دانشگاه صنعتی بابل

دانشکده عمران

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی عمران سازه

موضوع :

بررسی رفتار خمشی تیرهای بتنی سبک و

مسلح شده با میلگردهای FRP

اساتید راهنما:

دکتر مرتضی حسینعلی‌بیگی

دکتر بهرام نوائی‌نیا

استاد مشاور:

دکتر حسن حاجی کاظمی

بتن مسلح به فولاد، مصالحی است که بنا به دلایلی همچون مقاومت فشاری مناسب، هزینه تهیه پایین و در دسترس بودن مصالح خام، بطور گسترده در سازه‌های مهندسی عمران بکار برده می‌شود. اما بتن مسلح تهیه شده از خمیر سیمان، سنگدانه‌های معمولی، و میلگرد‌های فولادی دارای نقاط ضعفی مانند وزن زیاد، خوردگی فولاد، و ترک‌های ناشی از جمع شدگی است که کاربرد آن را در مواردی محدود می‌کند. برای جبران این ایرادات، بتن‌های خاصی ابداع شده‌اند که در آنها از سنگدانه‌های سبک و تکه‌های مجزا و کوچک الیاف استفاده می‌شود و به جای میلگردهای فولادی، در جهت رفع مشکل خوردگی در مناطق ساحلی، از میلگردهای کامپوزیت پلیمری الیافی، استفاده می شود. از آن جا که استفاده از بتن‌های خاص با توجه به مزایای غیر قابل انکار آنها در حال گسترش بوده و نیز کاربرد آنها در کشوری مانند ایران در بسیاری از موارد توجیه و ضرورت دارد، لازم است مطالعات کافی در مورد جنبه‌های مختلف کاربردی آنها انجام گیرد.

در تحقیق حاضر با تهیه یک برنامه آزمایشگاهی، به بررسی رفتار خمشی تیرهای بتنی ساخته شده از بتن سبک الیافی، مسلح به میلگردهای طولی از جنس کامپوزیت پلیمری شیشه (GFRP) پرداخته شده است. برای این منظور، تعداد 9 تیر بتنی با مقطع مستطیل در سه گروه طراحی و ساخته شده است. گروه اول شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک، گروه دوم شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک بهمراه الیاف فولادی و گروه سوم شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک بهمراه الیاف پلی‌پرو‌پیلن می‌باشد. در هر گروه میلگردهای کامپوزیت به میزان صد در صد، دویست درصد، و سیصد درصد تقویت بالانس در هر تیر تعبیه گردید. تیرها بصورت گام به گام و تدریجی تحت بار افزایشی قرار گرفته و این عمل تا گام نهایی، یعنی تخریب تیرها ادامه یافت. در هر گام مقادیر جابجایی، کرنش، و عرض ترک در محل‌های مناسب برروی تیرها، به همراه نیروی اعمالی ثبت گردید. با پردازش داده‌های بدست آمده خصوصیاتی از تیرها مانند رفتار نیرو – تغییرمکان، ظرفیت خمشی، چگونگی ایجاد و گسترش ترک‌ها مورد مطالعه قرار گرفت.

نتایج حاصله حاکی از آنست که نمودار نیرو- تغییرمکان تیرهای مسلح با میلگردهای کامپوزیت تا مرحله نهایی تقریباً خطی بوده و در تمامی تیرها در یک کرنش ثابت، درصد میلگرد بیشتر باعث تحمل بار بزرگتری از تیرهای با درصد میلگرد کمتر شده است. همچنین مقایسه ظرفیت تجربی تیرها با روابط آیین نامه‌ای نشان می‌دهد که این روابط نتایج محافظه کارانه‌ای بدست می‌دهند. همچنین تیرهای دارای الیاف در بارهای کمتر شروع به ترک خوردگی نمودند، ولی مقاومت در برابر بار و ایجاد تغییر شکل های بیشتر در آن ها آشکارتر است.

