عنوان : مطالعه رفتار خمشی تیرهای بتنی سبک و مسلح شده با میلگردهای FRP

دانشگاه صنعتی بابل

دانشکده عمران

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی عمران سازه

 موضوع :

مطالعه 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

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:
بتن مسلح به فولاد، مصالحی می باشد 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 می گردد. 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 می باشد که کاربرد آن را در مورد هایی محدود می کند. برای جبران این ایرادات، بتن‌های خاصی ابداع شده‌اند که در آنها از سنگدانه‌های سبک و تکه‌های مجزا و کوچک الیاف بهره گیری می گردد و به جای میلگردهای فولادی، در جهت رفع مشکل خوردگی در مناطق ساحلی، از میلگردهای کامپوزیت پلیمری الیافی، بهره گیری می گردد. از آن جا که بهره گیری از بتن‌های خاص با در نظر داشتن مزایای غیر قابل انکار آنها در حال گسترش بوده و نیز کاربرد آنها در کشوری مانند ایران در بسیاری از موردها توجیه و لازم است، لازم می باشد مطالعات کافی در مورد جنبه‌های مختلف کاربردی آنها انجام گیرد.
در پژوهش حاضر با تهیه یک برنامه آزمایشگاهی، به مطالعه رفتار خمشی تیرهای بتنی ساخته شده از بتن سبک الیافی، مسلح به میلگردهای طولی از جنس کامپوزیت پلیمری شیشه (GFRP) پرداخته شده می باشد. برای این مقصود، تعداد 9 تیر بتنی با مقطع مستطیل در سه گروه طراحی و ساخته شده می باشد. 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 اندازه 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 اقدام تا گام نهایی، یعنی تخریب تیرها ادامه پیدا نمود. 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 می باشد. 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، اما مقاومت در برابر بار و ایجاد تغییر شکل های بیشتر در آن ها آشکارتر می باشد.
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه
بتن پرمصرف ترین مصالح ساختمانی می باشد و در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته می باشد. تنها ماده ای را که بشر به این اندازه مصرف می کند، آب می باشد. بتن دارای مزایایی از قبیل مقاومت عالی در برابر آب، سهولت شکل دهی در اشکال گوناگون، ارزان و در دسترس بودن مصالح اولیه می باشد. 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 نمی‌گردد[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 هست. سازه های بتنی در بعضی موردها پاسخگوی نیازهای بهره برداری نخواهند بود. مانند نواقص سازه های بتنی می توان به مقاومت کششی کم، خوردگی فولاد، سهولت ایجاد و گسترش ترک، و وزن زیاد آنها تصریح نمود.
کوشش محققان صنعت ساختمان همواره بر رفع نواقص سازه های بتنی بوده می باشد و روش های مختلفی برای این مقصود ارائه داده اند که در زیر به چند نمونه از آن ها تصریح می گردد:
–  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 بهره گیری می گردد، باعث گردیده می باشد که بهره گیری از FRP بعنوان جایگزین آن مطرح گردد. 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 می باشد انرژی جذب شده را میرا می­کنند.
