دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکده عمران
سمینار دوره‌ی کارشناسی ارشد
مهندسی عمران ـ گرایش سازه
ارزیابی احتمالاتی روش‌های موجود برای طراحی تیرهای FRP-RC
استاد راهنما :
دکتر کورش نصراله‌زاده نشلی
مهر 1392
برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
چکیده
یکی از معضلات موجود در بتن‌ِ مسلح‌ِ مرسوم زوال و خوردگی فولاد به کار رفته در آنها می‌باشد. به همین علت، پلیمر مسلح شده با الیاف FRP به دلیل داشتن ویژگی مقاومت خوردگی بالا، به عنوان جایگزینی مناسب برای فولاد مسلح‌کننده‌ی بتن، به گونه گسترده‌ای مورد استقبال صنعت ساخت قرار گرفته می باشد. خاطر نشان می گردد که بهره گیری از میلگردهای FRP به عنوان مسلح‌کننده در مکان‌های دارای پتانسیل بالای خوردگی، تاثیر بسزایی را در افزایش عمر بهره‌وری، کاهش هزینه‌های نگهداری و حل معضلات زیست محیطی داشته می باشد. در این مطالعه ارزیابی قابلیت اعتماد اعضای بتنی مسلح شده با FRP یعنی FRP-RC در شکست خمشی مطالعه می گردد و فرض شده می باشد که شکست برشی و یا زوال چسبندگی میلگرد و بتن کنترل‌کننده‌ی شکست عضو نیست. در هر نمونه‌ی مورد مطالعه احتمال شکست و اندیس قابلیت اعتماد برای مقاطع FRP-RC بدست آمده و تعداد زیادی از متغیرهای موثر در طراحی خمشی با بهره گیری از روش مونت کارلو ارزیابی شده‌اند. در پایان تاثیر پارامترهای مختلف بر روی اندیس قابلیت اعتماد مطالعه شده و پیشنهاداتی برای بازنگری در آیین‌نامه‌ی ACI440 ارائه شده می باشد.
کلیدواژه: FRP، بتن مسلح با FRP، خمش، قابلیت اعتماد، مونت کارلو
فهرست مطالب
فصل 1-مقدمه. 2
1-1-……………………………………………………………………………………………………………………………………………. پیشگفتار 2
1-2-…………………………………………………………………………………………………………………………………….. اهداف پژوهش.. 4
1-3-………………………………………………………………………………………………………………………… حوزه ی مورد مطالعه.. 4
فصل 2-مروری بر FRP-RC.. 7
2-1-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. مقدمه. 7
2-2-……………………………………………………………………………………………………………………………….. تاریخچه ی FRP.. 7
2-3-……………………………………………………………………………………………………………………… خواص مواد کامپوزیتی.. 10
2-4-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. کاربرد. 11
2-5-……………………………………………………………………………………….. انواع روش‌های مسلح کردن بتن با FRP.. 12
2-6- میلگردهای FRP.. 15
2-7-………………………………………………………………………………………………………. خواص مکانیکی و فیزیکی FRP.. 16
2-8-………………………………………………………………………………………. مروری بر تحقیقات و آزمایشات انجام شده 19
2-8-1- مطالعات تحلیلی.. 19
2-8-2- مطالعات آزمایشگاهی.. 23
2-9-…………………………………………………………………………………………………………….. پروژه‌های انجام شده با FRP.. 25
2-10- مروری بر روابط خمشی تیرهای FRP-RC بر اساس ACI440.1R.. 31
2-11- جمع‌بندی.. 34
فصل 3-مروری بر قابلیت اعتماد سازه‌ها 37
3-1-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………. مقدمه. 37
3-1-1- کاربرد. 39
3-1-2- تـاریخچه‌ی قابلیت اعتماد. 41
3-1-3- عدم قطعیت در مراحل مختلف عمر سازه 45