   مقدمه

بتن پرمصرف ترین مصالح ساختمانی است و در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است. تنها ماده ای را که بشر به این میزان مصرف می کند، آب است. بتن دارای مزایایی از قبیل مقاومت عالی در برابر آب، سهولت شکل دهی در اشکال گوناگون، ارزان و در دسترس بودن مصالح اولیه است. همچنین در مقایسه با فولاد نیاز به نگهداری کمی داشته، مقاومت مناسبی در دماهای بالا از خود نشان داده، و به دلیل اینکه تحت میدان‌های تنش موضعی کمتری قرار دارد، خستگی مشکل مهمی برای آن محسوب نمی‌شود[1].

علی رغم مزایای مذکور برای بتن، به علت وجود مواد مختلف در بتن و نیز اندرکنش این مواد به ویژه در ناحیه بین سنگدانه ها و خمیر سیمان، هنوز در این ماده و محصول نهایی حاصل از ساخت آن پیچیدگی ها و نادانسته های فراوانی وجود دارد. سازه های بتنی در بعضی موارد پاسخگوی نیازهای بهره برداری نخواهند بود. از جمله نواقص سازه های بتنی می توان به مقاومت کششی کم، خوردگی فولاد، سهولت ایجاد و گسترش ترک، و وزن زیاد آنها اشاره کرد.

تلاش محققان صنعت ساختمان همواره بر رفع نواقص سازه های بتنی بوده است و روش های مختلفی برای این منظور ارائه داده اند که در زیر به چند نمونه از آن ها اشاره می شود:

–  میلگردهای FRP برای جلوگیری از خوردگی و افزایش مقاومت و افزایش میرایی: استعداد خوردگی فولاد در برابر شرایط محیطی قلیایی که در سازه های بتن آرمه در معرض آب دریا استفاده می شود، باعث گردیده است که استفاده از FRP بعنوان جایگزین آن مطرح شود. مقاومت خوردگی و کششی مواد کامپوزیت می‌تواند تا چهار برابر فولاد باشد. این مواد به دلیل بالا بودن ضریب میرایی آنها که ناشی از خواص غیرکشسان آنها است انرژی جذب شده را میرا می­کنند.

– استفاده از فایبرها برای افزایش مقاومت کششی و کاهش عرض ترک ها: الیاف دراندازه ها و اشکال مختلف و از جنس فولاد، خمیری، شیشه و مواد طبیعی مورد استفاده قرار می گیرند. استفاده از الیاف با حجم و اندازه های متفاوت در ملات، تا حدی باعث افزایش مقاومت کششی نهایی شده ولی کرنش کششی در هنگام گسیختگی در این نوع از بتن ها در مقایسه با انواع معمولی بسیار بیشتر است که این بدلیل جلوگیری از باز شدن ترکها و تبدیل یک ترک بزرگ به چندین ترک کوچک می‌باشد.

– استفاده از بتن های سبک برای کاهش وزن کلی سازه: در مقایسه با فولاد، پائین بودن نسبت مقاومت به وزن بتن، برای ساخت برج ها و دهانه های بزرگ پل ها و سازه های شناور به عنوان یک مشکل اقتصادی محسوب می شود. برای افزایش نسبت مقاومت به وزن بتن، یک راه حل مناسب، استفاده از سنگدانه‌های سبک مانند لیکا بجای سنگدانه‌های معمولی است که تا کنون با موفقیت در ساخت برج های تا چند ده طبقه در دنیا مورد استفاده قرار گرفته است.

بدیهی است مواد جدید نواقصی هم دارند، شامل تولید محدود و هزینه بالا، شکست ترد، نیاز به قلاب نمودن میلگردهای پلیمری در کارخانه و . . . که  سبب کاهش استفاده از آن ها در سازه های بتنی در حال حاضر می شود. با توجه به رشد صنعت و تکنولوژی، استفاده ی روزافزون از این مصالح  در آینده نزدیک، دور از انتظار نخواهد بود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه کلیک کنید