– بهره گیری 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 بهره گیری قرار می گیرند. بهره گیری از الیاف با حجم و اندازه های متفاوت در ملات، تا حدی باعث افزایش مقاومت کششی نهایی شده اما کرنش کششی در هنگام گسیختگی در این نوع از بتن ها در مقایسه با انواع معمولی بسیار بیشتر می باشد که این بدلیل جلوگیری از باز شدن ترکها و تبدیل یک ترک بزرگ به چندین ترک کوچک می‌باشد.
– بهره گیری 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 به شمار می رود. برای افزایش نسبت مقاومت به وزن بتن، یک راه حل مناسب، بهره گیری از سنگدانه‌های سبک مانند لیکا بجای سنگدانه‌های معمولی می باشد که تا کنون با موفقیت در ساخت برج های تا چند ده طبقه در دنیا مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد.
بدیهی می باشد مواد جدید نواقصی هم دارند، شامل تولید محدود و هزینه بالا، شکست ترد، نیاز به قلاب کردن میلگردهای پلیمری در کارخانه و . . . که  سبب کاهش بهره گیری از آن ها در سازه های بتنی در حال حاضر می گردد. با در نظر داشتن رشد صنعت و تکنولوژی، بهره گیری ی روزافزون از این مصالح  در آینده نزدیک، دور از انتظار نخواهد بود.
2-1- هدف پژوهش
در پژوهش حاضر هدف اصلی مطالعه مزایا، معایب، و محدودیت‌های بهره گیری ترکیبی از دو بتن یعنی بتن سنگدانه سبک سازه‌ای و بتن الیافی در ساخت اعضای سازه ای تحت خمش (تیرها)، بهمراه بهره گیری از سطح مقطع‌های متفاوتی از میلگردهای ساخته شده از کامپوزیت پلیمری مسلح به الیاف شیشه برای تقویت طولی آنها می‌باشد. در راستای تأمین این هدف که یک برنامه آزمایشگاهی برای آن تدوین گردید، مورد هایی که بایستی مورد مطالعه قرار گیرند عبارتند از:
– رفتار خمشی ( نیرو- تغییرمکان) تیرها،
– ظرفیت خمشی نهایی و نوع شکست تیرها،
– بار نظیر اولین ترک و چگونگی ایجاد و گسترش ترک ها،
– کرنش های کششی و فشاری حاصله در مراحل مختلف بارگذاری، و
– مقایسه نتایج با روابط آئین نامه ای و تحقیقات مرتبط موجود.
لازم به تبیین می باشد که هر چند بتن ها و میلگرد‌های مذکور در تحقیقات انجام شده مرتبط با سازه‌های بتنی مورد توجه قرار داشته‌‌‌اند و ادبیات فنی نسبتاً جامعی در مورد آنها هست، اما تحقیقات محدودی برای کاربرد ترکیبی آنها و با اهداف مذکور در کار حاضر انجام شده و پس انجام این پژوهش سهمی هر چند کوچک در کامل‌تر کردن متون علمی موجود در این زمینه خواهد داشت.
3-1- روش پژوهش
در کار حاضر، آغاز تحقیقات انجام شده در خصوص بتن سبک، بتن الیافی و میلگردهای FRP مورد مطالعه قرار گرفت و سپس از طریق مطالعه تجربی یا انجام آزمایش، رفتار خمشی تعدادی تیر ساخته شده از مصالح مذکور ارزیابی گردید. نمونه های آزمایشگاهی تعداد 9 عدد تیر، شامل 3 نمونه با بتن سبک معمولی، 3 نمونه با بتن سبک با الیاف فلزی و 3 نمونه بتن سبک با الیاف پروپیلن در نظر گرفته گردید. به علاوه، برای هر تیر به تعداد مناسب نمونه مکعبی جهت تخمین مقاومت فشاری و جرم حجمی بتن مصرفی در آنها تهیه گردید. آزمایش به روش خمش چهار نقطه‌ای (تکیه گاه های ساده در دو انتها و دو بار متمرکز در دهانه تیرها) و بصورت مرحله به مرحله تا تخریب کامل تیرها انجام شده و با نصب حسگر در محل‌های مناسب بر روی تیرها، کمیت‌هایی نظیر جابجایی، کرنش، و عرض ترک و نیز نیروی اعمالی در مراحل مختلف بارگذاری اندازه گیری گردید. در راستای تأمین اهداف تعریف شده در کار حاضر نتایج خام حاصل از آزمایش تحلیل و پردازش شده و خصوصیات یا پارامترهای مورد نظر برای تیرها استخراج می‌گردند. در نهایت با جمع بندی نتایج بدست آمده، مقایسه ای بین آنها و نتایج تحقیقات گذشته و نیز روابط آئین نامه ای انجام می گردد.
