موسسه آموزش عالی پردیسان

گروه عمران

عنوان:

مطالعه تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیرعمیق بتن مسلح دارای بازشو تقویت شده با FRP توسط نرم افزار اجزاء محدود

 استاد راهنما:

دکتر علیرضا میرزا گل تبار روشن

 استاد مشاور:

دکتر جواد واثقی امیری

پایان نامه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه

 
فهرست مطالب
فصـل اول مقدمه. 1
1-1-   تیر عمیق.. 3
1-2-   بازشوی جان.. 4
1-3-   اهمیت این مطالعه. 4
1-4-   هدف این مطالعه. 5
فصل دوم تیر عمیق بتن مسلح.. 7
2-1-   مقدمه. 8
2-2-   بتن.. 8
2-2-1-    رفتار فشاری بتن.. 8
2-2-2-    محصوریت در بتن به وسیله خاموت… 9
2-2-3-    مدل کنت و پارک… 10
2-2-4-    نسبت پواسون.. 11
2-3-   فولاد مسلح کننده بتن.. 11
2-4-   الیاف مقاوم پلیمری.. 12
2-4-1-    الیاف… 14
2-4-2-    ماتریس…. 14
2-4-3-    مزایای FRP. 15
2-4-4-    معایب FRP. 16
2-5-   تیرعمیق بتن مسلح.. 16
2-5-1-    تیر عمیق بتن مسلح با بازشو. 17
2-5-2-    مقاوم سازی تیر عمیق بتن مسلح دارای بازشو. 18
2-6-   تاریخچه مطالعات پیشین.. 20
فصل سوم مدلسازی.. 28
3-1-   مقدمه. 29
3-2-   مدل سازی تیر بتنی.. 30
3-2-1-    مدل سازی آسیب… 30
3-3-   آسیب اولیه. 31
3-4-   معیار حداکثر تنش اسمی.. 32
3-5-   معیار حداکثر کرنش اسمی.. 32
3-6-   ضابطه تنش اسمی درجه دوم. 32
3-7-   ضابطه کرنش اسمی درجه دوم. 32
3-8-   رشد آسیب… 32
3-9-   مطالعه مدل رفتار اصطکاکی (Contact) 33
3-10-بهره گیری از مدل اصطکاکی اولیه (Coulomb) 33
3-11-بهره گیری از مدل پیش فرض…. 34
3-12-تعیین تابع اصطکاک جنبشی و ایستائی.. 35
3-12-1- بهره گیری از محدودیت تنش برشی انتخابی.. 35
3-12-2- ارتباط های فشار-تماس بسیار نزدیک…. 36
3-12-3- بهره گیری از ارتباط تماس سخت… 36
3-12-4- بهره گیری از ارتباط تماسی «سخت» اصلاح شده در تحلیل استاندارد. 37
3-12-5- مطالعه مدل رفتاری آسیب پلاستیک بتن (CDP) 37
3-13-صحت سنجی مدل.. 39
3-14-هندسه مدل.. 39
3-14-1- مشخصات هندسی تیر عمیق.. 39
3-14-2- خواص مصالح.. 40
