دانلود تحقیق تحلیل یک دال تعمیرشده

تحلیل یک دال تعمیر شده تخت مبتنی (لکه‌گیری شده) به روش اجزاء محدود»

مقدمه
بسیاری از سازه‌های بتن مسلح قدیمی موجود به پایان زمان سرویس دهی خود رسیده‌اند و یا حتی بیشتر از آن عمر کرده‌اند و تعداد زیادی از سازه‌های بتنی جدید نیز در معرض شرایط محیطی نامناسب قرار دارند که سبب خرابی پیش از موعد آنها در عرض 20 سال می‌گردد.

خرابی سازه های مبتنی به علل یک سری ‏فرآیندها مانند: فرآیند الکتروشیمیایی (خوردگی فولاد آرماتور)، فرآیند فیزیکی (یخ زدن و ذوب شدن)، فرآیند شیمیایی (حمله عوامل شیمیایی، حمله سولفات‌ها و واکنش سنگدانه‌های قلیایی بتن) و آسیب‌های مکانیکی صورت می‌پذیرد.

( اشکال 1 الی 3)
تمامی این فرآیندها منجر به ظهور فیزیکی آثاری چون انقباض و انبساط بتن شده که نتیجه آن به صورت ترک‌ها و پکیدن (قلوه کن شدن) بتن بروز می‌نماید.

تا به حال استراتژی مقابله با مشکلات ذکر شده تعمیر و بازسازی بوده و کمتر روش جایگزینی کامل سازه بتنی مطرح بوده است.

به هر حال نه تنها کارهای تعمیراتی بتن دارای قدمت زیادی نمی‌باشد بلکه هیچ آئین‌نامه‌ای نیز برای این نوع کارها و ارائه طراحی مناسب وجود ندارد.

انتظار می‌رود اکثر سازه‌های بتنی که تعمیر شده‌اند نخواهند توانست همان سرویس دهی و عمر مناسب که در طراحی اولیه مد نظر بوده ارائه نمایند بلکه در بعضی حالات روند خرابی به علت اشکالات موجود در طرح تعمیراتی و مشخصه‌ها و نقایص کنترل کیفیت شتاب بیشتری یافته‌اند.

(Emmons and Vaysburd 1996)
این خرابی‌های زودهنگام در سیستم‌های تعمیر شده بتنی اغلب به علت عدم فهم صحیح از علل مشکل می‌باشد در حالی که راه حل مشکل بر پایه علائم موجود در خرابی می‌باشد.

همانطور که توسط Emmons و Vaysburd در سال 1996 مطرح گردید یک درک درست از اندرکنش بین سیستم تعمیر شده بتنی با قسمت موجود زیر آن برای اطمینان از عملکرد بعدی سازه تعمیر شده الزامی است.

این مقاله به معرفی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد دال‌های تخت بتنی که به روش لکه‌گیری تعمیر و اصلاح شده‌اند می‌پردازد که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
- حالات هوازدگی در زمان سرویس‌دهی
- سازگاری رفتار ساختمان و الزامات موجود.

اهمیت عامل عدم تناسب بین مواد بکار رفته در تعمیر و سازه بتن مسلح موجود از طریق یک مطالعه تحلیلی نشان داده شده که عملکرد وصله تعمیری بتن را آشکار می‌سازد.

در ادامه نتیجه‌گیری شده که روش‌های تحلیلی ابزاری بسیار موثر در انتخاب مناسب مواد برای تعمیر و تکنیک تعمیر بتن می‌باشند.

- الزامات عملکرد وصله بتنی:
الزامات عملی برای وصله‌های بتنی به عنوان یک سیستم تعمیری در دال تخت بتنی موجود در وهله اول دوام و سرویس‌دهی می‌باشند.

به اکثر الزامات سرویس‌دهی برای وصله بتنی معمولاً در الزامات مربوط به دوام اشاره شده است به استثناء الزامات سازه‌ای مانند: ارتعاش، خیز (تغییر مکان) و ...

.

الزامات مربوط به دوام وصله‌ها دارای دو قسمت هستند:
اول: کاهش نرخ مکانیسم خرابی
دوم: سازگار بودن با سیستم موجود، بطوری که اندرکنش این دو قسمت منجر به آغاز مشکل دیگری برای دوام سیستم نگردد.

توجه به این نکته ضروری است که خواص مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی وصله بتنی مشابه سازه موجود بتن مسلح باشد.

هر چند رسیدن به چنین شرایطی آسان نیست ولی طراحی یک سیستم تعمیراتی موثر می‌تواند با تهیه یک لیست از الزامات به ترتیب اولویت و آگاه بودن از چگونگی تاثیر آنها بر رفتار سازه تعمیر شده، تکمیل گردد.

