دانلود ‫پروژه تکنولوژی بتن

عنوان:مقاوم سازی تیر مرکب بتن فولادبا استفاده از CFRP
خلاصه: همواره استفاده از موادکمپوزیتِ پیشرفته برای احیای فرسودگیِ زیر بنا سرتاسر جهان را در بر گرفته است.تکنیک های موجود در عرف فعلی برای تقویت پل های غیر استانداردگران و وقت گیر است وبه کار ونیروی انسانی زیادی دارد.چند روش جدید از لایه های فیبرهای تقویت شده پلیمری (FRP) برای اهداف تعمیر وبازسازی استفاده کردند،که این فیبرها دارای وزن کم ومقاومت بالا هستند ودربرابر خوردگی نیز مقاوم اند.ظرفیت باربری تیر مرکب بتن فولاد با استفاده از فیبرکربن تقویت شده پلیمری (CFRP) که با چسب اپوکسی چسبانده شده اند و برای مقاومت در برابر کشش ساخته شده اند می تواند بطور قابل بهبود یابد.این مقاله نتایج مطالعه و تحقیق بر روی رفتا تیر مرکب بتن وفولاد که با ورق های CFRP تقویت شده است در زیر بارهای استاتیکی را ارائه می دهد.جمعاً سه اندازه بزرگ تیر مرکب که از تیرهای فولادی با سایز13.6 ×W355 - A36 ودالی بتنی به ضخامت 75mmو عرض910mm ساخته شدو مورد آزمایش قرار گرفت.ضخامت ورق های CFRP ثابت بود ولی تعداد آنها در هر نمونه بصورت یک،سه وپنج لایه بود.نتایج آزمایش نشان داد که ورق های CFRP چسبانده شده با اپوکسی ظرفیت باربری نهایی تیر مرکب را افزایش می دهد و رفتار آن را می توان تا حد قابل قبولی با روش های سنتی محاسبه پیش بینی کرد.

معرفی
در طی35 سال گذشته انجمن راه و حمل و نقل آمریکا(AASHTO) و وزارت راه و ترابری دولت فدرال(FHWA) برنامه هایشان را برای ارزیابی پل ها در هر شش ماه یکبار ارتقا داده اند معلوم شد که یک سوم پل های بزرگ راه های ایالات متحده که مورد بررسی قرار گرفته بودند غیر استاندارد هستند.

براساس آخرین اطلاعات و آمار مرکزملی فهرست پل ها (NBI) تعداد پل های بزرگ راه ها که عملاً منسوخ
شده‌اند بیش از 81000 است.

بیش از 43 درصد این پل ها از فولاد ساخته شده اند.پل های فولادی جزء گروهی بودند که در گزارش NBI بیشترین تأکید در بازسازی آن ها گوشزد شده بود.

زنگ زدگی، نقص در نگه داری مناسب و خستگی جزئیات آسیب پذیر مشکلات عمده در پل های فولادی بود.همچنین تعداد زیادی از این پل ها برای تحمل بار عبور مرور بیشتر نیاز به ارتقا و احیا خواهد داشت.در گزارشات NBI همواره قید شده است که تعمیر ونوسازی احیاء به صرفه تر از ساخت دوباره یک پل جدید است.هزینه بازسازی وتعمیردراکثرمواردخیلی ارزان ترازدوباره ساختن است همچنین به وقت کمتری نیزنیازدارد.درنتیجه مدت کمتری خدمات شهری دچار اختلال می شود.با توجه به منابع محدود برای کاستن از مشکلات مربوط به پل های فولادی نیاز به مواد جدید و نو و روش های مقرون به صرفه بدیهی است .

برتری خواص فیزیکی و مکانیکی FRPها آن ها را به موارد خوبی برای تعمیر و بازسازی سازه ها بدل کرده است.FRP ها از نخ هایی با مقاومت بالا ساخته شده اند؛(با مقاومت کششی بیش از 2گیگا پاسکال)مثل شیشه،کربن کولار (نوعی فیبرصند گلوله) که در شبکه از رزین گذاشته شده است.

