متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه

عنوان : بهسازی لرزه ای پایه پل های بتن آرمه با FRP

دانشگاه محقق اردبیلی

دانشکده­ی فنی و مهندسی

گروه آموزشی عمران

پایان نامه برای دریافت درجه­ کارشناسی ارشد

در رشته­:مهندسی عمران گرایش سازه

عنوان:

بهسازی لرزه ای پایه پل های بتن آرمه با FRP

استاد راهنما:

دکترهوشیار ایمانی

استاد مشاور:

دكترملك محمدرنجبر

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………..2

1-2- بیان مسئله ……………………………………………………………………………3

1-3- پیشینه تحقیق ………………………………………………………………………..3

1-4- ضرورت، اهمّیت و هدف تحقیق ………………………………………………………8

1-5- ساختار تحقیق ……………………………………………………………………….9

فصل دوم: آشنایی با مصالح کامپوزیتی FRP

2-1- معرفی ورق های FRP ………………………………………………………………

2-1-1- مقدمه………………………………………………………………………………12

2-1-2- انواع ورق های کامپوزیت FRP ………………………………………………..

2-1-3- رزین های تشكیل دهندهFRP ………………………………………………..

2-1-4- انواع فیبرهای تشكیل دهنده FRP …………………………………………..

2-1-5- خصوصیات الیاف………………………………………………………………..13

2-1-6- ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های FRP …………………………………

2-1-7- مقایسه عملکرد انواع کامپوزیت های FRP در مقاوم سازی سازه ها…… 15

2-1-8- ضریب ایمنی …………………………………………………………………… 16

2-1-9- روش های مقاوم سازی ……………………………………………………..16

2-1-10- ملاحظات اجرایی ……………………………………………………………..19

2-1-11- اصلاح شکل مقطع …………………………………………………………….20

2-1-12- ضوابط طراحی و بهسازی ستون ها با FRP ………………………………..

فصل سوم: روش های مدل سازی و تحلیل لرزه ای پل ها

3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………29

3-2- روش بدست آوردن تغییر مکان هدف در FEMA-356 ………………………..

3-3- روش بدست آوردن جابجایی تقاضا در ATC-40 ……………………………..

3-3-1- روش طیف ظرفیت برای بدست آوردن نقطه عملکرد سازه بر اساس آیین نامه ی ATC-40

3-4- رفتار اعضای سازه ………………………………………………………………..50

3-5- مقاومت مصالح ……………………………………………………………………51

3-5-1- روش بدست آوردن کرانه ی پایین مقاومت مصالح و مقاومت مورد انتظار مصالح در طراحی..52

3-6- ضریب آگاهی …………………………………………………………………….54

3-7- کاربرد ضریب آگاهی در بهسازی و طراحی بر اساس عملکرد………………..56

3-8- معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی …………………………………56

3-9- معیارهای پذیرش برای سازه های بتن آرمه بر اساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356…….

3-9-1- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس FEMA-356………..

3-9-2- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس دستورالعمل بهسازی….58

فصل چهارم: معرفی سازه مورد مطالعه و تحلیل آن

4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………64

4-2- معرفی سازه مورد مطالعه ……………………………………………………..64

4-2-1- مشخصات مصالح و پل مورد مطالعه ……………………………………….64

4-3- بارگذاری ………………………………………………………………………….70

4-3-1- بار زنده ………………………………………………………………………….70

4-3-2- اثر جریان آب ……………………………………………………………………72

4-3-3- فشار جانبی خاک ……………………………………………………………..72

4-3-4- اثر باد ……………………………………………………………………………72

4-3-5- اهداف عملکردی …………………………………………………………….73

4-3-6- بارهای جانبی …………………………………………………………………75

4-3-7- اثر P-∆  ………………………………………………………………………

4-4- روش تحلیل دینامیکی پل ها ………………………………………………..81

4-4-1- روش تحلیل دینامیکی طیفی (با بهره گرفتن از تحلیل مدها)………………82

4-4-2- روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی ……………………………………84

فصل پنجم: آنالیز مدل و بررسی نتایج

5-1- مقدمه …………………………………………………………………………..93

5-2- مدل سازی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS…………………………….

5-2-1- مدل سازی بتن در نرم افزار ABAQUS ……………………………………

5-2-2- مدل سازی FRP در ABAQUS …………………………………………….

5-2-3- مدل سازی آرماتور در ABAQUS ………………………………………….