3-1-4- اطلاعاتی مفید در اعتمادپذیری.. 46
3-2-…………………………………………………………………………………………………………………………. اندیس قابلیت اعتماد. 51
3-3-……………………………………………………………………………………………………………………………….. روش مونت کارلو. 52
3-3-1- تاریخچه‌ی مونت کارلو. 52
3-3-2- مبانی روش مونت کارلو. 53
3-3-3- تولید اعداد تصادفی با توزیع احتمال یکنواخت… 55
3-3-4- تولید اعداد تصادفی با توزیع احتمال دلخواه 56
3-3-5- دقتِ تخمینِ احتمال.. 56
3-4-………………………………………………………………………………………………………………………………………….. جمع‌بندی.. 57
فصل 4-مطالعه قابلیت اعتماد تیرهای FRP-RC در خمش…. 60
4-1-……………………………………………………………………….. ارزیابی قابلیت اعتماد با بهره گیری از روش مونت کارلو. 60
4-1-1- تابع حالت حدی.. 62
4-1-2- بدست آوردن مقاومت قطعی تیرها 64
4-1-3- مدل قطعی برای بدست آوردن مقاومت خمشی.. 64
4-1-4- داده های آماری لنگر محاسبه شده 65
4-1-5- نتایج آماری مد شکست… 69
فصل 5-جمع بندی و پییشنهاد. 73
5-1-…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… نتایج.. 73
5-2-……………………………………………………………………………………………………………………………………….. پییشنهادات… 74
فهرست علایم و نشانه‌ها
عنوان علامت اختصاری
سطح مقطع FRP
عرض مقطع
ارتفاع تار خنثی
درجه‌ی سانتیگراد
ضریب کاهش مقاومت محیطی
مدول الاستیسیته‌ی FRP
مقاومت کششی تضمین‌شده FRP
مقاومت کششی FRP
تنش موجود در FRP
مقاومت فشاری بتن
ارتفاع مقطع
ظرفیت خمشی اسمی
لنگر موجود
احتمال خرابی
ضریب کاهش بار
نسبت FRP مسلح کننده
نسبت FRP بالانس
اندیس قابلیت اعتماد
ضریب ارتفاع بلوک تنش معادل
کرنش نهایی بتن
کرنش نهایی FRP
فهرست شکل‌ها
شکل 1: ساختمان FRP [5] 10
شکل 2: میلگردهای CFRP- 12
شکل 3: شبکه‌های FRP [4] 12
شکل 4: لایه‌های FRP [4] 13
شکل 5 : صفحات FRP [4] 13
شکل 6: نوارهای FRP [4] 13
شکل 7: تقویت دال برای افزایش ظرفیت لنگر مثبت در وسط دهانه با بهره گیری از لایه‌های FRP [2] 13
شکل 8: تقویت دال طره برای افزایش ظرفیت لنگر منفی در تکیه‌گاه با بهره گیری از لایه‌های FRP- 14
شکل 9: تقویت برشی و خمشی تیر عمیق با بهره گیری از لایه‌های FRP- 14
شکل 10: شکل شماتیک میلگرد FRP جایگذاری شده در بتن با تکنیک NSM- 14
شکل 11: تقویت دیوار بنایی با بهره گیری از میلگرد FRP- 15
شکل 12: اشکال مختلف میلگردهای دایره‌ای از جنس FRP [14] 15
شکل 13: میلگردهای FRP فرم‌دهی شده با روش های گوناگون [14]. 16
شکل 14: نمودار تنش – کرنش مسلح‌کننده‌های بتن- 18
شکل 15:بهره گیری از GFRP در عرشه‌ی پل کرایچایلد، کالگری-آلبرتا-کانادا 26
شکل 16: بهره گیری از میلگرد GFRP در کارخانه‌ی شراب سازی، بریتیش کلمبیا-کانادا 26
شکل 17: عرشه‌ی پل خیابان پیرز، لیما- اوهایو 26
شکل 18: بهره گیری از میلگرد GFRP در بازسازی پل خیابان سالم، دایتون-اوهایو 26
شکل 19: سازه‌ی دریایی شناور، ژاپن- 27
شکل 20: پل پانتون، ژاپن- 27
شکل 21: قطار مغناطیسی سریع السیر، ژاپن[4] 27
شکل 22: بهره گیری از CFRP در پل استرس ریبون، ژاپن- 27
شکل 23: بهره گیری از FRP به عنوان مهارزیرزمینی در کنار اتوبان میشین، ژاپن- 28
