توصيفگر ها :
مقاوم سازي , ورق FRP , روش شيار زني EBROG , جدا شدگي , يادگيري ماشين , پردازش تصوير
چكيده فارسي :
يكي از مهمترين مسائلي كه در مقاوم سازي اعضاي بتني با استفاده از ورق FRP مورد توجه قرار ميگيرد، فراهم نمودن بستري مناسب جهت اتصال ورق به سطح مورد نظر است كه تاثير زيادي بر عملكرد عضو سازهاي دارد. اگر چه روش نصب خارجي بر روي سطح (EBR) به عنوان يكي از متداولترين و پر كاربردترين روشهاي تقويت با ورق FRP شناخته ميشود، وقوع جدا شدگي زود رس از مشكلات اساسي اين روش است. براي مرتفع نمودن اين مشكل، روش شيار زني ابداع شد كه بدون نياز به آماده سازي سطحي، باعث به تاخير انداختن پديدهي جدا شدگي و حتي حذف آن ميشود. با وجود محاسن روش شيار زني و برتري آن نسبت به روش EBR، هنوز آيين نامهاي براي تقويت سازههاي بتني با اين روش تدوين نشده است و اين امر، مطالعات جامعتري را طلب ميكند. به منظور بررسي اثر تغييرات عرض و عمق شيار بر عملكرد اتصال ورق FRP به بتن بر اساس دو رويكرد بار نهايي و بار جدا شدگي و نيز صحت سنجي روابط ارائه شده توسط محققين براي تقويت به روش EBROG، آزمايشهاي برش مستقيم بر روي اتصالات EBR و EBROG (داراي تك شيار) انجام شد. از ديدگاه حداكثر بار، نمونهي 510-G (عمق عرض به ميلي متر) با حداكثر بار 4/14 كيلو نيوتن و از ديدگاه بار جدا شدگي، نمونهي 105-G با بار جدا شدگي 7/12 كيلو نيوتن به عنوان نمونه با ابعاد شيار بهينه در نظر گرفته شدند. مدل XGBoost Regression با ضريب تعيين 9041/0 به عنوان دقيقترين مدل يادگيري ماشين براي پيش بيني حداكثر بار اتصال ورق FRP به بتن انتخاب شد. بر اساس اين مدل، افزايش مقاومت فشاري بتن از 25 تا 45 مگا پاسكال و نيز كاهش فاصلهي شيارها در اكثر حالات منجر به افزايش بار نهايي اتصال شد. همچنين، براي بتن با مقاومت فشاري 25 تا 45 مگا پاسكال، گروه شيار بهينه و قابل اجرا براي دست يابي به حداكثر بار اتصال به صورت 15@10×5 ميلي متر (فاصلهي مركز تا مركز شيارها @ عمق عرض) تعيين شد. علاوه بر اين، عمق بهينهي شيار كه بيشترين بار اتصال را فراهم ميكند، براي هر چهار گروه شيار s@hg5/2، s@hg5، s@hg10 و s@hg15 ميلي متر و در تمامي سطوح مقاومت فشاري بتن، برابر با 10 ميلي متر به دست آمد. گروههاي شيار s@hg10 و s@hg15 ميلي متر نيز بار نهايي يكساني نشان دادند؛ يعني افزايش عرض شيار از 10 به 15 ميلي متر منجر به بهبود ظرفيت باربري نشد. در آزمايشهاي خمش چهار نقطهاي بر روي تيرهاي بتن آرمهي تقويت شده با ورق FRP به روش EBROG، گروه شيار 15@105 ميلي متر بهترين عملكرد را در افزايش ظرفيت باربري تير داشت. در يك عرض شيار ثابت، افزايش عمق شيار از 5 به 10 ميلي متر باعث افزايش ظرفيت باربري تير شد. با افزايش عمق شيار از 5 تا 15 ميلي متر در گروه شيار 15@hg5 ميلي متر، عمق بهينهي 10 ميلي متر مشهود بود؛ در حالي كه با افزايش عمق شيار از 5 تا 15 ميلي متر در گروه شيار 20@hg10 ميلي متر، ظرفيت باربري افزايش يافت. راهنماي 17-R440.2 ACI ظرفيت باربري تيرهاي تقويت شده به روش EBR با عرض ورق FRP در بازهي 30 تا 80 ميلي متر را 13 تا 20 درصد بيشتر از مقادير تجربي پيش بيني نمود. كرنش ورق FRP در مقطع بحراني و همچنين در ناحيهي خمش خالص براي تيرهاي بتن آرمهي تقويت شده به روش EBR بين 41 تا 73 درصد كرنش جدا شدگي ورق در راهنماي مذكور به دست آمد. اين بدان معنا است كه جدا شدگي ورق در كرنشهايي به مراتب پايينتر از مقادير پيش بيني شده در اين راهنما رخ داده است و بنا بر اين، رابطهي كرنش جدا شدگي مندرج در اين راهنما نيازمند باز نگري براي برآورد دقيقتر كرنش جدا شدگي است. در تيرهاي بتن آرمهي تقويت شده به روش EBROG با مقاومت فشاري بتن 35 مگا پاسكال، مقدار كرنش ورق FRP در مقطع بحراني بين 30 تا 95 درصد كرنش جدا شدگي ورق مندرج در راهنماي 17-R440.2 ACI به دست آمد. همچنين، مقدار كرنش ورقFRP در ناحيهي خمش خالص بين 85 تا 157 درصد كرنش جدا شدگي ورق در اين راهنما محاسبه شد. اين نتايج بيانگر برتري روش شيار زني EBROG نسبت به روش EBR در به تعويق انداختن پديدهي جدا شدگي ورق FRP هستند.