3-14-3- مدل سازی تیر شاهد. 41
3-14-3-1-…………………………………………………………….. مدل سازی بتن مسلح.. 41
3-14-3-2-………………………………………………………………. مدل سازی میلگردها 41
3-14-3-3-……………………………………………………. مدل سازی ورق های CFRP. 42
3-14-3-4-…………………………………………………………………….. تعریف بارگذاری.. 42
3-14-3-5-…………………………………………………………………. شرایط تکیه گاهی.. 42
3-14-3-6-……………………………………………………………………………. مش بندی.. 42
3-14-3-7-…………………………………………………………………………. نتایج تحلیل.. 43
3-14-3-8-……………………………………………………………………. مدل تقویت شده 43
3-14-3-9-…………………………………………………….. روش تقویت تیر بتنی عمیق.. 43
3-14-3-10-مشخصات CFRP. 43
فصل چهارم تحلیل.. 44
4-1-   تیر عمیق بتن مسلح (تیر شاهد) 45
4-2-   تیر عمیق بتن مسلح با بازشو. 49
4-2-1-    تیر عمیق بتن مسلح با بازشو مربعی.. 49
4-2-1-1-  تیر عمیق بتن مسلح با باز شوی مربعی با ابعاد mm 150.. 49
4-2-1-2-  تیر عمیق بتن مسلح با باز شوی مربعی با ابعاد mm 200.. 54
4-2-2-    تیر عمیق بتن مسلح با باز شوی دایره ای.. 58
4-2-2-1-  تیر عمیق بتن مسلح با بازشوی دایره ای با قطر mm 150.. 58
4-2-2-2-  تیر عمیق بتن مسلح با بازشوی دایره ای با قطر mm 200.. 63
4-3-   تیر عمیق بتن مسلح با بازشوی تقویت شده با CFRP. 67
4-3-1-    تیر عمیق بتن مسلح تقویت شده با CFRP با بازشوی مربعی.. 67
4-3-1-1-  تیر با بازشوی مربعی تقویت شده با CFRP با ابعاد mm 150.. 68
4-3-1-2-  تیر با بازشوی مربعی تقویت شده با CFRP با ابعاد mm 150.. 71
4-3-2-    تیر عمیق بتن مسلح با بازشو دایره ای تقویت شده با CFRP. 74
4-3-2-1-  تیر با بازشوی دایره ای تقویت شده با CFRP با قطر mm 150.. 74
4-3-2-2-  تیر با بازشوی دایره ای تقویت شده با CFRP با قطر mm 200.. 78
4-4-   مقایسه تیر عمیق بتنی ساده و تیرهای عمیق بتنی دارای بازشو. 82
4-5-   مقایسه تیر بتنی عمیق با بازشو و تقویت شده با CFRP. 83
4-6-   مقایسه کلی نمونه ها 84
فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات… 85
5-1-   نتایج.. 86
5-2-   پیشنهادات… 87
منابع.. 89
 
