دانشگاه آزاد اسلامی

واحد علوم و تحقیقات کرمان

دانشکده فنی و مهندسی، گروه عمران

 پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی عمران M.Sc))

گرایش: مهندسی و مدیریت ساخت

 عنوان:

مدل­سازی تیرهای بتنی پیش تنیده تقویت شده با مواد مرکب پلیمری

 استاد راهنما:

دکتر علی اکبر مقصودی

استاد مشاور :

دکتر حامد صفاری

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)
فهرست مطالب
عنوان               شماره صفحه
چکیده 1
فصل اول: کلیات پژوهش
1-1- مقدمه. 3
1-2- روش های وارد کردن نیروی پیش تنیدگی.. 3
1-2-1 روش مکانیکی.. 3
1-2-2 روش شیمیایی.. 3
1-2-3 روش الکتریکی- حرارتی.. 4
1-3- مصالح و تجهیزات… 4
1-3-1 بتن.. 4
1-3-2 فولاد. 4
1-3-3 انواع گیرها و کابل ها 4
1-4- معیار اساسی پیش تنیدگی.. 4
1-4-1 بتن پیش تنیده 7
1-4-2 مزیت بتن پیش تنیده 8
1-5- روش های پیش تنیدگی.. 10
1-5-1 پیش کشیدگی.. 10
1-5-2 پس کشیدگی.. 11
1-6- تاثیر پیش تنیدگی روی تنش های مقطع. 12
1-7- پیش تنیدگی جزئی.. 13
1-7-1 پیش تنیدگی کامل.. 13
1-7-2 پیش تنیدگی جزیی.. 13
1-8- مواد مرکب FRP. 13
1-9- محدودیت مقاوم سازی.. 14
1-10- حداقل مقاومت سطح بتن.. 14
1-11- علت های ترمیم و تقویت سازه ها 14
1-12- نیاز به بهسازی و مقاوم سازی.. 15
1-13- روش های ترمیم و تقویت سازه بتنی.. 15
1-14- ساختار مواد مرکب… 15
1-15- آشنایی با مواد مرکب… 16
1-16- روش های ترمیم و تقویت تیرهای بتنی.. 16
1-17- انواع مواد مرکب… 16
1-18- انواع محصولات frp. 17
1-19- انواع الیاف… 18
1-20- انواع پلیمرها 18
1-21- مزیت بهره گیری از FRP  در ترمیم سازه بتنی.. 19
1-22- پیشینه پژوهش.. 19
فصل دوم: کلیات و مفاهیم
2-1- مشخصات مصالح مصرفی.. 22
2-1-1 مقاومت بتن.. 22
2-1-1-1 اهمیت فولاد با مقاومت بالا. 23
2-2- فولادهای پیش تنیدگی.. 24
2-2-1 وایر. 24
2-2-2 رشته. 25
2-2-3 میلگرد. 25
2-3- رفتار سازه 25
2-4- رفتار تیرهای پیش تنیده در محدوده الاستیک… 25
2-4-1 تعادل داخلی.. 27
2-5- نیروی پیش تنیدگی.. 29
2-6- افت های در نیروهای پیش تنیدگی.. 29
2-7- اصول کلی محاسبات افت… 30
2-7-1 محاسبات افت ناشی از کوتاه شدگی الاستیک بتن.. 30
2-7-2 افت کوتاه مدت… 31
2-7-2-1 محاسبه افت ناشی از اصطکاک.. 31
2-7-3 افت کشش در محل گیره (کوتاه مدت) 32
2-7-4 افت دراز مدت… 33
2-7-4-1 افت ناشی از جمع شدگی بتن.. 33
2-7-4-2 افت های ناشی از وارفتگی بتن.. 33
2-7-4-3 افت ناشی از وادادگی فولاد پیش تنیدگی.. 33
2-7-5 افت ناشی از خزش… 34
2-8- مجموع افت های پیش تنیدگی.. 35
2-9- انواع پیش تنیدگی.. 35
2-10- خصوصیات مصالح FRP. 35
2-10-1 خصوصیات فیزیکی.. 35
2-10-1-1 چگالی.. 35
2-10-1-2 ضریب انبساط حرراتی.. 36
2-10-2 خصوصیات مکانیکی مصالح FRP. 36
2-10-2-1 رفتار کششی.. 36
2-10-2-2 رفتار فشاری.. 37
فصل سوم: مطالعه های آزمایشگاهی و تئوری
3-1- مقدمه. 40
3-2- نمودارهای تنش و کرنش فولاد پیش تنیده و فولاد معمولی.. 42
3-3- تعیین تنش در فولاد های پس تنیده بدون پیوستگی.. 42
3-4- مطالعه مطالعات گذشته. 43
3-5- روابط آیین نامه ای.. 46
3-6- مقادیر حاصل از آزمایشگاه و مقایسه با روابط موجود. 48
3-7- نتیجه گیری.. 49
3-8- شکل پذیری.. 49
3-8-1 شکل پذیری مصالح.. 49
3-8-2 شکل پذیری عضو. 50
3-9- نتایج آزمایشگاهی.. 51
3-10- باز پخش لنگر. 51
3-11- مدل های شکست و بار نهایی.. 52
3-11-1 ظرفیت باربری نهایی و آزمایشگاهی تیرها 53
3-11-2 مد شکست… 53
فصل چهارم: طراحی خمشی
