پایان نامه با واژه های کلیدی مقاوم سازی، استان کرمان، آسیب پذیری

دانلود پایان نامه ارشد

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 :
برقي، مصطفي و حداد، میثم، 1387، ارزیابی تقویت خمشی پایه پل بتن آرمه توسط GFRP تحت بارگذاری دوره ای، دانشگاه صنعتي خواجه نصير طوسي.
در اين تحقيق مدل ابعاد واقعي پايه يك پل به مقطع دايره ايجاد شده و رفتار آن تحت بارگذاري دوره اي تك محوره (بارگذاري همزمان ثقلي وجانبي قرار گرفته كه بارگذاري جانبي آن به صورت دوره اي مي باشد) بررسی شده که در اين تحقيق ستون معرفي شده توسط ورقه GFRP به ضخامت 1 ميلي متر) در طول كل ستون) دورپيچ شده است، پوش منحني هيسترزيس برش پايه در دو حالت بدون محصور شدگي و با محصورشدگي توسطFRP رسم شد نتایج بدین صورت می باشد:
آ. پوشش تقويتي GFRP(با ضخامت 1 ميلي متر)باعث بالا بردن ظرفيت خمشي پايه پل هاي بتن آرمه به ميزان 8% شده است.
ب. اصلي ترين خاصيت پوشش تقويتي GFRP، افزايش كرنش گسيختگي به ميزان 50 % كه منجر به شكل پذيري و اتلاف انرژي بيشتر مي شود و نيز عملكرد لرزه اي ستون را بهبود مي بخشد.
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.
جلال، مصطفي” ارزیابی ظرفیت باربری پل های بهسازی شده با کامپوزیت FRP”1388.
در اين مقاله، گزيده راهكارهاي ارزيابي عملكرد يك پل بهسازي شده با استفاده از مصالح كمپوزيتي جديدارائه گرديده است. به اين منظور، ابتدا يك سيستم سنجش عملكرد ايجاد شده و اندازه گيري هاي سنجش عملكرد به منظور ارزيابي پارامترهاي مختلف مشخص گردید، سپس يك الگوريتم نقص يابي و شناسايي سيستم به منظور كمي سازي مقادير هدف، انتخاب شده و در نهايت نتايج فعالیت هاي بهسازي به منظورسنجش تغييرات عملكرد پل، مورد ارزيابي و تجزيه و تحليل قرار گرفت. در نهايت پس از اتمام كار بهسازي، نتايج به منظور تعيين وقوع يا عدم وقوع هرگونه تغيير در عملكرد پل، مورد ارزيابي قرار گرفت، اين روش افزايش در سختي سازه را در دوره زماني سوم دسامبر 1999 تا مي 2000 نشان مي دهد.
عباسزاده ، مهدي “مقايسه دقت پيش بيني مدل هاي ارائه شده براي محصورشدگي ستون هاي بتني دايروي محصور شده با الياف FRP”1388.
اين مطالعه بر پيش بيني حداكثر تنش و كرنش بتن محصور شده كه مهمترين پارامترها از ديد طراحي بوده و تاثير زيادي در تقريب منحني هاي تنش – كرنش دارند متمركز شده است. به اين منظور، مدل هاي محصور شدگي به دو گروه مدل هاي محصورشدگي پايه فولادي و مدل هاي محصورشدگي تجربي و تحليلي طبقه بندي شده و روابط و ويژگي هاي منحصر به فرد هر مدل مرور شد سپس، مقايسه بين مدل هاي مختلف در پيش بيني حداكثر تنش و كرنش نهائي محصور شدگي صورت گرفت. نتايج حاصل از ارزيابي هاي صورت گرفته نشان داد كه مدل هاي موجود در پيش بيني رفتار واقعي محصورشدگي بتن به جواب هاي يكسان و قابل قبولي خصوصاٌ در پيش بيني كرنش نرسيده و تنها براي محدوده اي كه براي آن كاليبره شده اند جواب هاي مطلوبي ارائه مي دهند .
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:
اثر نسبت لاغری برروی ظرفیت باربری ستونهای بتنی محصور شده با ژاکت FRP چشم گیر تر از ستون های مسلح معمولی می باشد.
اثر مقاوم سازی با افزایش نسبت لاغری کاهش می یابد.
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.
محمد کاظم، شربتدار و بهاري زاده، علی، سیوندي پور، عباس ” بررسی نرم شدگی و سخت شدگی کرنش بتن محصور شده با ورق هاي FRP بر مقاومت و شکل پذیري اعضاء فشاري “1388.
در این مقاله به بررسی مقاومت بتن محصور شده با انواع ورق هاي FRP در دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنش و همچنین اثر محصور شدگی بر شکل پذیري 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 پذیري و همچنین بهبود رفتار لرزه اي آن می شود.
دانش، فخر الدين بهشتي اول و سيد بهرام، شاهرودي، مهناز” تخمين پارامترهاي اثرگذار بر رفتار غيرخطي ستون هاي دورپيچ شده با CFRP به روش اجزاء محدود”1388.
در این تحقیق براي صحت سنجي نحوه مدل سازي، نمونه هايي از كارهاي معتبر آزمايشگاهي با بار محوري ثابت و بار جانبي رفت و برگشتي cyclic)) با نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS مدل سازي شده اند. در اين مرحله، بتن با المان حجمي هشت گرهی (C3D8) و دورپيچ آن با المان هاي غشايي چهار گرهي (M3D4)مدل شده اند و از معادل سازي و يكپارچه كردن مقطع استفاده نشده است. نتايج بدست آمده، تطابق قابل قبولي با كارهاي آزمايشگاهي دارد همچنین در بررسي انجام شده بر روي پارامتر طول لايه هاي دورپيچ و تأثير آن بر روي رفتار ستون ها مشاهده گرديد با افزايش پارامتر طول لايه هاي دورپيچ، ميزان ظرفيت ستون در تحمل تغيير مكان و برش پايه افزايش مي يابد همچنين در اين راستا مشخص گرديد افزايش طول دورپيچ ها تأثير چنداني بر بارتسليم نداشته و فقط بار ماكزيمم سازه را افزايش داده است و به اين ترتيب باعث افزايش انعطاف پذيري رفتار سازه مي گردد. با استفاده از نتايج بدست آمده مشاهده شد در يك نگاه كلي گرچه تأثير لايه ها بر روي برش پايه قابل تحمل توسط ستون چندان قابل توجه نبوده است ليكن تأثير تعداد لايه ها بر روي نيروي قابل تحمل توسط ستون بيشتر از تأثير طول لايه ها بوده است به عنوان مثال با افزودن يك لايه 20 سانتي متري دورپيچ FRP حدود 3 درصد و با افزودن يك لايه 30 سانتي متري دورپيچ FRP حدود 4 درصد افزايش مي يابد. در حالي كه در حالت استفاده از دولايه دورپيچ اين درصد افزايش نيروي قابل تحمل توسط ستون بترتيب حدود 4 و 6 در صد خواهد بود. همچنين نشان داده شد شكل پذيري ستون نيز با افزايش قابل توجهي همراه است ليكن استفاده از دو لايه دورپيچ بجاي يك لايه دور پيچ افزايش نسبي زيادي در شكل پذيري ستون ايجاد نمي كند اين نتيجه در مورد تغيير شكل بيشينه قبل از شكست نيز صادق است.
بهشتی، سید بهرام و پارسائی، محمد “بررسی تقویت خمشی پایه پل بتنی مسلح با FRP به روش اجزای محدود “1388.
در این تحقیق اثر عرض مقطع به ضخامت پوسته، ارتفاع دورپیچ از پای ستون و جنس دورپیچ بر شکل پذیری، مقاومت و پارامترهای خمشی در ستون بتن مسلح دایره ای تحت اثر همزمان بار محوری و جانبی بررسی شده و برنامه اجزای محدود ABAQUSجهت این کار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد این ورق ها موجب افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود پارامترهای مقاومت خمشی می گردد.
رهگذر، رضا و قنبری، حمیدو علمدارزاده، پیمان” ارزیابی آسیب پذیری وارائه طرح بهسازی لرزه ای پل بتن آرمه در محور سیرجان – قطروئیه در استان کرمان”1390.
از آنجایی که داشتن شکل پذیری کافی یکی از الزامات اساسی در زمینه مقاوم سازی سازه ها به شمار می آید، در این مقاله آسیب های وارده به پل قطروئیه شناسائی شده و نهایتا روش هایی برای تقویت پایه های بتنی آن که تحت تاثیر خوردگی ناشی از کربناسیون قرار گرفته است ارائه شده است.
چون پل مورد نظر از نوع مهم می باشد، ارزیابی کارایی و ایمنی در برابر زلزله از روش تحلیل دینامیکی خطی استفاده شده است.
واثقی، اکبر و زرجو، محسن” ارزیابی اثر الیاف کامپوزیتیFRP در تقویت پایه هاي بتنی دایره اي شکل پل ها به روش اجزا محدود”1390.
در این تحقیق با استفاده از نرم افزار ABAQUS ظرفیت خمشی و شکل پذیري پایه پل ها با طول هاي مختلف دور پیچ از الیاف FRP مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به قیمت این نوع از الیاف ارتفاع مورد نیاز پیشنهاد شد.
استفاده از الیاف CFRP در ستون با مقطع دایره اي در افزایش برش پایه نقش موثري داشته اما بعلت محدود بودن کرنش تسلیم این گونه الیاف در افزایش شکل پذیري تاثیرکمتري نسبت به الیاف GFRP دیده شد.
اثر تغییر نسبت لاغري، بطور کلی ورق هاي CFRP در تقویت ستون هایی که داراي تغییر مکان جانبی کمی هستند. L/D<4)) خوب عمل کرده و باعث افزایش مناسب برش پایه و شکل پذیري می شود. بنابراین اگر هدف از استفاده دورپیچ، افزایش میزان برش پایه باشد، در ستون هایی با ارتفاع متفاوت، کاربرد CFRP منطقی تر است.
اثر تغییر عرض مقطع به ضخامت پوسته (D/t) ، مقاومت جانبی ستون با کاهش نسبت t) /(D افزایش می یابد. براي هر دو نوع دورپیچ با D/t))، بعلت کاهش محصوریت بتن توسط دورپیچ و لذا رفتار تردتر آن، کاهش مقاومت بیشتري پس از ماکزیمم مقاومت جانبی اتفاق می افتد.
اثر تغییر میزان بار محوريN / No ، افزایش نیروي محوري، کشش و فشار بیشتري در پوسته رخ می دهد و لذا کاهش مقاومت ستون بتنی به همراه پوسته سبب کاهش ناگهانی مقاومت مقطع می گردد.
ابراهیمی مقدم، امین و المولی، امیر عبدالله” تحلیل عددی و مقاوم سازی پایه پل های بتنی مسلح با مقطع دایره ای به روش تقویت با ورقه های کامپوزیتی CFRP “1390.
در این تحقیق اثر عرض مقطع به ضخامت پوسته، ارتفاع دورپیچ از پای ستون به ارتفاع کل ستون و جنس دورپیچ بر شکل پذیری، مقاومت و پارامترهای خمشی در ستون بتن مسلح دایره ای تحت اثر همزمان بار محوری و جانبی بررسی می شود. برنامه اجزاء محدود ABAQUS جهت این کار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از این ورق ها موجب افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود پارامترهای مقاومت خمشی می گردد.
در این نوشتار پس از تشریح نحوه مدل سازی تمامی نمونه ها با نرم افزار ABAQUS با روش استاتیکی غیر خطی با کنترل تغییر مکان تحلیل شده تا عملکرد نمونه ها بررسی شود بطور کلی هدف این پژوهش بررسی رفتار ستون های ناکارآمد و تاثیرتقویت ناحیه مفصل خمیری با الیاف شیشه و کربن بر عملکرد این ستون هاست. مقایسه نتایج نمونه هایی که در آزمایشگاه تحت بارگذاری قرار گرفته اند، با نمونه تحلیل شده با نرم افزار نشان می دهد که نتایج بدست آمده از مدل اجزاء محدود در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دارای نتایج قابل قبولی است.
12. کریمی کنزق، عباس” ارزیابی لرزه ای پل ها با استفاده از تحلیل استاتیکی غیر خطی (پوش آور) “1388.
در این پژوهش عملکرد پل ها به وسیله تحلیل استاتیکی غیر خطی تحت بررسی قرار گرفته است و نقاط عملکرد آنها بر اساس طیف نیاز آیین نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله بدست آمده است.

