دانشگاه یاسوج
دانشکده فنی و مهندسی
گروه مهندسی عمران
پایان نامه‌ی کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران گرایش سازه
بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با GFRP تحت واکنش قلیایی سنگدانهها
استاد راهنما:
دکتر حمید رحمانی
استاد مشاور:
دکتر علی علیپور
مهرماه 1390
(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
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه
| 1-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 1 |
| 1-2 ضرورت انجام تحقیق ……………………………………………………………………………………………………………………………………… | 2 |
| 1-3 اهداف تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… | 3 |
| 1-4 روش تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 3 |
فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته
| 2-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… | 5 |
| 2-2 خصوصیات مواد مرکب ……………………………………………………………………………………………………………………………………… | 6 |
| 2-2-1 الیاف تشکیل دهنده……………………………………………………………………………………………………………………………….. | 6 |
| 2-2-2 خصوصیات ماتریس ……………………………………………………………………………………………………………………………….. | 10 |
| 2-2-3 فرآیند ساخت مواد مرکب ……………………………………………………………………………………………………………………… | 11 |
| 2-2-4 استفاده از FRP در سازههای بتن آرمه ……………………………………………………………………………………………….. | 11 |
| 2-2-5 مقایسه FRP و فولاد در مقاومسازی سازهها ……………………………………………………………………………………. | 17 |
| 2-3 تحقیقات انجام شده بر روی تقویت تیرها با FRP ………………………………………………………………………………………….. | 18 |
| 2-4 تحقیقات انجام شده بر روی واکنش قلیایی سنگدانهها …………………………………………………………………………………… | 21 |
| 2-4-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. | 21 |
| 2-4-2 واكنش قلیایی- سیلیسی ………………………………………………………………………………………………………………………. | 22 |
| 2-4-3 واکنش قلیایی-سیلیکاتی ………………………………………………………………………………………………………………………. | 22 |
| 2-4-4 واکنش قلیایی- کربناتی ………………………………………………………………………………………………………………………… | 22 |
| 2-4-5 سایر واکنشهای قلیایی سنگدانهها ………………………………………………………………………………………………………. | 23 |
| 2-4-6 برخی ازتحقیقات انجام گرفته در خصوص واکنش قلیایی سنگدانهها…………………………………………………… | 23 |
| 2-5 تحقیقات انجام شده بر روی دوام تیرهای تقویت شده با FRP ……………………………………………………………………… | 25 |
فصل سوم : مواد
| 3-1 مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 29 |
| 3-2 سیمان ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. | 29 |
| 3-3 سنگدانهها …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. | 30 |
| 3-3-1 آزمایشهای تشخیص فعال بودن سنگدانهها ………………………………………………………………………………………. | 31 |
| 3-3-2 عوامل مؤثر بر واكنش قلیایی سنگدانهها در بتن …………………………………………………………………………………. | 33 |
| 3-3-3 نسبت بحرانی …………………………………………………………………………………………………………………………………………. | 34 |
| 3-4 بتن ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. | 35 |
| 3-5 فولاد ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 37 |
| 3-6 FRP و رزین …………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 37 |
فصل چهارم: روش کار
| 4-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… | 39 |
| 4-2 طراحی تیرها………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. | 39 |
| 4-2-1 طراحی تیرهای بتن مسلح……………………………………………………………………………………………………………………… | 41 |
| 4-2-2 محاسبهی ظرفیت خمشی تیرهای تقویت شده با GFRP………………………………………………………………….. | 44 |
| 4-3 برنامهی آزمایشگاهی………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 48 |
| 4-3-1 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسهی غیرفعال……………………………………………………………… | 50 |
| 4-3-2 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسهی فعال…………………………………………………………………… | 51 |
| 4-4 آماده سازی نمونههای آزمایشگاهی…………………………………………………………………………………………………………………… | 52 |
| 4-5 چگونگی انجام آزمایش ……………………………………………………………………………………………………………………………………… | 53 |
فصل پنجم: نتایج آزمایشات
| 5-1 مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… | 55 |
