دانلود ‫پروژه تکنولوژی بتن

عنوان:مقاوم سازی تیر مرکب بتن فولادبا استفاده از CFRP
خلاصه: همواره استفاده از موادکمپوزیتِ پیشرفته برای احیای فرسودگیِ زیر بنا سرتاسر جهان را در بر گرفته است.تکنیک های موجود در عرف فعلی برای تقویت پل های غیر استانداردگران و وقت گیر است وبه کار ونیروی انسانی زیادی دارد.چند روش جدید از لایه های فیبرهای تقویت شده پلیمری (FRP) برای اهداف تعمیر وبازسازی استفاده کردند،که این فیبرها دارای وزن کم ومقاومت بالا هستند ودربرابر خوردگی نیز مقاوم اند.ظرفیت باربری تیر مرکب بتن فولاد با استفاده از فیبرکربن تقویت شده پلیمری (CFRP) که با چسب اپوکسی چسبانده شده اند و برای مقاومت در برابر کشش ساخته شده اند می تواند بطور قابل بهبود یابد.این مقاله نتایج مطالعه و تحقیق بر روی رفتا تیر مرکب بتن وفولاد که با ورق های CFRP تقویت شده است در زیر بارهای استاتیکی را ارائه می دهد.جمعاً سه اندازه بزرگ تیر مرکب که از تیرهای فولادی با سایز13.6 ×W355 - A36 ودالی بتنی به ضخامت 75mmو عرض910mm ساخته شدو مورد آزمایش قرار گرفت.ضخامت ورق های CFRP ثابت بود ولی تعداد آنها در هر نمونه بصورت یک،سه وپنج لایه بود.نتایج آزمایش نشان داد که ورق های CFRP چسبانده شده با اپوکسی ظرفیت باربری نهایی تیر مرکب را افزایش می دهد و رفتار آن را می توان تا حد قابل قبولی با روش های سنتی محاسبه پیش بینی کرد.

معرفی
در طی35 سال گذشته انجمن راه و حمل و نقل آمریکا(AASHTO) و وزارت راه و ترابری دولت فدرال(FHWA) برنامه هایشان را برای ارزیابی پل ها در هر شش ماه یکبار ارتقا داده اند معلوم شد که یک سوم پل های بزرگ راه های ایالات متحده که مورد بررسی قرار گرفته بودند غیر استاندارد هستند.

براساس آخرین اطلاعات و آمار مرکزملی فهرست پل ها (NBI) تعداد پل های بزرگ راه ها که عملاً منسوخ
شده‌اند بیش از 81000 است.

بیش از 43 درصد این پل ها از فولاد ساخته شده اند.پل های فولادی جزء گروهی بودند که در گزارش NBI بیشترین تأکید در بازسازی آن ها گوشزد شده بود.

زنگ زدگی، نقص در نگه داری مناسب و خستگی جزئیات آسیب پذیر مشکلات عمده در پل های فولادی بود.همچنین تعداد زیادی از این پل ها برای تحمل بار عبور مرور بیشتر نیاز به ارتقا و احیا خواهد داشت.در گزارشات NBI همواره قید شده است که تعمیر ونوسازی احیاء به صرفه تر از ساخت دوباره یک پل جدید است.هزینه بازسازی وتعمیردراکثرمواردخیلی ارزان ترازدوباره ساختن است همچنین به وقت کمتری نیزنیازدارد.درنتیجه مدت کمتری خدمات شهری دچار اختلال می شود.با توجه به منابع محدود برای کاستن از مشکلات مربوط به پل های فولادی نیاز به مواد جدید و نو و روش های مقرون به صرفه بدیهی است .

برتری خواص فیزیکی و مکانیکی FRPها آن ها را به موارد خوبی برای تعمیر و بازسازی سازه ها بدل کرده است.FRP ها از نخ هایی با مقاومت بالا ساخته شده اند؛(با مقاومت کششی بیش از 2گیگا پاسکال)مثل شیشه،کربن کولار (نوعی فیبرصند گلوله) که در شبکه از رزین گذاشته شده است.

کمپوزیت های شیشه(فایبر گلاس) به آسانی در دسترس هستند و واقعاً هم ارزان هستند.آنها در مصالح ساختمانی از جمله بتن به کار رفته اند ولی ضریب کششی کم این کمپوزیت ها آن ها را برای تقویت وتعمیر سازه های فولادی بلا استفاده کرده است در حالی که CFRP ها خواص میکانیکی قابل ملاحظه ای از خود نشان می دهند به طوری که مقاومت کششی آن 1200مگا پاسکال ومدول الاستیسیته آن ها بیش از 140گیگا پاسکال است.همچنین ورق های CFRP کمتر از یک پنجم فولاد وزن دارد و در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم اند.