1-4- ضرورت، اهمّیت و هدف تحقیق
ایران با داشتن زلزله های بزرگ هر سه سال یک بار و زلزله های متوسط سالیانه و همچنین حوادث غیرمترقبه نظیر سیل و طوفان و جنگ، شاید یکی از پر بحران ترین کشور های جهان باشد. واقعيت آن است كه توجه به بهسازي لرزه‌اي در كشورهاي لرزه‌خيز مانند ایران امري ضروري است كه عملا راه‌گريزي از آن وجود ندارد‌.
امروزه نگهداري از سازه ها به دليل هزينه ساخت و تعمير بسيار حائز اهميت مي باشد. با مطالعه رفتار سازه هاي بتني مشخص مي شود عوامل متعددي مانند: اشتباهات طراحي و محاسبه، عدم اجراي مناسب، تغييركاربري سازه ها از دوام آنها مي كاهد، ضمناً تغيير آيين نامه هاي ساختماني) باعث تغيير در بارگذاري و ضرايب اطمينان مي شود) نيز سبب ارزيابي و بازنگري مجدد طرح و سازه مي گردد تا در صورت لزوم بهسازي و تقويت شود، خرابي هاي مشاهده شده در ساختمان ها و پل ها طي زلزله هاي اخير نياز مبرم به مقاوم سازي لرزه اي سازه هاي موجود را نشان مي دهد.
پل ها سازه های حساسی هستند زیرا هر گونه صدمه به آنها باعث خسارات مالی و جانی در هنگام زلزله و بعد آن می شود. قبل از انجام مراحل مقاوم سازی، مطالعه بر روی سازه اهمیت بالایی دارد که در این بین پل ها به عنوان سازه های استراتژیک و مهم اهمیتی دو چندان دارند. عدم تخریب پل و خارج نشدن از بهره برداری پس از یک زمین لرزه شدید از بسیاری از تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواهد کاست.
در این میان ستون هاي بتن مسلح، اعضاي اصلي مقاوم در برابر بارهاي افقي و قائم در سازه هاي بتني به شمار مي آيند لذا مقاوم كردن ستون ها در برابر نيروهاي زلزله مي تواند نقش مهمي را در مقاوم سازي كل سازه ايفا كند در نتيجه استفاده از كامپوزيت هايFRP جهت مقاوم سازي ستون هاي بتني مسلح در دنيا گسترش يافته است و مطالعه در اين زمينه از طرف محققين زيادي صورت مي گيرد. هدف از این مطالعه، بررسی رفتار لرزه ای یک پل با ابعاد واقعی به کمک تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیر خطی وبهسازی آن با FRP می باشد برای صحت نتایج تحلیلی، نتایج دو تحلیل با یکدیگر مقایسه شده است.

