پديد آورنده :
عبدلي، مهشيد
عنوان :
تقويت پيچشي اعضاي بتن آرمه با كامپوزيت FRP به روش شيار زني
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مهندسي عمران-سازه
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
پانزده، 148ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
مقاوم سازي با FRP , پيچش , تلاشهاي داخلي تركيبي , شيار زني , مهار بادبزني FRP , مدل سازي تحليلي , مدل طراحي , تقويت پيچشي , پليمر مسلح به الياف (FRP)
عنوان فرعي :
مطالعه ي تحليلي و آزمايشگاهي بر تقويت پيچشي اعضاي بتن آرمه با كامپوزيت FRP به روش شيار زني
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/08/23
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/08/23
چكيده فارسي :
سازههاي بتن آرمه ممكن است به دلايل متعددي نياز به مقاوم سازي داشته باشند. با توجه به مزاياي كامپوزيتهاي FRP، يكي از روشهاي رايج مقاوم سازي اعضاي بتن آرمه مقاوم سازي با FRP است. يكي از موانع اصلي بهره برداري از بخش قابل توجهي از ظرفيت كامپوزيتهاي FRP در سيستمهاي مقاوم سازي، جدا شدگي زود هنگام FRP از سطح بتن است. به همين دليل ارائهي روشهاي موثر براي جلوگيري از جدا شدگي زود هنگام FRP از سطح بتن، همچون روش شيار زني، ضروري است. اين تحقيق شامل مجموعه اي از مطالعات آزمايشگاهي و تحليلي بر روي رفتار مقاطع بتن آرمهي مقاوم سازي شده با FRP تحت پيچش است. در بخش آزمايشگاهي، نمونههاي تير بتن آرمهي بالدار با ابعاد بال و جان 300×100 و 150×250 ميلي متر (عرض×ارتفاع) و طول 1500 ميلي متر ساخته شده و در دو گروه با استفاده از كامپوزيت FRP تقويت شدند. در نمونههاي گروه اول تاثير روش آماده سازي سطح (روشهاي EBR و EBROG) و همچنين تاثير نصب مهارهاي بادبزني FRP به عنوان جزئي از سيستمهاي مقاوم سازي بررسي شده است. در نمونههاي گروه دوم تاثير روش آماده سازي سطح (روشهاي EBR و EBROG) و نصب مهارهاي بادبزني FRP در سيستمهاي مقاوم سازي با عملكرد پيوستگي-بحراني و نسبت عرض به فاصلهي محور تا محور نوارهاي عرضي FRP بررسي شده است. به منظور تحليل ميدانهاي جابهجايي و كرنش نمونهها نيز، از روش همبستگي و رديابي تصوير ديجيتال (DIC) استفاده شد. مود شكست و نمودار پيچش-زاويه پيچش در نمونههاي تقويت شده نيز مقايسه شده است. در بخش تحليلي اين تحقيق، دو مدل تحليلي RA-STMT-FRP و CA-STM-FRP به ترتيب براي تحليل رفتار مقاطع بتن آرمهي مقاوم سازي شده تحت پيچش خالص و تحت تركيب تلاشهاي داخلي شامل پيچش آماده شد. مدل طراحي STMT-FRP نيز براي مقاوم سازي اعضاي بتن آرمهي تحت پيچش با FRP، با قابليت تعيين دقيق مود شكست مقطع ارائه شد. نتايج به دست آمده از آزمايش بر روي نمونههاي تير بتن آرمه نشان داد كه با تغيير روش نصب FRP از EBR به EBROG در سيستمهاي مقاوم سازي با عملكرد تماس-بحراني، اتصال FRP به بتن قويتر شده و تنشها به لايههاي عميقتر بتن منتقل ميشوند. مود شكست مقطع نيز از جدا شدگي زود هنگام FRP به پارگي FRP طولي تغيير كرده و لنگر پيچشي ترك خوردگي و ظرفيت پيچشي مقطع به ترتيب، 26 و 25 درصد افزايش يافت. نتايج به دست آمده از آزمايش بر روي نمونههاي گروه اول حاكي از اين بود كه نصب همزمان نوارهاي عرضي FRP به روش EBROG و مهارهاي بادبزني FRP لنگر پيچشي نظير ترك خوردگي، ظرفيت پيچشي و قابليت تغيير شكل پذيري مقطع را به طور قابل توجهي افزايش ميدهد. نتايج آزمايش بر روي نمونههاي گروه دوم نيز نشان داد كه با نصب مهارهاي بادبزني FRP در بال مقطع، لنگر پيچشي نظير ترك خوردگي و ظرفيت پيچشي مقطع به ترتيب، 39 و 40 درصد نسبت به نمونهي شاهد افزايش مييابد. در الگوهاي تقويت با عملكرد تماس-بحراني نيز، نصب مهارهاي بادبزني FRP عملكرد سيستم را به حالت پيوستگي-بحراني تغيير داده و لنگر نظير ترك خوردگي و ظرفيت پيچشي مقطع نسبت به نمونهي شاهد به ترتيب، 63 و 43 درصد افزايش يافت. در نمونههاي تقويت شده با الگوهاي تقويت دورپيچ كامل نيز، نصب مهارهاي بادبزني FRP قابليت تغيير شكل پذيري سيستم را به طور قابل توجهي افزايش داده است. به منظور ارزيابي صحت عملكرد مدلهاي تحليلي، مجموعهاي از نمونههاي آزمايشگاهي از مطالعات گذشته، جمع آوري و سپس نتايج تحليلي و آزمايشگاهي مربوط به اين نمونهها مقايسه شد. مقايسهي منحني پيچش-زاويهي پيچش حاصل از مدل تحليلي CA-STM-FRP با نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه نسبت ظرفيت پيچشي محاسبه شده توسط اين مدل تحليلي به ظرفيت پيچشي گزارش شده توسط مطالعات آزمايشگاهي به طور متوسط براي 13 نمونه 81/0 بوده و انحراف معيار آن 6% است. مقايسهي منحني پيچش-زاويهي پيچش در مدل تحليلي RA-STMT-FRP نيز با نتايج آزمايشگاهي نشان داد كه نسبت ظرفيت پيچشي محاسبه شده توسط اين مدل تحليلي به ظرفيت پيچشي گزارش شده توسط مطالعات آزمايشگاهي به طور متوسط براي 32 نمونه برابر با 02/1 است و داراي انحراف معيار 8% است كه حاكي از دقت مناسب اين دو مدل تحليلي است.
