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

توضیحات

بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه¬هااین پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد بررسي دوام تيرهاي بتن مسلح تقويت شده با GFRP تحت واکنش قليايي سنگدانه­ها واکنش قليايي سنگدانه­ها (AAR)، واکنشي شيميايي است که در برخي از سازه­هاي بتني رخ مي­دهد. (AAR) واکنشی بین مایعات قلیایی درون حفره­ها و سنگدانه­های سیلیسی است. خرابی بتن شامل انبساط و ایجاد ترک در اثر واکنش قلیایی سنگدانه­ها 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 دهه­ی 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 تحت واکنش قليايي سنگدانه­ها 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 16 تير بتن مسلح مي­باشد که در هشت گروه تقسيم­بندي مي­شوند. همچنین جهت ارزیابی تأثیر دورپیچ، دو تیر در انتهای ورق و نزدیک تکیه­گاه­ها با یک لایه ورق 5 سانتی­متری GFRP دورپیچ شدند. براي تسريع در انجام واکنش قليايي، ميزان قليايي بتن فعال با افزودن هيدروکسيد سديم به آب اختلاط از 66/0 درصد نسبت به وزن سيمان به 75/1 درصد قليايي معادل رسيد. پس از 8 ماه براي ارزيابي تأثير GFRP در تقويت تيرها و اثر واکنش قليايي سنگدانه­ها 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 سنگدانه­ها، مقاومت خمشي تيرها را کاهش مي­دهد. فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول: مقدمه 1-1 مقدمه ...................................................................................................................................................................................... 1 1-2 ضرورت انجام تحقیق ......................................................................................................................................................... 2 1-3 اهداف تحقیق ........................................................................................................................................................................ 3 1-4 روش تحقیق .......................................................................................................................................................................... 3 فصل دوم: مروری بر تحقیقات گذشته 2-1 مقدمه ....................................................................................................................................................................................... 5 2-2 خصوصیات مواد مرکب ......................................................................................................................................................... 6 2-2-1 الیاف تشکیل دهنده.................................................................................................................................................. 6 2-2-2 خصوصیات ماتریس .................................................................................................................................................. 10 2-2-3 فرآیند ساخت مواد مرکب ....................................................................................................................................... 11 2-2-4 استفاده از FRP در سازه­های بتن آرمه .............................................................................................................. 11 2-2-5 مقایسه­ی FRP و فولاد در مقاوم­سازی سازه­ها ................................................................................................. 17 2-3 تحقیقات انجام شده بر روی تقویت تیرها با FRP ........................................................................................................ 18 2-4 تحقیقات انجام شده بر روی واکنش قلیایی سنگدانه­ها ................................................................................................ 21 2-4-1 مقدمه............................................................................................................................................................................ 21 2-4-2 واكنش قليايي- سيليسي ........................................................................................................................................ 22 2-4-3 واکنش قلیایی-­سیلیکاتی ........................................................................................................................................ 22 2-4-4 واکنش قلیایی- کربناتی .......................................................................................................................................... 22 2-4-5 سایر واکنش­های قلیایی سنگدانه­ها ...................................................................................................................... 23 2-4-6 برخی ازتحقیقات انجام گرفته در خصوص واکنش قلیایی سنگدانه­ها............................................................ 23 2-5 تحقیقات انجام شده بر روی دوام تیرهای تقویت شده با FRP ................................................................................. 25 فصل سوم : مواد 3-1 مقدمه ...................................................................................................................................................................................... 29 3-2 سیمان ..................................................................................................................................................................................... 29 3-3 سنگدانه­ها ............................................................................................................................................................................... 30 3-3-1 آزمایش­های تشخیص فعال بودن سنگدانه­ها .................................................................................................... 31 3-3-2 عوامل مؤثر بر واكنش قليايي سنگدانه‌ها در بتن .............................................................................................. 33 3-3-3 نسبت بحراني ............................................................................................................................................................. 34 3-4 بتن ........................................................................................................................................................................................... 35 3-5 فولاد ......................................................................................................................................................................................... 37 3-6 FRP و رزین .......................................................................................................................................................................... 37 فصل چهارم: روش کار 4-1 مقدمه ....................................................................................................................................................................................... 