1-5- ساختار تحقیق
مطالب موجود در این تحقیق به صورت زیر سازماندهی شده اند:
در فصل اول کلیات تحقیق، پیشینه تحقیق، هدف از انجام آن و سازماندهی مطالب مندرج در آن توضیح داده می شود. در فصل دوم به معرفی FRP پرداخته شده است. در فصل سوم روش های ارزیابی لرزه ای سازه ها بر اساس دستورالعمل های موجود مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل چهارم روش های مدل سازی و تحلیل لرزه ای پل مورد ارزیابی قرار گرفته است. در فصل پنجم مدل مورد نظر صحت سنجی شده و خروجی های نرم افزاری حاصل از تحلیل دینامیکی و استاتیکی یاداشت شده است. در فصل ششم نتایج حاصل از تحلیل و در آخر پیشنهاداتی برای ادامه کار بیان شده است.

فصل دوم
آشنایی با مصالح کامپوزیتی FRP

2-1- معرفی ورق های FRP
2-1-1- مقدمه
اين كلمه اختصاري از كلمات Fiber Rienforced polymer or plastic مي باشد. به عبارت ديگر به ماده مركب و كامپوزيتي اطلاق مي شود كه از الياف تقويتي و ماده در برگيرنده (ماتريس) يا رزين از جنس پليمر مطابق شكل تشكيل شده است:

شكل 2-1:FRP ساخته شده از فيبرهاي نا همسانگرد يك طرفه، عمده تنش بوسيله الياف تحمل مي شود. (محمد کریمی، 1392)
بزرگترین مزیت ورق های FRP داشتن نسبت مقاومت به وزن بالای آنها می باشد. ورق های FRP بطور معمول حداقل دو برابر و حتی می توانند ده برابر مقاومت ورق های فولادی را داشته باشند در صورتی که وزن آنها تنها 20٪ وزن ورق های فولادی می باشد (ناطق الهی، 1385). کامپوزیت های FRP طی سالیان دراز در صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفته است و خصوصیات این مصالح به خوبی شناخته است، اما دلیل محدودیت استفاده از این مصالح در مهندسی عمران هزینه بالای آن می باشد و کاهش هزینه این کامپوزیت ها استفاده از آن را در مهندسی عمران گسترش خواهد داد (قصابی کندلجی، 1385).

2-1-2- انواع ورق های کامپوزیت FRP
کامپوزیت های FRP از ترکیب فیبر و رزین بوجود می آیند. فیبرها که اصولاً الاستیک، ترد و بسیار مقاوم هستند جزء اصلی باربر محسوب می شوند. بسته به نوع فیبر، قطر آن در محدوده 5 تا 25 میکرون می باشد. رزین اصولا به عنوان یک محیط چسباننده عمل می کند که فیبرها را در کنار یکدیگر نگاه می دارد (ناطق الهی،1385).

2-1-3- رزین های تشكيل دهندهFRP
رزین های پلیمری جهت اتصال ورق های FRP به بتن مورد استفاده قرار می گیرند. بایستی توجه داشت که اتصال ضعیف FRP ها به بتن ممکن است جداشدگی بین بتن وFRP را موجب شود. استفاده از چسب های اپوکسی، شکل پذیری و مقاومت برشی تیرها را بالا می برد و این چسب ها به اندازه ای قوی هستند که باعث جلوگیری از جداشدگی ورق های FRP از مصالح بتنی می گردند. مشخصات این چسب ها می توانند توسط آزمایش های مناسب استاندارد مانندASTM-D638-M-(1993) مشخص گردد (ناطق الهی،1385).
ماتریس هاي با مقاومت کم به صورت چشمگیر بر خواص مکانیکی کامپوزیت نظیر مدول الاستیسیته و مقاومت نهایی آن اثر نمی گذارند. ماتریس (رزین) را می توان از مخلوط هاي ترموست و پاترموپلاستیک انتخاب کرد. ماتریس هاي ترمونت با اعمال حرارت، سخت شده و دیگر به حالت مایع یا روان در نمی آیند. در حالی که رزین هاي ترمو پلاستیک را می توان با اعمال حرارت مایع نمود و با اعمال برودت به حالت جامد درآورد. از انواع رزین هاي ترموست می توان از پلی استر، وینیل استر، اپوکسی و از انواع رزین هاي ترموپلاستیک می توان از پلی وینیل کلرید(PVC) پلی اتیلن و پلی پروپیلن(PP) نام برد. کامپوزیت هايFRP از قرار دادن الیاف پیوسته در ماتریس چسب، که الیاف را کنار هم نگه می دارد، ساخته می شوند (سازمند، 1390).

2-1-4- انواع فيبرهاي تشكيل دهنده FRP
الياف شيشه ايFiber glass–
الياف كربنيCFRP –
الياف آراميدي AFRP –
الياف وينيلي VFRP –
الياف پليمري پلي اتيلن

2-1-5- خصوصيات الياف
متداول ترين نوع الياف مورد استفاده در ساخت كامپوزيت ها، الياف كربن، شيشه و آراميد مي باشند. اين الياف داراي مقاومت كششي بسيار بالايي بوده و رفتار تنش- كرنش اين الياف بصورت خطي مي باشد.

شکل 2-2: منحنی تنش- كرنش الياف پليمري در مقايسه با فولاد. (مجیدی شیل فر، 1390)
همانگونه كه در شكل 2-2 ملاحظه مي شود الياف تا لحظه گسيختگي رفتار خطي داشته كه اين نوع رفتار دو عيب عمده دارد:
-1 اعضاي تقويت شده با الياف شكل پذيري كمتري دارند، اما در صورتي كه براي محصور شدگي عضو بكار روند) مثل ستون) مقاومت و شكل پذيري را افزايش مي دهند.
-2 باز توزيع تنش ها بعلت كمبود شكل پذيري محدود است.
الياف كربن داراي اين خاصيت مي باشند كه در محدوده وسيعي از سختي ها مي توانند توليد شوند، كه اين امر در طراحي سازه اي كامپوزيت ها مي تواند موثر باشد.

