توانا بود هر که دانا بود ز دانش دل پیر برنا بود

2. توانا بود هر که دانا بود ز دانش دل پیر برنا بود

3. استفاده از کامپوزیت های FRP در ساخت،بهسازی و تقویت سازه ها دانشجو: سید حسین امام استادراهنما: جناب آقای مهندس رضوی پاییز1386

4. فهرست مطالب • 1)چکیده • 2)کامپوزیت چیست؟ • 3)شکل های مختلف کامپوزیت FRP درمهندسی عمران • 4)سیستم های تقویت سازه ها با استفاده از کامپوزیت های FRP

5. 5)قابلیت های بالقوه FRP درتقویت و ترمیم سازه ها • 6)مزایای استفاده از ورقه های FRP • 7)بررسی محدودیت های تقویت خمشی تیرهای بتن آرمه با FRP و ارائه ی راه کارهای پیشنهادی • 8)دال هاي طره اي تقويت شده با FRP • 9)خلاصه و نتيجه گيري • 10)منابع

6. 1)چکیده: استفاده از کامپوزیت های FRP در مهندسی عمران در سال های اخیر توجه بسیاری را به خود جلب کرده است. وزن سبک،مقاومت زیاد و مقاومت در برابر خوردگی از جمله خواصی است که این نوع مواد را در قالب های گوناگون در امر مهندسی ساختمان مطرح ساخته است.

7. کامپوزیت ها موادی هستند که از دو قسمت تشکیل یافته اند: 1)اجزای میکروسکوپی 2)غیر قابل حل در یکد یگر از دیر باز مهندسین عمران با انواع گوناگون کامپوزیت ها کار کرده اند از چوب می توان به عنوان یک کامپوزیت طبیعی نام برد و در یک نگاه کلی تر بتن به صورت ماده کامپوزیت با اجزای قابل تمایز از دیگر مواد مرکب در ساخت سازه بوده است. قسمت اول از ماده کامپوزیت FRP که قسمت بار بر آن نیز محسوب می شود الیاف است. قسمت دوم که بیشتر نقش نگهداری الیاف را در کنار یکدیگر بر عهده دارد چسب یا رزین نامیده می شود. 2)کامپوزیت چیست؟

8. الیاف: از موادی کاملا الاستیک –شکننده و بسیار مقاوم ساخته می شود. قطر این الیاف بسته به جنس بین 5 تا 25 میکرون است.الیاف ها امروزه در شکل ها-اندازه ها و جنس های گوناگون موجود است. جنس الیاف می تواند از شیشه – کربن – آرامید یا ونیلن باشد. نام کامپوزیت ساخته شده با هر یک از این مواد با حرف اول نام ماده تشکیل دهنده الیاف شروع می شود که عبارتند از: ای که با الیف کربن ساخته شده است) FRP) :CFRP ای که با الیاف شیشه ساخته شده است)FRP) :GFRP ای که با الیاف آرامید ساخته شده است)FRP) : AFRP

9. رزین رزین به کار رفته به صورت یک محیط چسباننده برای نگهداری الیاف در کنار مقاوت پایینی که دارد نقش چندان مهمی در خواص مکانیکی کامپوزیت ساخته شده بر عهده ندارد. علاوه بر نگهداری الیاف در کنار هم رزین موجود در کامپوزیت به عنوان عامل محافظت الیاف در برابر عوامل محیطی و همچنین عامل توزیع تنش روی وجه ورقه کامپوزیت نیز عمل می کند.

10. کامپوزیت FRP:

12. استفاده از میلگردهای FRP درتقویت تونل بسیاری از سازه های بتنی مسلح در محیط های خورنده در اثر حمله سولفات ها – کلریدها و انواع مواد خورنده دیگر دچار اسیب های گوناگونی مانند ریزش بتن پوششی و خوردگی آرماتور می شوند. تعمیر و تعویض این سازه های بتنی خسارت دیده در سراسر دنیا هر ساله میلیون ها دلار هزینه در بر دارد برای رفع این مشکل فنون گوناگونی گسترش یافته است با این وجود هر یک از این روش ها موفقییتی نسبی داشته اند.برای رفع کامل این مشکل جایگزینی آرماتور FRP 1-3)میلگردهای

