بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش مهندسی سازه

بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها :پایان نامه کارشناسی ارشد عمران گرايش مهندسی سازه

پایان نامه ای که معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته عمران  و با عنوانبررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها ، مطالعه موردی پل شهید حقانی تهران  در ۸۹ صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب عمران  قرار گیرد.

 

چکیده بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه ها:

واکنش قليايي سنگدانه ­ها(AAR)، واکنشي شيميايي است که در برخي از سازه­هاي بتني رخ مي­دهد.  (AAR) واکنشی بین مایعات قلیایی درون حفره ­ها و سنگدانه­ های سیلیسی است. خرابی بتن شامل انبساط و ایجاد ترک در اثر واکنش قلیایی سنگدانه ­ها از اهمیت ویژه­ای برخوردار می­باشد. علاوه بر آن پلیمرهای تقویت شده با الیاف به شکل صفحه یا ورق می­توانند مزایای اقتصادی زیادی در صنعت ساختمان ایجاد کنند. پیشرفت­های اخیر در FRP اشاره می­کند که آن­ها در آینده نقش عظیمی در ساختمان­ها و کاربردهای تعمیراتی خواهند داشت. در دهه­ ی گذشته، FRPها در صنعت ساختمان کاربرد فراوانی یافته است. رشد تقاضای استفاده از FRPها در سازه­های بتنی نیاز زیادی برای درک رفتار کوتاه مدت و بلند مدت این مواد کامپوزیتی تحت شرایط محیطی و بارگذاری مختلف ایجاد کرده است. لذا در این تحقيق دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي   سنگدانه­ ها بررسي شده است.

بدين منظور دو نوع بتن ساخته شد: يکي بتن فعال تحت واکنش قليايي سنگدانه و ديگر بتن غيرفعال. برنامه­ي آزمايشگاهي شامل ساخت ۱۶ تير بتن مسلح مي­باشد که در هشت گروه تقسيم­بندي مي­شوند. همچنین جهت ارزیابی تأثیر دورپیچ، دو تیر در انتهای ورق و نزدیک تکیه­ گاه­ها با یک لایه ورق ۵   سانتی­متری GFRP دورپیچ شدند. براي تسريع در انجام واکنش قليايي، ميزان قليايي بتن فعال با افزودن هيدروکسيد سديم به آب اختلاط از ۶۶/۰ درصد نسبت به وزن سيمان به ۷۵/۱ درصد قليايي معادل رسيد. پس از ۸ ماه براي ارزيابي تأثير GFRP در تقويت تيرها و اثر واکنش قليايي سنگدانه­ ها مقاومت خمشي و خيز وسط دهانه تيرهاي تقويت شده با تيرهاي کنترل، و تيرهاي همتا مقايسه شدند. نتايج نشان داد که مقاومت خمشي تيرهاي بتن مسلح با چسباندن صفحه­ي GFRP به سطح کششي آن­ها افزايش پيدا   مي­کند و واکنش قليايي سنگدانه­ ها، مقاومت خمشي تيرها را کاهش مي­دهد.

 

 مقدمه

در سالهاي اخير پيشرفت­هاي زيادي در زمينه­ی مهندسي زلزله و طراحي سازه­ها انجام گرفته است بگونه­اي كه امروز با اعتماد و اطمينان بيشتري مي­­توان سازه­هاي مقاوم در برابر زلزله را طراحي نمود. بسياري از سازه ­هاي بتني به دلایل ۱- خطاهای محاسباتی ۲- اشتباه در ساخت و اجرا ۳- ضعف آیین­نامه­ های قدیمی ۴- تغییر کاربری سازه و بارهاي  بهره­برداري وارده به سازه ۵- خوردگي و زنگ زدگي آرماتورها و . . . ضوابط آيين نامه ­هاي جديد را ارضا نمي­كند، به همین جهت تقویت سازه ­ها با پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) به شکل صفحه یا ورق، مزایای اقتصادی قابل توجهی در صنعت ساختمان ایجاد می­کنند. پیشرفت­های اخیر در FRP اشاره می­کند که در آینده این مواد نقش بزرگی در کاربردهای ساختمانی و ترمیم سازه­ها خواهند داشت.