لایه های CFRP با ضریب مدول کششی بالا که بوسیله اپوکسی چسبانده شده اند می توانند در برابر تنش های کششی یک عضو کششی مقاومت کنند و سختی تیر سراسری را افزایش دهند.با اضافه کردن لایه های CFRP به عضو کششی تنش در آن کاهش خواهد یافت و به همین ترتیب مدت زمان تسلیم عضو نیز بهبود خواهد یافت.در طول یک دهه اخیر پژوهش های زیادی بر روی تعمیر و بازسازی تیرهای بتنی بوسیله FRP ها که اپوکسی بهم چسبانده شده اند صورت گرفته است ولی پژوهش های اندکی در مورد استفاده از این مواد برای تقویت تیرهای فولادی و تعمیرشان به وسیله این مواد انجام شده است.

این مقاله تأثیر CFRP های چسبانده شده با اپوکسی را در تنش موجود در بال تیر آهن به کار رفته در یک تیر مرکب بتن فولادو همچنین بهبود ظرفیت باربری وسختی آن را مورد بررسی قرار می دهد.

کارهای قبلی
معمولی ترین روش مرمت پل ها موارد زیر هستند
1 تقویت اعضا
2 اضافه کردن تعداد اعضا
3 افزایش رفتار کمپوزیت(یکپارچه مرکب)
4 ایجاد پیوستگی در استحکام
5 پُستtensioning
به کلی روش های سنتی که دربالا ذکر شد به ماشین آلات سنگین و قطع خدمات شهری به مدت طولانی نیاز دارند و بسیار گران هستند.و در بیشتر موارد میزان منابع مورد مصرف برای حل مشکل را هم در نظر نمی گیرند.

به عنوان مثال، سالها استفاده از ورق های فولادی جوش داده شده برای تعمیر و تقویت سازه های موجود عمومی ترین روش برای این کار بوده است.

اولین استفاده از این روش، به سال 1934 در فرانسه برمی گردد در زمانی که یک پل 73 ساله تقویت شد.

ضعف های عمومی ورق های جوش داده شده موارد زیر هستند:
1 برای آوردن و جوش دادن ورق های فولادی به ماشین آلات سنگین نیاز بود.

2 حساسیت جزئیات جوش در برابر فرسودگی
3 امکان ایجاد خوردگی (سوختن) در اثر شوک الکتریکی ما بین صفحات و عضو موجود برای اتصال آن ها به هم پژوهش های زیادی بر روی استفاده از ورق های فولادی به هم چسبیده با اپوکسی برای تقویت سازه های بتنی و فولادی انجام شده است.

اولین گزارش به سال1964 برمی گردد در بندر«دوربان» در آفریقای جنوبی ، که تقویت در یک تیر بتنی در هنگام ساخت به صورت تصادفی جا مانده بود.

( تیر مسلح نبود ).

تیر بتنی با ورق های فولادی بوسیله اپوکسی در برابر تنش کششی مقاوم شد.

در ژاپن نیز با همین روش بیش از 200 بزرگ راه مرتفع بتنی که معیوب بودند تقویت شدند.

در یک تحقیق اجرا شده در دانشگاه مریلند، چسباندن و پیچ کردن انتهای ورق های
در یک تحقیق اجرا شده در دانشگاه مریلند، چسباندن و پیچ کردن انتهای ورق های فولادی به تیرهای فولادی برای ایجاد یک تیر محکم در افزایش مدت فرسودگی سیستم مورد بررسی قرار گرفت آن ها عمر فرسودگی را 20 برابر حالت جوش دادن صفحات گزارش دادند.

در تحقیق دیگری که در دانشگاه فلوریدای جنوبی اجرا شد، امکان استفاده از CFRP در تعمیر پل های دارای تیر مرکب بتن ـ فولاد مورد بررسی قرار گرفت.

آن ها جمعاً 6 تیر آهن با مقطع 11×W203 را به یک دال بتنی با عرض 711 میلی متر و ضخامت 115 میلی متر متصل کردند.

ورق های CFRP مورد استفاده در این تحقیق65/3 متر طول 150 میلی متر عرض داشتند که دارای دو ضخامت متفاوت 2و5 میلی متر بودند.

در آن تحقیق ذکر شد که لایه های CFRP توانستند ظرفیت نمایی باربری تیرهای مرکب را به میزان قابل توجهی بالا ببرند.

فوائد استفاده مواد مرکب پیشرفته در پل هایی که در حال خراب شدن هستند،در دانشگاه ایالتی دِلاوِر مورد بررسی قرار گرفت.در یک بخش از آزمایشاتشان در اندازه کوچک آن ها8 تیرآهن با مقطع 4.5 × W203 به طول 52/1 را در پنج آرایش متفاوت به کار بردند.آن ها متوسط افزایش مقاومت را در سیستم تجهیز شده باCFRP را 60 درصد گزارش دادند .همچنین آن ها دو تیر بطول 4/6متر که دچار خوردگی بودند آزمایش وتعمیر کردند که تیرها از نوع پروفیل های استاندارد I شکل IPB با عرض بال 230 میلی متر بودند.نتایج آن نشان داد که در سختی حدود 25% و در ظرفیت باربری نمایی 100% افزایش داشته اند.