2-1-5-1- مهمترين خواص الياف كربن
مهمترين خواص الياف كربن عبارتند از: مقاومت و سختي خيلي بالا، مقاومت بسيار عالي در برابر مواد شيميايي و رطوبت، مقاومت بالا در برابر خستگي و گسيختگي در اثر خزش، رسانا بودن و مستعد خوردگي.

2-1-5-2- خواص الياف شيشه
خواص الياف شيشه عبارتند از: مقاومت بالا، سختي كم، حساس در برابر قليايي ها و رطوبت، مقاومت اندك در برابر خستگي و گسيختگي در اثر خزش، عايق بسيار خوب، افزايش طول زياد.

2-1-5-3- خواص الياف آراميد
خواص الياف آراميد عبارتند از: مقاومت بالا، مقاومت بسيار عالي در برابر مواد شيميايي، مقاوم در برابر خستگي و گسيختگي در اثر خزش، مقاومت بسيار عالي در برابر ضربه، رسانايي اندك، حساس به رطوبت و اشعه ماوراء بنفش.

2-1-6- ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های FRP
مدول الاستیسیته و مقاومت کششی بسته به ضخامت ورق های کامپوزیت می تواند تفاوت بسیار زیادی نسبت به اعداد آورده شده در جدول 2-1 داشته باشند.
بدون توجه به نوع فیبرها و یا روش ساخت آنها هر سه نوع این کامپوزیت ها رفتار تنش – کرنش یکسانی از خود نشان می دهند و این یکی از ویژگی های بسیار مهم کامپوزیت های FRP در استفاده سازه ای آنها می باشد. شکل 2-2 نوعی از منحنی های تنش – کرنش را برای کامپوزیت های GFRP، CFRP و فولاد نرم نشان می دهد. با توجه به این نمودار مشاهده می شود که شکل پذیری فولاد بیشتر از مواد کامپوزیت می باشد و می توان دو نتیجه مهم سازه ای از این مسئله گرفت: اول اینکه این مصالح (FRP) شکل پذیری فولاد را ندارند و ممکن است شکل پذیری اعضای سازه بتن مسلح را که با استفاده از FRP ها مقاوم شده اند، محدود کند. با وجود این در مواقعی که برای جکت کردن بتن مورد استفاده قرار می گیرند، این مصالح می توانند بطور قابل توجهی مقاومت و شکل پذیری ستون ها را افزایش دهند.

جدول2-1: ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های GFRP، CFRP و AFRP
نوع کامپوزیت
با فیبر یکطرفه
محتوای فیبری
(درصدی از وزن ورق)

دانسیته
(kg/m3)
مدول الاستیسیته
(GPa)
مقاومت کششی
(MPa)
GFRP
80 – 50
2000 – 1600
25-20
1800-400
CFRP
75-65
1900-1600
120 – 250
2250-1200
AFRP
70-60
1250-1050
125-40
1800-1000
(ناطق الهی، 1385).
استنباط دوم از رفتار شکننده مصالح کامپوزیت FRP، باز توزیع تنش است که از سخت شدگی دوباره این مصالح به علت عدم شکل پذیری آنها حاصل می شود.

2-1-7- مقایسه عملکرد انواع کامپوزیت های FRP در مقاوم سازی سازه ها
کامپوزیت های CFRP ویژگی های بهتری نسبت به GFRP دارند و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه هستند. جدول 2-2 که توسط Meier و Winistorfer در سال 1995 تدوین یافته است، ویژگی های انواع کامپوزیت های ‌FRP رادر مقاوم سازی سازه های بتنی مسلح با هم مقایسه کرده است.

جدول2-2: مقایسه بین ویژگی های انواع FRPها

معیار
ورق های کامپوزیت ساخته شده از

فیبرهای شیشه ای
فیبر های کربنی
فیبرهای آرامید
مقاومت کششی
خیلی خوب
خیلی خوب
خیلی خوب
مقاومت فشاری
خوب
خیلی خوب
نامناسب
مدول یانگ
مناسب
خیلی خوب
خوب
رفتار بلند مدت
مناسب
خیلی خوب
خوب
رفتار گسیختگی
مناسب
عالی
خوب
دانسیته وزنی
مناسب
خوب
عالی
مقاومت قلیایی
نامناسب
خیلی خوب
خوب
هزینه
خیلی خوب
مناسب
مناسب
(عندلیب، 1391)
چون هدف بررسی ما ستون ها هستند باید فیبری با مقاومت فشاری بهتر انتخاب شود، از جدول بالا فیبر کربنی مقاومت فشاری بالاتری نسبت به فیبرهای شیشه ای و آرامیدی دارد، رفتار آن در دراز مدت نسبت به فیبر های شیشه ای و آرامیدی بهتر است و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه هستند، بنابراین از فیبر کربنی برای بهسازی استفاده خواهد شد.

2-1-8- ضریب ایمنی
در سال های قبل، استفاده ازجکت فولادی برای مقاوم سازی ستون های بتنی رایج بود. معایبی که در این روش وجود دارد، این است که اولا وزن کلی سازه را بالا می برد و ثانیا بعضی مواقع اجرای آن در محل کار، سخت و دشوار می باشد. در سال های اخیر روش جدیدی برای مقاوم سازی ستون های بتنی با استفاده از کامپوزیت های FRP مورد استفاده قرارمی گیرد.
جدول 2-3: ضرایب ایمنی جزئی برای فولاد و FPR
مقاومت
ضریب ایمنی جزئی
بتن تحت فشار محوری، cγ
5/1
فولاد، sγ
05/1
مقاومت کششیFRP، frp γ
25/1
مقاومت بتن با جکت FRP، b γ
25/1
(عندلیب، 1391)
معمول ترین روش استفاده از FRP در مقاوم سازی ستون ها، پوشش دادن سطح خارجی ستون بوسیله FRP می باشد. مقاوم سازی ستون های بتنی موجود با استفاده از جکت فولادی و یا FRP بخاطر بهبود بخشیدن مقاومت فشاری محوری ستون و همچنین شکل پذیری آن می باشد. مطالعات در ارتباط با مقاومت فشاری و رفتار تنش ـ کرنش بتن پوشیده شده با FRP نشان می دهند که رفتار بتن پوشیده شده با FRP متفاوت از بتن جکت شده با فولاد می باشد. بنابراین ضوابط طراحی ارائه شده برای ستون های جکت شده با فولاد نمی توانند جهت طراحی ستون ها با پوشش FRP مورد استفاده قرار گیرند.