در دهه­ی گذشته FRP کاربردهای زیادی در مهندسی عمران پیدا کرده است. رشد تقاضا برای استفاده از FRP در تقویت تیرها، ستون­ها، دیوارها، دال­ها و لوله های بتنی نیاز زیادی برای درک رفتار کوتاه مدت و دراز مدت سیستم کامپوزیت تحت وضعیت بارگذاری و شرایط محیطی مختلف ایجاد کرده است. مواد مرکب ممکن است شرایط بهره­برداری مختلفی را تحمل کنند که احتمال دارد برخی شرایط تهاجمی واقعی را شامل شوند. برای مثال، آب و هوای گرم و مرطوب، دمای بالای طولانی مدت، تغییرات ناگهانی درجه­ حرارت محیط و خوردگی شیمیایی می­ تواند دوام FRP را تحت تأثیر قرار دهد. چسبندگی و پیوستگی مواد مرکب ممکن است دستخوش فرسایش محیطی شده و بر پیوند سطح مشترک بتن و این مواد تأثیر بگذارند. این ممکن است، عملکرد و دوام سیستم کامپوزیت را دگرگون سازد. دلیل دیگری برای این­چنین عدم اتصال بین کامپوزیت و بتن، متناسب نبودن دمای بین الیاف و ماتریس است که می­تواند تنش­های فشاری در الیاف ایجاد کند. دلیل دیگر توانایی مواد مرکب در جذب رطوبت می­باشد که ممکن است بر یکپارچگی بین الیاف و ماتریس تأثیر بگذارد.

 

هم اکنون استفاده از FRP در تقویت ساز ه­ها به طور چشمگیری افزایش یافته این در حالیست که در مورد دوام FRP اطلاعات کافی در دسترس نمی­باشد که یکی از این موارد واکنش قلیایی  سنگدانه ­ها است. در این تحقیق از پلیمر مسلح شده با الیاف شیشه (GFRP) از نوع E-glass که از نظر الکتریکی عایق خوبی بوده و دارای مقاومت مکانیکی نسبتاً بالایی می­باشد و در مقایسه با سایر الیاف، قیمت ارزان و مناسبی دارد، استفاده شده است.

خرابی سازه ­های بتنی در نتیجه واکنش بین مایعات قلیایی درون حفره­ها (که عمدتاٌ منشأ آن­ها از سیمان پرتلند است) و کانی­های واکنش­زا که در بعضی از سنگدانه­ هاست می­تواند اتفاق بیافتد. این مکانیزم خرابی به نام واکنش قلیایی سنگدانه، شناخته شده و به شکل­های مختلف روی می­دهد که از همه معمولتر واکنش قلیایی- سیلیکاتی است. این واکنش اولین بار در سال ۱۹۴۰(۱۳۱۹شمسی) در ایالات متحده گزارش شده است[۱]. هر چند که خرابی در اثر این واکنش در کشور ما به ندرت گزارش گردیده است ولی احتمالاٌ تعداد زیادی از سازه­های بتنی کشور ما از جمله سد شهریار واقع در استان آذربایجان شرقی که سنگدانه ­ها از آنجا تهیه شده است نیز تحت تأثیر این واکنش قرار دارند. این در حالیست که در صورت استفاده از با سیمان با قلیایی زیاد احتمال بروز این واکنش بیشتر می­باشد. از این­رو توجه به این واکنش با اهمیت خواهد بود.