- عوامل موثر بر عملکرد وصله بتنی:
کمبود اطلاعات جامع و راه‌حل‌های مناسب برای تعمیر بتن به عنوان عاملی برای خرابی‌های زودرس در برخی تکنیک‌های ارائه شده موجود و مواد، شناخته شده است.

بنابراین سوالات اساسی که در این رابطه مطرح است مثل عملکرد بلند مدت سیستم‌های تعمیر شده در یک محیط، با استفاده از مشخصه‌ها و استانداردهای امروز قابل پاسخگویی نیستند.

مشکلات مربوط از عدم توانایی تعیین موارد زیرناشی می‌شوند:
1- خواص محیط به اضافه بارهای اعمالی.

2- خواص بتن مسلح لایه زیری.

3- خواص مواد تعمیری.

اندرکنش وصله بتنی با محیط اطراف سازه‌ای که تعمیر گردیده اهمیت دارد چرا که برای تخمین عملکرد آن لازم می‌باشد.

شرایط هوازدگی مثل محیط اطراف سازه در مقیاس وسیع بطور گسترده‌ای به عوامل زیر بستگی دارد:
1- موقعیت جغرافیایی یک سازه (دما، رطوبت نسبی، مقدار بارش باران و برف و ...)
2- توپوگرافی منطقه (جهت بادهای غالب و ...)
3- آمار انسان‌های نزدیک به سازه (تمرکز آلودگی جدی و ...)
هم چنین عواملی مثل بارهای اعمالی بر سازه نیز موثر می‌باشند.

این عوامل به راحتی قابل ارزیابی نیستند چون بطور پیوسته با زمان و موقعیت تغییر می‌یابند.

هر چند تشخیص پارامترهای محیطی جهت یک طرح پایدار و با دوام کافی می‌باشد.

عملکرد سیستم تعمیر شده بتنی تقریباً بوسیله سازگاری عناصر موجود در آن سیستم کنترل می‌گردد.

سازگاری مواد در یک قطعه تعمیر شده بتن تحمل تمامی تنش‌های ناشی از تغییرات حجمی، اثرات شیمیایی و الکتروشیمیایی بدون هیچگونه عیب و نقص و خرابی را در یک محیط مشخص در طول عمر آن تضمین می‌نماید.

سازگاری مواد اصلی و موثر لزوماً با یک تناسب بین خواص مجزا میسر نمی‌گردد.

در عوض خواص مواد تعمیری می‌بایست برای لایه زیرین مناسب بوده و با محیط و عمر طراحی قطعه تعمیری تناسب داشته باشد.

مطالعات قبلی بیانگر مطالب زیر هستند: 1- مدول الاستیسته مواد تعمیری وصله‌ها در مقایسه با بتن لایه زیرین بر روی توزیع تنش در ناحیه محصور کننده وصله موثر می‌باشد.

و توصیه گردیده نسبت مدول الاستیسته مواد تعمیری به لایه زیرین بین 0.75-1.25 باشد.

2- ضریب پواسون مربوط به یک ماده تعمیری وصله یک اثر مرتبه دوم می‌باشد.

3- مقاومت کششی مواد تعمیری به جهت افزایش عملکرد خستگی حائز اهمیت می‌باشد.

4- اهمیت خاصیت عدم تناسب بستگی به هندسه وصله بتنی دارد.

عملکرد وصله تعمیری بتنی به وسیله روش ساخت نیز تحت تاثیر قرار می‌گیرد همانند: آماده سازی سطح، روش ریختن بتن و شرایط نگهداری.

(1993) cle land در ارتباط با اثر وضعیت سطح و اثر آن بر مقاومت چسبندگی تحقیقاتی انجام داده است.

نتایج حاصل از این تحقیق نشان از آن دارد که هر دو روش شن‌پاشی و شستشو با آب تحت فشار موثر بوده و اثر نوع بافت رویه بتن بر روی مقاومت چسبندگی وصله زیاد حائز اهمیت نمی‌باشد.

(1993) Hutchinson در مورد مکانیسم عملکرد چسبیدن مواد تعمیری وصله و بتن رویه تحقیقاتی به انجام رسانده، نتایج تحقیقات وی نشان می‌دهد که در صورت شستشو با آب تحت فشار، بیشترین مقاومت چسبندگی را خواهیم داشت، چرا که در این حالت زبری‌های درشت در سطح بوجود آمده که عاری از گرد و غبار بوده و هم چنین سطح دارای رطوبت مناسب می‌باشد.

اهمیت عدم چسبندگی موضعی در فصل مشترک بین مواد تعمیری وصله و لایه زیرین بتن طی یک تحقیق تحلیلی توسط chidiac (1997) بررسی گردیده است.

نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر این مطلب است که چسبندگی ضعیف وصله همان مقدار بحرانی است که عدم تناسب خواص دارای اهمیت است.

نحوه ریختن (اجراء) و شرایط نگهداری مواد تعمیری عوامل مهمی هستند که برای کنترل خواص فیزیکی و مکانیکی موثر می‌باشند.

تحقیقات Dhir نشان می‌دهد که نحوه اجراء و شرایط نگهداری بر روی سازه حفره‌دار در هسته بتن تاثیر می‌گذارند.

نتایج آزمایشگاهی chidiac بیانگر این هستند که سطح ارتعاش و نوع شکل دارای اثر مستقیم بر روی کیفیت پوشش بتن دارند.

این عوامل منجر به عدم تناسب بیشتر در خواص وصله تعمیری بتن می‌گردند.

(1993) تغییرات به وجود آمده در رفتار سازه‌‌ای اعضای بتن مسلح را در اثر هوازدگی در مواد تسلیح کننده آن به هنگام تعمیر از روشهای آزمایشگاهی و تحلیلی بررسی نمود.

این مطالعه نشان می‌دهد که یک مدل قابل توسعه به تحقیقات روی طول آرماتور می‌باشد که می‌تواند بدون هیچ زیانی در ظرفیت سازه‌ای عضو نشان داده شود و همینطور مدل‌های تحلیلی مشابه می‌تواند برای تخمین ظرفیت باقی مانده دال‌های بتن مسلح آسیب دیده به علت خوردگی، ضربه و ...

مورد استفاده قرار گیرد.

(1992 Eyre) - تحلیل وصله‌های بتنی در یک دال تخت بتنی: برای نشان دادن اهمیت عواملی همچون شرایط هوازدگی، سازگاری سیستم و خواص خمشی از سه حالت مطالعاتی استفاده شده است و در آنها عملکرد سیستم تعمیرشده ارزیابی می‌گردد.

مدل مورد نظر عبارت است از عرشه یک پل بتنی با یک دهانه 7 متری و ضخامت 3/0 متر بطوریکه وصله بتنی در مرکز عرشه پل قرار گرفته و دارای مختصات ابعادی m1/0×m5/0×m5/0 می‌باشد.

عرشه پل با استفاده از اجزای چهارگوش چهار نقطه‌ای کرنش مسطح محدود مش‌بندی گردیده.

رفتار مصالح خطی و الاستیک در نظر گرفته شده به جز در حالت سوم که یک مرز تماس در مدل به عنوان یک وصله چسبیده ضعیف معرفی گردیده.

خواص مکانیکی- گرمایی بتن موجود لایه زیرین و وصله تعمیری که در تحلیل مورد استفاده قرار گرفته در جدول شماره 1 آورده شده است : - وصله بتنی تحت اثر بارهای سازه‌ای: اثرات سازگاری مکانیکی بر روی عملکرد وصله بتنی با استفاده از دو حالت بارگذاری بررسی گردید: 1- یک بار یکنواخت توزیع شده در سطح عرشه با شدت KN/m10 (شکل شماره 1) 2- یک بار KN/m50 که به یک انتهای وصله اعمال گردیده (شکل شماره 1) نتایج حاصله از این دو نوع بارگذاری در جدول شماره 2 آمده است.

نتایج نشان می‌دهند که در مقایسه با عرشه تعمیر نشده، حداکثر تنشهای موثر و حداکثر تنشهای خمشی در هر دو حالت کشش و فشار با انجام وصله بتنی کاهش می‌یابند.

هر چند محل اعمال حداکثر تنشهای کششی از سطح زیرین عرشه به سطح زیرین وصله بتنی تغییر مکان می‌دهد.

بطور خلاصه عدم سازگاری مکانیکی وصله به علت مقدار بیشتر مدول الاستیسته منجر به افزایش مقادیر تنشهای موثر یا خمشی نگشته است.

- وصله بتنی تحت اثر بارهای سازه‌ای و حرارتی: اثر سازگاری حرارتی روی عملکرد وصله بتنی توسط اضافه حرارت دال به مقدار o35 سانتی گراد در ضخامت آن بررسی گردید.

(شکل شماره 1) در جدول شماره 3 مقادیر بدست آمده در حالت قبل از اجرای وصله و بعد از آن آمده است.

بر خلاف حالت قبل مقادیر تنش‌های موثر و تنشهای خمشی فشاری بعد از اجرای وصله بتنی افزایش پیدا کردند.

این اتفاق قابل انتظار بود چرا که بار حرارتی اضافه شده بود.

