظمی از بودجه های عمرانی صرف تعمیر و تقویت سازه های بتنی شدهاست. اگر چه درکشور ما آمار دقیقی در این زمینه موجود نیست، اما وجود سازه های بتنی آسیب دیده به ویژه در منطقهحاشیه خلیج فارس و سواحل جنوبی و نیز اجرای عملیات تقویت سازه های بتنی گواهی بر تخصیص و مصرف بودجه های کلاندر این زمینه می باشد.بسیاری از ساختمان هایی که هم اکنون مورد بهره برداری قرار می گیرند از دال هالوکور ساخته شده اند. استفاده از دالهای هالوکور بتن آرمه در جهت کاهش حجم بتن ریزی، هزینه و وزن سازه بسیار حائز اهمیت و مؤثر می باشد. برخی از اینساختمان ها به خاطر حوادثطبیعی از قبیل زلزله ، باد و یا بر اثر خستگی مصالح و عوامل خورنده قلیایی واسیدی آسیب هایشدیدی دیده اند. از این رو تعمیر و تقویت سازهای فوق امری حیاتی و مقرون به صرفه می باشد. اولین مقاله در رابطه بااستفاده از پلیمر های الیاف مصنوعی( FRP ) در سال 1993 در امریکا ارائه شد و در آغاز هزاره سوم میلادی، FRP ، تبدیل بهمهمترین مصالح مقاوم سازی در سطح جهان گردید.

مشخصات فیزیکی الیاف FRP  به شرح زیر است:

مشخصات بتن، برای دال مجوف کنترل، به صورت زیر است:

خصوصیات فولاد به شرح زیر می باشد:

هندسه تیر و نحوه آرماتورگذاری

در ادامه محاسبه ظرفیت باربری نهایی دال هالوکور تقویت شده با الیاف با تغییر در پارامتر طول الیاف پرداختهشده است. بدین منظور پس از مدل کردن دال مورد نظر در نرم افزار انسیس به بررسی ظرفیت دال های مجوف با تغییردر پارامتر طول ورق کامپوزیت (5،15،30 و 50 سانتی متر از بر تکیه گاه برای دال به طول 1.5 متر و 60، 120، 150، 200،300 و 400 از بر تکیه گاه برای دال به طول 9 متر ) پرداخته شده است.

جهت تعیین ظرفیت نهایی دال هالوکور بتنی، با اعمال پوش تغییر مکان، مقادیر تنش ون میسیز در آن مشاهده می شودکه در گامهای نهایی بارگذاری، تنش در قسمت فشاری به مقدار نهایی خود رسیده و همچنین مقادیر تنش در میلگرد هایکششی در گام نهایی بارگذاری به مقادیر جاری شدن خود رسیده است. نکته قابل توجه در این مدل این است که تنش درالیاف FRP در مرحله خطی باقی مانده و به حد نهایی خود نرسیده است، که این موضوع نشان دهنده رفتار شکل پذیر دالمی باشد. همچنین مقدار نیروی ایجاد شده در لایه GFRP کمتر از CFRP است، که دلیل این موضوع سختی کمتر این لایهدر جهت طولی می باشد.

نمودار بار تغییر مکان در مدل مرجع

فناوری جدید FRP از جایگاه ویژه ای در زمینه تقویت اعضای باربر سازه ه ای برخوردار است. به دلیل داشتن ویژگی هایممتازی مثل نسبت بالای مقاومت به وزن، دوام در برابر خوردگی و غیره، امروزه سازه های متعددی را در سراسر دنیا با استفاده از این تکنولوژی تقویت و مقاوم سازی می کنند. در این مقاله به بررسی اثر طول ورق های FRP در ظرفیت نهایی دال هایهالوکور پرداخته شده است. بدین منظور یک دال هالوکور به عنوان دال کنترل(مرجع) انتخاب شده است. سپس، سپس پس از مدل سازی و پس از صحت سنجی نمونه، در ادامه تحقیق به بررسی اثرات تغییر در پارامتر طول ورق هایFRP در دو حالت استفاده از ورق های CFRP و GFRP ، پرداخته شده که نتایج زیر حاصل گردید:

با توجه به تغییرات بسیار ناچیز ظرفیت نهایی دال های مجوف بتن آرمه با افزایش طول الیاف، لازم است به منظوراستفاده از طول بهینه و صرفه جویی در هزینه و زمان اجرا، ورق های FRP ، در فواصل محاسبه شده نصب شوند. به طور مثال 1 متر، طول بهینه برای الیاف / در تحقیق انجام گرفته در مدل دال به طول 5 CFRP تقریباً یک دهم و برای الیاف GFRP یکپنجم از بر تکیه گاه می باشد. همچنین در دال هالوکور به طول 9 متر، طول بهینه برای الیاف CFRP تقریباً یک پنجم و برایالیاف GFRP یک سوم از بر تکیه گاه می باشد.
این مقاله به همت آقای مهندس محمد ملک نیا و از تحقیقات ایشان تهیه شده است.