توصيفگر ها :
آزمايش برش مستقيم , روش شيار زني (EBRIG) , عرض موثر ورق تقويتي , سرعت سنجي تصويري ذرات (PIV)
چكيده فارسي :
امروزه بهره گيري از كامپوزيت‌هاي FRP به يكي از متداول‌ترين روش‌ها در تقويت سازه‌هاي بتن آرمه تبديل شده است. كامپوزيت‌هاي FRP به كمك روش نصب خارجي (EBR) به سطح بتن متصل مي‌شوند. بزرگ‌ترين مشكلي كه اعضاي بتن آرمه‌ي تقويت شده با روش EBR با آن مواجه هستند، وقوع پديده‌ي جدا شدگي كامپوزيت‌هاي FRP از سطح بتن است. در سال‌هاي گذشته، تلاش‌هاي محققين دانشگاه صنعتي اصفهان در راستاي بهبود عمل‌كرد اتصال كامپوزيت‌هاي FRP به بتن منجر به ابداع روش‌هاي جديد شيار زني شده است. اين روش‌ها با نام‌هاي نصب خارجي روي شيار (EBROG)، نصب خارجي داخل شيار (EBRIG) و نصب خارجي داخل و روي شيار (EBRIOG) شناخته مي‌شوند. بررسي‌هاي اوليه حاكي از برتري روش EBRIG در مقايسه با ساير روش‌ها است. به جهت وجود چالش‌هاي متعدد در انجام آزمايش برش مستقيم براي نمونه‌هاي تقويت شده به روش EBRIG، مطالعات معدودي براي شناخت رفتار اتصال FRP به بتن در اين روش انجام شده است. در پژوهش حاضر، براي اولين بار تاثير پارامتر‌هاي عمق و عرض شيار بر روي عمل‌كرد اتصال FRP به بتن در روش EBRIG مورد بررسي قرار گرفت. هم‌چنين با معرفي مفهوم عرض موثر ورق تقويتي، شرايط مشابهي به منظور مقايسه‌ي اتصال در روش‌هاي EBROG و EBRIG ايجاد شد. در همين راستا 30 نمونه‌ي منشور بتني با ابعاد 350×150×150 ميلي متر ساخته شد و با استفاده از روش‌هاي EBR، EBROG و EBRIG تقويت شدند. نتايج حاصل از آزمايش برش مستقيم نشان داد كه روش‌هاي شيار زني با انتقال تنش‌هاي برشي به لايه‌هاي قوي‌تر بتن منجر به افزايش مقاومت اتصال نسبت به روش EBR مي‌شوند به طوري كه تنش نهايي ايجاد شده در كامپوزيت FRP در روش‌هاي EBROG و EBRIG به ترتيب به ميزان 133 و 239 درصد افزايش يافت. در نمونه‌هاي تقويت شده به روش EBRIG مشاهده شد كه در عمق شيار ثابت 5 و 10 ميلي متر ، افزايش عرض شيار از 5 به 10 ميلي متر و از 10 به 15 ميلي متر به ترتيب موجب افزايش و كاهش تنش كامپوزيت FRP به هنگام گسيختگي اتصال مي‌شود. لازم به ذكر است به ازاي عمق ثابت 15 ميلي متر، افزايش عرض شيار از 5 به 10 ميلي متر و از 10 به 15 ميلي متر باعث افزايش تنش نهايي ايجاد شده در ورق FRP شد. هم‌چنين به ازاي عرض ثابت شيار، افزايش عمق شيار از 5 به 10 ميلي متر باعث افزايش تنش نهايي ورق تقويتي شد اما با افزايش عمق شيار از 10 به 15 ميلي متر، تنش نهايي FRP كاهش يافت. در اين مطالعه، نمونه‌ي تقويت شده به روش EBRIG با شيار مربعي با ابعاد 10 ميلي متر بهترين عمل‌كرد را از خود نشان داد و با تحمل تنشي معادل 97 درصد ظرفيت نهايي كامپوزيت FRP منجر به حذف پديده‌ي جدا شدگي ورق تقويتي شد. در اين نمونه گسيختگي اتصال به صورت پارگي ورق FRP بود. در ادامه نتايج به دست آمده از تحليل PIV حاكي از كاهش طول موثر اتصال در نمونه‌هاي تقويت شده به روش EBROG در مقايسه با روش EBR بود. از طرفي روش EBRIG باعث افزايش طول موثر اتصال در مقايسه با روش‌هاي EBR و EBROG شد؛ به طوري كه استفاده از شيار با عمق 15 ميلي متر در روش EBRIG منجر به گسترش تنش و كرنش ناشي از بارگذاري در تمام طول اتصال FRP به بتن شد. در نهايت، نتايج بررسي‌ها نشان داد كه استفاده از روش EBRIG در اتصال FRP به بتن، باعث افزايش سطح زير نمودار بار-لغزش در مقايسه با روش EBR و EBROG به ترتيب به مقدار 270 و 185 درصد شد.