| 5-2 اندازه گیری انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانهها…………………………………………………………………………………….. | 55 |
| 5-3 نتایج آزمایش خمش تیرها…………………………………………………………………………………………………………………………………. | 57 |
| 5-3-1 منحنی بار تغییر مکان و مد گسیختگی تیرها……………………………………………………………………………………….. | 58 |
| 5-3-2 تأثیر دورپیچ نمودن تیرها در انتهای ورقGFRP………………………………………………………………………………… | 66 |
فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادها
| 6-1 مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 68 |
| 6-2 نتیجه گیری ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 68 |
| 6-3 موارد پیشنهادی جهت تحقیقات آتی………………………………………………………………………………………………………………… | 69 |
| فهرست منابع ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 70 |
فهرست جداول
عنوان صفحه
| جدول 2-1: مقایسه کیفی الیاف شیشه نوع E ، الیاف کربن با مقاومت زیاد و الیاف آرامید…………………………………… | 7 |
| جدول 2-2: خصوصیات ماتریسها…………………………………………………………………………………………………………………………….. | 11 |
| جدول3-1: نتایج آزمایش شیمیایی تعیین درصد قلیایی معادل سیمان نوع2 یاسوج……………………………………………… | 29 |
| جدول3-2: نتایج آزمایش شیمیایی و فیزیکی سیمان یاسوج…………………………………………………………………………………… | 30 |
| جدول3-3: نتایج آزمایش ملات منشوری بر روی ماسه فعال…………………………………………………………………………………… | 33 |
| جدول 3-4: طرح اختلاط بتنهای مورد استفاده در این تحقیق……………………………………………………………………………… | 35 |
| جدول 3-5: نتایج آزمایش کشش مفتول فولادی……………………………………………………………………………………………………… | 37 |
| جدول 3-6: مشخصات الیاف GFRP استفاده شده در تقویت تیرها……………………………………………………………………. | 38 |
| جدول 3-7: مشخصات رزین استفاده شده………………………………………………………………………………………………………………… | 38 |
| جدول 4-1: مقاومت فشاری نمونههای مکعب…………………………………………………………………………………………………………… | 40 |
| جدول 4-2: ضرایب کاهش محیطی برای مصالح FRP……………………………………………………………………………………………. | 46 |
| جدول 4-3: چگونگی گروهبندی تیرها……………………………………………………………………………………………………………………….. | 50 |
| جدول 5-1: نتایج اندازه گیری انبساط نمونههای نگهداری شده در محلول قلیا……………………………………………………….. | 56 |
| جدول 5-2: جزئیات ثبت داده ها برای کلیهی تیرها…………………………………………………………………………………………………. | 58 |
| جدول 5-3: نتایج تست تیرها…………………………………………………………………………………………………………………………………….. | 59 |
| جدول 5-4: نتایج تیر دورپیچ شده با یک لایهی 5 سانتیمتری در انتهای ورق GFRP………………………………………… | 66 |
فهرست شکلها
عنوان صفحه
| شکل (2-1). اجزای تشکیل دهندهیFRP………………………………………………………………………………………………………………. | 7 |
| شکل (2-2). انواع پوششهای FRP و میلگردهای GFRP…………………………………………………………………………………… | 8 |
| شکل (2-3). منحنی تنش –کرنش……………………………………………………………………………………………………………………………. | 12 |
| شکل (2-4). تقویت خمشی تیر بتن آرمه با ورقهی FRP……………………………………………………………………………………… | 14 |
| شکل(2-5). الگوهای مختلف تقویت برشی………………………………………………………………………………………………………………. | 14 |
| شکل (2-6). تقویت خمشی تیر بتن ارمه با ورقهی FRP و نوار انتهایی U شکل………………………………………………….. | 14 |
| شکل (2-7). الگوی تقویتی یکپارچه و منقطع…………………………………………………………………………………………………………. | 15 |
| شکل (3-8 ). تقویت برشی و خمشی تیر بتن آرمه با FRP……………………………………………………………………………………. | 15 |
| شکل (2-9). بکار بردن نوار مورب برای تقویت برشی تیر بتن آرمه……………………………………………………………………….. | 15 |
| شکل (2-10). حالات مختلف تقویت ستون با FRP……………………………………………………………………………………………….. | 16 |
| شکل (2-11). عدم محصورشدگی مناسب برای ستون مربع مستطیل و تبدیل آن به ستون بیضوی یا دایروی برای ایجاد محصورشدگی مناسب و کافی …………………………………………………………………………………………………………………. |
16 |
| شکل (2-12). تقویت اتصال ……………………………………………………………………………………………………………………………………… | 17 |
| شکل (2-13). وضیعت تیرها و سطح مقطع آنها……………………………………………………………………………………………………….. | 19 |
| شکل (2-14). سطح مقطع و چگونگی تقویت تیرها…………………………………………………………………………………………………. | 20 |
| شکل(2-15). سطح مقطع تیرها……………………………………………………………………………………………………………………………… | 25 |
| شکل (2-16). نحوهی آزمایش تیرها…………………………………………………………………………………………………………………………. | 25 |
