بررسی امکان افزایش شکل پذیری و باز توزیع لنگر در تیرهای سراسری قاب های بتن مسلح تقویت شده با ورق های کامپوزیت cfrp
چکیده
تقویت تیرهای سراسری در قاب های بتن مسلح یکی از مطالب مهم جهت مرمت این گونه سازه ها به شمار می رود. بازتوزیع لنگر از جمله ویژگی های مهم اعضای خمشی سراسری است؛ زیرا با رسیدن لنگر به حد نهایی در یک نقطه از تیر، مفصل پلاستیک درآن نقطه تشکیل می شود. وجود شکل پذیری کافی، شرایط لازم را برای بازتوزیع لنگر و تنش در سایر نقاط تیرهای قاب فراهم آورده و سبب می شود که در آن نقاط نیز تنش ها به حد نهایی برسند. رساله حاضر به بررسی امکان افزایش شکل پذیری و بازتوزیع لنگر در قاب های سراسری بتن آرمه تقویت شده با ورق های cfrp می پردازد. برای این منظور، 11 نمونه قاب سراسری، مشتمل بر 2 قاب کنترلی و 9 قاب تقویت شده، با در نظر گرفتن متغیرهای میزان فولاد طولی تیر، و میزان و چگونگی آرایش ورق تقویت مورد آزمایش قرار گرفتند. قاب ها با توجه به فولاد گذاری طولی تیرهای آن، به دو دسته a و b تقسیم شدند. تیر قاب های دسته a شامل فولاد کششی و فولاد فشاری در ناحیه وسط دهانه و مجاور ستون؛ و تیر قاب های دسته b شامل فولاد کششی و فولاد فشاری در ناحیه وسط دهانه، و فولاد کششی و فولاد فشاری در ناحیه مجاور ستون بودند. با توجه به محدودیتی که وجود ستون میانی در نصب پیوسته ورق تقویت ناحیه لنگر منفی قاب ها ایجاد می نمود، پخ کوچکی در گوشه فوقانی اتصال تیر- ستون به وجود آورده و تقویت این ناحیه به صورت l شکل انجام شد. برای جلوگیری از جدا شدگی انتهایی و جدا شدن ورق تقویت در محل پخ اتصال تیر- ستون، در تمام قاب های تقویت شده، از مهار u شکل cfrp، و در قاب های آخر هر دسته، علاوه بر مهار u شکل، از مهار مکانیکی تسمه و پیچ فولادی در طول ورق تحتانی، و در محل پخ گره اتصال استفاده گردید. بررسی بر روی نتایج آزمایشگاهی نشان داد که ظرفیت باربری در قاب های دسته a و b، بسته به میزان و نحوه آرایش ورق تقویت، و استفاده یا عدم استفاده از مهار مکانیکی تسمه و پیچ فولادی، به ترتیب 16% الی 33% و 22% الی 38% نسبت به قاب کنترلی نظیرشان رشد داشته است. ظرفیت خمشی وجه ستون و وسط دهانه قاب های تقویت شده نیز به ترتیب تا میزان حداکثر 20% و 58% نسبت به قاب تقویت نشده نظیر خود رشد نموده؛ و لذا تقویت خمشی در ناحیه وسط دهانه قاب های تقویت شده به مراتب موثرتر از ناحیه مجاور ستون بوده است. شکل پذیری در قاب های تقویت شده بدون مهار مکانیکی تسمه و پیچ فولادی، با توجه به محاسبه ضریب شکل پذیری انحنایی، 5/1 تا 2/2 برابر نسبت به قاب کنترلی کاهش یافت؛ و در قاب تقویت شده همراه با مهار مکانیکی تسمه و پیچ فولادی نیز کاهش بیش تری تا 5/1 برابر نسبت به قاب تقویت شده بدون مهار پیدا نمود. نکته دیگر آن که در تمام قاب های تقویت شده، به میزان 20% تا 56% بازتوزیع لنگر مشاهده شد. میزان بازتوزیع لنگر در قاب های تقویت شده ای که فقط در ناحیه تحتانی وسط دهانه تقویت شده بودند، بیش از قاب های تقویت شده در هر دو ناحیه وسط دهانه و مجاور ستون؛ و در قاب های تقویت شده با تعداد چهار لایه ، بیش از قاب تقویت شده با دو لایه به دست آمد. در مرحله بعد علاوه بر 11 نمونه تجربی، با در نظر گرفتن متغیرهای نوع ورق cfrp، نوع تنش تسلیم فولاد و مقاومت فشاری بتن، 77 نمونه دیگر در نرم افزار ansys مدل سازی و تحلیل غیر خطی شدند. نتایج حاصل از تحلیل های مزبور نشان داد که استفاده از ورق cfrp نوع قوی تر، سبب افزایش 15/1 تا 70/1 برابر در ضریب شکل پذیری انحنایی، و 05/1 تا 30/1 برابر در میزان بازتوزیع لنگر قاب های تقویت شده می شود. حال آن که استفاده از فولاد با تنش تسلیم بزرگ تر، به کاهش10/1 تا 80/1 برابر در ضریب شکل پذیری و 03/1 تا 25/1 برابر در بازتوزیع لنگر منتهی خواهد شد. به کار بردن بتن با مقاومت فشاری بزرگ تر نیز، سبب کاهش ضریب شکل پذیری انحنایی و بازتوزیع لنگر، به میزان حدود 02/1 تا 30/1 برابر گردید. در این تحقیق، هم چنین روابطی با استفاده از روش صلبیت خمشی و انتخاب صلبیت های خمشی مناسب ترک نخورده و ترک خورده در نواحی وسط دهانه و مجاور تکیه گاه، برای تخمین بازتوزیع لنگر در قاب های سراسری تقویت شده توسعه داده شد. مقادیر بازتوزیع لنگر حاصل از روابط مزبور، انطباق مناسبی را با نتایج آزمایشگاهی حاضر و نتایج تحلیلی موجود نشان داد.