واکنش قلیایی- سیلیسی عمومی­ترین نوع واکنش قلیایی سنگدانه­ ها در جهان است و هنگامی بروز می­کند که واکنش بین محلول قلیایی درون حفره ­ها و کانی­ های سیلیسی در بعضی از سنگدانه ها رخ دهد و تشکیل ژل قلیایی سیلیکات کلسیم بدهد.  ژل یاد شده آب را جذب نموده و افزایش حجم پیدا می­کند که در نتیجه ترک خوردن بتن را به همراه دارد. از واکنش های دیگر قلیایی سنگدانه­ ها، واکنش قلیایی-کربناتی است. این واکنش وقتی رخ می­دهد که قلیایی ­های سیمان با سنگدانه­ های آهکی دولومیتی واکنش نشان دهند. واکنش قلیایی سنگدانه­ های فعال بعد از عمل­آوری بتن صورت می­گیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن می­گردد، لذا مقاومت پیوستگی FRP و بتن نسبت به زمان و تحت شرایط محیطی ناملایم نیازمند بررسی و درک عوامل مؤثر بر FRP هنگامی که در معرض شرایط محیطی مختلف قرار می­گیرد، می­باشد.

 

ضرورت انجام تحقیق

در طی سال­های اخیر، موضوع تقویت و مقاوم­سازی سازه­ها بطور گسترده­ای در جوامع علمی و مهندسی مطرح گردیده است.در این ارتباط، بسته به نوع سازه و هدف از مقاوم سازی، روش­ های متنوعی از سوی محققین پیشنهاد شده است. از سوی دیگر واکنش قلیایی سنگدانه­ های فعال که بعد از عمل ­آوری بتن صورت می­گیرد و سبب انبساط درونی و تخریب بتن می­گردد، می­ تواند سبب ایجاد خرابی و خسارت زیادی در سازه­ های بتنی گردد. یکی از روش هایی که به طور گسترده در مورد ترمیم و تقویت اعضای بتنی مورد استفاده قرار گرفته و در حال افزایش است، کاربرد ورقهای FRP می­باشد. لذا درک رفتار کوتاه مدت و دراز مدت سیستم کامپوزیت تحت وضعیت بارگذاری و شرایط محیطی مختلف و شناخت و تشخیص انجام واکنش قلیایی در اعضای سازه­ای بتن مسلح کاملاً ضروری  می­باشد.

 

اهداف تحقیق

از اهداف این تحقیق می­توان موارد زیر را برشمرد:

  • بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با پلیمرهای تقویت شده با الیاف شیشه (GFRP) تحت واکنش قلیایی سنگدانه­ ها.

بعد از انجام واکنش قلیایی در تیرها و تقویت آن­ها با GFRP، این تیرها از نظر تحمل بار خمشی با تیرهایی که در آن­ها واکنش قلیایی صورت نگرفته مقایسه می­شوند.

  • بررسی دوام تیرهای بتن مسلح تقویت شده با ورق GFRP در محلول قلیایی.

تأثیر محلول هیدروکسید سدیم یک نرمال در انجام واکنش قلیایی و نقش GFRP در بهبود مقاومت خمشی تیرها بررسی می­شود.

  • بررسی تأثیر ورق GFRP بر افزایش مقاومت خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با این ورق­ها.

تاثیر ورقGFRP در بهبود مقاومت خمشی تیرهای بتن مسلح تقویت شده با این ورق­ها در مقایسه با تیرهای بدون تقویت بیان می­شود.

