بررسی رفتار تیرهای بتن مسلح خسارتدیده و تقویت شده با ورق های frp به کمک داده های مودال
چکیده
در این پایان نامه با کمک داده های مودال پیشروی خسارت ها و مقاوم سازی خمشی با ورق های frp در سازه های تیری بررسی می شود. این بررسی روی تیرهای بتنی و شاه تیرهای تمام مقیاس پل های واقعی انجام پذیرفته است. برای دستیابی به این هدف، مجموعه ای از آزمایش های ایستا و ارتعاشی روی 9 نمونه تیر بتنی ترتیب داده شد. در آزمایش های ایستا، نمونه ها در اثر بارگذاری های گام به گام خسارت دیدند. مقاومت خمشی 6 نمونه از تیرها هنگامی که بار به حدود نیمی از بار نهایی رسید، با ورق های cfrp افزایش یافت. پس از هر گام بارگذاری نمودارهای پاسخ بسامدی (frf) نمونه ها در همه درجه های آزادی به دست آمدند. پردازش تابع های پاسخ بسامدی، عامل های مودال بنیادی (بسامدهای ویژه، نسبت های میرایی و شکل مودهای تجربی) نمونه ها را نتیجه داد. با کاربرد روش های شناسایی برای داده های مودال اندازه گیری شده، نمونه ها ارزیابی شدند و کارآیی این روش ها مورد بررسی قرار گرفت. روش های مورد بحث شامل تغییرات بسامدها، معیار اطمینان مودال (mac)، معیار اطمینان مودال مختصاتی (comac)، خمیدگی مودال (کرنش مودال)، تغییرات ماتریس نرمی و بردارهای ritz می شوند. مقایسه روش های مورد بحث نشان می دهد که تغییرات بسامدهای ویژه هر نمونه برای آشکارسازی خسارت ها و برآورد میزان اثربخشی مقاوم سازی کافی نیستند. مقدارهای mac می توانند تغییرات سختی کل تیرها را در گام های بارگذاری نشان دهند. با مقایسه تغییرات بسامدها و مقدارهای mac نمونه های تقویت شده با cfrp و نمونه های مبنا، تفاوت های سختی نمونه ها و اثر مقاوم سازی آشکار می شود. می توان تغییرات سختی نمونه ها را در هر یک از درجات آزادی با معیار comac و کرنش های مودال ارزیابی کرد. با معیار comac بر پایه کرنش های مودال پیشروی خسارت ها در نمونه ها را می توان بهخوبی بررسی کرد. روش نرمی ناحیه خسارت دیده نمونه ها را به صورت یک ناحیه سهمی شکل در بخش میانی نمونه ها پیش بینی می کند که اندازه آن با افزایش بارگذاری ها و پیشروی خسارت ها بزرگتر می شود و می تواند اثر مقاوم سازی با cfrp را نشان دهد. برای آشکارسازی، مکانیابی و تعیین شدت خسارت ها در سازه های تیری، الگوریتم نوینی بر پایه بردارهای ritz پیشنهاد شد. راهکار پیشنهادی بر پایه بردارهای ritz می تواند خسارت های ساختگی تکی، چندتایی و گسترده را در الگوی عددی آشکار سازد. درستی این راهکار با کمک داده های مودال تجربی نیز به اثبات رسید. این داده ها با فرابینی ارتعاش نمونه تیرهای بتنی از حالت نخستین تا شکست نهایی به دست آمدند. نتیجه های تحلیل عددی و آزمایش تجربی نشان می دهند که روش پیشنهادی می تواند با شمار محدودی از مودهای ارتعاشی خسارت ها را به خوبی آشکار کند. با کمک الگوریتم پیشنهادی بر پایه بردارهای ritz، دو نمونه از خسارت هایی که در هنگام بهره برداری از پل ها رخ می دهند مورد ارزیابی قرار گرفت. این خسارت ها شامل خسارت های سطحی ناشی از تباهی بتن در شاهتیرهای بتنی و ترک های ناشی از خستگی در تیرورق های فولادی پل ها می شدند. با کاربرد الگوریتم پیشنهادی در فضای کرنش های مودال می توان خسارت هایی را که در گام های نخست روی داده شناسایی و برای پیشگیری از شکست ناگهانی سازه تصمیم گیری کرد.