با توجه به این که تحقیقات کمی برروی تأثیر ورق هایCFRP چسبیده شده با اپوکسی برای تحمل تنش بال تیر مرکب بتن وفولاد انجام شده است این تحقیق برای بررسی این متد اجرا شده است.

نتایج تجربی نیز با متدهای سنتی محاسبه مقایسه شده اند مؤلفان این مقاله در یک مقاله جداگانه ارتباط خوردگی در اثر شوک الکتریکی را زمانی که CFRP در اتصال با فولاد استفاده شده اند را بررسی کرده اند نتایج این تحقیق حاکی از آن بود که خوردگی های در اثر شوک الکتریکی مهم نیستند ولی می توان باگذاشتن یک نازک چسب یا یک لایه کمپوزیت غیر فلزی بین فولاد و CFRPهمین ضررها را نیز کاهش داد.

تحقیق تجربی تاثیرورق های CFRP چسبانده شده با چسب اپوکسی در بالابردن ظرفیت بار بری نهایی تیرهای مرکب در سه اندازه بزرگ از تیرهای تقویت شده با ورق های فیبر کربن که عمل پل تراسیون* بر روی آن ها انجام شده مورد بررسی قرار گرفته است.(پل تراسیون در آخر مقاله توضیح داده شده است)به منظور مشاهده تأثیر این تکنیک،سه حالت مختلف ازورق های CFRP مورد بررسی قرار گرفته است.

تیرهای یکجور بوسیله ورق های یک،سه و پنج لایه مقاوم شده اند.طول سرتاسری ورق هایCFRP یکسان بود و محل برش برای هر لایه برای جلوگیری از خرابی ناگهانی در نقاط انتهایی به دلیل تمرکز تنش به صورت دال بری بود.

مواد: اندود چسب چسب لزج و غلیظ اپوکسی که دارای دو جزء ترکیبی است برای چسباندن لایه به سطح بال تیرها به کار برده شده است نسبت ترکیب اپوکسی به صورت یک حجم رزین (بیسفنولA قلیایی) و یک حجم سخت کننده(پلی اتیلن پلی آمین)است.

این اپوکسی دارای زمان گِرس اولیه 30 دقیقه ای است(در دمای اتاق)0 بعد از دو روز در دمای 25C گِرس نهایی را دارد این اپوکسی سریعاً سخت می شود و برای موارد کار در بالای سر ایده آل است.

اپوکسی چسب با غلظت کمتر اپوکسی برای چسباندن لایه ها به یکدیگر به کار برده شده است نسبت ترکیب اپوکسی دو حجم رزین (بیسفنولA قلیایی) و یک حجم سخت کننده (پلی آمید) است این اپوکسی دارای زمان گِرس اولیه یک ساعت در دمای اتاق و بعد از 7 روز در دمای 25co گِرس نهایی را دارد این اپوکسی مدت بیشتری به صورت ژلاتینی است و ویکوزیته کمتری دارد و برای تضمین پر کردن کوچکترین فصای خالی مابین ورقه های CFRP به کار برده شده است .

CFRP ورق استفاده شده از نوع فیبر کربن که عمل پل تراسیون بر روی آن انجام شده است، یک سویه با عرض 1.27 میلی متر است .

بعد از تست 16 عدد از نوارهایی با طول 400 میلی متر و عرض 25 میلی متر،مقاومت کششی در حدود 2137 مگا پاسکال ، مدول الا سیسته 144 گیگا پاسکال و نسبت پواس 0.34 به دست آمد .

نمودار تنش کرنش برای نوارهای CFRPدر کشش تک محوری در شکل1(a) نشان داده شده است.

فولاد برای آزمایش از فولادِ 13.6×W355 ـ A36 گرم غلطک خورده استفاده شده است.یک تست کشش تک محوری روی هفت نمونه بریده شده با طول معیار 125 میلی متر و عرض معیار 25 میلی متر و ضخامت بال9.5 میلی متر و جان6.4 میلی متر انجام شده در نمونه های بریده شده بال و جان متوسط مقدار مقاومت ارتجاعی برای بال و جان به ترتیب 381.9,354.9 مگا پاسکال و مدول الاستیسیته برای بال و جان به ترتیب 177.5,198.3 گیگا پاسکال و ضریب پواسن برای بال و جان به ترتیب 0.299,0.305 به دست آمد0 نمودار تنش کرنش برای بال تحت کشش تک محوری در شکل 1(b) نشان داده شده است .

حداقل تقویتی نیز در دال بتنی در برابر دما و انقباض با استفاده از یک شبکه میلگردی جوش داده شده مسطح به ابعاد 6.4×150×150 میلی متر ایجاد شد.

بتن: بتن سفارش داده شده دارای مقاومت فشاری 15.5 مگا پاسکال بود و طرح اختلاط بصورت اسلامپ 100mm که بزرگترین اندازه درشت دانه آن 10 میلی متر بود تهیه شده بود.دوازده استوانه با اندازه150×75 میلی متر برای قالب تهیه شد و هنگام گرفتن همراه با تیرها نگه داری شد.