 

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه

۱-۱ مقدمه ۱
۱-۲  ضرورت انجام تحقیق ۲
۱-۳ اهداف تحقیق ۳
۱-۴ روش تحقیق ۳

 

فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته

۲-۱ مقدمه ۵
۲-۲ خصوصیات مواد مرکب ۶
۲-۲-۱ الیاف تشکیل دهنده ۶
۲-۲-۲ خصوصیات ماتریس ۱۰
۲-۲-۳ فرآیند ساخت مواد مرکب ۱۱
۲-۲-۴ استفاده از FRP در سازه­های بتن آرمه ۱۱
۲-۲-۵ مقایسه­ی FRP و فولاد در مقاوم­سازی سازه­ها ۱۷
۲-۳ تحقیقات انجام شده بر روی تقویت تیرها با FRP ۱۸
۲-۴ تحقیقات انجام شده بر روی واکنش قلیایی سنگدانه ­ها ۲۱
۲-۴-۱ مقدمه ۲۱
۲-۴-۲ واكنش قليايي- سيليسي ۲۲
۲-۴-۳ واکنش قلیایی-­سیلیکاتی ۲۲
۲-۴-۴ واکنش قلیایی- کربناتی ۲۲
۲-۴-۵ سایر واکنش­های قلیایی سنگدانه­ ها ۲۳
۲-۴-۶ برخی ازتحقیقات انجام گرفته در خصوص واکنش قلیایی سنگدانه­ ها ۲۳
۲-۵ تحقیقات انجام شده بر روی دوام تیرهای تقویت شده با FRP ۲۵

 

فصل سوم : مواد

۳-۱ مقدمه ۲۹
۳-۲ سیمان ۲۹
۳-۳ سنگدانه­ها ۳۰
۳-۳-۱ آزمایش­های تشخیص فعال بودن سنگدانه­ ها ۳۱
۳-۳-۲ عوامل مؤثر بر واكنش قليايي سنگدانه‌ها در بتن ۳۳
۳-۳-۳ نسبت بحراني ۳۴

 

۳-۴ بتن ۳۵
۳-۵ فولاد ۳۷
۳-۶ FRP و رزین ۳۷

 

فصل چهارم: روش کار

۴-۱ مقدمه ۳۹
۴-۲ طراحی تیرها ۳۹
۴-۲-۱ طراحی تیرهای بتن مسلح ۴۱
۴-۲-۲ محاسبه­ ی ظرفیت خمشی تیرهای تقویت شده با GFRP ۴۴
۴-۳ برنامه­ی آزمایشگاهی ۴۸
۴-۳-۱ تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه­ ی غیرفعال ۵۰
۴-۳-۲ تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه ­ی فعال ۵۱
۴-۴ آماده سازی نمونه­ های آزمایشگاهی ۵۲
۴-۵ چگونگی انجام آزمایش ۵۳

 

فصل پنجم: نتایج آزمایشات

۵-۱ مقدمه ۵۵
۵-۲ اندازه گیری انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه­ها ۵۵
۵-۳ نتایج آزمایش خمش تیرها ۵۷
۵-۳-۱ منحني بار تغيير مکان و مد گسيختگي تيرها ۵۸
۵-۳-۲ تأثیر دورپیچ نمودن تیرها در انتهای ورقGFRP ۶۶

 

فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادها

۶-۱ مقدمه ۶۸
۶-۲ نتیجه­ گیری ۶۸
۶-۳ موارد پیشنهادی جهت تحقیقات آتی ۶۹

 

فهرست منابع ۷۰

 