چكيده انگليسي :
In recent decades, the utilization of FRP composites has become one of the most common methods for strengthening reinforced concrete structures. FRP composites are bonded to the concrete surface using the Externally Bonded Reinforcement (EBR) technique. The major issue faced by reinforced concrete members strengthened with the EBR method is the occurrence of debonding of FRP composites from the concrete surface. In recent years, the efforts of researchers at Isfahan University of Technology(IUT) to improve the performance of FRP-to-concrete bonding have led to the development of new grooving techniques. These methods are known as Externally Bonded Reinforcement on Grooves (EBROG), Externally Bonded Reinforcement in Grooves (EBRIG), and Externally Bonded Reinforcement in and on Grooves (EBRIOG). Preliminary investigations indicate the superiority of the EBRIG method compared to other methods. Due to various challenges in conducting lap-shear tests on specimens strengthened by the EBRIG method, few studies have been conducted to understand the behavior of FRP-to-concrete bonding in this method. In the present study, for the first time, the effect of groove depth and width on the performance of FRP-to-concrete bonding in the EBRIG method was investigated. Additionally, by introducing the concept of effective width of the strengthening sheet, similar conditions were created to compare the bonding in the EBROG and EBRIG methods. Accordingly, 30 concrete prism specimens with dimensions of 350×150×150 mm were constructed and strengthened using the EBR, EBROG, and EBRIG methods. The results from the direct shear tests showed that grooving techniques, by transferring shear stresses to stronger layers of concrete, led to an increase in bonding strength compared to the EBR method, with the ultimate stress in FRP composites in the EBROG and EBRIG methods increasing by 133% and 239%, respectively. In specimens strengthened by the EBRIG method, it was observed that at a constant groove depth of 5 and 10 mm, increasing the groove width from 5 to 10 mm and from 10 to 15 mm respectively resulted in an increase and a decrease in FRP composite stress at the time of bond failure. It should be noted that at a constant groove depth of 15 mm, increasing the groove width from 5 to 10 mm and from 10 to 15 mm led to an increase in the ultimate stress in the FRP sheet. Furthermore, at a constant groove width, increasing the groove depth from 5 to 10 mm resulted in an increase in the ultimate stress in the strengthening sheet, but increasing the groove depth from 10 to 15 mm led to a decrease in the ultimate FRP stress. In this study, the EBRIG-strengthened specimen with a square groove of 10 mm dimensions exhibited the best performance, enduring stress equivalent to 97% of the ultimate capacity of the FRP composite, effectively eliminating the phenomenon of debonding of the strengthening sheet. In this specimen, bond failure occurred as a rupture of the FRP sheet. Furthermore, the results obtained from the Particle Image Velocimetry (PIV) analysis indicated a reduction in the effective bond length in specimens strengthened by the EBROG method compared to the EBR method. On the other hand, the EBRIG method resulted in an increase in the effective bond length compared to the EBR and EBROG methods, such that the use of a 15 mm deep groove in the EBRIG method led to the distribution of stress and strain induced by loading throughout the entire length of the FRP-to-concrete bond.