2-1-9- روش های مقاوم سازی
چندین روش برای مقاوم سازی ستون های بتنی موجود با استفاده از FRP وجود دارد. این روش ها برای دو حالت بارگذاری استاتیکی و دینامیکی صادق می باشد. روش های موجود در این زمینه را می توان به سه حالت زیر تقسیم بندی کرد:
دورپیچی (Wrapping)
پوشش دادن با استفاده از الیاف FRP (filament winding)
جکت کردن با استفاده از صفحات آماده FRP (prefabricated shell jacketing)

2-1-9-1- جکت FRP با الیاف افقی
جکت سطح خارجی ستون با استفاده از FRP می تواند ظرفیت برشی و همچنین شکل پذیری ستون را در برابر بارهای لرزه ای افزایش دهد. پوشش FRP بایستی با استفاده از رزین صورت گیرد و همچنین الیاف FRP در این حالت بهتر است که بصورت افقی قرار گیرند.
تحت اثر نیرو های برشی، تنش های کششی FRP به مقاومت برشی عضو کمک می کنند و تحت خمش، پوشش FRP مقاومت و کرنش نهایی بتن را افزایش می دهد. افزایش کرنش نهایی بتن در مقاوم سازی لرزه ای بسیار مهم می باشد، چرا که باعث افزایش شکل پذیری عضو در ناحیه غیر الاستیک می شود. جهت مقاوم سازی برشی لازم است که ستون در کل ارتفاع پوشانده شود. ولی برای مقاوم سازی در برابر مفصل پلاستیک و شکست موضعی، پوشش FRP بصورت موضعی در نواحی مورد نیاز کافی می باشد. حداقل فاصله پیشنهاد شده برای لایه چسب (اتصال دهنده) از انتهای FRP بر روی اعضای بتنی 20 میلی متر می باشد.
اگر در مقاوم سازی، اصلاح شکل مقطع ستون نیز جهت افزایش تاثیر پوشش در مقاطع مستطیلی شکل در نظر گرفته شود این اصلاح مقطع کافی است که در نقاط مفصل پلاستیک و نواحی نزدیک آن انجام گیرد و مانند حالت مقاوم سازی در برابر بار محوری نیاز به اصلاح مقطع در کل ستون را نداریم. شکل زیر جکت FRP با الیاف افقی را نشان می دهد.
شکل 2-3: جکت FRP با الیاف افقی.

2-1-9-2- پوشش طولی FRP
پوشش افقی FRP باعث افزایش ظرفیت خمشی عضو می شود و اگر مقطع دارای بار محوری نیز باشد، استفاده از پوشش عرضی و طولی FRP می تواند بسیار مؤثر باشد، پوشش طولی FRP برای مواقعی که میلگرد های طولی قطع شده اند، توصیه می شود .
نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که پوشش طولی و عرضی FRP در نواحی قطع میلگردهای طولی، می تواند محل شکست خمشی را به نقاط لنگر ماکزیمم انتقال دهد.
شکل زیر مقاوم سازی به روش پوشش طولی FRP را نشان می دهد:
شکل 2-4: پوشش طولی FRP.

2-1-10- ملاحظات اجرایی
جدول زیر به مقایسه معایب و مزایای روش های مختلف مقاوم سازی ستون ها می پردازد.

جدول 2-4: مقایسه ای بین روش های مختلف مقاوم سازی ستون ها.
روش
مزایا
معایب

دورپیچی

شکل پذیری برای فرم های مختلف ستون ها
اجرای آسان در محل کار و عدم نیاز به تجهیزات ویژه
کنترل کیفیت پایین
بسیار پر دردسرجهت جلوگیری از عدم تمرکز در یک نقطه
پوشش دادن با استفاده از الیاف FRP (filament winding)

مؤثر در کنترل کیفیت
کاهش شکل پذیری در فرم های مختلف ستون
نیاز به تجهیزات ویژه
جکت کردن با استفاده از صفحات آماده FRP
(prefabricated shell jacketing)
عالی در کنترل کیفیت
زحمت کم در محل کار
مناسب جهت اصلاح فرم ستون
شکل پذیری محدود
هزینه زیاد جهت تهیه صفحات آماده
(ناطق الهی، 1385).

2-1-11- اصلاح شکل مقطع
شکل مقاوم سازی ستون های مستطیلی شکل با اصلاح مقطع و پوشش FRP در زیر نشان داده شده است (ناطق الهی، 1385).
الف) بدون شکستن گوشه ها

شکل 2-5: اصلاح شکل مقطع، بدون شکستن گوشه ها

ب) پس از شکستن گوشه ها

شکل 2-6: اصلاح شکل مقطع، پس از شکستن گوشه ها

جکت FRP تاثیر بسیار مهمی در ستون های دایره ای شکل دارد ولی در مورد ستون های مستطیلی این تاثیر بسیار کم می باشد. به همین دلیل در این نوع ستون ها بهتر است قبل از استفاده FRP، مقطع ستون را به فرم دایره ای شکل و یا بیضوی تغییر داده سپس از این مصالح جهت مقاوم سازی استفاده کنیم. تغییر مقطع نیز بهتر است با استفاده از سیمان زودگیر انجام گیرد.
مقطع ستون های مستطیلی شکل معمولا به حالت بیضی در آورده می شوند تا محیط بیشتری جهت پوشش دادن بدست آید. همچنین برای مقاطع مستطیلی شکل می توان از ورق های آماده FRP در اشکال دایره ای و یا بیضوی بزرگتر از مقطع ستون استفاده کرده و فاصله این دو را با بتن پر کرد (شکل 2-5).
جهت کم کردن مقطع ستون مستطیلی شکل می توان بعد از تراشیدن گوشه ها، مقطع را تقویت نمود (شکل 2-6).

2-1-12- ضوابط طراحی و بهسازی ستون ها با FRP
راهنمای طراحی و ضوابط اجرایی بهسازی ساختمان های بتنی موجود با استفاده از مصالح تقویتی FRP ضوابط زیر را برای طراحی بیان می کند:

2-1-12-1- تقویت اعضای فشاری
2-1-12-1-1- کلیات
دورپیچ کردن انواع معینی از اعضای فشاری توسط سیستم های FRP، آن اعضا را محصور کرده و منجر به افزایش مقاومت فشاری اعضا می گردد. از محصورشدگی برای افزایش شکل پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی هم استفاده می شود.
برای محصور کردن یک عضو بتنی، لازم است راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد. در این ارتباط، الیاف حلقوی مشابه تنگ های بسته یا خاموت های مارپیچی فولادی می باشند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو باید از سهم الیاف موازی با راستای طولی آن صرف نظر گردد.
هنگامی که ستون یا عضو فشاری تحت بارهای لرزه ای قرار گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری ستون اهمیت می یابد. در این ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن عضو با افزایش شکل پذیری انجام می گیرد. هرچند می توان با تعبیه صفحات FRP به صورت طولی در امتداد ستون مسئله افزایش مقاومت خمشی آن را نیز تامین نمود، ولی این موضوع در گستره این دستورالعمل دیده نشده و افزایش شکل پذیری ستون ها با نصب پوشش های FRP به صورت افقی مد نظر می باشد.