4-1- ساختار پایان نامه
در فصل اول، به تبیین مختصری از سازه های بتنی و دلیل بهره گیری از آن ها، پرداخته شده می باشد.
در فصل دوم، تحقیقات انجام شده در گذشته در ارتباط با این پژوهش و نتایج آن ها آمده می باشد.
در فصل سوم، روش انجام آزمایش با توضیحاتی در خصوص دقت و چگونگی کار با وسایل مورد بهره گیری در آزمایشگاه آمده می باشد و نیز به اظهار مراحل تحقیقات آزمایشگاهی، طراحی، ساخت، چگونگی انجام آزمایش و خصوصیات مواد و مصالح مصرفی پرداخته شده می باشد.
 فصل چهارم، به مطالعه نتایج به دست آمده از آزمایشات و تبیین تفصیلی از مودهای شکست و اظهار تحلیل های انجام شده در ارتباط با چگونگی شکست و عرض ترک و مقایسه بارهای نهایی با روابط آئین نامه، اختصاص داده شده می باشد.
فصل پنجم، به اظهار نتایج پژوهش حاضر و نیز ارائه پیشنهاد برای انجام تحقیقات آینده در این زمینه اختصاص داده شده می باشد.
فصل دوم: تاریخچه تحقیقات
1-2- مقدمه
در این فصل تحقیقات انجام شده بر اساس موضوع و در سه زمینه بتن سبک، بتن الیافی و میلگردهای FRP ارائه می گردد و در ادامه تاریخچه و چگونگی ساخت بتن سبک، بتن الیافی و GFRP مورد مطالعه قرار می‌گیرد. همچنین تئوری خمش تیرها و آیین‌نامه ACI در مورد طراحی تیرها با میلگردهای FRP مطرح گردیده می باشد و تحقیقات انجام شده و نتایج آنها در مورد بهره گیری از میلگردهای FRP در سازه‌ها و نیز بتن های الیافی و سبک ارائه می گردد.
2-2- بتن سبک
1-2-2- تاریخچه
اساساً بتن سبک یک ماده جدید نیست و از روزگار امپراطوری رم تاکنون شناخته شده می باشد. به کارگیری سبکدانه بیشتر براساس مواد خام در دسترس بوده می باشد. در آلمان و نروژ تنوع وسیعی از انواع سبک دانه‌ها براساس رس منبسط شده (Liapor and Leca) تولید شده می باشد. در هلند از سوی دیگر، تکنولوژی تولید سبک دانه براساس Fly ashتوسعه یافته می باشد. در ایسلند، کاربرد سنگ سخت یک روش معمولی می باشد که تکنولوژی توسعه یافته براساس پامیس می‌باشد[3].
عملیات حفاری نفت، مجال بهره گیری از بتن سبک برای سکوها را فراهم نموده می باشد. در طی دوره سال‌های 73- 1960 حدود 15 پل دهانه بزرگ با بهره گیری از بتن سبک Leca بر روی رودخانه‌ها در هلند ساخته گردید.
پژوهش گسترده و توسعه سبک دانه (LWA)[1] و بتن دانه سبک (LWAC)[2] به خوبی اروپا، در ژاپن و آمریکای شمالی نیز انجام گرفت. در آمریکا پژوهش روی بتن سبک سازه‌های دریایی به وسیله مهندسان ABAM انجام گردید، که در چارچوب ACI اما با نتایج و توصیه‌های ارزشمند نسبت به کاربرد LECA برای اهداف دیگر نیز انتشار پیدا نمود[3].
2-2-2- تعریف سنگدانه های سبک
سنگ دانه‌های با وزن کمتر از  1120 عموماً به عنوان سبک دانه در نظر گرفته می گردد. جهت مقایسه، بیشتر سنگ دانه‌های معمولی نظیر ماسه و شن دارای جرم حجمی انبوهی در حدود 1520 تا 1680 می باشند. سبک دانه‌ها به دلیل تخلخل زیاد، دارای وزن مخصوص ظاهری کم هستند. طبقه بندی سبک‌دانه‌ها بر مبنای منابع، روش‌های تولید و کاربرد نهایی آنها می‌باشد[1].
[1] Light Weight Aggregate
[2] Light Weight Aggregate Concrete
تعداد صفحه : 126
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   سمینار کارشناسی ارشد رشته عمران : بررسی عوامل موثر بر پایداری شیب های سد خاکی

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران