دانلود پایان نامه ارشد : بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني سبک و مسلح شده با ميلگردهاي FRP

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی عمران سازه

عنوان : بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني سبک و مسلح شده با ميلگردهاي FRP

دانشگاه صنعتی بابل

دانشکده عمران

 

پايان نامه دوره كارشناسي ارشد

در رشته مهندسي عمران سازه

 

موضوع :

بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني سبک و

مسلح شده با ميلگردهاي FRP

 

اساتيد راهنما:

دكتر مرتضي حسينعلي‌بيگي

دكتر بهرام نوائي‌نيا

استاد مشاور:

دکتر حسن حاجي کاظمي

تابستان 1389

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

 

چکيده

بتن مسلح به فولاد، مصالحي است که بنا به دلايلي همچون مقاومت فشاري مناسب، هزينه تهيه پايين و در دسترس بودن مصالح خام، بطور گسترده در سازه‌هاي مهندسي عمران بکار برده مي‌شود. اما بتن مسلح تهيه شده از خمير سيمان، سنگدانه‌هاي معمولي، و ميلگرد‌هاي فولادي داراي نقاط ضعفي مانند وزن زياد، خوردگي فولاد، و ترک‌هاي ناشي از جمع شدگي است که کاربرد آن را در مواردي محدود مي‌کند. براي جبران اين ايرادات، بتن‌هاي خاصي ابداع شده‌اند که در آنها از سنگدانه‌هاي سبک و تکه‌هاي مجزا و کوچک الياف استفاده مي‌شود و به جاي ميلگردهاي فولادي، در جهت رفع مشکل خوردگي در مناطق ساحلي، از ميلگردهاي کامپوزيت پليمري اليافي، استفاده مي شود. از آن جا که استفاده از بتن‌هاي خاص با توجه به مزاياي غير قابل انکار آنها در حال گسترش بوده و نيز کاربرد آنها در کشوري مانند ايران در بسياري از موارد توجيه و ضرورت دارد، لازم است مطالعات کافي در مورد جنبه‌هاي مختلف کاربردي آنها انجام گيرد.

در تحقيق حاضر با تهيه يک برنامه آزمايشگاهي، به بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني ساخته شده از بتن سبک اليافي، مسلح به ميلگردهاي طولي از جنس کامپوزيت پليمري شيشه (GFRP) پرداخته شده است. براي اين منظور، تعداد 9 تير بتني با مقطع مستطيل در سه گروه طراحي و ساخته شده است. گروه اول شامل سه تير بتني سنگدانه سبک، گروه دوم شامل سه تير بتني سنگدانه سبک بهمراه الياف فولادي و گروه سوم شامل سه تير بتني سنگدانه سبک بهمراه الياف پلي‌پرو‌پيلن مي‌باشد. در هر گروه ميلگردهاي کامپوزيت به ميزان صد در صد، دويست درصد، و سيصد درصد تقويت بالانس در هر تير تعبيه گرديد. تيرها بصورت گام به گام و تدريجي تحت بار افزايشي قرار گرفته و اين عمل تا گام نهايي، يعني تخريب تيرها ادامه يافت. در هر گام مقادير جابجايي، کرنش، و عرض ترک در محل‌هاي مناسب برروي تيرها، به همراه نيروي اعمالي ثبت گرديد. با پردازش داده‌هاي بدست آمده خصوصياتي از تيرها مانند رفتار نيرو – تغييرمکان، ظرفيت خمشي، چگونگي ايجاد و گسترش ترک‌ها مورد مطالعه قرار گرفت.

نتايج حاصله حاکي از آنست که نمودار نيرو- تغييرمکان تيرهاي مسلح با ميلگردهاي کامپوزيت تا مرحله نهايي تقريباً خطي بوده و در تمامي تيرها در يک کرنش ثابت، درصد ميلگرد بيشتر باعث تحمل بار بزرگتري از تيرهاي با درصد ميلگرد کمتر شده است. همچنين مقايسه ظرفيت تجربي تيرها با روابط آيين نامه‌اي نشان مي‌دهد که اين روابط نتايج محافظه کارانه‌اي بدست مي‌دهند. همچنين تيرهاي داراي الياف در بارهاي کمتر شروع به ترک خوردگي نمودند، ولي مقاومت در برابر بار و ايجاد تغيير شکل هاي بيشتر در آن ها آشکارتر است.

 

کلمات کليدي:

ميلگردهاي GFRP، بتن سبک سازه اي ، بتن اليافي، رفتار خمشي.