نمونه در زیر فشار تک محوری قبل از اینکه تیر ها آزمایش شوند تست شدند.مقاومت فشاری و مدول الاسیتسیته و بتن بترتیب 16.6 مگا پاسکال و13.84 گیگا پاسکال بود نمودار تنش کرنش بتن زیر فشار تک محوری در شکل 1(c) آمده است.

آماده کردن نمونه ها و تجهیزات مقطع پروفیل های فولادی در اولین برش به طول های 49 متری بریده شد و سپس گل میخ های برش گیر به قطر 13 میلی متر و ارتفاع 51 میلی متری به بال بالایی(بال فشاری) در دو ردیف به فاصله 1.25 میلی متر از مرکز گل میخ ها نسبت به هم در طول تیر جوش داده شدند.

بعد از نصب قالب ها و محکم کردنشان، شبکه میلگردی در وسط ارتفاع دال بر روی پایه های مکعبی شکل به اندازه 38 میلی متر همان طور که در شکل 2 می بینید قرار گرفتند دو قلاب ساخته شده از میلگرد 4 هم برای حمل ونقل تیرها بعد از گرفتن بتن جوش داده شد .

تمام دال ها زمان گِرس مشابهی داشتند و ویره آن ها نیز از نوع دستی بود و همچنین نمونه های استوانه ای نیز دارای همین زمان گِرس بودند تیرها و استوانه هادر زیر یک پوشش پلاستیکی در شرایط مرطوب نگه داری شدند.

ورق های CFRP در طول های مورد نیاز بوسیله اره تسمه ای بریده شدند برای نمونه تقویت شده با یک لایه یک جفت از ورق های CFRP با طول 3.95 متر و عرض 75 میلی متر بریده شدند تا در کنار هم به تیر فولادی و یا بال کششیِ تیر فولادی چسبانده شوند.برای نمونه تقویت شده با سه لایه جفت از ورق هایCFRP در طول های 3.95 و3.65 و3.35 (با اختلاف 300 میلی متر) میلی متر بریده شدند تا در کنار هم بر روی تیر قرار گیرند.برای نمونه تقویت شده با 5 لایه نیز 5 جفت ورق CFRP با طول های3.35,3.50,3.65,3.80,3.95 (با اختلاف 150 میلی متر) میلی متر بریده شدند تا روی تیر قرار گیرند و انتهای هر ورق بوسیله سمباده نمره150 یکنواخت و هموار شده سطح ورق ها با شن نمره30 شن پاشی (سند بلاست) شد و سپس با محلول نمک دار تمیز و در نهایت بوسیله آب آشامیدنی شستشو داده شد.

بعد از خشک شدن ورق ها سطوحشان با یک لایه ضخیم اپوکسی پوشانده شد و سپس با یک فشار کم برای خروج حباب های هوا از اپوکسی ما بین ورق ها آن ها به هم چسبانده شدند.

برای محکم کردن ورق ها به هم از گیره های نگه دارنده استفاده شد.

بعد از این که دال بتنی کاملاً سخت شد درست قبل از اتصال ورق ها به سطح بال تحتانی (کششی) تیر فولادی نیز با شن نمره30 شن پاشی شد و به همان صورت شستشو داده شد.

پس از خشک شدن تیر فولادی و ورق هایCFRP و آماده شدن اندود چسب،چسب را به سطح بال تحتانی تیر فولادی و لایه ها زدند.

تمام دو صفحه بوسیله قشر نازکی از اندود چسب در حال گرفتن بود ورق های CFRP در طولشان بوسیله گیره های نگه دارنده و نبشی های آلومینیومی به اندازه3×40×40 میلی متر محکم شدند.

بعد از دو ساعت اپوکسی اضافی در اطراف محل چسبانده شده تراشیده شد در عکس شماره3 شکل تیر تقویت شده را می توانید ببینید.

بعداز یک هفته کرنش سنج ها بامقاومت الکتریکی120 اهم برروی سطح تیر آهن روی ورق های CFRP و دال بتنی نصب شدند.کرنش سنج ها هم در بالا وهم در پائین سطح دال و همچنین بال تیر آهن نصب شدند و همچنین در طول نیز در دو انتهای تیر ها و فواصل 1.4 طول کلی تیر قرار گرفتند محل قرار گیری کرنش سنج ها در شکل 4 نشان داده شده است.

هشت قطعه چوبی دراندازه100×100 میلی متر آماده شدند و در بین دو بال تیر آهن بعنوان نگه دارنده قالب ها قرار گرفتند.یک صفحه بار در بالای دال با قالب گیری دو بلوک 5×140×100 میلی متر و با استفاده از سیمان آماده شد(عکس6 ) بلوک ها به صورت مجزا از هم به فاصله 500 میلی متر به شکل متقارن در دو طرف خط وسط دال قرار گرفتند (شکل5) جزئیات آزمایشگاهی: چهار نقطه تست خمشی با استفاده از نیروی 2200 کیلو نیوتن ایجاد شد.