چكيده انگليسي :
To evaluate the effect of variations in groove width and depth on the bond performance of FRP sheets to concrete, considering ultimate load and debonding load as key criteria, as well as to validate existing models for bond strength and bond failure strain in the EBROG joints, single-lap shear tests were conducted on both EBR and EBROG (with a single groove) joints. From the perspective of maximum load, the specimen G-105 (groove width × depth in mm) achieved the highest load of 14.4 kN, while from the perspective of debonding load, the specimen G-510 achieved a debonding load of 12.7 kN, marking it as the optimal groove dimensions. The XGBoost regression model, developed for this study, with a coefficient of determination (R²) of 0.9041, was identified as the most accurate machine learning model for predicting the maximum bond load of FRP sheets to concrete. According to this model, increasing the concrete compressive strength from 25 to 45 MPa and decreasing the groove spacing generally led to an increase in the ultimate bond load. Furthermore, for concrete with a compressive strength between 25 and 45 MPa, the optimal and practically applicable groove class to achieve the maximum bond load was determined to be 5×10@15 mm (groove width × depth @ center-to-center spacing). In addition, the optimal groove depth providing the highest bond load was found to be 10 mm for all four groove classes of 2.5×hg@s, 5×hg@s, 10×hg@s, and 15×hg@s mm and across all concrete compressive strength levels. The groove classes of 10×hg@s and 15×hg@s mm exhibited similar ultimate loads, indicating that increasing the groove width from 10 to 15 mm did not further improve the load-carrying capacity. In four-point bending tests conducted on reinforced concrete (RC) beams strengthened with FRP sheets using the EBROG method, the groove class of 5×10@15 mm exhibited the best performance in enhancing the beam’s load-carrying capacity. At a constant groove width, increasing the groove depth from 5 to 10 mm resulted in higher load capacity. In the 5×hg@15 mm groove class, the optimal groove depth was observed to be 10 mm when the depth was increased from 5 to 15 mm, whereas in the 10×hg@20 mm groove class, increasing the groove depth from 5 to 15 mm also led to an increase in load capacity. The ACI 440.2R-17 guideline predicts the load-carrying capacity of the RC beams strengthened using the EBR method with FRP sheet widths ranging from 30 to 80 mm to be 13–20% higher than the experimental values. The FRP strain at the critical section and in the pure bending zone for the RC beams strengthened using the EBR method ranged from 41% to 73% of the debonding strain predicted by the guideline. This indicates that debonding occurred at the strains considerably lower than those predicted, suggesting that the debonding strain relationship in the guideline requires revision for more accurate predictions. For the RC beams strengthened using the EBROG method with a concrete compressive strength of 35 MPa, the FRP strain at the critical section ranged from 30% to 95% of the debonding strain specified in ACI 440.2R-17, while in the pure bending zone, it ranged from 85% to 157%. These results demonstrate the superiority of the EBROG grooving method over the EBR method in delaying the debonding phenomenon of the FRP sheets.