2-1-12-1-2- ستون های گرد کوتاه تحت فشار خالص
چنانچه نسبت ارتفاع به قطر، l_u/D_g ، در اعضای فشاری بزرگتر یا مساوی 3 باشد، به عنوان ستون در نظر گرفته می شود، در غیر این صورت به عنوان یک ستون پایه محسوب می گردد. در سازه های بتن آرمه، نسبت لاغری حداکثر برای ستون گرد کوتاه تحت بار محوری بدون خمش قابل توجه، از رابطه (2-1) بدست می آید.
(2-1 ) l_u/D_g =6.25/√(N_u⁄(f_c A_g ))

در فرآیند بهسازی یا مقاوم سازی بوسیله مصالح FRP، ستونی که ابتدا به عنوان ستون کوتاه تعریف شده ممکن است به علت افزایش ظرفیت باربری، لاغر محسوب شود. لازم است قبل از تقویت با FRP، از اینکه ستون برای مقدار جدید نیروی فشاری، Nu به صورت کوتاه باقی می ماند، اطمینان حاصل شود. در غیر این صورت، روابط ارائه شده در این بخش قابل استفاده نیستند و باید اثر متقابل خمش و نیروی محوری در نظر گرفته شود.

2-1-12-1-2-1- محصور شدگی
محصورشدگی از طریق اتصال ورقه های FRP که در آنها به منظور محدود کردن کرنش های محیطی ستون، راستای الیاف عمود بر محور ستون می باشد، فراهم می گردد. فشار محصورشدگی نهایی به سبب مقاوم سازی مقطع گرد با مصالح FRP، flfrp، بر اساس رابطه (2-2) بدست می آید.
(2-2) f_lfrp=(2N_b ∅_frp f_frpu t_frp)/D_g
برای محصورشدگی پیوسته، نسبت حجمی مقاومت مصالح FRP به مقاومت بتن بر اساس رابطه (2-3) تعریف می شود.
ω_w=(2f_lfrp)/(∅_c f_c ) (2-3)
مقاومت فشاری بتن محصور شده، f_cc از رابطه (2-4) بدست می آید.
(2-4) f_cc=f_c (1+α_pc ω_w)
ضریب عملکرد برای یک ستون گرد، α_pc، به سختی و کرنش نهایی FRP، مقاومت بتن، کیفیت اجرا و چسبندگی بتن – رزین – الیاف بستگی دارد. در حال حاضر مقدارα_pc=1 در نظر گرفته می شود.

2-1-12-1-2-2- محدودیت های محصور شدگی
اثربخشی فشار محصور شدگی، f_lfrp، به سطح شکل پذیری مورد انتظار بستگی دارد. حداقل فشار محصور شدگی، f_lfrp، توسط پوشش FRP باید 4 مگاپاسکال باشد. حداکثر فشار محصور شدگی به منظور محدود کردن کرنش های محوری از رابطه (2-5) بدست می آید.
f_lfrp≤f_c/(2α_pc )(1/k_e -∅_c) (2-5)
که k_e ضریب کاهش مقاومت برای در نظر گرفتن خروج از مرکزیت های غیرمنتظره می باشد و با توجه به آیین نامه بتن ایران “آبا”، مقدار آن برابر 8/0 در نظر گرفته می شود.

2-1-12-1-2-3- مقاومت در برابر بار محوری
بار محوری مقاوم نهایی، N_(r max)، برای ستون گرد کوتاه محصورشده از رابطه (2-6) بدست می آید.
N_(r max)=0.8(0.85∅_c f_cc (A_g-A_st )+∅_s f_y A_st) (2-6)
کرنش محوری نهایی در ستون های گرد محصورشده نسبت به ستون های محصورنشده، به مراتب بزرگتر است. بنابراین کرنش در آرماتورهای فولادی طولی، ممکن است از کرنش تسلیم آنها بیشتر شود. افزایش مقاومت آرماتورهای فولادی به علت سخت- شدگی کرنشی در رابطه (2-6) لحاظ نشده است و بنابراین یک حاشیه ایمنی فراهم می گردد. تا زمانی که آرماتورهای طولی کمانش نکرده اند، این افزایش تابعی از کرنش های محوری نهایی است.

2-1-12-1-3- ستون های مستطیلی کوتاه تحت فشار خالص
این بخش در مورد ستون هایی با نسبت ابعاد مقطع کمتر یا مساوی 5/1و حداکثر بعد مقطع برابر 900 میلیمتر کاربرد دارد.
r≥min{b/6 , 35mm} (2-7)
در صورتی که شعاع انحنای گوشه ستون منجر به کاهش قابل ملاحظه ای از پوشش بتن و یا کمبود جزیی یا کلی یک یا چند آرماتور شود، باید مقاومت ستون با توجه به آن کاهش یابد. به عنوان یک روش جایگزین می توان با ایجاد گوشته های بتنی مدور در وجوه ستون که به طور مناسبی به آن گیردار شده اند، مقطع را به حالت دایره نزدیک کرد تا حداقل شعاع انحنای مورد نظر حاصل شود. نسبت لاغری حداکثر برای ستون مستطیلی کوتاه، تحت بار محوری بدون خمش قابل توجه، از رابطه (2-8) بدست می آید.
l_u/h≤7.5/√(N_u⁄(f_c A_g )) (2-8)
2-1-12-1-3-1- محصورشدگی
فشار محصورشدگی به سبب مقاوم سازی یک مقطع مستطیلی با مصالح FRPمطابق رابطه (2-9) محاسبه می گردد.
f_lfrp=(2N_b ∅_frp E_frp ε_frp t_frp (b+h))/bh (2-9)
که کرنش مصالح FRP برای محصورشدگی غیر پیش تنیده تا حداکثر نسبت ابعاد مقطع 5/1 برابر ε_frp=0.002 در نظر گرفته می شود.
اثر بخشی فشار محصورشدگی در مقاطع مستطیلی به مراتب کمتر از ستون های با مقطع دایره است.

برای محصورشدگی پیوسته نسبت حجمی مقاومت به صورت رابطه (2-10) تعریف می شود.
ω_w=f_frp/(∅_c f_c ) (2-10)
مقاومت فشاری بتن محصورشده از رابطه (2-11) تعیین می شود.
f_cc=f_c (1+α_pr ω_w ) (2-11)
ضریب عملکرد برای یک مقطع مستطیلی، α_pr، به کیفیت اجرا و چسبندگی بتن-رزین-الیاف بستگی دارد. در حال حاضر مقدار α_pr برابر واحد در نظر گرفته می شود.

2-1-12-1-3-2- محدودیت های محصورشدگی
افزایش مقاومت به سبب محصورشدگی در ستون های مستطیلی نسبت به ستون های گرد خیلی کمتر است. در نتیجه محدودیت های حداقل و حداکثر فشار محصورشدگی برای ستون های مستطیلی وجود ندارد، زیرا فشار محصورشدگی قابل دستیابی که به میزان شکل پذیری بستگی دارد، در ستون های مستطیلی محدود می باشد.

2-1-12-1-3-3- مقاومت در برابر بار محوری
بار محوری مقاوم نهایی ستون مستطیلی محصورشده، توسط رابطه (2-6) بدست می آید.

2-1-12-2- تقویت برشی برای اعضای فشاری
2-1-12-2-1- ظرفیت برشی
مقاومت برشی نهایی مقطع، Vr از رابطه (2-12) بدست می آید.
Vr = Vc + Vs + Vfrp(2-12)
حداکثر مقدار V r به رابطه (2-13) محدود می شود.
V_r≤V_c+0.8∅_c √(f_c ) b_w d (2-13)
در مورد ستون های گرد عبارت bwd با Acمساحت هسته بتنی از پشت تا پشت خاموت ها، جایگزین می شود.

2-1-12-2-2- محدودیت های محصورشدگی
هنگامی که در مقطع تقویت های برشی اضافی مورد نیاز باشد، برای کنترل فشار محصورشدگی لازم است رابطه (2-5) دوباره کنترل شود، چرا که با داشتن یک مقدار تعیین شده و محافظه کارانه برای کرنشی که می تواند درFRP ایجاد شود، εfrp مطابق بند 2-3-14-1-3-1 تقویت های برشی اضافی مورد نیاز ممکن است باعث افزایش فشار محصورشدگی شود. این کنترل مجدد برای ستون های مستطیلی موضوعیت نمی یابد.

2-1-12-2- 3- محاسبه مقاومت برشی برای ستون های با مقطع دایره
سهم بتن از مقاومت برشی نهایی، Vc، از رابطه (2-13) تعیین می شود.
Vc = 02φc √fc Ac (2-14)
سهم فولاد از مقاومت برشی نهایی، Vs، با فرض زاویه ترک برشی،θ ، معادل 45 درجه از رابطه (2-14) تعیین می شود.
V_s=π/4 (∅_s f_y A_h D_c)/s (2-15)
که در آن s فاصله خاموت های افقی یا شیب مارپیچ ها می باشد.
سهم پوشش FRP با ضخامت کل Nbtfrp از مقاومت برشی نهایی، Vfrp از رابطه (2-16)تعیین می شود.
V_frp=π/4 ∅_frp f_frp N_b t_frp D_g (2-16)
Dg قطر خارجی ستون گرد است.
تنش کششی در پوشش FRP به مقدار بدست آمده از رابطه (2-17) محدود می گردد.
f_frp=0.004E_frp≤∅_frp f_frpu (2-17)
در رابطه فوق، کرنش موثر، εfrpe در پوشش FRP برابر با 004/0 در نظر گرفته شده است.
ضخامت مورد نیاز پوشش FRP برای تقویت برشی از رابطه (2-18) بدست می آید.
N_b t_frp≥(1000(V_r-V_c-V_s))/(π∅_frp E_frp D_g )(2-18)

2-1-12-2-4- محاسبه مقاومت برشی برای ستون های با مقطع مستطیلی
سهم بتن از مقاومت برشی نهایی، Vc، مشابه رابطه (2-14) است با این تفاوت که عبارت Ac با bwd جایگزین می گردد. سهم فولادهای افقی از مقاومت برشی نهایی، Vs، مطابق آیین نامه بتن ایران “آبا” از رابطه (2-19) تعیین می شود.
(2-19) V_s=∅_s A_h f_y d/s
سهم پوشش FRPبا ضخامت کل Nbtfrpاز مقاومت برشی نهایی، Vfrp، از رابطه (2-20) تعیین می شود.
V_frp=∅_frp f_frp N_b t_frp d (2-20)
تنش کششی در پوشش FRPبه مقدار زیر محدود می گردد.
f_frp=0.002E_frp≤∅_frp f_frpu (2-21)
برای یک مقطع مستطیلی (هنگامی که نسبت ابعاد مقطع بین 1/1 تا 5/1 باشد) کرنش موثر در پوشش FRP، εfrpe، برابر 002/0 بکار برده می شود. ضخامت مورد نیاز پوشش FRP برای تقویت های برشی از رابطه (2-22) بدست می آید.
N_b t_frp≥(500(V_r-V_c-V_s))/(∅_frp E_frp d) (2-22)

2-1-12-3- محدودیت های مقاوم سازی برای ظرفیت بار محوری
با توجه به اینکه اثر محصورشدگی تحت بارهای محوری تا زمانی که کرنش های شعاعی به اندازه کافی بزرگ نباشند، فعال نمی شود، باید از عدم وقوع گسیختگی زودرس به سبب خزش یا خستگی مطابق بندهای زیراطمینان حاصل نمود.

2-1-12-3-1- خزش
بارمرده، ND شامل وزن اعضای سازه ای و غیر سازه ای ثابت، نباید از رابطه (2-23) بیشتر شود.
N_D≤0.85[0.68∅_c f_c (A_g-A_st )+f_s A_st ] (2-23)
تنش در آرماتورهای فولادی محوری، fs، برابر کمترین مقدار دو عبارت زیر است:
f_s≤0.0015 (2-24)
f_s≤0.8f_y (2-25)
اگر ستون با فولادهایی با کرنش تسلیم کمتر از 0019/0 مسلح شود، رابطه (2-24) در طراحی ملاک خواهد بود.

2-1-12-3-2- خستگی
برای ستون محصور شده با مصالح FRP، به منظور کنترل تنش بتن در محدوده های تحمل خستگی، رعایت محدودیت های روابط (2-26) الزامی است.
0≤N_D/(f_c A_g )≤0.5 → N_L≤0.4f_c A_g-0.28N_D
0.5≤N_D/(f_c A_g )≤0.75 → N_L≤0.46f_c A_g-0.4N_D (2-26)
0.75≤N_D/(f_c A_g )≤1 → N_L≤0.64f_c A_g-0.64N_D
موارد ذکر شده برای پل مورد نظر محاسبه شد و حداقل ضخامت بدست آمده برای پایه های آن 3 لایه بوده است.

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

3-1- مقدمه
در طراحی و بهسازی سازه ها بر اساس عملکرد سازه تحت نیروی جانبی قرار می گیرد، با افزایش جابجایی، نیروهای اعضای سازه نیز افزایش می یابد تا جایی که در بعضی نقاط سازه نیروهای موجود از نیروهای حد تسلیم فراتر می روند و مفاصل پلاستیک در سازه ایجاد می شوند. با توجه به سطح عملکرد انتخابی، سازه باید بتواند حد معینی از جابجایی جانبی را بدون این که تغییر شکل ها در منحنی نیرو-تغییر مکان اعضا از یک حد مجاز فراتر رود تحمل کند. مقدار تغییر مکان برای یک سطح عملکرد معین، مشخص است. این تغییر مکان در FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی تغییر مکان هدف و در ATC-40 جابجایی تقاضا نامیده می شود. در ادامه روش های بدست آوردن این تغییر مکان توضیح داده شده است.