بار گذاری بوسیله یک محرک هیدرولیک 244.41 ـMST و یک جک هیدرولیک RRH10011 ـEnterpac با ظرفیت 500 و1000 کیلو نیوتن به ترتیب تأمین شد.

جک Enerpac به دلیل محدود بودن قدرت محرک MTS به500 کیلو نیوتن می بایست مورد استفاده قرار می گرفت.

بار بوسیله دو سلول بار MTS-661.23A-02 با ظرفیت 500 کیلو نیوتن و خمش نیز بوسیله یک مبدل (ترانس دیو سر )DUCAN600 با دامنه 75mm اندازه گیری شد.بار گذاری یکنواخت با سرعت حرکت کنترل شده0.025mm/s (9cm/h) در زیر محرک ایجاد شد.جمعاً سه دفعه بار برداری در هر تست انجام شد.قبل از تسلیم، بعد از تسلیم فولاد و هنگام بار گذاری 500KN (حین سوئیچ محرک به جک ).بار و خمیدگی وسط دهانه و کرنش در نقاط مختلف توسط سیستم دیا ترونیک که یک همکاری بین PC و برنامه Excel است انداره گیری و ترسیم شد.

فاصله خالص دهانه دو تیر 4.78 متربود و نقطه بارگذاری به فاصله 0.5 متر از لبه بود (شکل 5)نقاط بارگذاری شده و پایه ها بوسیله بلوک های غلتکی ساخته شد و از یک گوی برای انتقال بار از جک هیدرولیک به دال استفاده شد(عکس 6).

مدل سازی تحلیلی از روش سازگاری تغییر شکل ها و معادلات نیروها برای آنالیز استفاده شد در مجموع ظرفیت نهایی باربری برای تیر سراسری در مقایسه با روش حد نهایی مقاومت مورد قبول AA SHTO قرار گرفت.

رفتار تغییر شکل تحت بار به منظور پیش بینی رفتار تغییر شکل تحت بار تیر سراسری مرکب بتن فولاد فرض‌های زیر در نظر گرفته شده اند: 1-تغییرات نیروی کششی در مقطع تیر و در عمق آن خطی است.

2-هیچگونه لغزش در بین فولاد و بتن و CFRP وجود ندارد و عملکرد کمپوزیی کامل است.

3-انعطاف پذیری کاملاً خمیری در رابطه بین تنش وکرنش موجود باشد.

4-رفتار سهمی هوگنستاد برای بتن.

5-رفتار الاستیک خطی برای CFRP 6-بدون تغییر شکل برشی در جدول 1 خواص خوش بینانه مواد لیست شده است.نمودار تنش کرنش استوانه‌های بتنی و آزمایش سهمی هوگنستاد و بلوک تنشی و بتنی در شکل7نشان داده شده است.

ارتباط بین لنگر و انحنای یک قطعه بوسیله discretizing دال بتنی بال بالایِ،شبکه میلگردی و بال زیرین در میان دَه نوار با ضخامت یکسان و توجه به این که هرCFRP مساوی یک لایه است بهبود داده شد.کشش در قسمت فوقانی دال بتنی پارامتر اساسی بود که در هر فاصله و عمق از محور خنثی بسیار متغییر بود و بوسیله آزمون و خطا محاسبه شده است.در نتیجه در هر نقطه یک زوج نیرو و انحنای مخصوص به آن نقطه وجود داشت.کشش نهایی برای بتن 0.38% پیش بینی شد.نمودار لنگر و انحنا در شکل 8 کشیده شده است در این نمودارها مشخص شده است که تکنیکهای بازسازی می تواند ظرفیت نهایی خمش را افزایش دهد بصورتی که نمونه اولیه390کیلو نیوتن مترو نمونه های 1،3و5 بترتیب 470.4و560.2و596.3 کیلو نیوتن متر مقاومت از خود نشان دادند وجود ورق های CFRPخمش تسلیم را نیز به مقدار 297.5297.5 کیلو نیوتن مترو در نمونه های 1،3و5 لایه بترتیب 312 و345 و378.2 افزایش داد افزایش قابل ملاحظه در سختی و مقاومت نمونه بعد از تسلیم فولاد و به کار گیری این تکنیک را میتوان عامل افزایش چشمگیر نتایج دانست.

رابطه بار و میزان تغییرشکل (خمیدگی وسط دهانه) بوسیله روش لنگر سطح به دست آمد.تیر به 100 قطعه با طول های مساوی تقسیم شد.

نتایج بار و تغییر شکل در نمودار شماره8 آمده است.

شبیه نمودار لنگر و انحناتمام منحنی هاوقتی کشش در بتن به مقدار 0.0038رسیده تمام شده اند.

و همچنین ظرفیت نهایی بار بری تیر مرکب بطور چشمگیری افزایش داشت.

رابطه بین بار و تغییر شکل از دو جهت بوسیله دو پارا متر مقاوم کننده یعنی مقاومت الاستیک و فرا الاستیک ایده آل سازی شد.مقاومت الاستیک در نمونه اولیه 19.2 مگا نیوتن بر متر بود در حالی که در نمونه یک و 3و5 لایه به ترتیب 21.8و23.1و24.8 MN/m ضمناً مقاومت فرا الاستیک در نمونه اولیه 0.25 مگا نیوتن بهتر بود و در نمونه های 1و3و5 لایه به ترتیب 2.99و3.75و5.51 MN/m اندازه گیری شد مقادیر بالا با Excel مرتب شده اند.

ظرفیت نهایی لنگر(AASHTO) دستورالعمل AASHTO تقریب بلوک و بتنی را برای تخمین زدن فشار در بتنِ درحال شکستن استفاده میکند کشش نهایی در بتن 0.003 پیش بینی شد که حقیقتاً قابل قبول بود.

با استفاده از این روش با توجه به خواص مختلف شبکه میلگردی و بال ، ظرفیت اسمی لنگر و انحنای نهایی نمونه ها بدست آمد.نتایج در جدول شماره 2 آورده شده است.

با اضافه کردن ورق های CFRP به تیر فولادی ظرفیت لنگر بطور چشمگیری افرایش یافت و محور خنثی نیز پائین تر آمد درحالی که انحنا و انعطاف پذیری را کاهش داد.نتایج متدAASHTO با نتایج روشهای عددی در ریاضی به دقت ملاحظه شد.

آنالیز تجربی سه تیر مرکب که در تحقیق فعلی تست شدند با ورق های 1و3و 5 لایه CFRP در طول بار زیری تقویت شده بودند.

با یک بارگذاری یکنواخت با سرعت ثابت 2mm/min با تخلیه بار بسیار کم در نواحی الاستیک پلاستیک تحت آزمایش قرار گرفتند در ناحیه الاستیکِ اطلاعات در یک مقدار به خصوصِ بار تعیین و جمع آوری شد و بعد از تسلیم هم اطلاعات در یک مقدار به خصوصِ تغییر شکل وسط دهانه جمع آوری شد.

دال بتنی بال فشاری تیر آهن را پشتیبانی می کرد وهیچ گونه کمانش موضعی یاکمانش جانبی قبل ازتسلیم فشاری دال وجود نداشت.

گل میخ های برش گیر یک رفتار پیوسته بین دال بتنی وتیرفولادی بدون هیچ گونه افت ایجادمی کردند.گوه های چوبی شبکه میلگردی رادرزیرنقاط بارپشتیبانی می کردند وعکس العمل هاازآسیب دیدن گوه ها ی چوبی شبکه میلگردی جلو گیری می کردند.

نمودار بار وتغییر شکل برای تیر مرکب تقویت شده در شکل 10 آمده است.

تقویت با یک لایه CFRP رفتار بار و تغییر شکل تیر مرکب تقویت شده با یک لایه در شکل 11 با خط مشکی پررنگ آمده است.

در آغاز آزمایش مقدار نا چیزی پاسخ های غیر خطی به خاطر ترک های عرضی دال بتنی وجود داشت در مقدار بار 75کیلو نیوتن ترک ها بسته شدند وتیر شروع به پاسخ های کاملاً خطی کرد البته با مقدار سختی22.77 مگانیوتن بر مترکه بطور قابل ملاحظه ای از مقدار ابتدایی تست یعنی 17.81 مگا نیوتن بر متر بیشتر بود یک بار برداری در مقدار 200 کیلونیوتن نشان داد که در این مقدار از بار هیچ گونه تغییر شکل دائمی یا رفتار غیر خطی وجود ندارد و نمودار بصورت مماس با نمودار اولیه به مبدأ بر می گردد.

تارهای انتهایی بال کششی در مقدار بار 272.6 کیلو نیوتن جاری شدند در این مقدار بار تنش موجود در ورق های CFRP 203.2- مگا پاسکال بود.

پس از آن سختی تیر ها کم کم کاهش یافت و منحنی حین پیشرفت تسلیم در بین بال و شبکه میلگردی تدریجاً رفتار غیر خطی پیدا کرد.

بعد از مقدار بار 355 کیلو نیوتن ترک ها ی طولی در دال بتنی ودر امتداد بال تیر آهن ایجاد شدند.

این ترک ها زمانی که بار در حال افزایش بود،افزایش می یافتندواگر یک تقویت سر تا سری بیشتر در دال تعبیه شده بود می توانستند بیشتر دوام بیاورند.

