پیش تقویت پاشیدنی برای تیرهای بتن مسلح ( FRP پاشیدنی )
معرفى :
امروزه تقويت بوسيله بتن پیش ریخته ، پوشش ورق فولادي ، تقويت ، مسلح كردن با فيبر مانندكربن ، آراميد و شيشه بعنوان روشهاى تقويت زلزله اى براى سازه هاى بتنى بكار ميرود . اخيرا يك روش تقويت زلزله اى كه بصورت استفاده از ورقهاى پيوسته پوششى از اين فيبرها می باشد استفاده شده است و بخاطر دوام و قابل استفاده بودن اهميت بيشتري دارند هر چند موادي كه روش فيبرهاى پيوسته پوششى استفاده مي شوند گران قيمت است .
در زمينه تقويت سازه ها و ساختمانها در مقابل نيروى زلزله در آينده تنها روشهاى ساده تقويت با قيمتهاى پايين نبايد مورد توجه قرار گیرد رفتارهاى زلزله بايد كاملاً شفاف شود .
در اين مطالعه يك روش ساده ، جديد و ارزان جهت تقويت سازه هاى بتنى براى بالا بردن توان زلزله اى آن ساختمانها مورد بررسى قرار گرفته است ، اين روش با استفاده از فيبرهاى كوتاه با وينيل استر يك تركيب جديد از مواد براى تقويت زلزله است فيبرهاى كوتاه از جنس كربن و شيشه با رزين وينيل استر به محل مورد نظر در سازه بتنى پاشيده مي شود به اين حالت FRP پاشيدنى مي گويند .
برتريهاى استفاده از رزين وينيل استر نسبت به رزين اپكسى اين است كه در اين روش تقويت بيشتر و زمان كمترى براى گرفته شدن و خشك شدن نياز است . بعلاوه مشخصات مكانيكى رزين وینيل استر مانند مشخصات رزين اپكسى است در اين مواقع نتايج اين روش و نتايج آزمايش تير T شكل تحت بارگذارى غير متقارن گزارش شده است بعلاوه لنگر و رفتار پیچشى و خمشى بين FRP و بتن با استفاده از اسليتگزارش شده .
نتایج روش تقویتFRP پاشیدنی
شكل(1) ايده تقويت با FRP پاشيدنى را نشان مي دهد ، عكس (1) كارگاه ساختمانى نمونه هاى ستون اسپرى پاشيده شده را نشان مي دهد . در اين روش رزين از طريق يك لوله باريك بوسيله يك كپرسور هدايت ميشود ، رزين يا فيبرهاى كوتاه مانند كربن يا شيشه در نوک قسمت پاشنده مخلوط مي شود پس از ان مواد تقويت كننده مستقيماً به سطح مورد نظر پاشيده مي شوند ، سپس سطح بوسيله يك غلطك صاف ميشود ، رزين سخت مي شود و تمام قسمت سازه اى اسپرى شده (پاشيده شده ) ، بوسيله مواد FRP تقويت ميشود. اين روش تقويت زلزله اى را براى تمام اعضاى سازه اى مختلف امكانپذیر مي سازد كه ميتواند ستون ، تير ، ديوار ، دال و .... باشد كه بصورت منفرد و يا تمام قسمتهاى سازه اى داخل به همراه هم باشد .
روند اجراى تقويت پاشيدنى با FRP بصورت زير است :
گام اول :آماده کردن سطح مورد نظر
در اين مرحله سطح بتن بوسيله يك سنباده مكانيكى سائيده شده و با هوا تميز مي شود .
گام دوم :پوشش رزین اولیه
در ا ين مرحله رزين اوليه جهت ايجاد چسبندگى زياد بين بتن و رزين مقاومتى اصلى روى سطح انجام میشود.
گام سوم : آماده سازى قسمت بتني :
مناطق پله اى و یا غير هم سطح بر روى سطح بتن با بتونه پر مي شود و سطح را جهت جلوگیری از تنش موضعى ، FRP هواگیرى یك دست در سطح انجام مى شود . بعد از انكه بتونه خشك شد ، سطح دوباره سمباده زده ميشود .