13. در سازه های بتنی مسلح با یک ماده مقاوم در برابر خوردگی راه حل مناسبی است . به دلیل مقاومت بسیار زیاد کامپوزیت در مقابل خوردگی ایده استفاده از این کامپوزیت به شدت رشد کرده است.الیاف به کار رفته در ساخت میلگردها ار هر سه نوع کربن – شیشه و آرامید هستند . تنس تسلیم میلگردها حداقل 660 و حداکثر 3000 مگاپاسکال است .

14. استفاده از FRP در تقویت سقف پوشش ها عمدتا برای بهسازی رفتار سازه های موجود یا تعمیر خرابی های ایجاد شده در سازه های فعلی به کار می رود . این پوشش ها به بیرون عضو بتن مسلح می چسبد. 2-3) پوشش های FRP:

15. استفاده از FRP درتقویت ستون استقاده از FRPدرتقویت لوله

16. 4) سیستم های تقویت سازه ها با استقاده از کامپوزیت FRP 1-4) بهسازی سازه های موجود 2-4) تعمیر سازه های آسیب دیده

17. بهسازی سازه های موجود طیف وسیعی از سازه ها هستند که ضوابط مربوط به آیین نامه زلزله را تامین نمیکنند و یا بر اساس آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند استفاده از این کامپوزیت در چنین سازه هایی به منظر تقویت و بهسازی لرزه ای آنها است .همچنین زمانی که تغییر کاربری یک ساختمان سبب ایجاد ضعف در بعضی از اجزای آن می شود می توان از چنین سیستمی بهره گرفت از این دسته تقویت می توان به تقویت سازه ها به منظور افزایش بار های زنده ،افزایش بار های ترافیکی و نیز لزوم قرار گیری ماشین آلات سنگین در قسمتی از ساختمان های موجود که در طراحی اوایه سازه برای آنها پیش بینی خاصی نشده است اشاره کرد.

18. تعمیر سازه های آسیب دیده علت دیگر استفاده از کامپوزیت FRP در اعضای بتن مسلح جلوگیری از شکست سازه هایی است که به دلایلی از قبیل آتش سوزی، زلزله، عبور وسایل سنگین ، خوردگی آرماتورهای فولادی و گزشت عمر مفید مصالح دچار خرابی های ظاهری و موضعی شده اند . به این نوع استفاده از ورقه های FRP مرمت یا تعمیر گفته می شود.

20. 5) قابلیت های بالقوه FRPدر تقویت و ترمیم سازه ها • 1) افزایش ظرفیت باربری و افزایش شکل پذیری ستون ها-تیرها-دال هاو اتصالات بتن مسلح • 2) تقویت سازه های ساحلی و سکوهای بتنی • 3) تقویت دیوارهای بتن مسلح ومصالح بنایی • 4) تقویت تونل ها • 5) تقویت لوله های فولادی یا بتنی • 6) تقویت سازه های بیمارستانی و سازه های باستانی

21. 6) مزایای استفاده از ورقه های FRP • 1)وزن کم • 2)طول آزاد • 3)ضخامت بسیار کم • 4)حمل و نقل بسیار ساده • 5)اجرای ساده ورقه ها • 6)کاربردهای اقتصادی(درپروژه های عظیم بدون نیاز به وسایل پیچیده)

22. 7) مقاومت های کششی وحتی فشاری بالا • 8) مقاومت خستگی در خور توجه • 9) خوردگی در حد صفر • 10) مقاومت بسیار زیاد در محیط های قلیایی • 11) سطح اجرا شده بسیار تمیز بعد از اجرا

23. 8)بررسی محدودیت های تقویت خمشی تیرهای بتن آرمه باFRP هدف از این قسمت شناخت مشکلات استفاده از FRP در تیرهای بتنی مسلح تحت خمش می باشد و ارائه روش هایی برای جلوگیری از این معایب:

25. خرابیتیر تحت خمش: 1)بارP کم است.(حالت الاستیک) 2)بارP زیاد است.(حالت الاستوپلاستیک) 3)بارP خیلی زیاد است.(حالت پلاستیک) ” درپایان مرحله ی سوم خرابی رخ می دهد“

26. اتفاقاتی که در پایان مرحله ی سوم رخ می دهد.(تیر بدون FRP): -بتن مقاومت نشان می دهد (ترک های خمشی تا بالای میلگرد ادامه پیدا میکند) -میلگردها تسلیم شده (بتن روی میلگرد خرد میشود)

27. اتفاقاتی که در پایان مرحله ی سوم رخ می دهد (تیر با FRP تقویت شده) -بتن همراه با FRP مقاومت نشان میدهد (ترکهای خمشی به حداقل خود میرسد) -میلگردها تسلیم شده وFRP 1)اگر نیرو خیلی زیاد باشد قبل از رسیدن به شکست از بتن جدا میشود. 2)در غیر این صورت به طور ناگهانی از ناحیه خطی به شکست میرسد. (ناحیه تسلیم ندارد)

30. دال هاي طره اي: تفاوت عمده اين دال ها با دال هاي يك طرفه و دو طرفه با تكيه گاه ساده اين است كه اولا لنگر آن منفي است و ثانيا بزرگترين مقدار لنگر در محل تكيه گاه رخ مي دهد بنابراين نمي توان نوارها يا صفحات FRP را به نحو مناسبي در انتهاي دال مهاربندي كرد. با توجه به شرايط مقاوم سازي و شكل دال طرح هاي متفاوتي براي مهاربندي انتهاي FRP در تكيه گاه اين دالها پيشنهاد شده است. در دالهايي كه به صورت كنسول به يك تير بزرگ و يا يك ديوار متصل هستند يك گزينه ساده براي مهار بندي اين است كه نوار يا صفحه FRP را تا قسمتي از سطح ديوار بالا برده و چسبانده شود.

31. البته با مطالعات و بررسي هايانجام گرفته نتيجع گيري مي شود كه اين روش مهار بندي چندان مناسب نبوده زيرا زماني كه تنش در نوار FRP در حد پاييني است قسمت چسبانده شده بر روي ديوار جدا FRP مي شود .

32. راه موثر براي مهاربندي اين است كه نوارهاي FRP را به درون سوراخ هايي كه از قبل در ديوار ايجاد شده است هدايت كرد. FRP به دليل وجود فولاد داخل مقطع اين نوع مهاربندي تنها در صورتي مي تواند استفاده شود كه عرض نوار FRP كم باشد تا در سوراخ هاي ايجاد شده بين دو ميلگرد ديوار بتواند قرار گيرد. طول مهاري

33. اغلب آزمايشات انجام يافته بر روي مدل هايي متمركز شد كه به همين صورت انتهاي FRP مهاربندي شده است . نتايج نشان داد كه اين نوع مهاربندي عملكرد خوبي دارد. سوراخ هاي ايجاد شده را نيز مي بايست پس از قرار گرفتن FRP مجددا با ملات اپوكسي پر كرد. براي پر كردن اين سوراخ ها ملات سيمان مناسب نيست زيرا افت سيمان سبب تاثير منفي بر مقاومت مهاربندي مي گردد.

34. 9)خلاصه و نتیجه گیری - میلگردهای FRP با مقاومت بالا و خوردگی درحد صفر در محیط های قلیایی خورنده جایگزین مناسبی برای فولاد هستند. -استفاده از پوشش های خارجی در بهسازی و مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله و یا در مواقع تغییر کاربری که به تقویت سازه به جهت افزایش بار زنده است کاربرد وسیعی پیدا می کند. - استفاده از پوشش ها برای زمانی که سازه های موجود به دلایل تغییرات آیین نامه ها به مرور زمان ضوابط خاص آیین نامه ها را ارضا نمی کند راه حل مناسبی برای جبران این ضعف است.

35. منابع 1) نشريه داخلي انجمن بتن ايران 2)نشريه داخلي پيام مهندس 3)نشريه داخلي انبوه سازان ايران 4)نشريه داخلي عمران و معماري

36. پایان