هر چند، موقعیت مقادیر حداکثر به محل قرارگیری وصله بتنی تغییر یافت.

حداکثر تنشهای خمشی ناشی از کشش مقدار کمی کاهش نشان داده و در مرکز و سطح زیرین عرشه باقی ماندند.

معاینات دقیق‌تر در توزیع تنش معلوم ساخت که تنشهای خمشی در کشش نزدیک به محل وصله ایجاد گردیده است.

لازم به ذکر است که اگرچه مقادیر کمتر از Mpa1 هستند این مقادیر قسمتی از بارگذاری بر روی وصله می‌باشند و بنابراین به پتانسیل خرابی زودرس وصله اضافه می‌گردند.

- وصله بتنی با اتصال ضعیف تحت اثر بارهای سازه‌ای: اثر وصله بتنی با اتصال ضعیف با استفاده از یک مرز تماس مدل گردید.

بدین صورت که با ایجاد یک فضا بین وصله بتنی و لایه زیرین عرشه زیر گوشه چپ وصله همانطور که در شکل شماره 1 نشان داده شده همانند حالت اول دو شکل بارگذاری استفاده گردید.

نتایج این حالت در جدول شماره 4 آورده شده مقادیر حداکثر تنشهای خمشی و موثر وقتی یک فضای خالی در وصله بتنی ایجاد گردید رو به افزایش نهاد تغییرات در مقادیر تنشها هنگامی بیشتر قابل رویت هستند که وصله بصورت موضعی بارگذاری گردد.

در این حالت یک تنش کششی حداکثر که قبلاً در سطح زیرین عرشه واقع بود به مرز مشترک بین وصله و عرشه انتقال پیدا نمود.

این مقدار بسیار نزدیک به ظرفیت کششی وصله در محل حفره می‌باشد که باعث مستعد شدن این ناحیه برای ترک‌خوردگی بیشتر می‌گردد.

نتیجه‌گیری: از تحلیل ارائه شده می‌توان نتایج زیر را بر شمرد: 1- روشهای موجود در تعمیر سازه‌های بتنی بر روی الزامات ذیل در انتخاب سیستم تعمیر تاکید دارند: الف) خواص سازگاری مصالح بین مصالح تعمیری و بتن لایه زیرین ب) اطلاعات مربوط به حالات هوازدگی در سرویس‌دهی.

ج) درک علل اولیه خرابی بتن.

اگرچه در این زمینه با کمبود اطلاعات سازگار با هم در مورد تاثیر این عوامل بر روی اندرکنش عناصر در ناحیه تعمیر شده مواجه هستیم.

2- با فقدان اطلاعات و تجربیات تشخیص الزامات و نیازها برای تحمل سیستم تعمیری در برابر بارهای اعمالی در یک محیط جوی برای یک دوره مشخص سرویس‌دهی به آسانی میسر نمی‌باشد.

برای این حالات مدل‌های تحلیلی برای تهیه عملکرد سازه تعمیر شده قابل استفاده و مورد توجه می‌باشند مخصوصاً در مورد خواص سازه بتنی موجود و مصالح تعمیری و بارهای اعمالی همراه با شرایط بدهوازدگی محیط هر چند لازم بذکر است مدل‌های تحلیلی موجود قادر به مدل کردن اثرات توام نمی‌باشند و برای کهنگی بتن این قابل جبران نمی‌باشد.

3- مدل‌های تحلیلی هم چنین قابل استفاده در تحلیل زودهنگام سیستم تعمیر شده می‌باشند.

اثرات ترک‌ها و چسبندگی ضعیف بین مصالح تعمیری و هم چنین اثرات بارهای اعمالی بر سازه تعمیر شده به فاصله کوتاهی پس از اجرا از آن جمله می‌باشد.

4- تحلیل تنش‌ها و تغییر شکل‌ها برای دال بتنی تعمیر شده با روش وصله بتنی تحت اثر بارهای سازه‌ای و حرارتی مطالب زیر را نتیجه می‌دهد: - مشکلات سازگاری مصالح ناشی از عدم تناسب خواص مکانیکی- حرارتی مواد می‌باشد.

- عدم تناسب خواص بین بتن موجود و بتن موجود در وصله تعمیری اکثراً منجر به شروع ترک‌ها در گوشه‌های مرز مشترک اتصال این مواد می‌گردد.

- مادامی که مشکلات مربوط به سازگاری مواد بتنی موجود و مواد تعمیری ناشی از عدم تناسب خواص باشند غالباً عوامل دخیل در اجرا و نگهداری وصله‌های بتنی در تشخیص عملکرد وصله‌ها در بلند مدت نقش مهمی ایفا می‌کنند.