5-3- ارزیابی صحت مدل تحلیلی ………………………………………………….100

5-4- تحلیل دینامیکی غیر خطی …………………………………………………..102

5-4-1- اثر CFRP بر جابجایی و برش پایه ………………………………………..102

5-4-2- نمودارهای تاریخچه زمانی جابجایی پایه ها ……………………………108

5-4-3- اثر CFRP بر انرژی ………………………………………………………………138

5-5-  نتایج حاصل از اثر باد بر روی پل ها …………………………………………..155

فصل ششم: جمع بندی و نتیجه گیری

6-1- کلیات …………………………………………………………………………157

6-2- خلاصه تحقیق و نتیجه گیری ……………………………………………..157

6-3- پیشنهادات برای تحقیقات آینده ……………………………………………158

مراجع …………………………………………………………………………………159

چکیده:

امروزه بسیاری از سازه های بتن آرمه که در حال بهره برداری هستند، عمری بیش از 75 سال دارند و به دلیل حوادث طبیعی از قبیل زلزله و باد و یا بر اثر خستگی مصالح و یا عوامل خورنده آسیب دیده اند. نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می باشد. با مطالعه رفتار سازه های بتنی مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب، تغییر كاربری سازه ها از دوام آنها می كاهد ضمنا تغییر آیین نامه های ساختمانی ) باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود.

روش های متنوعی برای تعمیر و تقویت سازه های بتن آرمه استفاده می شود. از آن جمله می توان تقویت با پوشش فلزی و بتنی را نام برد، که در مقایسه، پوشش فولاد نسبت به بتن از نظر وزن مزیت دارد اما فولاد نیز دارای نقصان های متعددی از جمله هزینه سنگین و سختی در اجرا و همچنین آسیب پذیری در محیط های خورنده می باشد. ماده جدید FRP سال هاست که به سبب ویژگی های منحصر به فرد از جمله تقویت و مقاوم سازی سازه های موجود در موارد خمشی و برشی و دور گیری و مقاومت بالا در برابر خوردگی و . . . در مقاوم سازی و بهسازی سازه ها به کار می روند.

ستون های بتن مسلح، اعضای اصلی مقاوم در برابر بارهای افقی و قائم در سازه های بتنی به شمار می آید لذا مقاوم كردن ستون ها در برابر نیروهای زلزله می تواند نقش مهمی را در مقاوم سازی كل سازه ایفا كند. در نتیجه استفاده از كامپوزیت های  FRPجهت مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح در دنیا گسترش یافته است و مطالعه در این زمینه از طرف محققین زیادی صورت می گیرد.

 در این تحقیق یک پل با ابعاد واقعی انتخاب و قاب های آن با نرم افزار اجزای محدود ABAQUS تحت بارهای ثقلی، باد، آب و زلزله قرار گرفته و با سه شتاب نگاشت زلزله، منجیل، Northridge و Chi Chi تایوان، تحت تحلیل استاتیکی ودینامیکی غیر خطی قرار گرفته و با چسباندن لایه های CFRP بر حسب نیاز هر پایه، تغییر در میزان حداکثرجابجایی، میزان برش و اتلاف انرژی پایه آنها  بررسی شده  و اختلاف در نتایج دو روش استاتیکی و دینامیکی محاسبه شده است.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

 زمین لرزه پدیده ای طبیعی و غیر قابل اجتناب است که به خودی خود سبب تلفات جانی و مالی نمی باشد، بلکه در کنش حرکات زمین با محیط های ساخته ی دست بشر است که عدم توانایی در مقاومت ساخته ها باعث خسارت جدی می شود. در پی زمین لرزه ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود می آید که این امر در مورد کشور هایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و دراز مدت به جا می گذارد (ناطق الهی،1390).

كشور ایران از نظر لرزه خیزی در یكی از فعال ترین مناطق جهان قرار گرفته است. در سالهای اخیر به طور متوسط در هر پنج سال یك زمین لرزه شدید در نقطه ای ازكشور اتفاق افتاده كه باعث خسارات جانی و مالی بسیاری شده است (حمره، 1387)، پل ها به عنوان سازه های استراتژیک ومهم و به واسطه آن که یکی از عناصر مهم در شریان های حیاتی هستند، باید به گونه ای طراحی شوند که در مدت زلزله و بعد از آن هم بتواند عملکرد خود را داشته باشد، عدم تخریب پل و خارج نشدن از بهره برداری پس ازیک زمین لرزه شدید ازبسیاری تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواهد کاست (زارع برزشی، 1391).