گام چهارم : پوشش رزين :
در اين گام جهت بيشتر چسبناک كردن رزين ابتدا بوسيله يك پاشنده روى سطوح پاشيده مي شود .
گام پنجم : عمل اصلى اسپرى : (عكس 1)
رزين و فيبر كوتاه (SHORT) بر روى بتن در زمان مشابهى بهمراه هم پاشيده مي شوند . طول فيبر كربن و فيبر شيشه به ترتيب 2و 1.5 اینچ است .
گام ششم : اشباع ( عكس 2)
در اين مرحله هواى به دام افتاده با غلتك زدن خارج مي شود .
در اين مقاله جهت مقايسه رفتارهاى سازه اى FRP پاشيده شده نسبت به تقويت ورقه هاى پيوسته فيبر ، اماده سازیهاى اوليه اى مانند گامهاى 1 تا 3 انجام شده هر چند هدف رسيدن به مقاومت مناسب زلزله اى از گامهاى 4 به بعد جامه عمل مي پوشد .
مشخصات مکانیکیFRP پاشیده شده :
پنج نمونه از ماده پاشيده شدهFRP بصورت نمونه هاىA(JISK7054) آماده شده ، شرايط آماده كردن نمونه ها دقيقا مانند شرايط اصلى مي باشد . ضخامتFRP با كنترل زمان پاشيدن 3 میلیمتر در نظر گرفته شد تا سختى مشابهى با ورقه هاى فيبرى فيبركربن 200 gr/m داشته باشد ، بر اساس روشهاى آزمايشى كششى براى مواد تقويتى پلاستيكى از فيبر شيشه آزمايشى كششى نيز براى اين نمونه ها استفاده شده است .
جدول (1) نتايج آزمايشهاى كششى را جمع بندى مي كند . مناطق مقاطع شامل رزين در تنش مورد محاسبه منظور شده . مقاومت كششىFRP پاشيدنى حدود 70Mpa است و مقاومت در طول واحد نيز حدود 270 N/mm است . ضريب الاستيسيته 8 Gpa و سختى آن 24 KN/mm مى باشد . اين مقادير تقريباً مشابه مقادير ورقه هاى فيبر كربن به مشخصات 200 Kg/m , 26 KN/mm ميباشد .
| Elongation (%) | Elastic Modulus (Gpa) | Tensilc Strcngth (Mpa) | Thickncss (mm) | Width (mm) |
| 1.24 | 8.02 | 67.2 | 3.99 | 24.8 |
آزمایش خمش بینFRP و بتن
FRPپاشيده شده انعطاف زيادى براى ستون بتنى در سايتهاى ساختمانى بهمراه مى آورد . معلوم شده است كه رفتارهاى سازه اى تيرهايى كه بوسيله ورقه هاى فيبر تقويت شده بوسيله شرايط لنگر ورقه ها در گوشه هاى اتصال بين تير و دال تحت تأثير قرار گرفته است . در اين مقاله در نظر گرفته شده كهFRP پاشيده شده در محلهاى گوشه هاى تلاقى با استفاده از پر كننده هاى شكافFRP تحت لنگر قرار مي دهد . شكل (2) نشان مي دهد كه چگونهFRP پاشيدنى در دو سطح تلاقى استفاده مي شود . در اين روش يك پیش فرض وجود دارد كه مواد فولادى وجود ندارد ، در اين مقاله آزمايش خمش به وسيله نمونه هاى دو برابر برش جهت بررسى اثر تأثير شكافهاى پر كنندهFRP و آزمون متغيرهاى اثر اندازه شكافها مورد استفاده قرار ميگیرد .