شکل 24: بهره گیری از FRP در پل عابر پیاده در اروپا که از پروژه‌های EUROCRETE می‌باشد[4]. 28
شکل 25: پل خیابان شماره‌ی 53، بتندورف – ایالت ایووا 28
شکل 26: پل رودخانه‌ی سیریتا دلا کروز، پاتر کانتی-ایالت تگزاس– 29
شکل 27: کاربرد GFRP در عرشه‌ی پل ماریستون _ ایالت ورمانت- 29
شکل 28: پل رودخانه یترات در بزرگراه آیسان، بریتیش کلمبیا 29
شکل 29: پل ایتن، کوکشیر-کبک– 29
شکل 30 : کاربرد GFRP در عرشه‌ی پل واتن، کبک– 30
شکل 31: بیمارستان عمومی لینکلن- 30
شکل 32: بیمارستان یورک، تروما 30
شکل 33: کاربرد GFRP در ساخت تونل مترو-بانکوک[14] 31
شکل 34: ساخت سافت آی با FRP-تایلند[4] 31
شکل 35: آیین نامه‌ی حمورابی- 43
فهرست جداول
جدول 1: مضرات و فواید FRP[1] 16
جدول 2 : چگالی میلگردهای مسلح‌کننده‌ی بتن (g/cm3)[1] 17
جدول 3 : ضریب انبساط گرمایی میلگردهای مسلح‌کننده‌ی بتن[1] 17
جدول 4 : مشخصات کششی FRP و فولاد. 18
جدول 5: ضریب کاهش مقاومت محیطی برای انواع میلگردهای FRP[1] 32
جدول 6: اندیس قابلیت اعتماد به ازای احتمال شکست… 52
جدول 7: جزئیات تیرهای طراحی شده 61
جدول 8: پارامترهای آماری متغیرهای پایه. 63
جدول 9: داده های آماری بارها 64
جدول 10: داده‌های آماری لنگر مقاوم محاسبه شده (بتن 30 مگاپاسکال) 66
جدول 11: داده‌های آماری لنگر مقاوم محاسبه شده (بتن 50 مگاپاسکال) 67
جدول 12: داده‌های آماری لنگر مقاوم محاسبه شده (بتن 70 مگاپاسکال) 68
جدول 13:احتمال شکست واندیس قابلیت اعتماد. 69
فصل اول:
مقدمه
فصل 1- مقدمه
1-1- پیشگفتار
از دهه‌ی گذشته تا به امروز پلیمر مسلح شده به الیاف[1] FRP به عنوان جایگزینی مناسب برای فولادِ مسلح‌کننده‌ی بتن در صنعت ساخت پذیرفته شده می باشد. در اوایل 1990 میلادی زوال سازه‌های زیر بناییِ آمریکا به خصوص پل‌ها به علت خوردگی[2] فولاد به کار رفته در آنها مهندسان سازه را ملزم به یافتن ماده‌ی مسلح‌کننده‌ی دیگری در بتن نمود. بهره گیری از میلگرد FRP به عنوان جایگزین برای فولاد مسلح‌کننده‌ی بتن راه‌حلی قابل قبول برای حل این مشکل بود، زیرا به علت دارا بودن ویژگی‌های بارزی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و خستگی[3]، میرایی مناسب[4] در بارهای دینامیکی، نسبت مقاومت به وزن بسیار عالی و خنثی بودن مغناطیسی[5] برای مصارف سازه‌ای بسیار مناسب بوده و هست[1].
امروزه مزیّت‌های بتن مسلح‌شده با FRP[6] (FRP-RC)، بر کسی پوشیده نیست. سازه‌های عمرانی از جنس بتن مسلح‌شده با فولاد[7]، دارای حساسیتی بالا به عوامل طبیعی می‌باشند که این عوامل باعث شروع یک فرآیند الکتروشیمیایی در فولاد شده و نتیجه‌ی آن خوردگی فولاد می باشد. برای حفظ عمر مفید این سازه‌ها نگهداری و تعمیرات زیادی لازم می باشد. به عنوان مثال از مهمترین علت های خرابی عرشه‌ی پل‌ها می‌توان به در معرض مستقیم بودن با محیط، ضد یخ‌های شیمیایی و افزایش حجم ترافیکی تصریح نمود. بهره گیری از میلگرد FRP به عنوان مسلح‌کننده‌ی عرشه‌ی پل‌ها و شاهتیر‌ها پتانسیل بالایی را برای افزایش عمر سازه، صرفه‌جویی اقتصادی و پاکی محیط‌زیست به ارمغان آورده می باشد[2].