چكيده انگليسي :
Reinforced concrete (RC) structures may require strengthening for the various reasons. Considering the advantages of Fiber Reinforced Polymers (FRP) composites, one common method of strengthening RC elements is through FRP strengthening. One of the main obstacles to utilize a significant portion of FRP composites’ capacity in strengthening systems is the premature debonding of FRP sheets from the concrete surface. Therefore, it is necessary to present effective methods to prevent premature debonding of FRP from the concrete surface, such as the grooving method. This research includes a series of experimental and analytical studies on the behavior of FRP-strengthened reinforced concrete members under torsion. In the experimental phase, reinforced concrete specimens were constructed and strengthened using FRP composites in two groups. The influence of surface preparation methods (EBR and EBROG methods) and the installation of FRP anchors as a part of the strengthening systems were examined in the specimens of the first group. In the specimens of the second group, the effect of surface preparation methods (EBR and EBROG methods), the installation of FRP anchors in contact-critical strengthening systems were investigated. Digital Image Correlation (DIC) and torque-twist method were used to analyze the displacement and strain fields of the specimens. The failure mode and torque-angle curves in the strengthened specimens were also compared. In the analytical phase of this research, two analytical models, RA-STMT-FRP and CA-STM-FRP, were prepared to analyze the behavior of FRP-strengthened reinforced concrete members under pure torsion and the combination of loads, including torsion. The STMT-FRP design model was also presented for the strengthening of reinforced concrete members under torsion with FRP sheets, with the capability of accurately determining the section’s failure mode. The results obtained from the experiments on the reinforced concrete specimens showed that by changing the FRP installation method from EBR to EBROG in contact-critical strengthening systems, the FRP-to-concrete joint became stronger, and stresses were transferred to deeper concrete layers. The section’s failure mode also changed from premature debonding of FRP to longitudinal FRP rupture, resulting in a 54% and 25% increase in the torsional cracking and torsional capacity of the section, respectively. The test results of the first group indicated that simultaneous installation of transverse FRP strips using the EBROG method and FRP fans significantly increases the torsional capacity, torsional ductility, and deformability of the section. The test results of the second group also showed that by installing FRP fans in the section’s web, the torsional capacity and torsional ductility increased by 39% and 40%, respectively, compared to the control specimen. In the bond-critical strengthening systems, the installation of FRP fans changed the system’s behavior to contact-critical mode, resulting in a 63% increase in torsional ductility and a 43% increase in torsional capacity compared to the control specimen. In the specimens strengthened with complete wrapping patterns, the installation of FRP fans significantly increased the system’s deformability. To evaluate the accuracy of the analytical models, a set of experimental specimens from the previous studies was collected, and the analytical and experimental results related to these specimens were compared. The comparison of the torque-angle curve obtained from the CA-STM-FRP analytical model with the experimental results showed that the calculated torsional capacity by this analytical model had an average ratio of 81.0% to the reported torsional capacity from the laboratory studies for 13 specimens, with a standard deviation of 6%, indicating the reasonable accuracy of these two analytical models.
استاد راهنما :
داود مستوفي نژاد , محمدرضا افتخار
استاد داور :
عليرضا سلجوقيان , ابوالفضل اسلامي حسنآبادي