فهرست جداول

جدول ۲-۱: مقایسه کیفی الیاف شیشه نوع E ، الیاف کربن با مقاومت زیاد و الیاف آرامید ۷
جدول ۲-۲: خصوصیات ماتریس­ها ۱۱
جدول۳-۱: نتايج آزمايش شيميايي تعیین درصد قلیایی معادل سيمان نوع۲ یاسوج ۲۹
جدول۳-۲: نتايج آزمايش شيميايي و فیزیکی سیمان یاسوج ۳۰
جدول۳-۳: نتایج آزمایش ملات­ منشوری بر روی ماسه فعال ۳۳
جدول ۳-۴: طرح اختلاط بتن­های مورد استفاده در این تحقیق ۳۵
جدول ۳-۵: نتایج آزمایش کشش مفتول فولادی ۳۷
جدول ۳-۶: مشخصات الیاف GFRP   استفاده شده در تقویت تیرها ۳۸
جدول ۳-۷: مشخصات رزین استفاده شده ۳۸
جدول ۴-۱: مقاومت فشاری نمونه ­های مکعب ۴۰
جدول ۴-۲: ضرایب کاهش محیطی برای مصالح FRP ۴۶
جدول ۴-۳: چگونگی گروه­بندی تیرها ۵۰
جدول ۵-۱: نتایج اندازه­ گیری انبساط نمونه ­های نگهداری شده در محلول قلیا ۵۶
جدول ۵-۲: جزئیات ثبت داده ­ها برای کلیه­ ی تیرها ۵۸
جدول ۵-۳: نتايج تست تيرها ۵۹
جدول ۵-۴: نتایج تیر دورپیچ شده با یک لایه ­ی ۵ سانتیمتری در انتهای ورق GFRP ۶۶

 

 

فهرست شکل­ها

شکل (۲-۱). اجزای تشکیل دهنده­یFRP ۷
شکل (۲-۲). انواع پوشش­های FRP و میلگردهای GFRP ۸
شکل (۲-۳). منحنی تنش –کرنش ۱۲
شکل (۲-۴). تقویت خمشی تیر بتن آرمه با ورقه­ی FRP ۱۴
شکل(۲-۵).  الگوهای مختلف تقویت برشی ۱۴
شکل (۲-۶). تقویت خمشی تیر بتن ارمه با ورقه­ی FRP و نوار انتهایی U شکل ۱۴
شکل (۲-۷). الگوی تقویتی یکپارچه و منقطع ۱۵
شکل (۳-۸ ). تقویت برشی و خمشی تیر بتن آرمه با FRP ۱۵
شکل (۲-۹).  بکار بردن نوار مورب برای تقویت برشی تیر بتن آرمه ۱۵
شکل (۲-۱۰). حالات مختلف تقویت ستون با FRP ۱۶
شکل (۲-۱۱). عدم محصور­شدگی مناسب برای ستون مربع مستطیل و تبدیل آن به ستون بیضوی یا دایروی برای ایجاد محصور­شدگی مناسب و کافی  

۱۶

شکل (۲-۱۲). تقویت اتصال ۱۷
شکل (۲-۱۳). وضیعت تیرها و سطح مقطع آنها ۱۹
شکل (۲-۱۴). سطح مقطع و چگونگی تقویت تیرها ۲۰
شکل(۲-۱۵). سطح مقطع تیرها ۲۵
شکل (۲-۱۶). نحوه­ی آزمایش تیرها ۲۵
شکل (۳-۱). نمودار سن- درصد انبساط واکنش قلیایی ماسه فعال ۳۳
شکل (۳-۲). چگونگی انجام آزمایش کشش مفتول ۳۷
شکل (۳-۳). ورق GFRP و ظرف رزین ۳۸
شکل (۴-۱). قالب­های مکعبی و عمل­آوری نمونه­ های مکعبی ۴۰
شکل (۴-۲). سطح مقطع تیرها ۴۰
شکل (۴-۳). نمودارهای تنش و کرنش یک مقطع مستطیلی با فولاد فشاری بر اساس فرضیات آبا در حالتی که فولادهای کششی و فشاری در لحظه­ ی نهایی جاری شده باشند  