نمونه های مورد استفاده برای آزمایش خمش
نمونه هاى مورد استفاده براى خمش بينFRP و بتن چنانكه در شكل (3) مي بينيد است . نمونه شامل يك منشور بتن(100*100*600 mm) كه در وسط شكاف دار است مي باشد كه با FRP تقويت شده است دو ميله فولادى در دو طرف نمونه هيچ اتصالى با هم ندارند و اين به آن معنا است كه دو منشور تنها از طريقFRP با هم اتصال دارند . نمونه شماره (1) جهت بررسي خمش خالص بين FRP و بتن شكاف نداشت ولى نمونه هاى (2) تا (4) داراى شكافهاى پر شده باFRP بودند.FRP موجود در شكافها باعث اعمال باربرى مكانيكى به بتن مي شود. پارامترهاى نمونه هاى عمق شكافها (5 ، 10 و 20 میلیمتر) بودند ليست نمونه ها به همراه نتايج آزمايش در جدول (2) آمده است . 3 نمونه براى متغيرهاي يك هدف آزمايش مورد آزمايش قرار گرفت .
بتن مورد استفاده در اين نمونه ها بتن با وزن معمولى و مقاومت فشارى و كششى به ترتيب32.8 MPa و 2.7 MPa مي باشد .
بارگذارى كششى استاتيكى در هر دو ميله دو طرف نمونه با ماشين كنترل خيز بارگذارى2 MN انجام شده است . بارگذاري و عرض ترک در شكاف وسط نمونه ها نيز اندازه گیرى مي شود . كرنشهاىFRP بوسيله ساعتهاى خيز سنج اندازه گيري شده و در شكل (3) نشان داده شده است .
| Failure type | At maximum load | Slit | Specimen | ||
| Crack width (mm) | Load (kN) | Depth (mm) | Width (mm) | ||
| Bond failure Bond failure Bond failure | 1.13 1.48 0.75 | 20.8 26.3 14.8 | No slit | No.1-1 -2 -3 | |
| Concrete shear FRP rupture Concrete shear | 1.22 1.78 1.41 | 24.1 24.2 27.1 | 5 | 40 | No.2-1 -2 -3 |
| FRP rupture Concrete shear Concrete shear | - 1.21 1.78 | - 23 31.2 | 10 | 40 | No.3-1 -2 -3 |
| FRP rupture FRP rupture FRP rupture | 1.46 0.79 1.37 | 30.2 16.9 26.3 | 20 | 40 | No.4-1 -2 -3 |
نمونه افت و بارگذاری حداکثر
نمونه شماره (1) بدون شكاف با جدا شدن خمشى بتن ازFRP منهدم شده و نمونه هاى (2) تا (4) در اثر پارگیFRP يا افت برشى بتن خراب شده است . نمونه هاى افتهاى معمول در عكسهای (2) نمايش داده شده است .
حداكثر بار براى نمونه هاى شماره (1) بينFRP پاشيده شده بتن 20.6 kN در متوسط سه نمونه ميباشد. با مقايسه اين مقدار با مقاومت خمشى ورقه هاى فيبر كربن در مي يابيم كه آنها هم سختى مشابهى دارند ، ميزان مقاومت خمشى حدودا 80% مقاومت خمشى تحليلي بوده است .
مقاومت لنگر شكافهاى پر شده باFRP بعلت غير خطى بودن معلوم نيست چرا كه نمونه هاى (2) تا (4) كه داراى اين شرايط بوده اند در اثر پارگیFRP يا افت برش بتن از بين رفته اند . هر چند عمق شكاف 5 میلیمتر خود به تنهايى جهت بوجود آوردن پارگیFRP موثر بوده است . متوسط حداكثر بار سه نمونه 97% مقاومت كششى بدست آمده از نمونه هاى نمونه بردارى شده مي باشد .
توضیح کرنشFRP
شكل (4) توضیح كرنشFRP را براى پنج نمونه نشان مي دهد . محورX فاصله بين مركز به مركز نمونه ها را نشان ميدهد . شكافهاى بين 80 و 120 میلیمتر در نمونه هاى (2) تا (4) مي باشند و در نمونه (1) مشاهده شده كه در يك مقطع شيب توزیع كرنش از مركز به سمت انتهاى نمونه به همراه افزايش بار حركت مي كند . اين اثر بعلت خارج شدن از حالت خمش در مادهFRP مي باشد .
