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¬ها
این 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