۴۲

شکل(۴-۴). اعمال نیرو به تیر ۴۳
شکل (۴-۵). سطح مقطع تیرهای مسلح ۴۴
شکل (۴-۶).  نمودارتنش- کرنش مقطع مستطیلی دارای فولاد فشاری تحت خمش ۴۵
شکل (۴-۷).  سطح مقطع تیرهای تقویت شده با GFRP ۴۶
شکل (۴-۸).  میلگرد گذاری تیرها شکل ۴۹
شکل (۴-۹).  قالب­بندی و بتن­ریزی تیرها ۴۹
شکل  (۴-۱۰). تیرهای غیر مسلح جهت اندازه­گیری انبساط ۴۹
شکل (۴-۱۱). نگهداری تیرها در اطاقک رطوبت ۵۱
شکل ۴-۱۲ نگهداری تیرها در محلول هیدروکسید سدیم ۵۲
شکل (۴-۱۳).  مخلوط اپوکسی ۵۲
شکل(۴-۱۴).  تقویت تیر با GFRP ۵۳
شکل(۴-۱۵). تیر تحت بارگذاری، (a) تیر تقویت نشده، (b) تیر تقویت شده با GFRP ۵۳
شکل (۴-۱۶).  چگونگی آزمایش نمونه ­ها ۵۴
شکل (۵-۱). ترک­هاي نقشه­اي بر اثر انجام واکنش قليايي سنگدانه ­هاي فعال ۵۶
شکل (۵-۲) نمودار سن – درصد انبساط نمونه­ی ساخته شده با ماسه­ی معدن آذربایجان شرقی ۵۷
شکل (۵-۳). نمودار بار تغيير مکان تيرها در دمای ۲±۲۳ درجه­ي سانتي­گراد و رطوبت ۶۵ درصد ۶۰
شکل (۵-۴). نمودار بار تغيير مکان تيرها در محلول هیدروکسید سدیم ۶۰
شکل (۵-۵). نمودار بار تغيير مکان  برای کلیه­ی تیرها ۶۱
شکل (۵-۶). مد گسيختگي تير B1 ۶۱
شکل (۵-۷). مد گسيختگي تيرهاي گروه B2 ۶۲
شکل (۵-۸). مد گسيختگي تيرهاي گروه B3 ۶۳
شکل (۵-۹). مد گسيختگي تيرهاي گروه B5 ۶۴
شکل (۵-۱۰). مد گسيختگي تيرهاي گروه B7 ۶۵
شکل (۵-۱۱). مد گسيختگي تيرهاي گروه B8 ۶۶
شکل (۵-۱۲). نمودار بار- تغییر مکان برای تیر دورپیچ شده و تیرهای B1 و B2 ۶۷
شکل (۵-۱۳). مد گسیختگی تیر دورپیچ شده با یک لایه­ی ۵ سانتیمتری در انتهای ورق و نزدیک   تکیه ­گاه …… ۶۷

 

 

 

 

مسترداک | آموزش زبان انگلیسی | اپلیکیشن | بانک اطلاعات | برنامه نویسی و طراحی وب سایت | قالب و افزونه | پایان نامه دکترا | تاریخ | تربیت بدنی | جغرافیا | حسابداری | حقوق | رشته های پزشکی | پزشکی | روانشناسی | زبان و ادبیات فارسی | علوم تربیتی | فقه و مبانی حقوق اسلامی | کشاورزی | کلام تطبیقی | مدیریت | پایان نامه کارشناسی | پایان نامه کارشناسی ارشد | تربیت بدنی | علوم انسانی | اقتصاد | تاریخ | باستان شناسی | جغرافیا | حقوق | رشته حسابداری | روانشناسی | زبان و ادبیات عربی | زبان و ادبیات فارسی | علوم اجتماعی | علوم تربیتی | علوم سیاسی | فقه و حقوق اسلامی | کتابداری و اطلاع رسانی | مدیریت | علوم پایه | زمین شناسی | زیست شناسی | شیمی | فنی و مهندسی | برق | صنایع غذایی | عمران | کامپیوتر و فناوری اطلاعات | کشاورزی | هنر و معماری | معماری | پروژه آموزشی | تحقیق و جزوات آموزشی | ترجمه مقالات ISI | طرح توجیهی | کتاب | گزارش کارآموزی | نرم افزار |

 

مراحل خرید فایل دانلودی
اگر محصول را می پسندید لطفا آنرا به اشتراک بگذارید.

دیدگاهی بنویسید

0