بهسازی لرزه ای قاب های بتن آرمه میانپر مصالح بنایی با استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش سازه
پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران و با عنوان بهسازی لرزه ای قاب های بتن آرمه میانپر مصالح بنایی با استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری در 170 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران قرار گیرد.
چکیده تحقیق بهسازی لرزه ای قاب های بتن آرمه میانپر مصالح بنایی با استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری:
در ساختمانهای بتنی مسلح امروزی استفاده از جداگرهای میان قابی بسیار معمول میباشد. میان قابهای با مصالح بنایی عمدهترین نوع جداگرها میباشد که در این نوع ساختمانها مورد استفاده قرار میگیرند. در تحقیقات پیشتر این جداگرهای میان قابی معمولاً تحت عنوان عناصر غیرسازهای در نظر گرفته شدهاند. اما تحقیقات اخیر در این زمینه نشان داده است که میانقابها تأثیر قابل توجهی روی پریود طبیعی، سختی، مقاومت و رفتار کلی سازه بخصوص در برابر بارهای زمینلرزه میگذارند.
با توجه به عملکرد ضعیف میان قابهای مصالح بنایی در زمینلرزههای اخیر از لحاظ شکلپذیری و مقاومت، راهکارهای مختلفی برای تقویت و مقاومسازی آن پیشنهاد شده است. در این پایاننامه از پلیمرهای مسلح فیبری کربنی (CFRP) برای مقاومسازی میانقاب استفاده گردیده است. قاب یک دهانه و دو طبقه مربوط به یک نمونه آزمایشگاهی در نظر گرفته شده که در آن قابها با میانقاب مصالح بنایی پر شده است. و از آرایشهای مختلف لایههای CFRP برای مقاومسازی آن استفاده شده است. برای تحلیل نمونهها از روش اجزاء محدود با استفاده از نرمافزار اجزاء محدود ABAQUS استفاده شده است و نوع تحلیل، دینامیکی صریح میباشد. بارگذاری از نوع چرخهای با رویکرد افزاینده می باشد. تعداد 7 نمونه با آرایش های مختلف CFRPدر نرمافزار مدل شده و مورد تحلیل قرار گرفته است و در پایان نتایج تحلیل اجزاء محدود با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده و پیشنهاداتی برای مقاومسازی با رویکرد مقرون به صرفه بودن و شکلپذیری قابل قبول ارائه شده است.
مقدمه
زمین لرزه ها در طی زمانهای طولانی به عنوان مخربترین مخاطره طبیعی شناسایی شدهاند. هیچ نیروی طبیعی دیگری قابلیت چنین خرابیهای بزرگ در مدت زمان کوتاه را ندارد. زمین لرزه ها بدون هشدار قبلی به وقوع میپیوندند و تنها در عرض چند ثانیه، تلفات و آسیبهای فراوانی از خود بر جای میگذارند. اگرچه امکان جلوگیری از وقوع زمین لرزه وجود ندارد اما تکنولوژی جدید در علوم و مهندسی، ابزارهای جدیدی را برای کاهش اثرات مخرب آن تامین میکند. خطر عمده برای ایمنی و حیات انسانها، آسیب لرزهای و ریزش ساختمانها و دیگر بناهایی است که دارای ضعف در طراحی یا ساخت میباشند. درپی زمین لرزه ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود میآید که این امر در مورد کشورهایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و درازمدت به جای میگذارند.
نوع رایج ساختمانها معمولی در مراکز شهری دیوار بنایی غیر مسلح میباشد که فضای بین قابهای سازه ای را پر میکنند. به همین دلیل این نوع دیوارها را میانقاب مینامند .معمولاً واژه قاب میانپر زمانی بکار میرود که ابتدا قاب ساخته شود و سپس درون آن میانقاب اجرا گردد[2]. با اینکه میان قابها به عنوان اجزای غیر سازه ای در نظر گرفته میشوند اما تحت تحریکات لرزهای، بین دیوارهای میانقاب با قاب محصور کننده آن اندرکنش به وجود میآید و منجر به ایجاد مدهای شکست نامطلوب در قاب و میانقاب میشود. عموماً، میان قابها در زلزله های متوسط عملکرد ضعیفی از خود نشان داده اند. رفتار آنها معمولاً ترد بوده و دارای شکل پذیری کم و یا بدون شکل پذیری هستند و شکلهای مختلفی از آسیبها از قبیل ترک خوردگی نامرئی، خوردشدگی و نهایتاً تخریب کلی را متحمل میشوند. این رفتار، عامل خطرات زیادی در حین زمین لرزه میباشد و این ضعف در عملکرد لرزهای به عنوان چالشی بزرگ پیش روی طراحان قرار گرفته است.
بهسازی لرزهای از طریق اضافه کردن قابهای سازهای و یا دیوار برشی غیر عملی بوده و بسیار پرهزینه میباشد و در برخی ساختمانها با محدودیتهای بخصوصی روبرو است. روشهای دیگر مقاوم سازی از قبیل تزریق دوغاب، نصب فولاد تقویت کننده، پیش تنیدگی، جکت کردن و روشهای مختلف تقویت سطوح باعث افزایش قابل توجه جرم و سختی سازه شده و در نتیجه بارهای لرزه ای بالاتر را به سازه تحمیل میکنند. این روشها مستلزم نیروی کار ماهر بوده و عملکرد طبیعی ساختمان را مختل میکند. این روشها تحت عنوان “روشهای کلاسیک” مقاوم سازی قرار میگیرند. یکی از روشهای نوینی که در سالهای اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم سازی ساختمانهای موجود با استفاده از کامپوزیتها میباشد.
در این زمینه تحقیقات زیادی صورت پذیرفته و آئین نامه هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است. کامپوزیتها ابتدا برای کاربردهای نظامی و صنایع هوافضا مورد استفاده قرار گرفتند، اما با کاهش قیمت، این مواد در بسیاری از صنایع به دلیل خصوصیاتی مانند وزن کم و مقاومت بسیار زیاد کششی، مقاومت در برابر شرایط جوی و غیره مورد توجه دستاندرکاران و صنعتسازان واقع شد. استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری به دلیل ضخامت کم، نسبت مقاومت به وزن بالا، سختی زیاد و کاربرد آسان یک روش مقاومسازی جایگزین معتبر میباشد.
زمین لرزه های قدرتمند باعث اعمال نیروهای زیاد درون صفحه ای و برون صفحه ای به دیوارهای بنایی شده و امکان تخریب فاجعه بار در این سازه ها را فراهم میآورند. با این حال اکثر اقدامات انجام گرفته در این زمینه روی رفتار خارج از صفحه دیوارهای مصالح بنایی تقویت شده با پلیمرهای مسلح فیبری متمرکز شده است. ممکن است دیوار میان قاب یا بخشی از آن بدلیل نبود قید برون صفحه ای کافی بین سطح مشترک بین قاب و میان قاب و یا شکست برشی یا خمشی دیوار میان قاب از قاب احاطه کننده آن به بیرون رانده شود. در میان قابهای بدون آسیبدیدگی، این نوع خرابی را میتوان به نیروهای اینرسی بخصوص برای میان قابهای طبقات بالاتر و نسبت لاغری بزرگ نسبت داد. پس از آنکه مصالح بنایی از قاب جداشوند امکان بروز شکست برون صفحه ای محتمل است[1].
یکی از اهداف این تحقیق، بررسی اثر لایه های پلیمر مسلح فیبری در تغییر مدهای شکست، مقاومت، تغییر شکل و انرژی تلف شده توسط سازه در آرایشهای مختلف لایه ها میباشد. هدف دیگر بررسی میزان بهبود مقاومت برشی و فشاری میانقاب تقویت شده با پلیمر مسلح فیبری میباشد. تقویت با پلیمر مسلح فیبری، یکپارچگی سازه ای دیوار میانقاب را حفظ کرده و از شکست ترد و خردشدگی آن جلوگیری میکند و با توجه به اینکه این نوع خردشدگی با وجود ایمن ماندن کل سازه، خطر بزرگی برای ساکنان است جلوگیری از آن حائز اهمیت فراوان می باشد.
فهرست مطالب تحقیق بهسازی لرزه ای قاب های بتن آرمه میانپر مصالح بنایی
فصل اول : کلیات 1
1-1- مقدمه 2
1-2- خصوصیات قاب میانپر 4
1-2-1- اندرکنش بین قاب و میانقاب 4
1-2-2- خواص مصالح میانقاب 6
1-2-3- درزها 8
1-2-4- آرماتور 8
1-2-5- نسبت بعدی 9
1-3- مودهای گسیختگی قابهای میانپر 10
1-4- سختی قاب میانپر 14
1-4-1- نحوه مدلسازی اثر میانقاب بر سختی 17
1-5- مقاومت میانقاب 19
1-5-1- مقاومت ترکخوردگی میانقاب 21
1-5-2- مقاومت نهایی میانقاب 23
1-5-2- مقاومت میانقاب در جهت عمود بر صفحه 25
فصل دوم : مبانی نظری و پیشینه تحقیقات انجام شده 31
2-1- معرفی کامپوزیتهای FRP و کاربرد آن در مقاومسازی سازههای بتن مسلح 32
2-1-1-انواع ورقهای کامپوزیت FRP 33
2-1-2- ویژگیهای مکانیکی کامپوزیتهای FRP 33
2-1-3- رزینها 34
2-1-4- مقایسه عملکرد انواع کامپوزیتهای FRP در مقاومسازی سازهها 35
2-1-5- ضریب ایمنی 35
2-2- بررسی مطالعات انجام شده در زمینه مقاومسازی قابهای میانپر با FRP 36
2-2-1- مروری بر مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته توسط اوزکایناک و همکاران 36
2-2-1-1- بررسی نتایج 38
2-2-2- مروری بر مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته توسط تارک المسلم و همکاران 39
2-2-2-1- بحث روی نتایج 40
2-2-2-2- نتیجهگیری 42
2-2-3- مروری بر مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته توسط آکین و همکاران 43
2-2-3-1- بررسی رفتار نمونههای مورد آزمایش 45
2-2-3-2- بحث روی نتایج 46
2-2-3-3-نتیجه گیری 49
فصل سوم : اصول و مبانی مدلسازی و تحلیل قابهای میانپر با نرمافزار اجزاء محدود ABAQUS 50
3-1- مقدمه 51
3-2- معرفی نرمافزار اجزاء محدود ABAQUS 52
3-2-1- تاریخچه 54
3-3- معرفی تحقیق آزمایشگاهی مورد استفاده برای مدلسازی در نرم افزار ABAQUS 55
3-3-1- معرفی نمونهها 56
3-3-1-1- قاب بتنی مسلح با دیوار میانقاب آجری 56
3-3-1-2- بررسی حالتهای مختلف مقاومسازی نمونهها 60
3-4- مدلسازی اعضا 66
3-4-1- مدلسازی اعضای قاب بتنی مسلح 66
3-4-1-1- مدلسازی رفتار بتن در آباکوس 67
3-4-1-2- معرفی المان C3D8R برای اعضای بتنی 79
3-4-1-3- مدلسازی میلگردهای فولادی 80
3-4-2- مدلسازی میانقاب آجری 83
3-4-2-1- روشهای موجود برای مدل سازی سازههای بنایی 83
3-4-2-1-1- مدلسازی دقیق 83
3-4-2-1-2- مدلسازی میکرو 84
3-4-2-1-3- مدلسازی ماکرو 84
3-4-3- مدل سازی CFRP 89
3-5- تحلیل 90
3-5-1- روش تحلیل دینامیکی صریح 91
3-5-2- مقیاسسازی جرمی 92
3-5-3- فرضیات تحلیل 93
فصل چهارم : مدلسازی و نتایج 95
4-1- مقدمه 96
4-2- مشخصات مکانیکی مصالح 97
4-2-1- بتن 97
4-2-2- میلگردها 97
4-2-3-مصالح بنایی 97
4-2-4- CFRP 97
4-3- مدلسازی 98
4-2- نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی روی نمونهها 99
4-2-1- نمونه 1 99
4-2-2- نمونه 2 103
4-2-3- نمونه 3 107
4-2-4- نمونه 4 111
4-2-5- نمونه 5 116
4-2-6- نمونه 6 121
4-2-7- نمونه 7 126
فصل پنجم : بحث و نتیجهگیری 131
5-1- مقدمه 132
5-2- بحث روی نتایج حاصل از تحلیل 133
5-3- نتیجهگیری 138
5-4- پیشنهادات 139
فهرست منابع و مراجع 140
ABSTRACT 146
فهرست جدولها
جدول (1-1): مقاومت فشاری و کششی نمونه های آجرکاری و مدول الاستیسیته آنها در حالت استاتیکی و دینامیکی برای چند نوع ملات مختلف………….7
جدول (1-2): اثر نسبت بعدی و بار قائم بر مقاومت میانقاب………………….9
جدول (1-3): مقدار و برای مقادیر مختلف …………………….27
جدول (1-4): مقایسهی نتایج فرمولهای داو، انجل و کلینگر………………………28
جدول (2-1): ویژگیهای مکانیکی کامپوزیتهای GFRP، CFRP و AFRP………..
جدول (2-2): مقایسه بین ویژگیهای انواعFRPها…………….35
جدول (3-1): طرح اختلاط بتن [78]………………………………….67
جدول (3-2): رفتار فشاری و کششی بتن بر اساس رابطه Kent & Park……………..
جدول (3-3): جزئیات آرماتوربندی قاب……………………80
جدول (3-4): مشخصات مکانیکی آجر ……………….85
جدول (3-5): خصوصیات پلاستیک مصالح بنایی……………………86
جدول (3-6): تعریف منحنی تنش-کرنش مصالح بنایی در فاز فشاری………………………87
جدول (3-7): خواص مکانیکی کامپوزیتهای FRP ……………89
جدول (3-8): متغیرهای آسیبدیدگی FRP (مگاپاسکال) …………..90
جدول (5-1): خلاصه نتایج تحلیل المان محدود…………………..137
فهرست شکلها
شکل (1-1): نمونه آجرکاری و رفتار تنش – کرنش ان به همراه رفتار اجزای سازنده……………..6
شکل (1-2): مدل دستک فشاری قاب میانپر…………………………10
شکل (1-3): مودهای گسیختگی قابهای میانپر ……………………………12
شکل (1-4): انواع سختی قاب میانپر…………………..14
شکل (1-5): میانقاب و عضو معادل آن…………………….18
شکل (1-6): مودهای شکست مفروض برای براورد مقاومت نهایی میانقابها………………….24
شکل (2-1): مشخصات هندسی نمونه های مورد آزمایش…………..37
شکل (2-2): ابعاد نمونه مورد آزمایش……………39
شکل (2-3): آرایش FRP در میانقاب…………………..40
شکل (2-4): چرخههای هیسترتیک آزمایشگاهی نمونه کنترل(a)، ترمیم شده(b) و مقاومسازی شده (c)……………………..42
شکل (2-5): مقایسه پوش نمونههای کنترل، ترمیم شده و مقاوم شده……………….42
شکل (2-6): آرایش مقاومسازی با CFRP…………………………..44
شکل (2-7) آرماتوربندی قابهای سری 1و 2……………………………….44
شکل (2-8) و (2-9): منحنی هیسترسیس نیروی جانبی در برابر نسبت دریفت طبقه اول و دوم برای سری 1……………………….47
شکل (2-10): منحنی هیسترسیس نیروی جانبی در برابر نسبت دریفت طبقه اول برای سری 2……………………..47
شکل (2-11): منحنی هیسترسیس نیروی جانبی در برابر نسبت دریفت طبقه دوم برای سری 2……………………….48
شکل (2-12): پوش منحنی هیسترسیس برش پایه – تغییر مکان طبقه اول سری 1 و2……………………………..48
شکل (3-1): نمایی از محیط نرمافزار آباکوس………………………54
شکل (3-2): نمای کلی نمونه آزمایش………………………..56
شکل (3-3): جزئیات آرماتوربندی نمونهها……………………57
شکل (3-4): آرماتورگذاری نمونهها درون قالب…………………..58
شکل (3-6): جزئیات آرماتوربندی تیر…………….58
شکل (3-7): آرماتوربندی تیر فنداسیون…………………………59
شکل (3-8): ابعاد آجر مجوف ………………………..59
شکل (3-9): آرایش CFRP در نمونه 3……………………………61
شکل (3-10): آرایش CFRP در نمونه 4………………………..62
شکل (3-11): موقعیت قرارگیری میلمهارها در نمونه 4……………………….62
شکل (3-12): آرایش CFRP در نمونه 5…………………….63
شکل (3-13): آرایش CFRP در نمونه 6………………………..64
شکل (3-14): جزئیات مقاومسازی نمونه 6…………………..65
شکل (3-15): آرایش CFRP در نمونه 7…………………….65
شکل (3-16): رفتار تک محوری بتن صاف……………………..69
شکل (3-17): پاسخ بتن به بارگذاری تک محوری کششی (a) و فشاری (b)…………………..71
شکل (3-18): نمایی از مدل Kent & Park برای بتن غیر محصور و محصور……………………….73
شکل (3-19): منحنی رفتاری بتن بر اساس Kent & Park………………………..75
شکل (3-20): تأثیر خسارت فشاری بر شیب باربرداری در فاز فشاری ………………………76
شکل (3-21): نمایی از تأثیر خسارت کششی در رفتار باربرداری در فاز کششی………………….78
شکل (3-22): رفتار شماتیک چرخهای بتن…………………78
شکل (3-23): المان 8 گرهی C3D8R (چپ) و تعداد نقاط انتگرالگیری (راست)…………………..79
شکل (3-24): المان B31……………………………………81
شکل (3-25): آرماتوربندی قاب در نرمافزار آباکوس………………………82
شکل (3-26): مشبندی قاب در نرمافزار آباکوس………………………….82
شکل (3-27): استراتژیهای موجود برای مدلسازی سازههای بنایی الف) میکرو مدل دقیق ب) میکرو مدل ساده شده ج) ماکرو مدل………85
شکل (3-28) : منحنی رفتاری مصالح آجری تا مرحله شکست………………………….87
شکل (3-29): نمودار شماتیک رفتار چسبندگی…………………………………..88
شکل (3-30): المان S4R……………………………….90
شکل (3-31): صفحات بارگذاری………………………..94
شکل (3-32): تاریخچه بارگذاری جابجایی کنترل………………………….94
شکل (4-1): کانتور تنش فون میسز……………97
شکل (4-2): کرنش پلاستیک……………………………..98
شکل (4-3): راستای ترکها……………………….98
شکل (4-4): کانتور خسارت کششی……………………………….99
شکل (4-5): تنش فون میسز در آرماتورها………………………99
شکل (4-6): منحنی هیسترسیس (چرخهای) نیرو-جابجایی برای طبقه اول…………………….100
شکل (4-7): منحنی هیسترسیس (چرخهای) نیرو-جابجایی برای طبقه دوم…………..100
شکل (4-8): نمودار انرژی کل سیستم……………………….101
شکل (4-9): کانتور تنشهای فون میسز………………….101
شکل (4-10): کرنش پلاستیک……………………102
شکل (4-11): راستای ترکها……………………102
شکل (4-12): کانتور آسیب کششی…………………….103
شکل (4-13): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه اول…………………………..103
شکل (4-14): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه دوم……………………………104
شکل (4-15): انرژی کل سیستم…………………………104
شکل (4-16):کانتور تنشهای فون میسز…………………….105
شکل (4-17): کرنش پلاستیک…………………….105
شکل (4-18): کانتور آسیب کششی………………………106
شکل (4-19): کانتور تنشهای فون میسز CFRP……………………….106
شکل (4-20): تنشهای فون میسز CFRP………………….107
شکل (4-21): مود خرابی لغزش برونصفحهای میانقاب………………..107
شکل (4-22): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه اول…………………………108
شکل (4-23): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه دوم……………………..108
شکل (4-24): انرژی کل سیستم…………………109
شکل (4-25): کانتور تنشهای فون میسز…………………….109
شکل (4-26): کرنش پلاستیک……………………….110
شکل (4-27): کانتور تنشهای فون میسز در CFRP………………..110
شکل (4-28): تنشهای فون میسز در آرماتورها……………….111
شکل (4-30): راستای ترکها……………………………112
شکل (4-31): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه اول……………………..112
شکل (4-32): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه دوم……………………………..113
شکل (4-33): انرژی کل سیستم……………………………113
شکل (4-34): کانتور تنشهای فون میسز…………………………….114
شکل (4-35): کرنش پلاستیک…………………………………………….114
شکل (4-36): کانتور تنشهای فون میسز در CFRP…………………………..115
شکل (4-37): تنشهای فون میسز CFRP پشت قاب………..115
شکل (4-38): تنشهای فون میسز در ارماتورها…………….116
شکل (4-39): کانتور آسیب کششی…………………..116
شکل (4-40): مود خرابی و راستای ترکها…………………….117
شکل (4-41): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه اول…………………….117
شکل (4-42): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه دوم………..118
شکل (4-43): انرژی کل سیستم…………………..118
شکل (4-44): کانتور تنشهای فون میسز…………………119
شکل (4-45): تنشهای فون میسز در CFRP…………………..119
شکل (4-46): تنشهای فون میسز CFRP پشت قاب………………120
شکل (4-47): تنشهای فون میسز در آرماتورها………………..120
شکل (4-48): کرنش پلاستیک………………………121
شکل (4-49): کانتور آسیب کششی…………………..121
شکل (4-50): راستای ترکها……………………..122
شکل (4-51): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه اول………………122
شکل (4-52): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه دوم………………..123
شکل (4-53): انرژی کل سیستم………………………..123
شکل (4-54): کانتور تنشهای فون میسز………………………….124
شکل (4-55): تنشهای فون میسز در CFRP ………………………124
شکل (4-56): تنشهای فون میسز در آرماتورها……………………125
شکل (4-57): کرنش پلاستیک…………………………….125
شکل (4-58): کانتور آسیب کششی…………………126
شکل (4-59): راستای ترکها……………………….126
شکل (4-60): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه اول………………………127
شکل (4-61): منحنی هیسترسیس نیرو-جابجایی طبقه دوم………………127
شکل (4-62): انرژی کل سیستم……………….128
شکل (5-1): مقایسه کرنش پلاستیک در المان شماره 45 در نمونه 6 (سمت چپ) و 7 (سمت راست)………….135
راهنمای خرید و دانلود فایل
برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.
بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.
در صورت بروز هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل مورد بررسی قرار گیرد. دیجی لود متعهد میشود که هر طور شده فایل خریداری شده ، به دست شما خواهد رسید.
برای دانلود فابل روی دکمه خرید و دانلود کلیک نمایید.
ديدگاه ها