در نمونه هاى (2) تا (4) كرنشها در فواصل دورتر از شكافها بسيار اندک است . از اين نتايج اين مطلب استنباط مي شود كه شكافهاى پر شده باFRP قابليت لنگر دادن بهFRP را دارد .
نمونه های استفاده شده برای آزمایش تیر
شكل (5) اندازه ها و جزئيات نمونه هاى تير را نشان مي دهد . نمونه ها به اندازه هاى یک سوم اندازه هاى واقعى تيرها و دالها ساخته شده اند ، اندازه : 300 ارتفاع و 200 عرض میلیمتر و نسبت برش 2 ميباشد . عرض و ضخامت دالها به ترتيب500 و 50 میلیمتر است .
متغير ازمايشی نوعى از لنگرFRP در سطوح تلاقى تير و دال مي باشد ، در نمونه (1) و (2)FRP بوسيله شكافهاى پر شده بوسيلهFRP تحت لنگر قرار گرفت . در نمونه (2) ميخهاى لنگر گیر M12 همچنين در سطح دال مورد استفاده قرار گرفته است . در نمونه(3)FRP تنها بوسيله ميخهاى لنگر گیرM12 به سطح دال متصل شده است . بلوک هاى فولادى همچنين جهت لنگر دهى FRP در نمونه دال مورد استفاده قرار گرفته است . ضخامتFRP ، 3 میلیمتر در نظر گرفته شد تا سختى مساوى ورقه هاى فيبر كربن تقويت كننده نمونه هاى (22) تا (23) باشد .
آرماتورهاى D13 با مقاومت جارى شدگی324 MPa و D4 با جارى شدگى 218 MPa به ترتيب به عنوان آرماتور اصلى و خاموت مورد استفاده قرار گرفته است . بتن مورد استفاده ، بتن با وزن معمولى و مقاومت 24 MPa مي باشد .
حداكثر قطر ريز دانه 15 میلیمتر و مقاومت فشارى و كششى آن به ترتيب26.9 Mpa و 2.05 Mpa می باشد .
سیستم بارگذاری و اندازه گیریها
هر نمونه تحت ممان خمشى غير متقارن در یك شكل بازگشتى قرار گرفته است ، زواياى انتقال از1/400 تا1/20 rad متغير بود . اندازه گیرى اين موارد تغيير مكانهاى افقى و عمودى بين بالا و پایين قطعه و کرنشهاى آرماتورهاى اصلی و خاموتها وFRP بود .
روند خراب شدن نمونه ها
نمونه ها پس از بارگذارى در عکس (3) نشان داده شده اند . تمام نمونه ها داراى بارگذارى پیچشى در دوره هاى بازگشت 1/100 انجام شده و در دومين سيكل بارگذارى تخريبFRP در گوشه هاى اتصال سطوح مشاهده شده است وFRP در قسمت كناره هاى تير داراى حالت خارج شدن از حالت خمشى بود . در نمونه شماره (4)FRP دور نمونه هاى فولادى در دومين سيكل بارگذارى به اندازه 1/5 rad خورد . پس از آن تخريبFRP جابجا شده در طول تركهاى برشى بتن ادامه پيدا كرد . در نمونه شماره (1) و (2) تركهاىFRP به دور گوشه تير در انتهاى تير در سيكل بارگذارى دوم به ميزان 1/5 rad اتفاق افتاد . در سيكل بارگذارى FRP , 1/33 rad در طول گوشه تير به سمت جهت محور تير پاره شد ، تخريب FRP در گوشه هاى تير در اين حالت مشاهده نشد .
نمودار نيروى برشى در مقابل زاويه انتقال در شكل (6) ديده ميشود . زاويه اى كه در آن افت زياد نيروى برشى مشاهده شد در نمونه هاى (1) (2) (3) و (4) مشاهده شد . همچنين در اين آزمایش موثر بودن شيارهاى پر شده باFRP براى انتقال لنگر در تير مشاهده شد .
مقایسه بین تقویتFRP با پاشیدنی و ورقهای فیبر کربن
نيروى برشى در مقابل منحنى زاويه انتقال با همين نمودارها در تقويت با ورقهاى فيبر كربن نشان داده شده است . نمونه هاى تيرT شكل با اندازه ها و مشخصات مشابه استفاده شده درFRP پاشيدني براى فيبر كربن استفاده شده تا تاثير تقويت ورق فيبر كربني را مورد بررسي قرار دهيم .
نمونه شماره (11) بوسيله ورقه هاى فيبر كربنى تقويت نشده بود و نمونه هاى شماره (22) و (23) يك لايه ورقه فيبر كربنى 200 KJ/m تقويت شده بود . در نمونه هاى (22) و (23) ورقهاى فيبر در گوشه هاى اتصال سطوح در تيرها بوسيله ميخهاى لنگر گير محكم شده بودند . در نمونه شماره (22)
ميخهاى لنگر گیر در هر دو سطوح تير و دال استفاده شده اند . در نمونه شماره (23) ورقه ها تنها به سطوح دال متصل شده بودند .
منحنى هاى ساختارى براى اين نمونه ها در شكل (7) نشان داده شده است . نمونه شماره (11) بدون نقاط پیچشی تنها در اثر برش از بين رفت . بقيه نمونه هاى (1) تا (4) حالت افت تخريب را به همراه شكل تخريب پیچشی دارا بودند . اثر تقويت بوسيلهFRP پاشيده شده ، شناخته شده است و با مقايسه نمونه هاى (1) تا (4) با نمونه هاى (22) و (23) نشان مي دهد كه رفتار FRP با فيبر كربن تا حدود1/5 rad مشاهده شده است . پس از گذشتن بارگذارى از1/33 rad نمونه هاى تقويت شده باFRP مقاومت شكننده ترى را نسبت به نمونه هاى تقويت شده با فيبر كربن نشان مي دهد .
اين بعلت تخريبFRP در گوشه هاى تيرهاست . مقاومت كششىFRP پاشيدنى و ورقه هاى فيبر كربن در واحد عرض به ترتيب268 KN/mm و 541 KN/mm است .
توزیع کرنش FRP
توزيعهاى کرنشFRP در بارگذارى حداكثر هر سيكل بارگذارى در شكل (8) نشان داده شده است . دياگرامهاى سمت چپ براى نمونه (2) و سمت راست براى نمونه (3) مي باشد . دياگرامهاى بالايى توزيعهاى کرنش را در كناره هاى تير و دياگرامهاى پايينى توزيعهاى كرنش را در گوشه هاى تير نشان ميدهد . حداكثر كرنشFRP حدود 3 تا درصد می باشد .
در نمونه شماره (2) كرنشهاى گوشه ها در دو انتهاى تير بيشتر از مقادير واقعى تخريب مي باشد و باعث پارگیFRP در گوشه ها مي شود . در نمونه شماره (3) كرنشهاى منفى اتفاق مي افتد . چرا كه حالت عكس خمشى در كناره هاى تير اتفاق مي افتد .
جمع بندی
اين روش تقويت بوسيله فيبرهاى شيشه با رزين وينيل استر قابل استفاده براى تقويت تيرهاى بتن آرمه ميباشد . جمع بنديها بصورت زير مي باشد
1) همه نتايج آزمايش خمش و آزمايش تیر نشان مي دهند كه شيارهاى پر شده توسطFRP براى انتقال لنگرFRP به بتن كارآيى دارد .
3) افتFRP در محلهاى برخورد سطوح بين تير و دال در حالت استفاده از انتقال ممان با شيارهاى پر شده ازFRP مشاهده نشد و در نهايتFRP در زاويه پیچش 1/5rad در كناره هاى تير شروع به پاره شدن ميكند .http://mahdihashemi.blogspot.com/
0 نظرات:
ارسال یک نظر