در چند دهه گذشته بموازات توسعه راه های کشور حجم قابل توجهی از بودجه های مربوطه جهت پل ها اختصاص یافته است. متاسفانه علی رغم پیشرفت های فن آوری در مهندسی مواد هنوز این سازه ها با گذشت زمان به دلایل  مختلف از جمله شرایط محیطی نامناسب و ترافیک سنگین و حوادث طبیعی دچار خرابی های متعددی می شوند. این خرابی ها در صورت عدم توجه به موقع علاوه بر کاهش سطح بهره برداری و عمر مفید سازه هزینه های تعمیر و نگهداری را شدیدا افزایش خواهد داد. که اهمیت بکارگیری روش های منطقی  و سینماتیک در مدیریت نگهداری پل ها به منظور حفظ ایمنی استفاده کنندگان از پل و جلوگیری از هدر رفتن سرمایه های کشور را نمایان می سازد (رهگذر،1387). بنابراین دست یابی به روش یا روش هایی جهت بهسازی لرزه ای پل هایی که در برابر زلزله به اندازه کافی مقاوم نیستند می تواند بسیار مهم باشد (مرادی، 1390).

برای بهسازی، روش های مختلفی مانند مرمت موضعی، استفاده از پوشش بتنی، استفاده از پوشش فولادی و غیره تحت عنوان “ روش های کلاسیک ” وجود دارد. یکی از روش های نوینی که در سال های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم سازی یا بهسازی ساختمان های موجود با بهره گرفتن از کامپوزیت ها می باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی صورت گرفته و آیین نامه هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است (ناطق الهی، 1385). این مواد به دلیل داشتن مقاومت كششی بالا، ابزار مناسبی جهت افزایش ظرفیت اعضای بتنی و بنایی به شمار می آیند. امروزه دركشورهای پیشرفته حجم بالایی از بهسازی و تقویت سازه های بتنی و بنایی با بهره گرفتن از این مواد انجام می پذیرد (حمره، 1387).

2-1- بیان مسأله

در این پایان نامه به مقاوم سازی پایه پل های بتنی با ورقFRP  تحت بار دینامیکی زلزله پرداخته خواهد شد،  پایه های پل با ابعاد واقعی ومحصور شده با FRR درنرم افزار ABAQUS مدل سازی می شود، برای تحلیل پایه تحت بار زلزله از تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده شده است تا اثرFRP بر روی پایه های پلی که تحت شتاب نگاشت هستند مورد بررسی قرار گیرد.

3-1- پیشینه تحقیق

تكنولوژی استفاده از ورق هایFRP در مهندسی عمران اولین بار در سال 1984در سوئیس توسط پروفسورMeier  مطرح و مورد آزمایش قرار گرفت كه در آن ورق های Carbon FRP (CFRP) جهت مقاوم سازی تیرهای بتنی آزمایش شدند. بزرگ ترین مزیت  FRPنسبت به فولاد داشتن نسبت مقاومت به وزن بالای آن می باشد. كاتسوماتا و همكارانش در سال1987 و 1988 روش استفاده ازFRP  را جهت مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح ارائه دادند.

یکی از روش های معمول جهت مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری ستون های بتن آرمه، ایجاد روپوش پیرامونی، جهت محدود نمودن انبساط عرضی ستون بارگذاری شده است. این شیوه علاوه بر جلوگیری ازکمانش آرماتورهای طولی ستون، با به تعویق انداختن جداشدگی پوسته بتنی، انهدام ستون را نیز به تاخیر می اندازد.

مطالعات پیرامون روش مقاوم سازی ستون های بتن آرمه در ابتدای قرن بیستم و در مورد ستون های مقاوم شده با روپوش فولادی صورت پذیرفت. این مطالعات نشان داد که وجود دورپیچ پیرامون ستون، سبب افزایش مشخصه های باربری آن می گردد اثر نامطلوب شرایط محیطی بر روپوش های فولادی و مراحل دشوار و زمان بر ایجاد این روپوش ها، سبب گردید که صفحات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای مسلح شده با الیاف موسوم به ورقه هایFRP از بدو پیدایش به تدریج به عنوان جایگزین روکش های فولادی مورد استفاده قرار گیرند.

تحقیقات آزمایشگاهی  و نرم افزاری زیادی در زمینه بهسازی ستون های بتنی با  FRPدر ایران نیزانجام شده است:

1- برقی، مصطفی و حداد، میثم، 1387، ارزیابی تقویت خمشی پایه پل بتن آرمه توسط GFRP تحت بارگذاری دوره ای، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی.