4-1- طراحی خمشی.. 55
4-2- طرحی خمشی بر اساس تنش های.. 56
4-2-1 تیرها با خروج از مرکزیت پیش تنیدگی ثابت… 58
4-3- طراحی خمشی بر اساس بالانس بار. 58
4-4- کنترل ترک.. 61
4-5- مقایسه دهانه ساده با پیوسته. 61
4-6- پروفیل تاندون ها وترتیب تنش ها 62
4-7- حالت کلی طراحی.. 64
4-7-1 مقادیر حداکثر کشش در کابل ها 64
4-7-2 حالت نهایی.. 64
4-8- جزئیات اجرایی.. 64
4-8-1 مسیر کابل.. 65
4-8-2 محل قرارگیری کابل.. 65
4-9- ضوابط آرماتورهای معمولی.. 66
فصل پنجم: معرفی اجزاء محدود و نرم افزار آباکوس
5-1- مفاهیم اجزاء محدود. 68
5-2- مراحل کلی اجزاء محدود. 68
5-2-1 تقسیم بندی و انتخاب نوع المان ها 68
5-2-2 انتخاب تابع جابجایی.. 69
5-2-3 تعریف روابط کرنش- جابجایی و تنش- کرنش… 69
5-2-4 استخراج روابط و ماتریس ساختمان المان. 69
5-2-5 برهم گذاری معادلات المانها به مقصود دست یابی به معادلات  کلی یا اصلی و معرفی شرایط مرزی  70
5-2-6 تعیین درجه های آزادی مجهول(جابجا های کلی) 70
5-2-7  محاسبه تنش ها و کرنش المان. 70
5-2-8 تفسیر نتایج.. 70
5-3- استخراج معادلات تیر. 71
5-4- کاربرد اجزائ محدود. 73
5-5- مزایای اجزاء محدود. 73
5-6- برنامه آباکوس… 74
5-7- مزیت بهره گیری از نرم افزار آباکوس… 74
5-8- آشنایی کلی با نرم افزار آباکوس… 76
5-9- بهره گیری از فایل ورودی.. 76
5-10- مراحل طراحی تیر با بهره گیری از نرم افزار اجزاء محدود. 78
فصل ششم: تحلیل و نتیجه گیری
6-1- مقایسه نتایج آزمایشگاهی تیرهای پس تنیده یکسره با روش مدل سازی آباکوس… 88
6-2- مدل سازی تیر پس تنیده تقویت شده با CFRP. 93
6-3- نتیجه گیری.. 99
6-4- پیشنهادات… 100
منابع و مآخذ. 101
فهرست منابع فارسی.. 101
فهرست منابع انگلیسی.. 102
پیوست 107
چکیده انگلیسی.. 115
چکیده
امروزه مواد کامپوزیت یا مواد مرکب (FRP) به عنوان یکی از پیشرفته ترین  و کاربردی ترین مواد در جهان صنعتی تلقی می گردد و همچنین رشد و تکنولوژی این مواد در حال افزایش می باشد. صنعت و تکنولوژی این مواد در کشور به عنوان یک صنعت نو مطرح می باشد. بهره گیری از سازه های بتنی در ایران روبه افزایش  می باشد و بدلائل مختلف مانند تغییر کاربری سازه ها و بازنگری آیین نامه های بارگذاری، تیر سراسری اغلب نیاز به ترمیم و تقویت دارند. همچنین پیش تنیده کردن سازه های بتنی باعث افزایش ظرفیت خمشی این گونه تیرها شده و باعث افزایش مقاومت سازه و افزایش طول دهانه تیرها می گردد. که هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ سازه ای مقرون به صرفه می باشد. نیاز به ترمیم و تقویت و افزایش ظرفیت خمشی اعضای بتنی را می توان با  روشهای بهره گیری از مواد مرکب انجام داد. بهره گیری از مواد مرکب در ساختمان های بزرگ و تجاری و ابنیه های تاریخی که و هزینه تخریب و بازسازی آنها زیاد می باشد، مورد توجه می باشد. باتوجه به زلزله خیز بودن کشور،  نیاز به تقویت سازه ها در برابر زلزله می باشد، این طرح این امکان را به وجودمی آورد که بدون تخریب سازه با تقویت به وسیله مواد مرکب، مقاومت مورد نیاز را برای بهره برداری مجدد از سازه امکان پذیر سازد. پژوهش حاضر، جهت مدل سازی و ارزیابی تیرهای I – شکل سراسری (نامعین) پس تنیده با فولادهای بدون پیوستگی تقویت شده با ورق FRP  انجام شده. بدین مقصود  از نرم افزار آباکوس بهره گیری شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده می باشد.   
کلمات کلیدی: پیش تنیدگی، تقویت سازه ها، مواد مرکب، نرم افزار آباکوس
 