| شکل (3-1). نمودار سن- درصد انبساط واکنش قلیایی ماسه فعال…………………………………………………………………………. | 33 |
| شکل (3-2). چگونگی انجام آزمایش کشش مفتول………………………………………………………………………………………………….. | 37 |
| شکل (3-3). ورق GFRP و ظرف رزین…………………………………………………………………………………………………………………… | 38 |
| شکل (4-1). قالبهای مکعبی و عملآوری نمونههای مکعبی………………………………………………………………………………….. | 40 |
| شکل (4-2). سطح مقطع تیرها…………………………………………………………………………………………………………………………………. | 40 |
| شکل (4-3). نمودارهای تنش و کرنش یک مقطع مستطیلی با فولاد فشاری بر اساس فرضیات آبا در حالتی که فولادهای کششی و فشاری در لحظهی نهایی جاری شده باشند………………………………………………………………………………. |
42 |
| شکل(4-4). اعمال نیرو به تیر……………………………………………………………………………………………………………………………………. | 43 |
| شکل (4-5). سطح مقطع تیرهای مسلح ………………………………………………………………………………………………………………….. | 44 |
| شکل (4-6). نمودارتنش- کرنش مقطع مستطیلی دارای فولاد فشاری تحت خمش…………………………………………….. | 45 |
| شکل (4-7). سطح مقطع تیرهای تقویت شده با GFRP………………………………………………………………………………………. | 46 |
| شکل (4-8). میلگرد گذاری تیرها شکل…………………………………………………………………………………………………………………… | 49 |
| شکل (4-9). قالببندی و بتنریزی تیرها………………………………………………………………………………………………………………… | 49 |
| شکل (4-10). تیرهای غیر مسلح جهت اندازه گیری انبساط…………………………………………………………………………………… | 49 |
| شکل (4-11). نگهداری تیرها در اطاقک رطوبت………………………………………………………………………………………………………. | 51 |
| شکل 4-12 نگهداری تیرها در محلول هیدروکسید سدیم……………………………………………………………………………………….. | 52 |
| شکل (4-13). مخلوط اپوکسی…………………………………………………………………………………………………………………………………. | 52 |
| شکل(4-14). تقویت تیر با GFRP…………………………………………………………………………………………………………………………. | 53 |
| شکل(4-15). تیر تحت بارگذاری، (a) تیر تقویت نشده، (b) تیر تقویت شده با GFRP………………………………………. | 53 |
| شکل (4-16). چگونگی آزمایش نمونهها………………………………………………………………………………………………………………….. | 54 |
| شکل (5-1). ترکهای نقشهای بر اثر انجام واکنش قلیایی سنگدانههای فعال………………………………………………………… | 56 |
| شکل (5-2) نمودار سن – درصد انبساط نمونهی ساخته شده با ماسهی معدن آذربایجان شرقی…………………………. | 57 |
| شکل (5-3). نمودار بار تغییر مکان تیرها در دمای 2±23 درجه سانتیگراد و رطوبت 65 درصد………………………. | 60 |
| شکل (5-4). نمودار بار تغییر مکان تیرها در محلول هیدروکسید سدیم…………………………………………………………………. | 60 |
| شکل (5-5). نمودار بار تغییر مکان برای کلیهی تیرها …………………………………………………………………………………………… | 61 |
| شکل (5-6). مد گسیختگی تیر B1………………………………………………………………………………………………………………………….. | 61 |
| شکل (5-7). مد گسیختگی تیرهای گروه B2………………………………………………………………………………………………………….. | 62 |
| شکل (5-8). مد گسیختگی تیرهای گروه B3 ………………………………………………………………………………………………………… | 63 |
| شکل (5-9). مد گسیختگی تیرهای گروه B5………………………………………………………………………………………………………….. | 64 |
| شکل (5-10). مد گسیختگی تیرهای گروه B7……………………………………………………………………………………………………….. | 65 |
| شکل (5-11). مد گسیختگی تیرهای گروه B8……………………………………………………………………………………………………….. | 66 |
| شکل (5-12). نمودار بار- تغییر مکان برای تیر دورپیچ شده و تیرهای B1 و B2 ……………………………………………….. | 67 |
| شکل (5-13). مد گسیختگی تیر دورپیچ شده با یک لایهی 5 سانتیمتری در انتهای ورق و نزدیک تکیهگاه …… | 67 |
فصل اول
کلیات
- مقدمه
در سالهای اخیر پیشرفتهای زیادی در زمینه مهندسی زلزله و طراحی سازهها انجام گرفته است بگونهای كه امروز با اعتماد و اطمینان بیشتری میتوان سازههای مقاوم در برابر زلزله را طراحی نمود. بسیاری از سازههای بتنی به دلایل 1- خطاهای محاسباتی 2- اشتباه در ساخت و اجرا 3- ضعف آییننامههای قدیمی 4- تغییر کاربری سازه و بارهای بهره برداری وارده به سازه 5- خوردگی و زنگ زدگی آرماتورها و . . . ضوابط آیین نامههای جدید را ارضا نمیكند، به همین جهت تقویت سازهها با پلیمرهای مسلح شده با الیاف [1](FRP) به شکل صفحه یا ورق، مزایای اقتصادی قابل توجهی در صنعت ساختمان ایجاد می کنند. پیشرفتهای اخیر در FRP اشاره می کند که در آینده این مواد نقش بزرگی در کاربردهای ساختمانی و ترمیم سازهها خواهند داشت.
