دانشکده عمران

 

پایان نامه دوره کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی عمران سازه

 

موضوع :

مطالعه رفتار خمشی تیرهای بتنی سبک و

مسلح شده با میلگردهای FRP

 

اساتید راهنما:

دکتر مرتضی حسینعلی‌بیگی

دکتر بهرام نوائی‌نیا

استاد مشاور:

دکتر حسن حاجی کاظمی

تابستان 1389

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
 
چکیده
بتن مسلح به فولاد، مصالحی می باشد که بنا به دلایلی همچون مقاومت فشاری مناسب، هزینه تهیه پایین و در دسترس بودن مصالح خام، بطور گسترده در سازه‌های مهندسی عمران بکار برده می گردد. اما بتن مسلح تهیه شده از خمیر سیمان، سنگدانه‌های معمولی، و میلگرد‌های فولادی دارای نقاط ضعفی مانند وزن زیاد، خوردگی فولاد، و ترک‌های ناشی از جمع شدگی می باشد که کاربرد آن را در مورد هایی محدود می کند. برای جبران این ایرادات، بتن‌های خاصی ابداع شده‌اند که در آنها از سنگدانه‌های سبک و تکه‌های مجزا و کوچک الیاف بهره گیری می گردد و به جای میلگردهای فولادی، در جهت رفع مشکل خوردگی در مناطق ساحلی، از میلگردهای کامپوزیت پلیمری الیافی، بهره گیری می گردد. از آن جا که بهره گیری از بتن‌های خاص با در نظر داشتن مزایای غیر قابل انکار آنها در حال گسترش بوده و نیز کاربرد آنها در کشوری مانند ایران در بسیاری از موردها توجیه و لازم است، لازم می باشد مطالعات کافی در مورد جنبه‌های مختلف کاربردی آنها انجام گیرد.
در پژوهش حاضر با تهیه یک برنامه آزمایشگاهی، به مطالعه رفتار خمشی تیرهای بتنی ساخته شده از بتن سبک الیافی، مسلح به میلگردهای طولی از جنس کامپوزیت پلیمری شیشه (GFRP) پرداخته شده می باشد. برای این مقصود، تعداد 9 تیر بتنی با مقطع مستطیل در سه گروه طراحی و ساخته شده می باشد. گروه اول شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک، گروه دوم شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک بهمراه الیاف فولادی و گروه سوم شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک بهمراه الیاف پلی‌پرو‌پیلن می‌باشد. در هر گروه میلگردهای کامپوزیت به اندازه صد در صد، دویست درصد، و سیصد درصد تقویت بالانس در هر تیر تعبیه گردید. تیرها بصورت گام به گام و تدریجی تحت بار افزایشی قرار گرفته و این اقدام تا گام نهایی، یعنی تخریب تیرها ادامه پیدا نمود. در هر گام مقادیر جابجایی، کرنش، و عرض ترک در محل‌های مناسب برروی تیرها، به همراه نیروی اعمالی ثبت گردید. با پردازش داده‌های بدست آمده خصوصیاتی از تیرها مانند رفتار نیرو – تغییرمکان، ظرفیت خمشی، چگونگی ایجاد و گسترش ترک‌ها مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج حاصله حاکی از آنست که نمودار نیرو- تغییرمکان تیرهای مسلح با میلگردهای کامپوزیت تا مرحله نهایی تقریباً خطی بوده و در تمامی تیرها در یک کرنش ثابت، درصد میلگرد بیشتر باعث تحمل بار بزرگتری از تیرهای با درصد میلگرد کمتر شده می باشد. همچنین مقایسه ظرفیت تجربی تیرها با روابط آیین نامه‌ای نشان می‌دهد که این روابط نتایج محافظه کارانه‌ای بدست می‌دهند. همچنین تیرهای دارای الیاف در بارهای کمتر شروع به ترک خوردگی نمودند، اما مقاومت در برابر بار و ایجاد تغییر شکل های بیشتر در آن ها آشکارتر می باشد.
 
کلمات کلیدی:
میلگردهای GFRP، بتن سبک سازه ای ، بتن الیافی، رفتار خمشی.
 
لیست علائم و اختصارات

ارتفاع بلوک تنش مستطیلی mm a
مساحت مؤثر کششی بتن تقسیم بر تعداد میلگردها برحسب میلی‌مترمربع (mm)2 A
سطح مقطع آرماتور کششی مقطع از جنس FRP (mm)2 Af
سطح مقطع آرماتور کششی مقطع از جنس FRP در حالت متعادل (mm)2 Afb
حداقل آرماتور کششی در مقطع از جنس FRP (mm)2 Afmin
عرض مقطع mm b
عرض جان مقطع mm bw
ارتفاع تار خنثی mm C
ارتفاع تار خنثی در حالت متعادل mm Cb
ضریب کاهش شرایط محیطی بدون بعد CE
عمق موثر مقطع mm d
قطر آرماتور FRP mm db
ضخامت موثر محافظ بتنی که برابر با دورترین تار کششی تا مرکز نزدیک‌ترین میلگرد به آن درنظر گرفته می گردد mm dc
مدول الاستیسیته آرماتور FRP Mpa Ef
مقاومت فشاری بتن Mpa fc
نیروی کششی آرماتور FRP N ff
مقاومت کششی آرماتور FRP Mpa ffu
مقاومت کششی ارائه شده توسط کارخانه سازنده آرماتور FRP Mpa
مقاومت تسلیم آرماتور فولادی Mpa fy
ممان اینرسی مقطع ترک‌خورده (mm)4 Icr
ممان اینرسی موثر مقطع (mm)4 Ie
ممان اینرسی مقطع ترک‌نخورده (mm)4 Ig
فاصله میان دو بار متمرکز اعمالی بر تیرها mm l
مقاومت خمشی اسمی (لنگر اسمی) N-mm Mn
مقاومت خمشی اسمی در حالت بهره گیری از آرماتور FRP N-mm Mnf
مقاومت خمشی نهایی (مقاومت خمشی مورد نیاز) N-mm Mu
مقاومت خمشی مقطع در سطح سرویس N-mm Mser
لنگر ترک‌خوردگی مقطع N-mm Mcr
لنگر اعمالی بر مقطع N-mm Ma
نسبت مدول الاستیسیته FRP به بتن
 