در این تحقیق مدل ابعاد واقعی پایه یك پل به مقطع دایره ایجاد شده و رفتار آن تحت بارگذاری دوره ای تك محوره (بارگذاری همزمان ثقلی وجانبی قرار گرفته كه بارگذاری جانبی آن به صورت دوره ای می باشد) بررسی شده که در این تحقیق ستون معرفی شده توسط ورقه GFRP به ضخامت 1 میلی متر) در طول كل ستون) دورپیچ شده است، پوش منحنی هیسترزیس برش پایه در دو حالت بدون محصور شدگی و با محصورشدگی توسطFRP  رسم شد نتایج بدین صورت می باشد:

آ. پوشش تقویتی GFRP(با ضخامت 1 میلی متر)باعث بالا بردن ظرفیت خمشی پایه پل های بتن آرمه به میزان 8% شده است.

ب. اصلی ترین خاصیت پوشش تقویتی GFRP، افزایش كرنش گسیختگی به میزان 50 % كه منجر به شكل پذیری و اتلاف انرژی بیشتر می شود و نیز عملكرد لرزه ای ستون را بهبود می بخشد.

2- صالحیان، حمید رضا و اصفهانی، محمد رضا “بررسی آزمایشگاهی مقاومت ستون بتنی محصورشده با GFRP تحت اثر توام نیروی محوری و لنگر خمشی و مقایسه با مدل های تئوری” ،1388.

در این تحقیق نمونه های آزمایشگاهی ستون با مقطعی مربعی شکل بررسی شده اند این تحقیق نشان می دهد که اعمال لنگر خمشی بر نمونه ستون های محصورشده با  FRP علاوه بر اندرکنش بار فشاری و لنگر خمشی، اثر کاهنده ای بر مقاومت فشاری بتن محصورشده می گذارد. اعمال لنگر خمشی بر مقطع ستون، سبب توزیع غیر یکنواخت تنش فشاری وارد بر مقطع و انبساط عرضی آن می گردد به همین دلیل استفاده از روابط تخمین مقاومت فشاری بتن محصور شده، با افزایش لنگر خمشی، به پاسخ های غیر واقعی و فاقد اطمینان می انجامد.

3- جلال، مصطفی” ارزیابی ظرفیت باربری پل های بهسازی شده با کامپوزیت FRP”1388.

در این مقاله، گزیده راهكارهای ارزیابی عملكرد یك پل بهسازی شده با بهره گرفتن از مصالح كمپوزیتی جدیدارائه گردیده است. به این منظور، ابتدا یك سیستم سنجش عملكرد ایجاد شده و اندازه گیری های سنجش عملكرد به منظور ارزیابی پارامترهای مختلف مشخص گردید، سپس یك الگوریتم نقص یابی و شناسایی سیستم به منظور كمی سازی مقادیر هدف، انتخاب شده و در نهایت نتایج فعالیت های بهسازی به منظورسنجش تغییرات عملكرد پل، مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در نهایت پس از اتمام كار بهسازی، نتایج به منظور تعیین وقوع یا عدم وقوع هرگونه تغییر در عملكرد پل، مورد ارزیابی قرار گرفت، این روش افزایش در سختی سازه را در دوره زمانی سوم دسامبر 1999 تا می 2000 نشان می دهد.

4- عباسزاده ، مهدی “مقایسه دقت پیش بینی مدل های ارائه شده برای محصورشدگی ستون های بتنی دایروی محصور شده با الیاف FRP”1388.

این مطالعه بر پیش بینی حداكثر تنش و كرنش بتن محصور شده كه مهمترین پارامترها از دید طراحی بوده و تاثیر زیادی در تقریب منحنی های تنش – كرنش دارند متمركز شده است. به این منظور، مدل های محصور شدگی به دو گروه مدل های محصورشدگی پایه فولادی و مدل های محصورشدگی تجربی و تحلیلی طبقه بندی شده و روابط و ویژگی های منحصر به فرد هر مدل مرور شد سپس، مقایسه بین مدل های مختلف در پیش بینی حداكثر تنش و كرنش نهائی محصور شدگی صورت گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی های صورت گرفته نشان داد كه مدل های موجود در پیش بینی رفتار واقعی محصورشدگی بتن به جواب های یكسان و قابل قبولی خصوصاٌ در پیش بینی كرنش نرسیده و تنها برای محدوده ای كه برای آن كالیبره شده اند جواب های مطلوبی ارائه می دهند .