39 4-2 طراحی تیرها............................................................................................................................................................................ 39 4-2-1 طراحی تیرهای بتن مسلح....................................................................................................................................... 41 4-2-2 محاسبه­ی ظرفیت خمشی تیرهای تقویت شده با GFRP............................................................................. 44 4-3 برنامه­ی آزمایشگاهی.............................................................................................................................................................. 48 4-3-1 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه­ی غیرفعال........................................................................ 50 4-3-2 تیرهای بتن مسلح ساخته شده با بتن دارای ماسه­ی فعال.............................................................................. 51 4-4 آماده سازی نمونه­های آزمایشگاهی.................................................................................................................................... 52 4-5 چگونگی انجام آزمایش ......................................................................................................................................................... 53 فصل پنجم: نتایج آزمایشات 5-1 مقدمه ....................................................................................................................................................................................... 55 5-2 اندازه گیری انبساط ناشی از واکنش قلیایی سنگدانه­ها.................................................................................................. 55 5-3 نتایج آزمایش خمش تیرها.................................................................................................................................................... 57 5-3-1 منحني بار تغيير مکان و مد گسيختگي تيرها..................................................................................................... 58 5-3-2 تأثیر دورپیچ نمودن تیرها در انتهای ورقGFRP............................................................................................. 66 فصل ششم: نتیجه­گیری و پیشنهادها 6-1 مقدمه......................................................................................................................................................................................... 68 6-2 نتیجه­گیری ............................................................................................................................................................................. 68 6-3 موارد پیشنهادی جهت تحقیقات آتی................................................................................................................................. 69 فهرست منابع ...................................................................................................................................................................................... 70 فهرست جداول عنوان صفحه جدول 2-1: مقایسه کیفی الیاف شیشه نوع E ، الیاف کربن با مقاومت زیاد و الیاف آرامید.......................................... 7 جدول 2-2: خصوصیات ماتریس­ها............................................................................................................................................... 11 جدول3-1: نتايج آزمايش شيميايي تعیین درصد قلیایی معادل سيمان نوع2 یاسوج...................................................... 29 جدول3-2: نتايج آزمايش شيميايي و فیزیکی سیمان یاسوج................................................................................................ 30 جدول3-3: نتایج آزمایش ملات­ منشوری بر روی ماسه فعال................................................................................................ 33 جدول 3-4: طرح اختلاط بتن­های مورد استفاده در این تحقیق.......................................................................................... 35 جدول 3-5: نتایج آزمایش کشش مفتول فولادی..................................................................................................................... 37 جدول 3-6: مشخصات الیاف GFRP استفاده شده در تقویت تیرها............................................................................... 38 جدول 3-7: مشخصات رزین استفاده شده................................................................................................................................. 38 جدول 4-1: مقاومت فشاری نمونه­های مکعب........................................................................................................................... 40 جدول 4-2: ضرایب کاهش محیطی برای مصالح FRP.......................................................................................................... 46 جدول 4-3: چگونگی گروه­بندی تیرها......................................................................................................................................... 50 جدول 5-1: نتایج اندازه­گیری انبساط نمونه­های نگهداری شده در محلول قلیا................................................................. 56 جدول 5-2: جزئیات ثبت داده­ها برای کلیه­ی تیرها................................................................................................................ 58 جدول 5-3: نتايج تست تيرها........................................................................................................................................................ 59 جدول 5-4: نتایج تیر دورپیچ شده با یک لایه­ی 5 سانتیمتری در انتهای ورق GFRP................................................ 66 فهرست شکل­ها عنوان صفحه شکل (2-1). اجزای تشکیل دهنده­یFRP............................................................................................................................... 7 شکل (2-2). انواع پوشش­های FRP و میلگردهای GFRP................................................................................................ 8 شکل (2-3). منحنی تنش –کرنش.............................................................................................................................................. 12 شکل (2-4). تقویت خمشی تیر بتن آرمه با ورقه­ی FRP................................................................................................... 14 شکل(2-5). الگوهای مختلف تقویت برشی............................................................................................................................... 14 شکل (2-6). تقویت خمشی تیر بتن ارمه با ورقه­ی FRP و نوار انتهایی U شکل........................................................... 14 شکل (2-7). الگوی تقویتی یکپارچه و منقطع......................................................................................................................... 