همانطور که از نام FRP پیداست از الیاف مسلح‌کننده[8]، رزین[9] و مواد افزودنی[10] ساخته شده می باشد. الیاف مسلح‌کننده دارای مقاومت و سختی بسیار بالا و عضو اصلی در تحمل بار می‌باشد. رزین مقاومت فشاری خوبی را از خود نشان می‌دهد و وظیفه‌ی اصلی آن ایجاد زمینه‌ای[11] به مقصود یکپارچه‌سازی الیاف‌ها می‌باشد. افزودنی‌ها به ارتقای خواص مکانیکی و فیزیکی FRP برای کارایی بهتر کمک می‌کنند[4]. انواع بسیار متداول الیاف مورد بهره گیری در صنعت ساختمان شیشه[12] G، کربن[13] C و
آرامید[14] A می‌باشد. GFRP [15] دارای کمترین مقاومت، سختی و CFRP [16] دارای بالاترین پایداری، سختی، و مقاومت می‌باشد. AFRP[17] دارای پایداری و مقاومت بهتری نسبت به GFRP می‌باشد، اما به علت قیمت بالا در صنعت ساختمان بسیار کم بهره گیری می گردد.
بتن مسلح‌شده با FRP در اشکال متنوعی برای کارایی‌های مختلف هست. برای ساخت سازه‌های جدید می‌توان از FRP در حالت‌های مختلفی مانند میلگرد[18]، شبکه[19] و تاندون‌های پیش‌تنیده[20] بهره گیری نمود.
تمرکز این پژوهش بر روی بهره گیری از میلگردهای FRP به عنوان عضو مسلح‌کننده در بتن می‌باشد. در این مطالعه از اطلاعات کارخانه‌های سازنده‌ی FRP برای ارزیابی احتمالاتی[21] سازه‌های FRP-RC بهره گیری و در انتهای آن پیشنهاداتی برای بهبود ضرایب اطمینان موجود در آیین‌نامه‌ی ACI440 ارائه شده می باشد.
تاکنون بیشتر تحقیقات انجام شده با موضوعیت بهره گیری از میلگردهای FRP به عنوان مسلح‌کننده‌ی بتن، با روش‌های قطعی که عدم قطعیتِ ذاتیِ همراه با طراحی را نادیده می‌گیرند، صورت گرفته می باشد. به دلیل وجود چنین نقصی تکنیک‌های براساس قابلیت اعتماد سازه‌ها که مناسب برای لحاظ عدم قطعیت در طراحی می‌باشند در این پژوهش انتخاب شده‌اند.
پیشرفت شاخه‌ی قابلیت اعتماد در چهار دهه‌ی گذشته بستری منطقی را برای آیین‌نامه‌های طراحی آماده کرده می باشد، زیرا که هدف اصلی در واکاوی قابلیت اعتماد تعیین کردن سطح ایمنی سازه‌ها با در نظر گرفتن عدم قطعیت همراه با پارامترهای متناظرِ مقاومت و بارها می‌باشد. این پژوهش بر روی واکاوی قابلیت اعتماد رفتار خمش تیرهای FRP-RC تمرکز کرده می باشد.
مقاومت سازه بایستی به گونه موثری از تاثیرات بارهای وارد بر آن بیشتر باشد. پارامترهای تعیین کننده‌ی مقاومت و بار از نوع متغیرهای تصادفی و شامل چندین درجه عدم قطعیت می‌باشند. به همین دلیل ایمنی را معمولا در پارامتری به نام اندیس قابلیت اعتماد که از واکاوی قابلیت اعتماد بدست می‌آید و بر اساس تئوری احتمالات می‌باشد، اختصار می‌کنند. برای انجام یک واکاوی قابلیت اعتماد نیاز می باشد مدل‌های مقاومت و بار مشخص شوند و پارامترهای احتمالاتی آنها مانند میانگین و انحراف معیار تعیین شده باشند.
این پژوهش یک ارزیابی احتمالاتی را با روش مونت کارلو برای اعضای FRP-RC به ثمر می‌رساند و پیشنهاداتی را برای اصلاح و بازبینی روابط ارائه شده در ACI440 ارائه می کند.
[1] Fiber Reinforced Polymer (FRP)
[2] Corrosion
[3] Fatigue
[4] Damping resistance
[5] Electromagnetic transparency
[6] FRP Reinforced Concrete (FRP-RC)
[7] Steel Reinforced Concrete (Steel RC)
[8] Fiber
[9] Resin
[10] Additives
[11] Matrix
[12] Glass
[13] Carbon
[14] Aramid
[15] Glass Fiber Reinforced Polymer
[16] Carbon Fiber Reinforced Polymer
[17] Aramid Fiber Reinforced Polymer
[18] Bar
[19] Grid
[20] Prestressing tendon
[21] Probabilistic assessment
تعداد صفحه : 92
قیمت : 14700 تومان
