مقاوم سازی خمشی تیرهای بتن

مسلح مقاومت بالا توسط ورقهای

 

ورق های FRP به سبب نسبت مقاومت به وزن بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و مواد شیمیایی ، مقاومت در برابر خستگی ناشی از بارگذاریو همچنین نصب سریع در چند سال اخیر جهت امر بهسازی و ترمیم سازه ها خصوصا سازه های بتنی به دشت مورد توجه قرار گرفته اند . لایه های FRP با وزنی معادل 20% وزن فولاد غالبا مقاومتی در حدود 2 تا 10 برابر فولاد از خود نشان می دهند که وجود این خاصیت سبب استفاده گسترده از الیاف فوق در صنایع گوناگون گردیده است . سالهای زیادی است که از الیاف FRP در صنایع هوا فضا استفاده می گردد اما در گذشته بهای نسبتا سنگین این الیاف سبب گردیده بود که استفاده از آنها در صنعت ساختمان ناچیز و محدود باشد لیکن امروزه به دلیل گسترش تولید این مواد و به طبع آن کاهش بهای آنها و همچنین به سبب برتری های خاص این الیاف ، میت وان توجیه ماسب اقتصادی برای استفاده از آنها ارائه نمود .

با توجه به نو پا بودن این تکنیک تقویت ، از اواسط دهه نود فعالیت های گسترده ای بر روی بررسی رفتار این پلیمرها در مقاوم سازی خمشی تیرهای بتنی به وسیله چسباندن این الیاف به ناحیه تحت کشش مقطع انجام شده است که همگی آنها بر بهبود رفتار مکانیکی افزایش مقاومت خمشی تیرهای تاکید دارند . [5ـ1].

جهت بررسی کامل تیرهای بتنی مقاوم سازی شده واضح است که علاوه بر جنبه های مقاومتی ، عملکرد اعضاء تحت شرایط بهره برداری نیز باید رضایت بخش باشند و این امر با تامین مقاومت کافی برای عضو خود به خود تحقق نمی یاید . در یک عضو که به روش مقاومت نهایی طرح شده است ممکن است تغییر مکان های ایجاد شده تحت بارهای بهره برداری بیش از اندازه بزرگ باشد به طوری که سبب آسیب  رساندن به قسمت های غیر سازه ای شود و یا از سوی دیگر ، ترکهای ایجاد شده در تیرها ممکن است به اندازه ای بزرگ باشند که خوردگی آرماتورها را موجب شود و از نظر ظاهری نیز نا مطلوب باشد .

در این تحقیق آزمایشگاهی اثر ورقهای FRP در مقاوم سازی خمشی تیرهای بتن مسلح حاوی بتن با مقاومت بالا مورد بررسی قرار گرفته است . میزان آرماتور کششی و تعداد لایه FRP در ساخت نمونه ها و تقویت آنها به عنوان متغیر در نظر گرفته شده است . تعداد شش تیر بتنی دارای سطح مقطع ، طول و میزان میلگرد فشاری و برشی یکسان حاوی بتن با مقاومت بالا ، دارای آرماتور کششی برابر با و  ساخته شده و تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای قرار گرفته و عملکرد آنها مورد بررسی قرار گرفته است . از شش نمونه ذکر شده دو نمونه بدون FRP به عنوان نمونه شاهد و چهار نمونه دیگر با یک و چهار لایه FRP مقاوم سازی شده اند .

در این تحقیق 6 تیر بتن مسلح حاوی بتن با مقاومت بالا ، با سطح مقطع و طول یکسان ساخته شده و تا لحظه شکست تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای قرار گرفتند . تیرها با توجه به مقدار آرماتور کششی آنها به دو گروه تقسیم شده و از هر گروه یک نمونه به عنوان تیر کنترل و بدون مقاوم سازی مورد آزمایش قرار گرفته و بقیه نمونه ها با یک و چهار لایه الیاف کربن مقاوم سازی شده و سپس تحت بارگذاری قرار گرفتند . طول همه تیرهای مورد آزمایش 300 سانتیمتر بود که بر روی تکیه گاههایی با دهانه 270 سانتیمتر مورد بارگذاری و آزمایش قرار گرفتند . با توجه به نتایج آزمایشات گذشته [6] ، جهت افزایش اثر مقاوم سازی و تاخیر در جداشدگی FRP از سطح بتن ، طول FRP مصرفی برابر با 260 سانتیمتر در نظر گرفته شده است که تقریبا تمامی طول دهانه تیر را پوشش می دهد .

سطح مقطع تمامی تیرها مستطیلی و به ابعاد 25×15 سانتیمتر در نظر گرفته شده است . آرماتور فشاری تمامی تیرها دو عدد میلگرد با قطر 10 میلیمتر و آرماتور کششی نمونه های سری الف دو عدد میلگرد با قطر 16 میلیمتر و برای نمونه های سری ب دو عدد میلگرد با قطر 22 میلیمتر منظور شده است . برای تمامی تیرها از آرماتور برشی یکسان استفاده شده است که عبارت است از خاموت بسته به قطر 10 میلیمتر که در فاصله 9 سانتیمتر از یکدیگر در دهانه های برشی تیر پخش شده اند و طراحی این خاموتها به گونه ای است که از شکست برشی تیرها جلوگیری شده و شکست نمونه ها به صورت خمشی اتفاق بیفتد . برای بارگذاری از دو بار متمرکز متقارن که به فاصله 90 سانتیمتر از یکدیگر قرار گرفت اند استفاده شده است . به این ترتیب ، مقدار دهانه برش برابر با 90 سانتیمتر و نسبت طول دهانه برشی به عمق موثر برابر با ¼ می شود که این مقدار ، تیرهایم ورد نظر را در رده تیرهای معمولی قرار می دهد .