15 شکل (3-8 ). تقویت برشی و خمشی تیر بتن آرمه با FRP................................................................................................. 15 شکل (2-9). بکار بردن نوار مورب برای تقویت برشی تیر بتن آرمه................................................................................... 15 شکل (2-10). حالات مختلف تقویت ستون با FRP.............................................................................................................. 16 شکل (2-11). عدم محصور­شدگی مناسب برای ستون مربع مستطیل و تبدیل آن به ستون بیضوی یا دایروی برای ایجاد محصور­شدگی مناسب و کافی .................................................................................................................................. 16 شکل (2-12). تقویت اتصال ......................................................................................................................................................... 17 شکل (2-13). وضیعت تیرها و سطح مقطع آنها....................................................................................................................... 19 شکل (2-14). سطح مقطع و چگونگی تقویت تیرها................................................................................................................ 20 شکل(2-15). سطح مقطع تیرها................................................................................................................................................ 25 شکل (2-16). نحوه­ی آزمایش تیرها........................................................................................................................................... 25 شکل (3-1). نمودار سن- درصد انبساط واکنش قلیایی ماسه فعال..................................................................................... 33 شکل (3-2). چگونگی انجام آزمایش کشش مفتول................................................................................................................. 37 شکل (3-3). ورق GFRP و ظرف رزین.................................................................................................................................... 38 شکل (4-1). قالب­های مکعبی و عمل­آوری نمونه­های مکعبی............................................................................................... 40 شکل (4-2). سطح مقطع تیرها.................................................................................................................................................... 40 شکل (4-3). نمودارهای تنش و کرنش یک مقطع مستطیلی با فولاد فشاری بر اساس فرضیات آبا در حالتی که فولادهای کششی و فشاری در لحظه­ی نهایی جاری شده باشند........................................................................................... 42 شکل(4-4). اعمال نیرو به تیر....................................................................................................................................................... 43 شکل (4-5). سطح مقطع تیرهای مسلح ................................................................................................................................... 44 شکل (4-6).نمودارتنش- کرنش مقطع مستطیلی دارای فولاد فشاری تحت خمش..................................................... 45 شکل (4-7).سطح مقطع تیرهای تقویت شده با GFRP.................................................................................................... 46 شکل (4-8).میلگرد گذاری تیرها شکل.................................................................................................................................... 49 شکل (4-9).قالب­بندی و بتن­ریزی تیرها................................................................................................................................. 49 49 شکل (4-11). نگهداری تیرها در اطاقک رطوبت...................................................................................................................... 51 شکل 4-12 نگهداری تیرها در محلول هیدروکسید سدیم..................................................................................................... 52 شکل (4-13).مخلوط اپوکسی.................................................................................................................................................... 52 GFRP........................................................................................................................................... 53 شکل(4-15). تیر تحت بارگذاری، (a) تیر تقویت نشده، (b) تیر تقویت شده با GFRP.............................................. 53 شکل (4-16).چگونگی آزمایش نمونه­ها................................................................................................................................... 54 شکل (5-1). ترک­هاي نقشه­اي بر اثر انجام واکنش قليايي سنگدانه­هاي فعال.................................................................. 56 شکل (5-2) نمودار سن – درصد انبساط نمونه­ی ساخته شده با ماسه­ی معدن آذربایجان شرقی............................... 57 شکل (5-3). نمودار بار تغيير مکان تيرها در دمای 2±23 درجه­ي سانتي­گراد و رطوبت 65 درصد............................ 60 شکل (5-4). نمودار بار تغيير مکان تيرها در محلول هیدروکسید سدیم............................................................................ 60 شکل (5-5). نمودار بار تغيير مکان برای کلیه­ی تیرها ......................................................................................................... 61 شکل (5-6). مد گسيختگي تير B1............................................................................................................................................ 61 شکل (5-7). مد گسيختگي تيرهاي گروه B2.......................................................................................................................... 62 شکل (5-8). مد گسيختگي تيرهاي گروه B3 ........................................................................................................................ 63 شکل (5-9). مد گسيختگي تيرهاي گروه B5.......................................................................................................................... 64 شکل (5-10). مد گسيختگي تيرهاي گروه B7....................................................................................................................... 65 شکل (5-11). مد گسيختگي تيرهاي گروه B8....................................................................................................................... 66 شکل (5-12). نمودار بار- تغییر مکان برای تیر دورپیچ شده و تیرهای B1 و B2 ........................................................ 67 شکل (5-13). مد گسیختگی تیر دورپیچ شده با یک لایه­ی 5 سانتیمتری در انتهای ورق و نزدیکتکیه­گاه ...... 67