ایران از نظر لرزه خیزی در منطقه فعال جهان قرار دارد و به گواهی اطلاعات مستند علمی و مشاهدات اخیر از خطر پذیرترین مناطق جهان به شمار می رود. در این راستا یکی از برنامه های دولت و مردم برای کاهش خطر پذیری کشور در برابر زلزله، برنامه مطالعه و اجرای مقاوم سازی ساختمان های دولتی مهم، تأسیسات زیر بنایی و شریان های حیاتی کشور می باشد. موفقیت در مقاوم سازی لرزه ای به عنوان جزئی از بهسازی لرزه ای منوط به بهره بردن از فنون و مهارت های جدید مقاوم سازی می باشد. در میان این نوآوری ها، الیاف مقاوم شده با پلیمر[1] از جایگاه ویژه ای برخوردار می باشد.
شکل1-1: نقشه خطرپذیری لرزه ای جهانی[25]
در این بین، تیرهای عمیق بتن آرمه بطور گسترده در ساختمان های بلند مرتبه، مخازن، سیلوهای مستطیلی، دیافراگم های کف، دیوارهای برشی، دال ها و شاهتیرهای انتقال در سازه های دریایی و فونداسیون ها،  دیوارهای پناهگاه های زیرزمینی و همپنین در دیوارهای باربر ساختمان ها و غیره  مورد بهره گیری قرار گرفته شده می باشد. وجود بازشوهای جان فراوان در این گونه تیرها، جهت ایجاد دسترسی مانند درب ها و پنجره ها و یا جهت عبور تاسیسات اصلی مانند لوله های تهویه، آب، برق، فاضلاب،کولر و غیره مورد نیاز می باشد.
از سوی دیگر، رفتار اعضای سازه ای بتن مسلح در طول بارگذاری برای بهبود ایمنی و کارایی سازه بسیار مهم می باشد. روش های مختلفی برای بدست آوردن پاسخ اعضای سازه ای تاکنون به کار برده شده می باشد. مطالعات آزمایشگاهی به عنوان روشی برای واکاوی المان های سازه ای به گونه گسترده ای به کار رفته اند. اگرچه این روش نتایجی به دست می دهد که تا حد زیادی منطبق بر واقعیات می باشد، اما بسیار وقت گیر و پرهزینه می باشد. بهره گیری از روش واکاوی اجزاء محدود برای مطالعه ی اعضای سازه ای، یکی دیگر از روش هایی می باشد که امروزه به کار می رود. در گذشته مطالعات اولیه در این زمینه با در نظر داشتن امکانات سخت افزاری و نرم افزاری ضعیف وقت گیر بود. اما در سال های اخیر بهره گیری از واکاوی اجزاء محدود[2] به علت پیشرفت دانش و بالا رفتن ظرفیت سخت افزاری و نرم افزاری، افزایش یافته می باشد. بهره گیری از نرم افزارهای رایانه ای برای مدل کردن این المان ها بسیار با صرفه تر و سریع تر می باشد.
داده های به دست آمده از یک واکاوی المان محدود مفید نخواهد بود، مگر آن که گام های لازم برای فهمیدن این که درون مدل ایجاد شده نرم افزار چه می گذرد، برداشته گردد. همچنین بایستی کنترل های لازم در نقاط کلیدی برای اطمینان از خروجی نرم افزار انجام گردد.
تیر عمیق
تیر عمیق[3] تیری می باشد که عمقش قابل مقایسه با طولش باشد. بعضی از تیرهای بتن مسلح به نسبت دهانه ی شان دارای ارتفاع بزرگتر از معمول می باشند. در این تیرها نیروهای خارجی و واکنش های تکیه گاهی در صفحه ی عضو قرار دارند و یک حالت تنش صفحه ای در بتن به وجود می آید، به چنین تیرهایی تیر عمیق می گویند.
طراحی این تیرها به حد کافی توسط آیین نامه های ملی پوشش داده نشده می باشد؛ برای مثال آیین نامه ی فعلی بریتانیا B 8110 صریحاً اظهار می دارد که “برای طراحی تیرهای عمیق بایستی به نشریات تخصصی مراجعه گردد.” آیین نامه های مهمی که تا حدودی در مورد تیرهای عمیق بحث کرده اند، عبارتند از آیین نامه ی ACI و CIRIA Guide 2 که البته راهنمای شماره2  CIRIA اطلاعات جامع تری در اختیار می گذارد و به گونه مشابه پیش نویس Eurocod EC/2  اظهار می کند “این کد در مورد تیرهای عمیق به کار نمی رود”. آیین نامه های طراحی مهم عبارتند از: آیین نامه ی ACI (امریکا)، آیین نامه ی CANA23.3-M84 (کانادا) و آیین نامه یCIRIA GUIDE 2. از این میان تنها CIRIA GUIDE 2 دارای توصیه های نسبتاً جامعی می باشد.
بازشوی جان
غالباً جهت آسان کردن اجرای سرویس های اساسی مثل مجراها، کانال های هوا، دسترسی به کابل های شبکه های الکتریکی و رایانه ای، تاسیسات مکانیکی یا حتی رفت و آمد از اتاقی به اتاق دیگر، در جان تیرهای عمیق بتن مسلح بازشوهایی را اجرا می کنند.
عوامل موثر بر رفتار تیرهای عمیق بتن مسلح دارای بازشوی جان[4]