1- مقدمه
پیش تنیدگی[1] عبارت می باشد از:  ایجاد یک تنش ثابت و همیشگی در یک عضو بتنی به چگونگی دلخواه و به اندازه لازم به طوری که، در اثر این تنش مقداری از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده عضو، خنثی شده در نتیجه مقاومت و باربری آن افزایش می یابد. بتن پیش تنیده پس از بتن مسلح در  فرم های ساختمانی به کار گرفته شده  می باشد. در قرن گذشته چندین الگو پیش تنیدگی متفاوت ارائه شده می باشد، اثرات طولانی مدت تنش و انقباض باعث کاهش نیروی پیش تنیدگی می گردد، و مزیت و کاربرد بتن پیش تنیده را کاهش می دهد، که این امر با بهره گیری از فولاد با مقاومت بالا تا حدی قابل جبران می باشد (بیلینگتون 1976، 84-71).
1-2- روش های وارد کردن نیروی پیش تنیدگی[2]
1-2-1 روش مکانیکی
شاید ساده ترین روش فشرده ساختن یک تیر به وسیله یک یا دو جک پیش روی دو تکیه گاه می باشد. این روش در بعضی از پروژه های بزرگ به  کار می رود در بعضی از پروژها می توان  پس از فشرده ساختن تیر بوسیله جک با قرار دادن ورق فولادی بین تیر و تکیه گاه جلو برگشت تیر را به حالت اولیه گرفت، سپس جک ها را آزاد نمود.  اشکال اساسی این روش ها این می باشد که کوچکترین تغییر شکل یا حرکت تکیه گاه، به چگونگی قابل ملاحظه ای نیرو را  کاهش می دهد.
1-2-2 روش شیمیایی
در این روش نیروی پیش تنیدگی در اثر بهره گیری از سیمان های منبسط شونده به وجودمی آید. این سیمان ها بر خلاف سیمان های معمولی در موقع گرفتن و سخت شدن به جای منقبض شدن منبسط می گردند، زیرا وجود کابلهای در داخل بتن جلوی این انبساط طول را می گیرد، در نتیجه مقدار نیروی فشاری در تیر ایجاد می گردد. 
1-2-3 روش الکتریکی- حرارتی
در این روش با وصل کردن جریان برق به کابلها باعث ازدیاد طول کابلها شده، سپس کابلها را توسط گیره هائی در همان حال کشیده به تکیه گاه وصل می کنند. پس از قطع کردن جریان و سرد شدن کابل ها، دور آنها را بتن ریزی می کنند و بعد از اینکه مقاومت بتن به حد لازم رسید کابل های کشیده شده را از تکیه گاه آزاد می کنند و در نتیجه نیروی کشیده شدن کابل ها به بتن منتقل می گردد، روش پیش تنیدگی حراراتی به گونه وسیعی برای ساختن دالها، تیرها، خرپاها و ستون های چراغ برق مورد بهره گیری قرار می گیرد (دوبل 1936، 20-9).
 1-3- مصالح و تجهیزات
1-3-1 بتن
مقاومت بتن در سازه های پس تنیده بایستی از مقاومت و کیفیت بهتری نسبت به بتن در سازه های ساخته شده از بتن مسلح معمولی، برخوردار باشد. زیرا بالا بودن مقاومت بتن باعث ایجاد گیرش و چسبندگی بهتر بین کابل ها و بتن می گردد.
1-3-2 فولاد
فولادهای پیش تنیدگی شامل مفتول ها و کابل های[3] ساخته شده از مفتول یا میلگردهای آلیاژ[4] دار پر مقاومت می باشند.
1-3-3 انواع گیرها و کابل ها
گیره استرند فورس
 1-4- معیار اساسی پیش تنیدگی
معیار طراحی بتن آرمه چه برای نوع پیش تنیده و چه برای غیر پیش تنیده این می باشد که:
