کامپوزیت FRP در تقویت سازه ها – Word

کامپوزیت FRP در تقویت سازه ها – ۷۲ صفحه فایل Word قابل ویرایش

توجه : این مقاله برگرفته از “پروژه تخصصی کامپوزیت FRP و عملکرد آن” میباشد.

جهت مشاهده فهرست مطالب و دریافت فایل مورد نظر ، به انتهای مطلب مراجعه فرمایید .

معرفی کامپوزیت FRP  :

استفاده از ورق های فولادی جهت مقاوم سازی سازه های بتن مسلح رایج و معمول می باشد. سال های اخیر مطالعات زیادی بر روی FRP ها انجام گرفته که بتوان از آنها به جای ورق های فولادی در مقاوم سازی سازه های بتنی استفاده کرد.

از این روش به صورت گسترده در مقاوم سازی ستون ها استفاده شده است (دورپیچی ستون ها توسط ورق های FRP ).

در حال حاضر چندین گروه تحقیقاتی در سراسر دنیا در این مورد مطالعاتت گسترده ای را آغاز کرده اند.

Shaw و Drewett در سال ۱۹۹۹ تحقیقات خود را در این زمینه آغاز کردند.

در سال ۲۰۰۰ این تحقیقات توسط Bonacci و Maalej و همچنین Hamilton و Dolan ادامه یافت تا این که مطالب جامعی در این زمینه در سال ۲۰۰۰ توسط Karbhari و Seible و همچنین Neale تهیه و جمع آوری گردید.

بزرگترین مزیت ورق های FRP داشتن نسبت مقاومت به وزن بالای آن ها می باشد.

ورق های FRP بطور معمول حداقل دو برابر و حتی می توانند ۱۰ برابر مقاومت ورق های فولادی را داشته باشند در صورتی که وزن آنها تنها ۲۰% وزن ورق های فولادی می باشد کامپوزیت های FRP طی سالیان دراز در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است و خصوصیات این مصالح به خوبی شناخته شده است.

اما دلیل محدودیت استفاده از این مصالح در مهندسی عمران هزینه بالای آن می باشد و کاهش هزینه این کامپوزیت ها استفاده از آن را در مهندسی عمران گسترش خواهد داد.

بررسی کامپوزیتهای FRP در تقویت سازه ها :

سازه ها معمولاً یا به دلیل افزایش نیروهای وارد بر آنها و یا به دلیل فرسوده شدن در اثر عواملی نظیر عوامل محیطی و یا در اثر کاستی های موجود در ساخت اولیه، نیاز به تقویت و بازسازی پیدا می کنند.

فرایند تقویت سازه فرایندی پیچیده و دقیق است کمه نیاز به شناخت دقیق سازه و ضعف های آن دارد تا روشی که برای ترمیم سازه اتخاذ می شود در عین جبران کاستی ها، ضعف های دیگری را به سازه تحمیل نکند.

ضعف سازه هر چه باشد می توان آن را در سه پارامتر سازه ای مقاومت، سختی و شکل پذیری خلاصه کرد.

آن چه که استفاده از کامپوزیت ها را در تقویت و ترمیم سازه ها ممتاز می کند آن است که می توان این مواد را به گونه ای طراحی کرد که سازه را وادار کنند آن گونه رفتار کند که نیاز است.

زیرا کارکرد و مقاومت این مواد فقط در راستای الیافشان است و می توان آن ها را طوری طراحی کرد که فقط در راستای مورد نیاز از خود مقاومت نشان دهند.

اما در روش های دیگر نظیر تقویت با ورق های فولادی یا اضافه کردن ابعاد اعضا به طور مثال در مورد ستون های قاب ها، در کنار افزایش مقاومت خمشی و محوری، سختی اعضا نیز افزایش می یابد که این مسأله ممکن است به نوبه خود موجب افزایش نیروهای وارده به آن اعضاء بویژه در بحث زلزله شود.

این در حالیست کمه در بحث تقویت با FRP می توان به افزایش مقاومت خمشی یا افزایش باربری یا ترکیبی از افزایش مقاومت خمشی به همراه ظرفیت باربری بدون تغییر آنچنانی در سختی دست یافت.

در دورپیچی اعضای خمشی بتن مسلح با FRP ، خصوصاً در مورد ستون ها، به کمک محصوریت ایجاد شده، بتن و فولاد امکان می یابند مؤثرند کار کنند.

علت این رفتار اینست که در یک عضو بتن مسلح تحت اثر خمش، قسمتی از میلگردهای مقطع، کشش حاصل را تحمل می کند و بتن، میلگردها را در کنار هم نگه می دارد.

در هنگام زلزله زمانی که عضو دچار خمش می شود یک سمت آن به کشش می افتد که منجر به ترک خوردگی بتن می شود زمانی که عضو مزبور در جهت عکس دچار خمش می شود و چه ترک خورده قبلی در فشار می افتد که منجر به لغزیدن و جدا شدن بتن قسمت های ترک خورده می شود ادامه این روند باعث جدا شدن بتن بیشتری یم شود تا آن جا که بتن نگه دارنده میلگردها از بین رفته و میلگردها دچار کمانش می شوند.

دورپیچ کردن اعضای خمشی بتن مسلح در محل لنگر حداکثر، بتن را محصور کرده از متلاشی شدن بتن جلوگیری می کند و امکان ادامه عملکرد میلگردها را فراهم می کند.

برای افزایش مقاومت برشی تیرها، ستون ها و دیوارها و همچنین در برخی مواقع برای مقاوم کردن پانل های دیوار در مقابل انفجار لایه های الیاف به صورت متقاطع و یا با زاویه ۴۵ درجه به کار می روند.

انواع الیاف به کار رفته در ساخت کامپوزیت ها دارای گستره بسیار وسیع ضریب ارتجاعی هستند (از ۳ برابر بتن الی ۲۳ برابر فولاد) بنابراین می توان با انتخاب الیاف مناسب، از کامپوزیت های FRP برای سخت تر کردن قسمت های مورد نیاز در سازه استفاده کرد.

به عنوان مثال با کارگیری کامپوزیت های کربن CFRP در قسمت تحتانی تیرها یا عرشه پل ها، می توان بدون افزایش تغییر شکل تیر یا عرشه، ظرفیت اعمال بارهای زنده یا مرده را اضافه کرد.

شکل های ۶ تا ۱۱ به صورت شماتیک چگونگی استفاده از FRP را برای تقویت قسمت های مختلف سازه ای نشان می دهند.

کامپوزیت FRP در تقویت سازه ها