کمپوزیت های شیشه(فایبر گلاس) به آسانی در دسترس هستند و واقعاً هم ارزان هستند.آنها در مصالح ساختمانی از جمله بتن به کار رفته اند ولی ضریب کششی کم این کمپوزیت ها آن ها را برای تقویت وتعمیر سازه های فولادی بلا استفاده کرده است در حالی که CFRP ها خواص میکانیکی قابل ملاحظه ای از خود نشان می دهند به طوری که مقاومت کششی آن 1200مگا پاسکال ومدول الاستیسیته آن ها بیش از 140گیگا پاسکال است.همچنین ورق های CFRP کمتر از یک پنجم فولاد وزن دارد و در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم اند.

لایه های CFRP با ضریب مدول کششی بالا که بوسیله اپوکسی چسبانده شده اند می توانند در برابر تنش های کششی یک عضو کششی مقاومت کنند و سختی تیر سراسری را افزایش دهند.با اضافه کردن لایه های CFRP به عضو کششی تنش در آن کاهش خواهد یافت و به همین ترتیب مدت زمان تسلیم عضو نیز بهبود خواهد یافت.در طول یک دهه اخیر پژوهش های زیادی بر روی تعمیر و بازسازی تیرهای بتنی بوسیله FRP ها که اپوکسی بهم چسبانده شده اند صورت گرفته است ولی پژوهش های اندکی در مورد استفاده از این مواد برای تقویت تیرهای فولادی و تعمیرشان به وسیله این مواد انجام شده است.

این مقاله تأثیر CFRP های چسبانده شده با اپوکسی را در تنش موجود در بال تیر آهن به کار رفته در یک تیر مرکب بتن فولادو همچنین بهبود ظرفیت باربری وسختی آن را مورد بررسی قرار می دهد.

کارهای قبلی
معمولی ترین روش مرمت پل ها موارد زیر هستند
1 تقویت اعضا
2 اضافه کردن تعداد اعضا
3 افزایش رفتار کمپوزیت(یکپارچه مرکب)
4 ایجاد پیوستگی در استحکام
5 پُستtensioning
به کلی روش های سنتی که دربالا ذکر شد به ماشین آلات سنگین و قطع خدمات شهری به مدت طولانی نیاز دارند و بسیار گران هستند.و در بیشتر موارد میزان منابع مورد مصرف برای حل مشکل را هم در نظر نمی گیرند.

به عنوان مثال، سالها استفاده از ورق های فولادی جوش داده شده برای تعمیر و تقویت سازه های موجود عمومی ترین روش برای این کار بوده است.

اولین استفاده از این روش، به سال 1934 در فرانسه برمی گردد در زمانی که یک پل 73 ساله تقویت شد.

ضعف های عمومی ورق های جوش داده شده موارد زیر هستند:
1 برای آوردن و جوش دادن ورق های فولادی به ماشین آلات سنگین نیاز بود.

2 حساسیت جزئیات جوش در برابر فرسودگی
3 امکان ایجاد خوردگی (سوختن) در اثر شوک الکتریکی ما بین صفحات و عضو موجود برای اتصال آن ها به هم پژوهش های زیادی بر روی استفاده از ورق های فولادی به هم چسبیده با اپوکسی برای تقویت سازه های بتنی و فولادی انجام شده است.

اولین گزارش به سال1964 برمی گردد در بندر«دوربان» در آفریقای جنوبی ، که تقویت در یک تیر بتنی در هنگام ساخت به صورت تصادفی جا مانده بود.

( تیر مسلح نبود ).

تیر بتنی با ورق های فولادی بوسیله اپوکسی در برابر تنش کششی مقاوم شد.

در ژاپن نیز با همین روش بیش از 200 بزرگ راه مرتفع بتنی که معیوب بودند تقویت شدند.