در جایی که در اثر بارگذاری خارجی، کشش ایجاد گردد، آرماتور فولادی قرار گیرد، در بتن پیش تنیده آرماتور با مقاومت بالا، به کار می رود و این آرماتور قبل از اعمال بار خارجی کشیده می گردد. این کشیدگی اولیه آرماتور بتن مجاور خود را پیش فشرده می کند و باعث می گردد که این بتن بتواند بار بیشتری را قبل از ترک خوردگی تحمل نماید.
شکل 1-1: مقایسه تیرهای بتن آرمه و بتن پیش تنیده (محمودی زاده 1384، 8)
در بتن پیش تنیده هیچ تنش و کرنشی چه در فولاد چه در بتن قبل از اعمال بار وجود ندارد. برای ترک دادن بتن در چنین تیری احتیاج به بار نسبتا کمی می باشد. قبل از ترک خوردگی، تنش های کششی ایجاد شده در آرماتور در تیر بسیار کوچک می باشد.
 در هنگام گسیختگی، لنگر وارده با ایجاد تنش های کششی بالا در آرماتور و تنش های فشاری بالا در بتن تحمل می گردد.
همانطور که در شکل (1-1) نشان داده شده می باشد، اقدام پبش تنیدگی باعث ایجاد یک سیستم تنش – خود متعادل می گردد؛ این تنش خود – متعادل عبارت از تنش های کششی بالا در فولاد پیش تنیدگی که منجر به به نیروی کششی p  می گردد و تنش های متقابل در بتن که نتیجه آنها یک نیروی فشاری برابر با p می باشد. بایستی متوجه بود، که زیرا این دو نیروی متقابل همدیگر را خنثی می کنند، هیچ نیروی محوری یا لنگر خمشی در اثر پیش تنیدگی ایجاد نمی گردد (محمودی زاده 1384،12).
با وجود اینکه نیروی محوری و لنگر خمشی خالص در مقطع موجود نیست؛ در اثر پیش تنیدگی،  عضو کوتاه شده و قوس بر می دارد. زیرا قبل از هرگونه بار گذاری، تنش های فشاری زیادی در بتن موجود می باشد، عضو مورد نظر می تواند بار زیادی را قبل از اینکه تنش تار تحتانی به تنش ترک خوردگی برسد تحمل کند،  بار دیگر در هنگام گسیختگی لنگر وارده به وسیله تنش های کششی بالا در فولاد و تنش های فشاری بالا در بتن تحمل می گردد.
فولاد غیر پیش تنیدگی فقط وقتی تحت کرنش قرا می گیرد، که بتن اطراف دچار کرنش شده باشد پس کرنش های کششی بالا فقط در صورتی در این فولاد ایجاد می گردد، که بتن اطراف آن شدیدا ترک خورده باشد.
کرنش در فولاد پیش تنیده خیلی بیشتر از کرنش در بتن اطرافش می باشد؛ در شکل (2-1) به این دلیل، حتی قبل از ترک خوردگی بتن، فولاد پیش تنیدگی می تواند دارای تنش های کششی بالا باشد. می توان چنین تصور نمود که فولاد غیر پیش تنیده به صورت غیر مستقیم (از طریق پیوستگی با بتن اطراف) کرنش های وارده را قبول کند، به کمک پیش تنیدگی این طراح می باشد که به صورت غیر مستقیم تنش موجود در  فولاد را کنترل کرده و تغییر شکل های سازه را تنظیم می کند.
شکل 1-2: نسبت های دهانه به ارتفاع تیپ برای دالهای یک طرفه پیش تنیده و غیره پیش تنیده (محمودی زاده1384،18)
بتن پیش تنیده یکی از جدیدترین  فرم های ساختمان می باشد که وارد مهندسی سازه شده می باشد. این روش در ابتدای قرن بیست و یکم توسط مهندس فرانسوی به نام یوجین فرنیسینه[5] با بهره گیری از برخورد منطقی مواد مانند فولاد با مقاومت بالا توانست تکنیک پیش تنیدگی با موفقیت به کار ببرد، از این زمان به بعد بتن پیش تنیده به عنوان یک روش ساخت قابل قبول مورد بهره گیری واقع گردید و امروزه در بسیاری از کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه در دسترس می باشد.  
ضمنا نیز مواد کامپوزیت یا مرکب امروزه به عنوان یکی از پشرفته ترین و کار بردی ترین مواد جهان صنعتی محسوب شده و روز به روز به رشد این تکنولوژی افزوده می گردد.
تاکنون در ضمینه تقویت سازه های بتن مسلح توسط مواد مرکب FRP  [6] تحقیقات زیادی صورت گرفته مانند این تحقیقات تقویت خمشی تیرها با چسپاندن مواد مرکب به سطوح کششی و تقویت برشی خواهد بود (نشریه 1385، 345).
با در نظر داشتن مطالعه ها، از این صنعت در ساختمان سازی که تقویت سازه بوسیله مواد مرکب می باشد، پرداخته می گردد.   
 1-4-1 بتن پیش تنیده
ایده پیش تنیدگی یا پیش فشردگی یک سازه امری جدید نیست، به عنوان مثال بشر برای ساختن بشکه چوبی و چرخ ها و ارابه های فلزی برای تحت فشار قرار دادن مصالح مصرفی از این روش بهره گیری کرده می باشد. روش پیش تنیدگی کاربردهای بسیاری در مهندسی عمران دارد، اما معمول ترین آنها در بتن پیش تنیده می باشد که نیروی پیش تنیدگی به عضو بتنی وارد می گردد و موجب به وجود آمدن یک نیروی فشار محوری می گردد، که همه یا قسمتی از تنش های کششی به وجودآمده، در عضو تحت اثر بارگذاری خارجی را بی اثر می کند. بیشترین کاربرد پیش تنیدگی در زمینه سازه های ساختمانی به صورت تولید تیرها و دال ها با تکیه گاه ثابت می باشد. این تیرها معمولا در کارخانه ساخته می شوند، تا کنترل کیفیت بهتری  انجام می گیرد. جای که دهانه بزرگ تر لازم هستند معمولا تیرهای بتنی پیش تنیده به کار می رود.
در تاریخ مهندسی جدید ایده پیش تنیده کردن بتن به بیش از یک قرن پیش بر می گردد، تا مدت ها توفیقی در این ایده به دست نیامد، که سرانجام در سال 1945 میلادی مهندس فرانسوی یوجین فرنیسینه توانست با بهره گیری از سیم فولادی با مقاومت بالا و بتن با مقاومت بالا کیفیت بهتر نسبت به محققان قبلی به صورت عملی به بتن پیش تنیده دست پیدا کند (بان نیستر 1986، 342-333).
در زمینه مهندسی پل، معرفی بتن پیش تنیده؛ ساخت پل های با دهانه زیاد را عملی ساخته می باشد. این پل ها معمولا از قطعات پیش ساخته تشکیل شده اند که با جرثقیل در ارتفاع مورد نظر قرار گرفته اند و به کمک پیش تنیدگی به قطعات موجود متصل می شوند. این فرایند همچنان ادامه پیدا می کند تا دهانه مورد نظر تکمیل گردد. در پل های کوچک تر بهره گیری از تیرها پیش ساخته پیش تنیده بسیار اقتصادی می باشد، بویژه اگر بخواهیم ترافیک کمتری زیر پل ایجاد گردد.

تعداد صفحه :134
قیمت : 14700 تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد: ارزیابی ریسک در پایداری پروژه های گودبرداری با لحاظ کردن عدم قطعیت ها

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.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

دسته‌ها: عمران