3-2- روش بدست آوردن تغییر مکان هدف در FEMA-356
یکی از روش هایی که برای تعیین تغییر مکان هدف در دیاگرام صلب به کار می رود روش توضیح داده شده در FEMA-356 است. این روش به اسم ضریب جابجایی1 مشهور است. قابل ذکر است این روش برای محاسبه تغییر مکان هدف عینا در دستورالعمل بهسازی آورده شده است و در این مورد تفاوتی بین FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی وجود ندارد. در ATC-40 نیز این روش به عنوان راه حل دیگری برای تعیین جابجایی تقاضا معرفی شده است. مزیت روش معرفی شده در FEMA-356 به روش معرفی شده در ATC-40 سادگی به کار گیری آن است. در این روش ابتدا باید یک تحلیل استاتیکی غیر خطی انجام شود و منحنی برش پایه در مقابل جابجایی نقطه کنترل (Pushover Curve) بدست آورده شود. باید توجه داشت که منظور از نقطه کنترل در ساختمان ها، نقطه ای در تراز بام و در پل ها بالاترین نقطه مرکزی می باشد (کریمی کنزق، 1388). از روی منحنی پوش آور بدست آمده و یک سری ضرایب دیگر معرفی شده می توان تغییر مکان هدف را بدست آورد. به طور کلی اگر منظور محاسبه تغییر مکان هدف با استفاده از محاسبات دستی باشد، ابتدا باید منحنی پوش آور سازه معین گردد و برای بدست آوردن منحنی پوش آور لازم است تغییر مکان هدف به برنامه معرفی شود. بنابراین روند فوق تکراری است و احتیاج به چندین بار سعی و خطا دارد.
بر اساس FEMA-356 و دستورالعمل بهسازی تغییر مکان هدف برابر است با:
(3-1) (T_e^2)/(4π^2 ) gCoC1C2C3Sa t=δ

Displacement Coefficient method

در این رابطه :
= T_e زمان تناوب اصلی مؤثر سازه در جهت مورد بررسی، بر حسب ثانیه.
(3-2) Te=Ti√(Ki/Ke)
=T_i بر اساس دستورالعمل بهسازی زمان تناوب اصلی سازه با فرض رفتار خطی و بر اساس FEMA-356 زمان تناوب اصلی سازه بدست آمده از یک تحلیل دینامیکی الاستیک، بر حسب ثانیه.
=Ki سختی جانبی الاستیک سازه در جهت مورد بررسی.
=Ke سختی جانبی مؤثر سازه در جهت مورد بررسی.
=Coضریب اصلاح برای ارتباط تغییر مکان طیفی سیستم یک درجه آزادی. ضریب Co بصورت تقریبی می تواند برابر با یکی از موارد زیر در نظر گرفته شود.
ضریب مشارکت مود اول در تراز نقطه کنترل.
ضریب مشارکت مودی در تراز نقطه کنترل که با استفاده از شکل بردارهای منطبق بر تغییر شکل ساختمان در تغییر مکان هدف بدست می آید. از این روش هنگام اعمال الگوی بارگذاری، همگام با تغییر شکل های ایجاد شده در سازه، باید استفاده شود. (این روش برای بدست آوردن ضریب Co در FEMA-356 ذکر شده است، ولی در دستورالعمل بهسازی از این روش برای بدست آوردن ضریب Co هنگام اعمال بارگذاری، همگام با تغییر شکل های ایجاد شده در سازه، صرف نظر شده است).
مقادیر تقریبی بر اساس جدول 3-1 (نشریه 360، دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود، 1385وFEMA-356,2000).
جدول 3-1: مقادیر تقریبی Co
سایر ساختمان ها
ساختمان های برشی *

تعداد طبقات ساختمان
هر نوع توزیع بار
توزیع باریکنواخت
توزیع بر اساس مودهای ارتعاش

1
1
1
1
2/1
15/1
2/1
2
3/1
2/1
2/1
3
4/1
2/1
3/1
5
5/1
2/1
3/1
10 و بیشتر
* منظور از ساختمان برشی، ساختمانی است که در تمام طبقات، تغییر مکان جانبی نسبی کوچک تر از طبقه ی زیرین باشد.
ضریب C1 از رابطه ی زیر محاسبه می شود.
(3-3) Te ≥ Ts →C1 =1
Te بر اساس FEMA-356 مقدار C1 بدست آمده لازم نیست از مقدار زیر بیشتر باشد:
T<0/1 sec → C1 =1.5
T>Ts sec → C1 =1 (3-5)
بر اساس دستورالعمل بهسازی مقدار C1 بدست آمده لازم نیست از مقدار زیر بیشتر باشد.
(3-6) C1 =1+ (T_s-T)/(2T_s-0.2)
T_e =زمان تناوب اصلی مؤثر سازه در جهت مورد بررسی، بر حسب ثانیه.
T_s =زمان تناوب مشترک بین دو ناحیه ی شتاب ثابت و سرعت ثابت در طیف بازتاب طرح. به عنوان مثال مقدار T_s برای زلزله سطح خطر-1 مطابق آیین نامه 2800 و همچنین آیین نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله بر اساس جدول3-2 می باشد.

جدول 3-2: تعیین T_s
نوع زمین
To
Ts
خطر نسبی کم و متوسط
خطر نسبی زیاد و خیلی زیاد

S
S
I
1/0
4/0
5/1
5/1
II
1/0
5/0
5/1
5/1
III
1/0
7/0
75/1
75/1
IV
51/0
0/1
25/2
75/1
(آیین نامه بارگذاری پل ها، 1379)

= T زمان تناوب اصلی نوسان بر حسب ثانیه، این ضریب را می توان از رابطه زیر بر اساس روش بار یکنواخت و یا رابطه مشابه در روش توزیع بر اساس مد اصلی ارتعاش محاسبه نمود:
(3-7) T= 2π√(W/Kg)=2π√(M/K)
برای تعیین K(سختی جانبی پل) می توان یک بار فرضی به مرکز جرم عرشه پل وارد کرده و مسزان تغییر مکان عرشه را مشخص کردو سپس طبق رابطه F⁄∆ ،K بدست خواهد آمد.
=R نسبت مقاومت الاستیک تقاضا به ضریب مقاومت تسلیم محاسبه شده. نسبت مقاومت R برابر است با:
(3-8) R= S_a/(V_y⁄W)×Cm
= Cm ضریب جرم موثر در مود اول است که می تواند با استفاده از جدول 3-3 یا از تحلیل دینامیکی به دست آید.
جدول 3-3: ضریب اصلاح Cm
تعداد طبقات
قاب خمشی بتنی یا فولادی
قاب فولادی مهاربندی شده با محور های متقارب یا غیر متقارب
سازه با دیوار برشی
سایر سیستم های سازه ای
یک یا دو
1
1
1
1
سه و بیشتر
9/0
9/0
8/0
1
FEMA-356,2000))

ضریب C2 اثرات کاهش سختی و مقاومت اعضای سازه ای را بر تغییرمکان ها به دلیل رفتار غیر ارتجاعی آن ها منظور می کند و مقدار آن با استفاده از جدول 3-4 تعیین می شود.

جدول 3-4: مقادیر ضریب C2

سطح عملکرد

پایان نامه
Previous Entries منابع پایان نامه با موضوع اقتصاد دانش محور، اقتصاد دانش، توسعه دانش Next Entries پایان نامه با واژه های کلیدی 1/0T≤، مقادیرT، T≥TS