بهبود عملکرد لرزه ای اتصال تیر به ستون های بتن آرمه با استفاده از الیاف

امروزه تقویت و بهسازی سازه های موجود از اهمیت ویژهای برخوردار است. وجود ضعف اولیه در طراحی و اجرا، تغییر کاربری بعضی از سازه ها و افزایش بارهای وارده و همچنین آسیب دیدگی و کاهش سطح عملکرد سازه های بتن مسلح به علت بلای طبیعی مانند زلزله و آتش سوزی و… هم چنین گذشت زمان و زوال بتن از دلایل نیاز به بهسازی و تقویت سازه های بتن مسلح می باشد. استفاده از مواد مرکب ساخته شده از الیاف در محیط رزین پلیمری به عنوان پلیمرهای مسلح به عنوان یک گزینه مناسب در تقویت سازه های مذکور می باشد. به منظور اطمینان از نحوه ی FRP شده با الیاف مدلسازی و نتایج بدست آمده از تحلیل، ابتدا از بین آزمایش های معتبر انجام گرفته در مراکز تحقیقاتی دنیا یک نمونه ی مدلسازی شده، صحت مدلسازی بررسی می شود. سپس با مدلسازی حالات  مناسب انتخاب و در نرم افزار ANSYS به بررسی تاثیر تقویت و نحوه قرارگیری الیاف و ضخامت آنها  متفاوت تقویت اتصال تیر به ستون با استفاده از الیاف CFRP بر اتصال تیر به ستون برای تعیین پارامترهای مقاومت تسلیم و مقاومت نهایی سیستم پرداخته میشود. نتایج حاکی از بهبود قابلقبول پاسخ لرزهای سیستم دارد.

تغییرکاربری بعد از ساخت، آسیب دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی و زنگ زدگی فولاد های ساختمانی، تغییر آیین نامه های ساختمانی که باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود، آسیب دیدگی سازه ها ناشی از حوادث ضربه و آتش سوزی و باد و … ممکن است نیاز به مقاوم سازی داشته باشد. باتوجه به هزینه های ساخت و بازسازی مجدد بالا و بعضاً حفظ آثار تاریخی هر ساله بخش عظیمی از بودجههای عمرانی کشور ها صرف تعمیر و مقاوم سازی سازه ها می گردد. یکی از روش های جدید بهسازی و تقویت سازه ها استفاده از  FRP، می باشد  به سبب نسبت مقاومت به وزن بالا، مقاومت در مقابل خوردگی و مواد شیمیایی، مقاومت در برابر خستگی ناشی از بارگذاری و همچنین نصب سریع در چند سال اخیر جهت نوعی ماده کامپوزیت  امر بهسازی و ترمیم سازه ها خصوصاً سازه های بتنی به شدت مورد توجه قرار گرفته اند متشکل از دو بخش فیبر  یا الیاف تقویتی از جنس کربن است که به وسیله یک ماده رزین از جنس پلیمر احاطه شده است.

با وزنی معادل 20 % وزن فولاد غالباً مقاومتی در حدود 2 تا 10 برابر فولاد از خود نشان میدهند که FRP لایه های وجود این خاصیت سبب استفاده گسترده از الیاف فوق در صنایع گوناگون گردیده است. سالهای زیادی است که از در صنایع هوا فضا استفاده میگردد اما در گذشته بهای سنگین این الیاف سبب گردیده بود که استفاده از FRP الیاف آنها در صنعت ساختمان ناچیز و محدود باشد، لیکن امروزه به دلیل گسترش تولید این مواد و به طبع آن کاهش بهای آنها و همچنین به سبب برتریهای خاص این الیاف، میتوان توجیه مناسب اقتصادی برای استفاده از آنها ارائه نمود. در سالهای اخیر بسیار متداول شده شرایط FRP تقویت اعضای بتن آرمه با استفاده از پوششهای کامپوزیتی محصورشدگی دربتن، باعث افزایش مقاومت ستون می شود.

معیار کنترل گسیختگی و تغییرمکان جانبی سازه

حداکثر تغییرمکان سازه که در محاسبه ضریب رفتار بر مبنای روابط محدود کننده برای تغییر شکل نسبی و کلی طبقات بکار می رود توسط آیین نامه 2800 ارائه شده، استفاده شده است .با در نظر گرفتن این مطلب که سازه قبل از رسیدن به ظرفیت خود، ناپایدار نشود، آیین نامه حداکثر تغییرمکان کلی سازه در صورتی که زمان تناوب سازه کمتر از 7. ثانیه باشد و تحلیل غیرخطی انجام شود،به صورت 2.5 درصد ارتفاع طبقه تعیین کرده .البته این محدودیت برای حالتی است که اعضای سازه بتوانند چنین تغییر مکانی را تحمل کنند و قبل از رسیدن به این تغییر مکان گسیخته نشوند.

برسی المان های مورد نیاز:

مشخصات هندسی نمونه آزمایشگاهی برای صحت سنجی

مقایسه نتایج مدل آزمایشگاهی و عددی

مدل سازی و انجام آنالیز:

در این بخش با توجه به قابل  اعتماد بودن مدلسازی صورت گرفته قسمت قبل، ابتدا یک نمونه ساختمان شش طبقه مطابق با آیین نامه مبحث 9 مقررات ملی ساختمان طراحی شده است.

بررسی خروجی ها:

برای مقایسه بهتر عملکرد لرزهای سیستمهای مورد مطالعه میبایست پارامترهای لرزهای مناسب مورد مقایسه قرار گیرد. باتوجه به اینکه پارامترهای مورد نظر از مهمترین پارامترهای تاثیر گذار بر روی عملکرد لرزهای سیستم است برای هر مدل بصورت جداگانه به محاسبه آنها میپردازیم. برای بدست آوردن پارامترهای لرزهای به نمودار پوشاور هر مدل نیازمندیم که با توجه به تحلیل غیرخطی انجام شده در نرمافزار انسیس نمودار پوشآور را بدست آورده و با توجه به تعاریف زیر به محاسبه پارامترها میپردازیم:

نتیجه گیری:

• با توجه به نتایج حاصله از مدلهای مورد بررسی در این پژوهش می توان گفت که با استفاده از الیاف FRP میزان مقاومت تسلیم اتصال تیر به ستون بتنی را تا تقریبا 70 درصد افزایش داد.
• با توجه به نتایج حاصله از مدلهای مورد بررسی در این پژوهش میتوان گفت که با استفاده از الیاف FRP میزان مقاومت نهایی اتصال تیر به ستون بتنی را تا تقریبا 80 درصد افزایش داد.
• با توجه به نتایج حاصله از این پژوهش نگارنده بهترین روش برای تقویت اتصال را تقویت در چشمه اتصال تیر به ستون بتنی معرفی می کند.
• افزایش ضخامت الیاف تاثیر زیادی بر نتایج نداشته و نحوه چیدمان الیاف تاثیر بیشتری بر پارامترهای لرزه ای سیستم اتصال تیر به ستون دارد.