5- عباس نیا، رضاو رستمیان، مهدی” بررسی رفتار تنش – کرنش ستون ها یا نمونه های بتنی مسلح و محصورشده با FRP”1389.

در این مقاله به بررسی تحقیقات انجام شده در مورد رفتار تنش – کرنش ستون های بتنی مسلح مقاوم سازی شده با FRP پرداخته شد و نتایجی مطابق زیر بدست آمد:

الف – اثر نسبت لاغری برروی ظرفیت باربری ستونهای بتنی محصور شده با ژاکت FRP چشم گیر تر از ستون های مسلح معمولی  می باشد.

ب – اثر مقاوم سازی با افزایش نسبت لاغری کاهش می یابد.

ت – در زمانی که نسبت لاغری کمتر از 5/87 باشد، ظرفیت باربری ستون مسلح شده با FRP هنوز 21 درصد بزرگتر از ستون بتن مسلح بدون ژاکت FRP (عادی) می باشد.

6- محمد کاظم، شربتدار و بهاری زاده، علی، سیوندی پور، عباس ” بررسی نرم شدگی و سخت شدگی کرنش بتن محصور شده با ورق های FRP بر مقاومت و شکل پذیری اعضاء فشاری “1388.

در این مقاله به بررسی مقاومت بتن محصور شده با انواع ورق های FRP در دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنش و همچنین اثر محصور شدگی بر شکل پذیری اعضاء بتن مسلح پرداخته شده و این نتیجه حاصل شده که محصورشدگی اعضاء بتنی موجب افزایش مقاومت در هر دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنشی و افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود رفتار لرزه ای آن می شود.

7- دانش، فخر الدین بهشتی اول و سید بهرام، شاهرودی، مهناز” تخمین پارامترهای اثرگذار بر رفتار غیرخطی ستون های دورپیچ شده با CFRP به روش اجزاء محدود”1388.

در این تحقیق برای صحت سنجی نحوه مدل سازی، نمونه هایی از كارهای معتبر آزمایشگاهی با بار محوری ثابت و بار جانبی رفت و برگشتی cyclic)) با نرم افزار اجزاء محدود  ABAQUS مدل سازی شده اند. در این مرحله، بتن با المان حجمی هشت گرهی (C3D8)  و دورپیچ آن با المان های غشایی چهار گرهی  (M3D4)مدل شده اند و از معادل سازی و یكپارچه كردن مقطع استفاده نشده است. نتایج بدست آمده، تطابق قابل قبولی با كارهای آزمایشگاهی دارد همچنین در بررسی انجام شده بر روی پارامتر طول لایه های دورپیچ و تأثیر آن بر روی رفتار ستون ها مشاهده گردید با افزایش پارامتر طول لایه های دورپیچ، میزان ظرفیت ستون در تحمل تغییر مكان و برش پایه افزایش می یابد همچنین در این راستا مشخص گردید افزایش طول دورپیچ ها تأثیر چندانی بر بارتسلیم نداشته و فقط بار ماكزیمم سازه را افزایش داده است و به این ترتیب باعث افزایش انعطاف پذیری رفتار سازه می گردد. با بهره گرفتن از نتایج بدست آمده مشاهده شد در یك نگاه كلی گرچه تأثیر لایه ها بر روی برش پایه قابل تحمل توسط ستون چندان قابل توجه نبوده است لیكن تأثیر تعداد لایه ها بر روی نیروی قابل تحمل توسط ستون بیشتر از تأثیر طول لایه ها بوده است به عنوان مثال با افزودن یك لایه 20 سانتی متری دورپیچ FRP حدود 3 درصد و با افزودن یك لایه 30 سانتی متری دورپیچ FRP حدود 4 درصد افزایش می یابد. در حالی كه در حالت استفاده از دولایه دورپیچ این درصد افزایش نیروی قابل تحمل توسط ستون بترتیب حدود 4 و 6 در صد خواهد بود. همچنین نشان داده شد شكل پذیری ستون نیز با افزایش قابل توجهی همراه است لیكن استفاده از دو لایه دورپیچ بجای یك لایه دور پیچ افزایش نسبی زیادی در شكل پذیری ستون ایجاد نمی كند این نتیجه در مورد تغییر شكل بیشینه قبل از شكست نیز صادق است.

تعداد صفحه : 185

قیمت :14700 تومان

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

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

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.