 

ليست علائم و اختصارات

ارتفاع بلوك تنش مستطيلي mm a
مساحت مؤثر كششي بتن تقسيم بر تعداد ميلگردها برحسب ميلي‌مترمربع (mm)2 A
سطح مقطع آرماتور كششي مقطع از جنس FRP (mm)2 Af
سطح مقطع آرماتور كششي مقطع از جنس FRP در حالت متعادل (mm)2 Afb
حداقل آرماتور كششي در مقطع از جنس FRP (mm)2 Afmin
عرض مقطع mm b
عرض جان مقطع mm bw
ارتفاع تار خنثي mm C
ارتفاع تار خنثي در حالت متعادل mm Cb
ضريب كاهش شرايط محيطي بدون بعد CE
عمق موثر مقطع mm d
قطر آرماتور FRP mm db
ضخامت موثر محافظ بتني كه برابر با دورترين تار كششي تا مركز نزديك‌ترين ميلگرد به آن درنظر گرفته مي‌شود mm dc
مدول الاستيسيته آرماتور FRP Mpa Ef
مقاومت فشاري بتن Mpa fc
نيروي كششي آرماتور FRP N ff
مقاومت كششي آرماتور FRP Mpa ffu
مقاومت كششي ارائه شده توسط كارخانه سازنده آرماتور FRP Mpa
مقاومت تسليم آرماتور فولادي Mpa fy
ممان اينرسي مقطع ترك‌خورده (mm)4 Icr
ممان اينرسي موثر مقطع (mm)4 Ie
ممان اينرسي مقطع ترك‌نخورده (mm)4 Ig
فاصله ميان دو بار متمركز اعمالي بر تيرها mm l
مقاومت خمشي اسمي (لنگر اسمي) N-mm Mn
مقاومت خمشي اسمي در حالت استفاده از آرماتور FRP N-mm Mnf
مقاومت خمشي نهايي (مقاومت خمشي مورد نياز) N-mm Mu
مقاومت خمشي مقطع در سطح سرويس N-mm Mser
لنگر ترك‌خوردگي مقطع N-mm Mcr
لنگر اعمالي بر مقطع N-mm Ma
نسبت مدول الاستيسيته FRP به بتن

 

بدون بعد nf
عرض ترك mm w
نسبت فاصله دورترين تار كششي از تار خنثي به فاصله مركز ثقل ميلگردهاي كششي تا تار خنثي بدون بعد b
ضريب تبديل به بلوك تنش مستطيلي بدون بعد
كرنش در دورترين تار فشاري بدون بعد ec
كرنش حداكثر بتن در دورترين تار فشاري بدون بعد ecu
كرنش در تار كششي بتن هم سطح با آرماتور كششي بدون بعد et
كرنش آرماتور FRP بدون بعد ef
كرنش نهايي آرماتور FRP بدون بعد efu
درصد آرماتور مقطع بدون بعد r
درصد آرماتور متعادل مقطع بدون بعد
درصد آرماتور مقطع در حالت استفاده از FRP بدون بعد
درصد آرماتور متعادل مقطع در حالت استفاده از آرماتور FRP بدون بعد
تغييرمكان تير زير بار متمركز mm

Abstract

Reinforced concrete is a composite material that is used widely in civil engineering constructions because of appropriate compressive strength, low cost, and availability of raw materials. However, because of disadvantages such as high density, steel corrosion, and shrinkage cracking, usage of conventional reinforced concrete made with cement paste, normal aggregates, and steel rebar’s is limited in some situations. Special concretes containing lightweight aggregates, FRP rebar’s, and fibers have been developed to overcome these deficiencies. Usage of these special concretes is growing due to their undeniable benefits in many countries including Iran. Thus, more studies should be done over different aspects of their utilization.

In the present study, an experimental work has been done to study the bending behavior of lightweight aggregate concrete beams containing fibers, reinforced with longitudinal GFRP rebar’s. A total of nine beams with rectangular cross sections in three different groups have been designed and constructed. The first group includes three lightweight aggregate concrete beams, the second group includes three lightweight aggregate concrete beams containing steel fibers, and the third group includes three lightweight aggregate concrete beams containing polypropylene fibers. In each group, the GFRP reinforcement ratio was 100%, 200%, and 300% of balance reinforcement for each one of beams. Using four points bending test setup, the beams were incrementally loaded in different stages until failure. In each stage, the values of displacements, strains, and crack width at appropriate locations, together with the value of applied load were measured and recorded. Then, with the processing of recorded data, the properties of beams such as load-displacement behavior, bending capacity, and crack initiation and growth were studied.