بدون بعد nf
عرض ترک mm w
نسبت فاصله دورترین تار کششی از تار خنثی به فاصله مرکز ثقل میلگردهای کششی تا تار خنثی بدون بعد b
ضریب تبدیل به بلوک تنش مستطیلی بدون بعد
کرنش در دورترین تار فشاری بدون بعد ec
کرنش حداکثر بتن در دورترین تار فشاری بدون بعد ecu
کرنش در تار کششی بتن هم سطح با آرماتور کششی بدون بعد et
کرنش آرماتور FRP بدون بعد ef
کرنش نهایی آرماتور FRP بدون بعد efu
درصد آرماتور مقطع بدون بعد r
درصد آرماتور متعادل مقطع بدون بعد
درصد آرماتور مقطع در حالت بهره گیری از FRP بدون بعد
درصد آرماتور متعادل مقطع در حالت بهره گیری از آرماتور FRP بدون بعد
تغییرمکان تیر زیر بار متمرکز mm
این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : بررسی ضریب رفتار قاب­های خمشی فولادی مجهز به میراگرهای اصطکاکی دورانی

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 ترین مصالح ساختمانی می باشد و در اغلب کشورهای جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته می باشد. تنها ماده ای را که بشر به این اندازه مصرف می کند، آب می باشد. بتن دارای مزایایی از قبیل مقاومت عالی در برابر آب، سهولت شکل دهی در اشکال گوناگون، ارزان و در دسترس بودن مصالح اولیه می باشد. همچنین در مقایسه با فولاد نیاز به نگهداری کمی داشته، مقاومت مناسبی در دماهای بالا از خود نشان داده، و به دلیل اینکه تحت میدان‌های تنش موضعی کمتری قرار دارد، خستگی مشکل مهمی برای آن محسوب نمی‌گردد[1].
علی رغم مزایای مذکور برای بتن، به علت وجود مواد مختلف در بتن و نیز اندرکنش این مواد به ویژه در ناحیه بین سنگدانه ها و خمیر سیمان، هنوز در این ماده و محصول نهایی حاصل از ساخت آن پیچیدگی ها و نادانسته های فراوانی هست. سازه های بتنی در بعضی موردها پاسخگوی نیازهای بهره برداری نخواهند بود. مانند نواقص سازه های بتنی می توان به مقاومت کششی کم، خوردگی فولاد، سهولت ایجاد و گسترش ترک، و وزن زیاد آنها تصریح نمود.
کوشش محققان صنعت ساختمان همواره بر رفع نواقص سازه های بتنی بوده می باشد و روش های مختلفی برای این مقصود ارائه داده اند که در زیر به چند نمونه از آن ها تصریح می گردد:
–  میلگردهای FRP برای جلوگیری از خوردگی و افزایش مقاومت و افزایش میرایی: استعداد خوردگی فولاد در برابر شرایط محیطی قلیایی که در سازه های بتن آرمه در معرض آب دریا بهره گیری می گردد، باعث گردیده می باشد که بهره گیری از FRP بعنوان جایگزین آن مطرح گردد. مقاومت خوردگی و کششی مواد کامپوزیت می‌تواند تا چهار برابر فولاد باشد. این مواد به دلیل بالا بودن ضریب میرایی آنها که ناشی از خواص غیرکشسان آنها می باشد انرژی جذب شده را میرا می­کنند.
– بهره گیری از فایبرها برای افزایش مقاومت کششی و کاهش عرض ترک ها: الیاف دراندازه ها و اشکال مختلف و از جنس فولاد، خمیری، شیشه و مواد طبیعی مورد بهره گیری قرار می گیرند. بهره گیری از الیاف با حجم و اندازه های متفاوت در ملات، تا حدی باعث افزایش مقاومت کششی نهایی شده اما کرنش کششی در هنگام گسیختگی در این نوع از بتن ها در مقایسه با انواع معمولی بسیار بیشتر می باشد که این بدلیل جلوگیری از باز شدن ترکها و تبدیل یک ترک بزرگ به چندین ترک کوچک می‌باشد.
– بهره گیری از بتن های سبک برای کاهش وزن کلی سازه: در مقایسه با فولاد، پائین بودن نسبت مقاومت به وزن بتن، برای ساخت برج ها و دهانه های بزرگ پل ها و سازه های شناور به عنوان یک مشکل اقتصادی به شمار می رود. برای افزایش نسبت مقاومت به وزن بتن، یک راه حل مناسب، بهره گیری از سنگدانه‌های سبک مانند لیکا بجای سنگدانه‌های معمولی می باشد که تا کنون با موفقیت در ساخت برج های تا چند ده طبقه در دنیا مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد.
بدیهی می باشد مواد جدید نواقصی هم دارند، شامل تولید محدود و هزینه بالا، شکست ترد، نیاز به قلاب کردن میلگردهای پلیمری در کارخانه و . . . که  سبب کاهش بهره گیری از آن ها در سازه های بتنی در حال حاضر می گردد. با در نظر داشتن رشد صنعت و تکنولوژی، بهره گیری ی روزافزون از این مصالح  در آینده نزدیک، دور از انتظار نخواهد بود.
تعداد صفحه : 127
قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

دسته‌ها: عمران