بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش مهندسی سازه

پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران و با عنوانبررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران در 89 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 بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها:

واکنش قليايي سنگدانه ها(AAR)، واکنشي شيميايي است که در برخي از سازههاي بتني رخ ميدهد. (AAR) واکنشی بین مایعات قلیایی درون حفره ها و سنگدانه های سیلیسی است. خرابی بتن شامل انبساط و ایجاد ترک در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ها از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد. علاوه بر آن پلیمرهای تقویت شده با الیاف به شکل صفحه یا ورق میتوانند مزایای اقتصادی زیادی در صنعت ساختمان ایجاد کنند. پیشرفتهای اخیر در FRP اشاره میکند که آنها در آینده نقش عظیمی در ساختمانها و کاربردهای تعمیراتی خواهند داشت. در دهه ی گذشته، FRPها در صنعت ساختمان کاربرد فراوانی یافته است. رشد تقاضای استفاده از FRPها در سازههای بتنی نیاز زیادی برای درک رفتار کوتاه مدت و بلند مدت این مواد کامپوزیتی تحت شرایط محیطی و بارگذاری مختلف ایجاد کرده است. لذا در این تحقيق دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها بررسي شده است.

بدين منظور دو نوع بتن ساخته شد: يکي بتن فعال تحت واکنش قليايي سنگدانه و ديگر بتن غيرفعال. برنامهي آزمايشگاهي شامل ساخت 16 تير بتن مسلح ميباشد که در هشت گروه تقسيمبندي ميشوند. همچنین جهت ارزیابی تأثیر دورپیچ، دو تیر در انتهای ورق و نزدیک تکیه گاهها با یک لایه ورق 5 سانتیمتری GFRP دورپیچ شدند. براي تسريع در انجام واکنش قليايي، ميزان قليايي بتن فعال با افزودن هيدروکسيد سديم به آب اختلاط از 66/0 درصد نسبت به وزن سيمان به 75/1 درصد قليايي معادل رسيد. پس از 8 ماه براي ارزيابي تأثير GFRP در تقويت تيرها و اثر واکنش قليايي سنگدانه ها مقاومت خمشي و خيز وسط دهانه تيرهاي تقويت شده با تيرهاي کنترل، و تيرهاي همتا مقايسه شدند. نتايج نشان داد که مقاومت خمشي تيرهاي بتن مسلح با چسباندن صفحهي GFRP به سطح کششي آنها افزايش پيدا ميکند و واکنش قليايي سنگدانه ها، مقاومت خمشي تيرها را کاهش ميدهد.

مقدمه

در سالهاي اخير پيشرفتهاي زيادي در زمينهی مهندسي زلزله و طراحي سازهها انجام گرفته است بگونهاي كه امروز با اعتماد و اطمينان بيشتري ميتوان سازههاي مقاوم در برابر زلزله را طراحي نمود. بسياري از سازه هاي بتني به دلایل 1- خطاهای محاسباتی 2- اشتباه در ساخت و اجرا 3- ضعف آییننامه های قدیمی 4- تغییر کاربری سازه و بارهاي بهرهبرداري وارده به سازه 5- خوردگي و زنگ زدگي آرماتورها و . . . ضوابط آيين نامه هاي جديد را ارضا نميكند، به همین جهت تقویت سازه ها با پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) به شکل صفحه یا ورق، مزایای اقتصادی قابل توجهی در صنعت ساختمان ایجاد میکنند. پیشرفتهای اخیر در FRP اشاره میکند 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 لوله های 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 بهرهبرداری 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 میتواند 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 ساز هها 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 سنگدانه ها است. در این تحقیق از پلیمر مسلح شده با الیاف شیشه (GFRP) از نوع E-glass 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 سازه های بتنی در نتیجه واکنش بین مایعات قلیایی درون حفرهها (که عمدتاٌ منشأ آنها از سیمان پرتلند است) و کانیهای واکنشزا که در بعضی از سنگدانه هاست میتواند 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 سنگدانه ها 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 سنگدانه ها در جهان است و هنگامی بروز میکند که واکنش بین محلول قلیایی درون حفره ها و کانی های سیلیسی در بعضی از سنگدانه ها رخ دهد و تشکیل ژل قلیایی سیلیکات کلسیم بدهد. ژل یاد شده آب را جذب نموده و افزایش حجم پیدا میکند که در نتیجه ترک خوردن بتن را به همراه دارد. از واکنش های دیگر قلیایی سنگدانه ها، واکنش قلیایی-کربناتی است. این واکنش وقتی رخ میدهد که قلیایی های سیمان با سنگدانه های آهکی دولومیتی واکنش نشان دهند. واکنش قلیایی سنگدانه های 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.

ضرورت انجام تحقیق

در طی سالهای اخیر، موضوع تقویت و مقاومسازی سازهها بطور گستردهای در جوامع علمی و مهندسی مطرح گردیده است.در این ارتباط، بسته به نوع سازه و هدف از مقاوم سازی، روش های متنوعی از سوی محققین پیشنهاد شده است. از سوی دیگر واکنش قلیایی سنگدانه های فعال که بعد از عمل آوری بتن صورت میگیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن میگردد، می تواند سبب ایجاد خرابی و خسارت زیادی در سازه های بتنی گردد. یکی از روش هایی که به طور گسترده در مورد ترمیم و تقویت اعضای بتنی مورد استفاده قرار گرفته و در حال افزایش است، کاربرد ورقهای FRP میباشد. لذا درک رفتار کوتاه مدت و دراز مدت سیستم کامپوزیت تحت وضعیت بارگذاری و شرایط محیطی مختلف و شناخت و تشخیص انجام واکنش قلیایی در اعضای سازهای بتن مسلح کاملاً ضروری میباشد.

اهداف تحقیق

از اهداف این تحقیق میتوان موارد زیر را برشمرد:

بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) تحت واکنش قلیایی سنگدانه ها.

بعد از انجام واکنش قلیایی در تیرها و تقویت آنها با GFRP، این تیرها از نظر تحمل بار خمشی با تیرهایی که در آنها واکنش قلیایی صورت نگرفته مقایسه میشوند.

بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با ورق GFRP در محلول قلیایی.

تأثیر محلول هیدروکسید سدیم یک نرمال در انجام واکنش قلیایی و نقش GFRP در بهبود مقاومت خمشی تیرها بررسی میشود.

بررسی تأثیر ورق GFRP بر افزایش مقاومت خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با این ورقها.

تاثیر ورقGFRP در بهبود مقاومت خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با این ورقها در مقایسه با تیرهای بدون تقویت بیان میشود.

فهرست مطالب

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 مقایسهی 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 سنگدانه ها	21
2-4-1 مقدمه	21
2-4-2 واكنش قليايي- سيليسي	22
2-4-3 واکنش قلیایی-سیلیکاتی	22
2-4-4 واکنش قلیایی- کربناتی	22
2-4-5 سایر واکنشهای قلیایی سنگدانه ها	23
2-4-6 برخی ازتحقیقات انجام گرفته در خصوص واکنش قلیایی سنگدانه ها	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 سنگدانه ها	31
3-3-2 عوامل مؤثر بر واكنش قليايي سنگدانه‌ها در بتن	33
3-3-3 نسبت بحراني	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 محاسبه ی ظرفیت خمشی تیرهای تقویت شده با GFRP	44
4-3 برنامهی آزمایشگاهی	48
4-3-1 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه ی غیرفعال	50
4-3-2 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه ی فعال	51
4-4 آماده سازی نمونه های 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 منحني بار تغيير مکان و مد گسيختگي تيرها	58
5-3-2 تأثیر دورپیچ نمودن تیرها در انتهای ورقGFRP	66

فصل ششم: نتیجهگیری و پیشنهادها

6-1 مقدمه	68
6-2 نتیجه گیری	68
6-3 موارد پیشنهادی جهت تحقیقات آتی	69

فهرست منابع

فهرست جداول

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: نتايج آزمايش شيميايي تعیین درصد قلیایی معادل سيمان نوع2 یاسوج	29
جدول3-2: نتايج آزمايش شيميايي 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 نمونه های 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 نمونه های نگهداری شده در محلول قلیا	56
جدول 5-2: جزئیات ثبت داده ها برای کلیه ی تیرها	58
جدول 5-3: نتايج تست تيرها	59
جدول 5-4: نتایج تیر دورپیچ شده با یک لایه ی 5 سانتیمتری در انتهای ورق GFRP	66

فهرست شکلها

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 نمونه های 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 لحظه ی 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 اندازهگیری 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 نمونه ها	54
شکل (5-1). ترکهاي نقشهاي بر اثر انجام واکنش قليايي سنگدانه هاي فعال	56
شکل (5-2) نمودار سن – درصد انبساط نمونهی ساخته شده با ماسهی معدن آذربایجان شرقی	57
شکل (5-3). نمودار بار تغيير مکان تيرها در دمای 2±23 درجهي سانتيگراد و رطوبت 65 درصد	60
شکل (5-4). نمودار بار تغيير مکان تيرها در محلول هیدروکسید سدیم	60
شکل (5-5). نمودار بار تغيير مکان برای کلیهی تیرها	61
شکل (5-6). مد گسيختگي تير B1	61
شکل (5-7). مد گسيختگي تيرهاي گروه B2	62
شکل (5-8). مد گسيختگي تيرهاي گروه B3	63
شکل (5-9). مد گسيختگي تيرهاي گروه B5	64
شکل (5-10). مد گسيختگي تيرهاي گروه B7	65
شکل (5-11). مد گسيختگي تيرهاي 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 تکیه گاه ……	67

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.