در یک تحقیق اجرا شده در دانشگاه مریلند، چسباندن و پیچ کردن انتهای ورق های
در یک تحقیق اجرا شده در دانشگاه مریلند، چسباندن و پیچ کردن انتهای ورق های فولادی به تیرهای فولادی برای ایجاد یک تیر محکم در افزایش مدت فرسودگی سیستم مورد بررسی قرار گرفت آن ها عمر فرسودگی را 20 برابر حالت جوش دادن صفحات گزارش دادند.

در تحقیق دیگری که در دانشگاه فلوریدای جنوبی اجرا شد، امکان استفاده از CFRP در تعمیر پل های دارای تیر مرکب بتن ـ فولاد مورد بررسی قرار گرفت.

آن ها جمعاً 6 تیر آهن با مقطع 11×W203 را به یک دال بتنی با عرض 711 میلی متر و ضخامت 115 میلی متر متصل کردند.

ورق های CFRP مورد استفاده در این تحقیق65/3 متر طول 150 میلی متر عرض داشتند که دارای دو ضخامت متفاوت 2و5 میلی متر بودند.

در آن تحقیق ذکر شد که لایه های CFRP توانستند ظرفیت نمایی باربری تیرهای مرکب را به میزان قابل توجهی بالا ببرند.

فوائد استفاده مواد مرکب پیشرفته در پل هایی که در حال خراب شدن هستند،در دانشگاه ایالتی دِلاوِر مورد بررسی قرار گرفت.در یک بخش از آزمایشاتشان در اندازه کوچک آن ها8 تیرآهن با مقطع 4.5 × W203 به طول 52/1 را در پنج آرایش متفاوت به کار بردند.آن ها متوسط افزایش مقاومت را در سیستم تجهیز شده باCFRP را 60 درصد گزارش دادند .همچنین آن ها دو تیر بطول 4/6متر که دچار خوردگی بودند آزمایش وتعمیر کردند که تیرها از نوع پروفیل های استاندارد I شکل IPB با عرض بال 230 میلی متر بودند.نتایج آن نشان داد که در سختی حدود 25% و در ظرفیت باربری نمایی 100% افزایش داشته اند.

با توجه به این که تحقیقات کمی برروی تأثیر ورق هایCFRP چسبیده شده با اپوکسی برای تحمل تنش بال تیر مرکب بتن وفولاد انجام شده است این تحقیق برای بررسی این متد اجرا شده است.

نتایج تجربی نیز با متدهای سنتی محاسبه مقایسه شده اند مؤلفان این مقاله در یک مقاله جداگانه ارتباط خوردگی در اثر شوک الکتریکی را زمانی که CFRP در اتصال با فولاد استفاده شده اند را بررسی کرده اند نتایج این تحقیق حاکی از آن بود که خوردگی های در اثر شوک الکتریکی مهم نیستند ولی می توان باگذاشتن یک نازک چسب یا یک لایه کمپوزیت غیر فلزی بین فولاد و CFRPهمین ضررها را نیز کاهش داد.

تحقیق تجربی تاثیرورق های CFRP چسبانده شده با چسب اپوکسی در بالابردن ظرفیت بار بری نهایی تیرهای مرکب در سه اندازه بزرگ از تیرهای تقویت شده با ورق های فیبر کربن که عمل پل تراسیون* بر روی آن ها انجام شده مورد بررسی قرار گرفته است.(پل تراسیون در آخر مقاله توضیح داده شده است)به منظور مشاهده تأثیر این تکنیک،سه حالت مختلف ازورق های CFRP مورد بررسی قرار گرفته است.

تیرهای یکجور بوسیله ورق های یک،سه و پنج لایه مقاوم شده اند.طول سرتاسری ورق هایCFRP یکسان بود و محل برش برای هر لایه برای جلوگیری از خرابی ناگهانی در نقاط انتهایی به دلیل تمرکز تنش به صورت دال بری بود.