در دههی گذشته FRP کاربردهای زیادی در مهندسی عمران پیدا کرده است. رشد تقاضا برای استفاده از FRP در تقویت تیرها، ستونها، دیوارها، دالها و لولههای بتنی نیاز زیادی برای درک رفتار کوتاه مدت و دراز مدت سیستم کامپوزیت تحت وضعیت بارگذاری و شرایط محیطی مختلف ایجاد کرده است. مواد مرکب ممکن است شرایط بهره برداری مختلفی را تحمل کنند که احتمال دارد برخی شرایط تهاجمی واقعی را شامل شوند. برای مثال، آب و هوای گرم و مرطوب، دمای بالای طولانی مدت، تغییرات ناگهانی درجه حرارت محیط و خوردگی شیمیایی می تواند دوام FRP را تحت تأثیر قرار دهد. چسبندگی و پیوستگی مواد مرکب ممکن است دستخوش فرسایش محیطی شده و بر پیوند سطح مشترک بتن و این مواد تأثیر بگذارند. این ممکن است، عملکرد و دوام سیستم کامپوزیت را دگرگون سازد. دلیل دیگری برای اینچنین عدم اتصال بین کامپوزیت و بتن، متناسب نبودن دمای بین الیاف و ماتریس است که می تواند تنشهای فشاری در الیاف ایجاد کند. دلیل دیگر توانایی مواد مرکب در جذب رطوبت میباشد که ممکن است بر یکپارچگی بین الیاف و ماتریس تأثیر بگذارد.
هم اکنون استفاده از FRP در تقویت سازهها به طور چشمگیری افزایش یافته این در حالیست که در مورد دوام FRP اطلاعات کافی در دسترس نمیباشد که یکی از این موارد واکنش قلیایی سنگدانهها است. در این تحقیق از پلیمر مسلح شده با الیاف شیشه [2](GFRP) از نوع E-glass[3] که از نظر الکتریکی عایق خوبی بوده و دارای مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی میباشد و در مقایسه با سایر الیاف، قیمت ارزان و مناسبی دارد، استفاده شده است.
خرابی سازههای بتنی در نتیجه واکنش بین مایعات قلیایی درون حفرهها (که عمدتاٌ منشأ آنها از سیمان پرتلند است) و کانیهای واکنشزا که در بعضی از سنگدانههاست می تواند اتفاق بیافتد. این مکانیزم خرابی به نام واکنش قلیایی سنگدانه، شناخته شده و به شکلهای مختلف روی میدهد که از همه معمولتر واکنش قلیایی- سیلیکاتی است. این واکنش اولین بار در سال 1940(1319شمسی) در ایالات متحده گزارش شده است[1]. هر چند که خرابی در اثر این واکنش در کشور ما به ندرت گزارش گردیده است ولی احتمالاٌ تعداد زیادی از سازههای بتنی کشور ما از جمله سد شهریار واقع در استان آذربایجان شرقی که سنگدانهها از آنجا تهیه شده است نیز تحت تأثیر این واکنش قرار دارند. این در حالیست که در صورت استفاده از با سیمان با قلیایی زیاد احتمال بروز این واکنش بیشتر میباشد. از اینرو توجه به این واکنش با اهمیت خواهد بود.
واکنش قلیایی- سیلیسی عمومیترین نوع واکنش قلیایی سنگدانهها در جهان است و هنگامی بروز می کند که واکنش بین محلول قلیایی درون حفرهها و کانیهای سیلیسی در بعضی از سنگدانهها رخ دهد و تشکیل ژل قلیایی سیلیکات کلسیم بدهد. ژل یاد شده آب را جذب نموده و افزایش حجم پیدا می کند که در نتیجه ترک خوردن بتن را به همراه دارد. از واکنش های دیگر قلیایی سنگدانهها، واکنش قلیایی-کربناتی است. این واکنش وقتی رخ میدهد که قلیاییهای سیمان با سنگدانههای آهکی دولومیتی واکنش نشان دهند. واکنش قلیایی سنگدانههای فعال بعد از عملآوری بتن صورت میگیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن میگردد، لذا مقاومت پیوستگی FRP و بتن نسبت به زمان و تحت شرایط محیطی ناملایم نیازمند بررسی و درک عوامل مؤثر بر FRP هنگامی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار میگیرد، میباشد.
[1] fibres reinforced polymer
[2] Glass fibres reinforced polymer
[3] Elcctrical Glass
تعداد صفحه : 106
قیمت :14700 تومان