  • نسبت دهانه به عمق
  • سطح مقطع تیر (مقطع مستطیلی، Tشکل و …)
  • مقدار و محل آرماتور طولی
  • مقدار و نوع آرماتورگذاری جان
  • خواص بتن و فولاد
  • نسبت دهانه ی برش خالص به عمق تیر
  • نوع بار و محل آن
  • اندازه، شکل، محل بازشو و …

 اهمیت این مطالعه
تیرهای عمیق بتن آرمه بطور معمول در ساختمان های بلند مرتبه، سازه های دریایی و ساحلی، شاهتیرهای انتقال دهنده، بعضی دیوارها و سرشمع ها بهره گیری می گردد. وجود بازشوهایی در جان تیر در بعضی از تیرهای عمیق به سبب ایجاد دسترسی مانند درب ها و پنجره ها یا به سبب نیازهای تاسیساتی و معماری و یا به سبب تغییر در کاربری ساختمان اجتناب ناپذیر می باشد که این امر موجب کاهش ظرفیت عضو می گردد، پس می بایستی برای خطر چنین ضعفی، چند راه حل ایمن ارائه گردد. تا به امروز، مطالعات محدودی بر روی رفتار و مقاومت تیرهای عمیق بتن آرمه دارای بازشو در مقالات گزارش شده می باشد. نتیجه ای که از این مطالعات بدست آمده این می باشد که، وجود بازشو موجب کاهش قابل توجه مقاومت تیر عمیق بتن مسلح می گردد. در مواقعی که وجود این چنین بازشوهایی اجتناب ناپذیر می باشد، بایستی راهکارهای مناسبی جهت تقویت تیر و جبران کاهش مقاومت پیش بینی گردد. روش های مختلفی جهت ترمیم و تقویت تیرهای عمیق هست که بهره گیری از الیاف های پلیمری مرکب معروف به FRP در تقویت تیرهای بتن مسلح معمولی بطور کاملاً گسترده ای توسط محققین مورد مطالعه قرار گرفته می باشد که نتایج این تحقیقات بیانگر تاثیر چشمگیر کاربرد ورق های FRP در افزایش مقاومت تیرهای بتن مسلح بوده می باشد. با وجود تحقیقات گسترده در زمینه تیرهای کم عمق بتن مسلح، در مورد تقویت تیرهای عمیق بتن مسلح فعالیت های تحقیقی کمی انجام شده می باشد. در این ارتباط نظریات مختلفی از محققین مبنی بر تاثیر و یا عدم تاثیر ورق های FRP در افزایش مقاومت نهایی تیرهای عمیق اظهار گردیده می باشد.
هدف این مطالعه
هدف از این مطالعه مطالعه تحلیل غیر خطی و عددی تیرهای عمیق بتن آرمه دارای بازشو تقویت شده توسط CFRP می باشد. در این مطالعه، آزمایش خمش یک نقطه ای مدل سازی و مورد مطالعه قرار گرفته می باشد و جهت مدل سازی و مطالعه دقیق عددی از نرم افزار قوی اجزاء محدود Abaqus بهره گیری گردیده می باشد.
در این پژوهش پس از مطالعه انواع تحلیل های خطی و غیر خطی و تعیین نقاط اشکال و قوت هر کدام از روش های تحلیل ، روش های پیشرفته واکاوی استاتیکی غیر خطی مورد مطالعه قرار می گیرد.
در این پژوهش با بهره گیری از روش اجزاء محدود غیر خطی، 9 نمونه تیر عمیق با تکیه گاه های ساده تحت بار متمرکز، مدل سازی و اندازه تاثیر CFRP بر مقاومت نهایی تیرهای عمیق بتن مسلح دارای بازشو مورد مطالعه قرار گرفته می باشد. به این مقصود از یک نمونه تیر عمیق بتن مسلح بدون بازشو به عنوان تیر شاهد، 4 تیر عمیق بتن مسلح دارای بازشو دایره ای و مربعی بدون تقویت و 4 نمونه تیر عمیق بتن مسلح دارای بازشو دایره ای و مربعی تقویت شده با ورقه های CFRP به صورت دورپیچ U بهره گیری شده می باشد. در این مطالعه نمونه های دارای بازشو تا حد شکست بارگذاری می شوند و اثر افزایش مقاومت در تیرهای عمیق دارای بازشو که توسط CFRP تقویت شده اند، مطالعه می گردد.
در این نمونه ها در محل اعمال بار از یک صفحه فولادی به ابعاد 10×50×150 میلی متر در بالای نمونه و برای اعمال بار تکیه گاهی از دو ورق فولادی به ابعاد 10×50×150 در دو انتهای پایین نمونه بهره گیری شده می باشد.
 
تعداد صفحه : 105
قیمت : رایگان

دانلود رایگان پایان نامه با فرمت ورد

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد: تغییرات خط ساحل دریای خزر با استفاده از مدل ریاضی

 

 
 

پشتیبانی سایت :       

دسته‌ها: عمران