مواد: اندود چسب چسب لزج و غلیظ اپوکسی که دارای دو جزء ترکیبی است برای چسباندن لایه به سطح بال تیرها به کار برده شده است نسبت ترکیب اپوکسی به صورت یک حجم رزین (بیسفنولA قلیایی) و یک حجم سخت کننده(پلی اتیلن پلی آمین)است.

این اپوکسی دارای زمان گِرس اولیه 30 دقیقه ای است(در دمای اتاق)0 بعد از دو روز در دمای 25C گِرس نهایی را دارد این اپوکسی سریعاً سخت می شود و برای موارد کار در بالای سر ایده آل است.

اپوکسی چسب با غلظت کمتر اپوکسی برای چسباندن لایه ها به یکدیگر به کار برده شده است نسبت ترکیب اپوکسی دو حجم رزین (بیسفنولA قلیایی) و یک حجم سخت کننده (پلی آمید) است این اپوکسی دارای زمان گِرس اولیه یک ساعت در دمای اتاق و بعد از 7 روز در دمای 25co گِرس نهایی را دارد این اپوکسی مدت بیشتری به صورت ژلاتینی است و ویکوزیته کمتری دارد و برای تضمین پر کردن کوچکترین فصای خالی مابین ورقه های CFRP به کار برده شده است .

CFRP ورق استفاده شده از نوع فیبر کربن که عمل پل تراسیون بر روی آن انجام شده است، یک سویه با عرض 1.27 میلی متر است .

بعد از تست 16 عدد از نوارهایی با طول 400 میلی متر و عرض 25 میلی متر،مقاومت کششی در حدود 2137 مگا پاسکال ، مدول الا سیسته 144 گیگا پاسکال و نسبت پواس 0.34 به دست آمد .

نمودار تنش کرنش برای نوارهای CFRPدر کشش تک محوری در شکل1(a) نشان داده شده است.

فولاد برای آزمایش از فولادِ 13.6×W355 ـ A36 گرم غلطک خورده استفاده شده است.یک تست کشش تک محوری روی هفت نمونه بریده شده با طول معیار 125 میلی متر و عرض معیار 25 میلی متر و ضخامت بال9.5 میلی متر و جان6.4 میلی متر انجام شده در نمونه های بریده شده بال و جان متوسط مقدار مقاومت ارتجاعی برای بال و جان به ترتیب 381.9,354.9 مگا پاسکال و مدول الاستیسیته برای بال و جان به ترتیب 177.5,198.3 گیگا پاسکال و ضریب پواسن برای بال و جان به ترتیب 0.299,0.305 به دست آمد0 نمودار تنش کرنش برای بال تحت کشش تک محوری در شکل 1(b) نشان داده شده است .

حداقل تقویتی نیز در دال بتنی در برابر دما و انقباض با استفاده از یک شبکه میلگردی جوش داده شده مسطح به ابعاد 6.4×150×150 میلی متر ایجاد شد.

بتن: بتن سفارش داده شده دارای مقاومت فشاری 15.5 مگا پاسکال بود و طرح اختلاط بصورت اسلامپ 100mm که بزرگترین اندازه درشت دانه آن 10 میلی متر بود تهیه شده بود.دوازده استوانه با اندازه150×75 میلی متر برای قالب تهیه شد و هنگام گرفتن همراه با تیرها نگه داری شد.

نمونه در زیر فشار تک محوری قبل از اینکه تیر ها آزمایش شوند تست شدند.مقاومت فشاری و مدول الاسیتسیته و بتن بترتیب 16.6 مگا پاسکال و13.84 گیگا پاسکال بود نمودار تنش کرنش بتن زیر فشار تک محوری در شکل 1(c) آمده است.

آماده کردن نمونه ها و تجهیزات مقطع پروفیل های فولادی در اولین برش به طول های 49 متری بریده شد و سپس گل میخ های برش گیر به قطر 13 میلی متر و ارتفاع 51 میلی متری به بال بالایی(بال فشاری) در دو ردیف به فاصله 1.25 میلی متر از مرکز گل میخ ها نسبت به هم