درمقدار بار 400و500 کیلونیوتن تیر کاملاً باربرداری شد ودوباره بارها نصب شدند نمودار حلقه باربرداری یک پسماند جزیی بخصوص دربار برداری دوم را نشان می داد در هر دو حالت حلقه ها درهرکدام ازتیر هاکه باربرداری شده بودند درنقاط مشابهی بسته می شدند.سختی تیر در بار گذاری دوباره 207 مگا نیوتن بر متر بود ،اندکی کمتر از مقدار قبلی، ولی باز هم این مقدار با مقدار اولیه سختی قابل مقایسه است.دلیل وجود این سختی انسداد کامل ترک ها بعد از رسیدن دال به مرحله پلاستیک در نمونه بود.

تیر با خرد شدن بتن در بار 528.0کیلو نیوتن شکست.

تنش موجود در CFRP ها در هنگام شکستن 1589.8 مگا پاسکال یعنی حدود%75 مقاومت نهایی CFRP بود.

درست قبل از شکستن، لبه های ورق CFRP نشانه های گسیختگی را از خود نشان می دادند.

تقویت با ورق های سه لایه برای این نمونه ازاندودچسب برای چسباندن ورق های CFRPبه هم وچسباندن لایه سه ورقی به تیر آهن استفاده شد.

خط مشکی پر رنگ در شکل شماره 12 رفتار بین بار و تغییر شکل را نشان می دهد.رفتار بین بار وتغییر شکل بصورت نسبتاً خطی آغاز شد و بار برداری در منطقه 200 کیلو نیوتن هیچ تغییرشکل دائمی را نشان نمی داد سختی اندازه گیری شده برای تیر 20.12 مگا نیوتن بر متر بود که به طور مشخصی کمتر از مقدار محاسبه شده بود.

شاید به خاطر این بود که فرآیند انتقال نیرو در بین لایه های CFRP و تیر آهن در اندود چسب ارتجاعی تر از اپوکسی بود.در بار 275.8کیلو نیوتن بال کششی شروع به جاری (تسلیم)شدن کرد و تنش در ورق های CFRP به مقدار 192.5مگا پاسکال رسید در نتیجه سختی تیر آهن دائماً کاهش یافت و منحنی نیز به حالت پیوسته ای غیر خطی شد.

در مقدار بار 400 کیلو نیوتن در دال بتنی ترک های مختلف طولی در راستای لبه بالایی تیرآهن ایجادشد با ایجاد تقویت های سراسری می توانستیم تیرها رابیشتر تقویت کنیم.

در بارِ 475 کیلو نیوتن یک بار برداری مشاهده شد و مانند حالت قبلی در نقاط مشابهی نسبت به هر کدام از تیرها این حلقه ها بسته می شد تیر در مرحله بار برداری سختی20.41 مگا نیوتن بر متر داشت شبیه آنچه که در بار گذاری اولیه داشتیم ولی بعداً سختی آن کمی بیشتر از 21.17 شد.کوچک شدن ترک ها شاید عامل کمی سختی شد به طوری که ترک ها تا 1cm جمع شدند ولی کاملاً بسته هم نشدند.

تیر با جدایی دو لایه آخرCFRP از لایه اول ناگهان به طور زود هنگامی در مقدار بار 553.4 کیلو نیوتن شکسته شد.تنش در لایه های CFRP حدود901.2 مگا پاسکال بودکه خیلی کمتر از مقاومت نهایی آن بود(42% مقدار مقاومت نهایی ).اندود چسبی که بین ورق های CFRP به کار رفته بود به همان کیفیت چسب به کار رفته بین ورق CFRP و بال تیر آهن بود.

بعد از آزمایشِ صفحات جدا شده فقدان در نگه داری کافی از اپوکسی مشاهده شد.

این به خاطر طرح نا درست اختلاط ماده چسبنده حین ساختن نمونه ها بود که این نقیصه در نمونه آخر رفع شد.

تقویت با 5 لایه CFRP برای تصحیح نقص قبلی در نمونه 3 لایه ورق هایCFRP بوسیله شن پاشی بیشتر به منظور تأثیر بیشتر چسب با ویسکوزیته پائین زبر تر شدند اندود چسب به دقت ترکیب شد و فقط برای چسباندنCFRP به تیر فولادی استفاده شد.رفتار باروتغییرشکل تیرتقویت شده با5 لایه CFRP را در شکل13 با خط مشکی پررنگ می توانید ببینید.

رفتار غیر خطی اولیه به خاطر ترک های سرتاسری که در دال بتنی وجود داشت ایجاد شدند.ترک ها در بار 100KN بسته شدند و تیر از خود سختی 21.99MN/m را نشان می داد که این مقدار با مقدار اولیه سختی یعنی 19.61 قابل مقایسه بود.

در بار برداری منطقه الاستیک بعد از بار 200 کیلو نیوتن هیچ گونه تغییر شکلی یا پسماندی مشاهده نشد.

تسلیم بال کششی بعد از رسیدن بار به 27.91 KN آغاز شد.

ورق های CFRP در آن نقطه تنش کششی 184.9 مگا پاسکال را تحمل می کردند.

بعد از این که تسلیم تیر فولادی آغاز شد سختی تیر کم کم کاهش یافت و تسلیم به شبکه میلگردی نیز توسعه یافت به همان میزان باعث استراحت بال شد.

ترک های طولی زیادی همانند نمونه های قبلی بعد از رسید به بار 425 ایجاد شداین ترک ها در راستای افزایش بار شروع به بزرگ شدن و عریض شدن کردند در حدود بار 475 کیلو نیوتن یک بار برداری کامل و سپس دو بار بارگذاریِ دوباره انجام شد.

نمودار نشان داد پسماند متوسط شبیه تیرهای قبلی است وهمانند نمونه های قبلی حلقه در نقاط مشابه بسته می شود بعداز باربرداری سختی کمی بیش از 22.76 مگانیوتن بر متر مشاهده شد.

در مقدار بار645.8 کیلو نیوتن با خرد شدن بتن وجدایی تدریجی بال تیرآهن از دال بتنی ودر نهایت بدلیل ازدیاد ترک های عریض در دال،شکسته شد.

تنش در ورق های CFRP حدود 903.7 مگا پاسکال بود یعنی خیلی کمتر از مقدار نهایی آن ها(42% مقدار نهایی مقاومت)بود.

برش های سطحی در بال کششی وشبکه میلگردی در نزدیکی انتهای تست به وضوح قابل دیدن بوده بعد از شکسته شدن بتن بال فشاری تیر آهن به خاطر فرو پاشی دال بتنی دچار کمانش شد.

تأثیر مقاوم سازی بر روی نمودار تنش و کرنش: افزایش ناحیه تقاطع در نمونه می توانست سطح تنش در بال کششی تیر را کاهش دهد .مدول کششی ورق های CFRP حدود2/3 مدول الاستیسیته آهن بود و قطر های این لایه ها به طور متوسط کم بود.

لایه چسب دو ماده تقریباً با سطح نرم (صاف) را به هم متصل کرده بود ،بنابراین بهبود قابل توجهی در مقاومت تیر در حالت الاستیک آن طور که انتظار می رفت مشاهده نشد شکل شماره 11 تغییرات تنش در بال کششی را بر اساس تابع بار گذاری قبل از تسلیم برای سیستم های مختلف تقویت نشان می دهد.مقادیر تئوری سختی و کرنش بر مقادیر آزمایشگاهی در ناحیه الاستیک به دلیل جمع شدن ترک ها منطبق نبودند.بنابراین نتایج با هر کدام از نمونه ها که بیشتر از نمونه خالص (بدون تقویت )بودند مقایسه شدند.سیستم پنج لایه بیشترین کاهش در تنش با متوسط مقدار 13.7 مگا پاسکال در مقایسه با دو سیستم قبلی نشان داد سیستم های1و3 لایه کاهش ناچیزی در ناحیه الاستیک نشان دادند.

بعد از تسلیم ،تأثیر لایه های CFRP بسیار عمیق تر از آن چیزی است که در شکل 15 نمایش داده شده است.

تنش های کششی در بال کششی تقویت شده تیر مرکب به طور قابل ملاحظه ای کاهش داشت تنش کششی دربال بطورمتوسط به میزان 20.6و39.2و52.6درصد برای لایه های بترتیب 1و3و5 کاهش داشت در حالی که در نمونه خالص اولیه تنش 350KN بود.

برای مقادیر بالای بار گذاری تأثیر مقاوم سازی به آسانی قابل رؤیت بود.

بهبود قابل ملاحظه تیرها توانست تغییر شکل دائمی در مسائل غیر منتظره و بارهای زیاد ناگهانی محدود کند.

حالت های شکست در موارد ذکر شده قبلی ،سیستم CFRP – بتن -فولاد توانست حالت های شکست مختلفی از خود نشان دهد که شامل این موارد است: خرد شدن بتن ، جدا شدنCFRP ، گسستگی CFRP ،از کار افتادن شبکه میلگردی و شکستن برش گیرها .

در ضمن گوه های چوبی که در بین بال ها و نقاط بار گذاری قرار گرفتند از خرابی و تسلیم شبکه میلگردی جلوگیری می کردند برش گیر ها برای دالی با مقاومت فشاری 35mpa طراحی شده بودند خیلی بیشتر از مقاومت اندازه گیری شده بتن در این مقاله استفاده شد.

شکستن بتن در اثرفشارهمان طور که درشکل a16 نشان داده شده است یک حالت شکست مشترک در همه سه موردبود.

در سیستم 1 لایه شکستن بتن زمانی صورت گرفت که لایه های CFRP شروع رشته رشته شدن کردند همان طور که در شکل 16(b) نشان داده شده است در سیستم سه لایه جدایی ورق CFRP از تیرآهن دلیل شکستن زود به هنگام شد شکل 16(c) مراقبت ناقص از چسب،نسبت نادرست ترکیب چسبند دلایل این مسئله عنوان شد.

بعد از تصحیح این نقیصه در سیستم 5 لایه هیچ شکستی به صورت ناگهانی رخ ندادو دوباره فشار شکست بتن به حالت تیر تبدیل شد.