Obtained results showed that the load-displacement relationship of GFRP reinforced concrete beams is approximately linear until failure, and at a specific strain value, the beam that has higher reinforcement ratio has larger load bearing capacity. Also, comparing experimentally obtained flexure strength of beams with code suggestions reveals that these suggestions are underestimate.

1   مقدمه

بتن پرمصرف ترين مصالح ساختماني است و در اغلب کشورهاي جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نيز فراتر رفته است. تنها ماده اي را که بشر به اين ميزان مصرف مي کند، آب است. بتن داراي مزايايي از قبيل مقاومت عالي در برابر آب، سهولت شکل دهي در اشکال گوناگون، ارزان و در دسترس بودن مصالح اوليه است. همچنين در مقايسه با فولاد نياز به نگهداري کمي داشته، مقاومت مناسبي در دماهاي بالا از خود نشان داده، و به دليل اينکه تحت ميدان‌هاي تنش موضعي کمتري قرار دارد، خستگي مشکل مهمي براي آن محسوب نمي‌شود[1].

علي رغم مزاياي مذکور براي بتن، به علت وجود مواد مختلف در بتن و نيز اندرکنش اين مواد به ويژه در ناحيه بين سنگدانه ها و خمير سيمان، هنوز در اين ماده و محصول نهايي حاصل از ساخت آن پيچيدگي ها و نادانسته هاي فراواني وجود دارد. سازه هاي بتني در بعضي موارد پاسخگوي نيازهاي بهره برداري نخواهند بود. از جمله نواقص سازه هاي بتني مي توان به مقاومت کششي کم، خوردگي فولاد، سهولت ايجاد و گسترش ترک، و وزن زياد آنها اشاره کرد.

تلاش محققان صنعت ساختمان همواره بر رفع نواقص سازه هاي بتني بوده است و روش هاي مختلفي براي اين منظور ارائه داده اند که در زير به چند نمونه از آن ها اشاره مي شود:

–  ميلگردهاي FRP براي جلوگيري از خوردگي و افزايش مقاومت و افزايش ميرايي: استعداد خوردگي فولاد در برابر شرايط محيطي قليايي كه در سازه هاي بتن آرمه در معرض آب دريا استفاده مي شود، باعث گرديده است كه استفاده از FRP بعنوان جايگزين آن مطرح شود. مقاومت خوردگي و کششی مواد کامپوزيت مي‌تواند تا چهار برابر فولاد باشد. اين مواد به دليل بالا بودن ضريب ميرايي آنها که ناشي از خواص غيركشسان آنها است انرژي جذب شده را ميرا مي­كنند.

– استفاده از فايبرها براي افزايش مقاومت کششي و کاهش عرض ترک ها: الياف دراندازه ها و اشکال مختلف و از جنس فولاد، خميري، شيشه و مواد طبيعي مورد استفاده قرار مي گيرند. استفاده از الياف با حجم و اندازه هاي متفاوت در ملات، تا حدي باعث افزايش مقاومت کششي نهايي شده ولي کرنش کششي در هنگام گسيختگي در اين نوع از بتن ها در مقايسه با انواع معمولي بسيار بيشتر است که اين بدليل جلوگيري از باز شدن ترکها و تبديل يک ترک بزرگ به چندين ترک کوچک مي‌باشد.

– استفاده از بتن هاي سبک براي کاهش وزن کلي سازه: در مقايسه با فولاد، پائين بودن نسبت مقاومت به وزن بتن، براي ساخت برج ها و دهانه هاي بزرگ پل ها و سازه هاي شناور به عنوان يک مشکل اقتصادي محسوب مي شود. براي افزايش نسبت مقاومت به وزن بتن، يک راه حل مناسب، استفاده از سنگدانه‌هاي سبک مانند ليکا بجاي سنگدانه‌هاي معمولي است که تا کنون با موفقيت در ساخت برج هاي تا چند ده طبقه در دنيا مورد استفاده قرار گرفته است.

بديهي است مواد جديد نواقصي هم دارند، شامل توليد محدود و هزينه بالا، شکست ترد، نياز به قلاب نمودن ميلگردهاي پليمري در کارخانه و . . . که  سبب کاهش استفاده از آن ها در سازه هاي بتني در حال حاضر مي شود. با توجه به رشد صنعت و تکنولوژي، استفاده ي روزافزون از اين مصالح  در آينده نزديک، دور از انتظار نخواهد بود.

تعداد صفحه : 127

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --