بهسازی لرزه ای قاب های بتن آرمه میانپر مصالح بنایی با استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری

پایان نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد  «M.Sc»

گرایش: سازه

عنوان:

بهسازی لرزه ای قاب های بتن آرمه میانپر مصالح بنایی با استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات:166   صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

فصل اول : کلیات.. 1

1-1- مقدمه. 2

1-2- خصوصیات قاب میانپر. 4

1-2-1- اندرکنش بین قاب و میانقاب.. 4

1-2-2- خواص مصالح میانقاب.. 6

1-2-3- درزها 8

1-2-4- آرماتور. 8

1-2-5- نسبت بعدی.. 9

1-3- مودهای گسیختگی قابهای میانپر. 10

1-4- سختی قاب میانپر. 14

1-4-1- نحوه مدلسازی اثر میانقاب بر سختی. 17

1-5- مقاومت میانقاب.. 19

1-5-1- مقاومت ترکخوردگی میانقاب.. 21

1-5-2- مقاومت نهایی میانقاب.. 23

1-5-2- مقاومت میانقاب در جهت عمود بر صفحه. 25

فصل دوم  : مبانی نظری و پیشینه تحقیقات انجام شده. 31

2-1- معرفی کامپوزیتهای FRP و کاربرد آن در مقاومسازی سازههای بتن مسلح. 32

2-1-1-انواع ورق‌های کامپوزیت FRP. 33

2-1-2- ویژگی‌های مکانیکی کامپوزیت‌های FRP. 33

2-1-3-  رزین‌ها 34

2-1-4-  مقایسه عملکرد انواع کامپوزیت‌های FRP در مقاوم‌سازی سازه‌ها 35

2-1-5-  ضریب ایمنی. 35

2-2- بررسی مطالعات انجام شده در زمینه مقاوم‌سازی قاب‌های میانپر با FRP. 36

2-2-1- مروری بر مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته توسط اوزکایناک و همکاران. 36

2-2-1-1- بررسی نتایج. 38

2-2-2- مروری بر مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته توسط تارک المسلم و همکاران. 39

2-2-2-1- بحث روی نتایج. 40

2-2-2-2- نتیجه‌گیری.. 42

2-2-3- مروری بر مطالعات آزمایشگاهی انجام گرفته توسط آکین و همکاران. 43

2-2-3-1- بررسی رفتار نمونه‌های مورد آزمایش… 45

2-2-3-2- بحث روی نتایج. 46

2-2-3-3-نتیجه گیری.. 49

فصل سوم : اصول و مبانی مدلسازی و تحلیل قابهای میانپر با نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS. 50

3-1- مقدمه. 51

3-2- معرفی نرم‌افزار اجزاء محدود ABAQUS. 52

3-2-1- تاریخچه. 54

3-3- معرفی تحقیق آزمایشگاهی مورد استفاده برای مدلسازی در نرم افزار ABAQUS. 55

3-3-1- معرفی نمونه‌ها 56

3-3-1-1- قاب بتنی مسلح با دیوار میانقاب آجری.. 56

3-3-1-2- بررسی حالت‌های مختلف مقاوم‌سازی نمونه‌ها 60

3-4- مدلسازی اعضا 66

3-4-1- مدلسازی اعضای قاب بتنی مسلح. 66

3-4-1-1- مدلسازی رفتار بتن در آباکوس.. 67

3-4-1-2- معرفی المان  C3D8R برای اعضای بتنی. 79

3-4-1-3- مدل‌سازی میلگردهای فولادی.. 80

3-4-2- مدل‌سازی میانقاب آجری.. 83

3-4-2-1- روش‌های موجود برای مدل سازی سازه‌های بنایی. 83

3-4-2-1-1- مدلسازی دقیق. 83

3-4-2-1-2- مدلسازی میکرو. 84

3-4-2-1-3- مدلسازی ماکرو. 84

3-4-3- مدل سازی CFRP. 89

3-5- تحلیل. 90

3-5-1- روش تحلیل دینامیکی صریح. 91

3-5-2- مقیاس‌سازی جرمی. 92

3-5-3- فرضیات تحلیل. 93

فصل چهارم : مدل‌سازی و نتایج.. 95

4-1- مقدمه. 96

4-2- مشخصات مکانیکی مصالح. 97

4-2-1- بتن. 97

4-2-2- میلگردها 97

4-2-3-مصالح بنایی. 97

4-2-4- CFRP. 97

4-3- مدل‌سازی.. 98

4-2- نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی روی نمونه‌ها 99

4-2-1- نمونه 1. 99

4-2-2- نمونه 2. 103

4-2-3- نمونه 3. 107

4-2-4- نمونه 4. 111

4-2-5- نمونه 5. 116

4-2-6- نمونه 6. 121

4-2-7- نمونه 7. 126

فصل پنجم : بحث و نتیجه‌گیری.. 131

5-1- مقدمه. 132

5-2- بحث روی نتایج حاصل از تحلیل. 133

5-3- نتیجه‌گیری.. 138

5-4- پیشنهادات.. 139

فهرست منابع و مراجع. 140

ABSTRACT. 146

1-1-    مقدمه

زمین­لرزه­ها در طی زمان­های طولانی به عنوان مخرب­ترین مخاطره طبیعی شناسایی شده­اند. هیچ نیروی طبیعی دیگری قابلیت چنین خرابی­های بزرگ در مدت زمان کوتاه را ندارد. زمین­لرزه­ها بدون هشدار قبلی به وقوع می­پیوندند و تنها در عرض چند ثانیه، تلفات و آسیب­های فراوانی از خود بر جای می­گذارند. اگرچه امکان جلوگیری از وقوع زمینلرزه وجود ندارد اما تکنولوژی جدید در علوم و مهندسی، ابزارهای جدیدی را برای کاهش اثرات مخرب آن تامین می­کند. خطر عمده برای ایمنی و حیات انسان­ها، آسیب لرزه­ای و ریزش ساختمان­ها و دیگر بناهایی است که دارای ضعف در طراحی یا ساخت می­باشند. درپی زمین­لرزه­ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به­هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود می­آید که این امر در مورد کشور­هایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و دراز­مدت به­جای می­گذارند.

نوع رایج ساختمان­ها معمولی در مراکز شهری دیوار بنایی غیر مسلح[1] می­باشد که فضای بین قاب­های سازه­ای را پر می­کنند. به همین دلیل این نوع دیوارها را میانقاب[2] می­نامند[1].معمولاً واژه قاب میانپر[3] زمانی بکار می­رود که ابتدا قاب ساخته شود و سپس درون آن میانقاب اجرا گردد[2]. با اینکه میانقاب­ها به عنوان اجزای غیر سازه­ای در نظر گرفته می­شوند اما تحت تحریکات لرزه­ای، بین دیوارهای میانقاب با قاب محصور کننده آن اندرکنش به وجود می­آید و منجر به ایجاد مدهای شکست نامطلوب در قاب و میانقاب می­شود. عموماً، میانقاب­ها در زلزله­های متوسط عملکرد ضعیفی از خود نشان داده­اند. رفتار آنها معمولاً ترد بوده و دارای شکل­پذیری کم و یا بدون شکل پذیری هستند و شکل­های مختلفی از آسیب­ها از قبیل ترک­خوردگی نامرئی، خوردشدگی و نهایتاً تخریب کلی را متحمل می­شوند. این رفتار، عامل خطرات زیادی در حین زمینلرزه میباشد و این ضعف در عملکرد لرزه­ای به عنوان چالشی بزرگ پیش روی طراحان قرار گرفته است.  بهسازی لرزه­ای از طریق اضافه کردن قاب­های سازه­ای و یا دیوار برشی غیر عملی بوده و بسیار پرهزینه می­باشد و در برخی ساختمان­ها با محدودیت­های بخصوصی روبرو است. روش­های دیگر مقاوم­سازی از قبیل تزریق دوغاب، نصب فولاد تقویت کننده، پیش تنیدگی، جکت کردن و روش­های مختلف تقویت سطوح باعث افزایش قابل توجه جرم و سختی سازه شده و در نتیجه بارهای لرزه­ای بالاتر را به سازه تحمیل می­کنند. این روش­ها مستلزم نیروی کار ماهر بوده و عملکرد طبیعی ساختمان را مختل می­کند. این روش­ها تحت عنوان “روش­های کلاسیک” مقاوم­سازی قرار می­گیرند. یکی از روش­های نوینی که در سال­های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم­سازی ساختمان­های موجود با استفاده از کامپوزیت­ها می­باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی صورت پذیرفته و آئین­نامه­هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است. کامپوزیت­ها ابتدا برای کاربردهای نظامی و صنایع هوافضا مورد استفاده قرار گرفتند، اما با کاهش قیمت، این مواد در بسیاری از صنایع به دلیل خصوصیاتی مانند وزن کم و مقاومت بسیار زیاد کششی، مقاومت در برابر شرایط جوی و غیره مورد توجه دست­اندرکاران و صنعت­سازان واقع شد. استفاده از پلیمرهای مسلح فیبری[4] به دلیل ضخامت کم، نسبت مقاومت به وزن بالا، سختی زیاد و کاربرد آسان یک روش مقاوم­سازی جایگزین معتبر می­باشد.

زمینلرزه­های قدرتمند باعث اعمال نیروهای زیاد درون­صفحه­ای و برون­صفحه­ای به دیوارهای بنایی شده و امکان تخریب فاجعه­بار در این سازه­ها را فراهم می­آورند. با این حال اکثر اقدامات انجام گرفته در این زمینه روی رفتار خارج از صفحه دیوارهای مصالح بنایی تقویت شده با پلیمرهای مسلح فیبری متمرکز شده است. ممکن است دیوار میانقاب یا بخشی از آن بدلیل نبود قید برون­صفحه­ای کافی بین سطح مشترک بین قاب و میانقاب و یا شکست برشی یا خمشی دیوار میانقاب از قاب احاطه کننده آن به بیرون رانده­شود. در میانقاب­های بدون آسیب­دیدگی، این نوع خرابی را می­توان به نیروهای اینرسی بخصوص برای میانقابهای طبقات بالاتر و نسبت لاغری بزرگ نسبت داد. پس از آنکه مصالح بنایی از قاب جداشوند امکان بروز شکست برون­صفحه­ای محتمل است[1]. یکی از اهداف این تحقیق، بررسی اثر لایه­های پلیمر مسلح فیبری در تغییر مدهای شکست، مقاومت، تغییر شکل و انرژی تلف شده توسط سازه در آرایش­های مختلف لایه­ها می­باشد. هدف دیگر بررسی میزان بهبود مقاومت برشی و فشاری میانقاب تقویت شده با پلیمر مسلح فیبری می­باشد. تقویت با پلیمر مسلح فیبری، یکپارچگی سازه­ای دیوار میانقاب را حفظ کرده و از شکست ترد و خردشدگی آن جلوگیری می­کند و با توجه به اینکه این نوع خردشدگی با وجود ایمن ماندن کل سازه، خطر بزرگی برای ساکنان است جلوگیری از آن حائز اهمیت فراوان می­باشد.

1-2- خصوصیات قاب­ میانپر

به­طور کلی، وجود میانقاب در داخل قاب، سختی و مقاومت آن را به مقدار قابل ملاحظه­ای افزایش می­دهد. البته قاب باید کفایت لازم را برای تبدیل دیوار به میانقاب داشته باشد که شرایط آن در فیما 356[5] [4] و دستورالعمل بهسازی ساختمان­ها در برابر زلزله [5] ذکر شده است. قابی که در آن میانقاب ضعیف اجرا شده، در بارگذاری جانبی دچار لغزش از روی بستر می­گردد، در حالیکه در قاب ضعیف دارای میانقاب قوی، معمولاً ترک قطری و شکست برشی ستون بارگذاری مشاهده می­گردد. و زمانی که قاب و میانقاب هردو قوی هستند مقاومت نهایی با شکست کنج همراه می­گردد.

1-2-1- اندرکنش بین قاب و میانقاب

بر اساس مشاهدات زلزله­های اخیر، اندرکنش بین میانقاب و ستون­های بتنی موجب گسیختگی ترد می­شود. وجود میانقاب در داخل قاب بتنی حائز اهمیت فراوان بوده و اثر تعیین کننده در رفتار سازه­های بتنی در حین زلزله دارد. در زلزله­های اخیر، خرابی­های قابل توجهی به­علت پدیده اندرکنش بین قاب و میانقاب اتفاق افتاد.

اسمیت و کول [6] یک روش طراحی برای قاب میانپر بر اساس معیار قاب مهاربندی شده قطری بیان کردند. آنها روشی پیشنهاد کردند که در آن سه مود گسیختگی محتمل برای دیوار میانقاب در نظر گرفته می شد: برش در طول دیوار، خردشدگی قطری دیوار میانقاب و خرد شدگی گوشه در دیوار میانقاب. پاولی و پریستلی [7] نظریه­ای در باره رفتار لرزه­ای قاب میانپر ارائه دادند و روشی برای طراحی آن پیشنهاد کردند. بر اساس این نظریه، اگرچه میانقاب ممکن است ظرفیت باربری جانبی کلی سازه را افزایش دهد اما باعث تغییر پاسخ سازه­ای شده و نیرو را به قسمت­های دیگر و نامطلوب سازه و بصورت نامتقارن جذب می­کند. این بدان معنی است که میانقاب مصالح بنایی ممکن است رفتار لرزه­ای سازه را تحت تاثیر قرار دهد. بل و دیویدسون [8]  گزارشی در مورد ارزیابی ساختمان­های بتن مسلح با میانقاب مصالح بنایی ارائه کردند. آنها در ارزیابی خود برای مدلسازی دیوار مصالح بنایی یک دستک معادل بکار بردند. نتایج آنها نشان داد میانقابها در صورتی که با ترتیب منظمی در ساختمان قرار گرفته باشند تاثیر سودمند قابل توجهی روی رفتار ساختمان­های بتنی مسلح دارند که این امر با آیین­نامه­های راهبردی نیوزیلند که عقیده بر تاثیر زیان­آور میانقاب­ها روی ساختمان­ها بدلیل اثر اندرکنشی آنها داشت مغایر بود. محی­الدین-کرمانی و همکاران [9] بطور ویژه­ای روی مشاهدات انجام شده روی ساختمان­های بتنی با میانقاب مصالح بنایی در زلزله سیچوان[6]  تمرکز کردند و آسیبها و مودهای گسیختگی را با علل وقوع آن شناسایی کردند.  این مودهای شکست همانند زلزله های قبلی ناشی از اندرکنش بین قاب و میانقاب می­باشد. باران و سویل [10]  روی رفتار قاب­های میانپر تحت بارهای لرزه­ای مطالعاتی انجام دادند. آنها میانقاب آجری توخالی را به عنوان اعضای سازه­ای در قرایند طراحی در نظر گرفتند. آنها تاکید کردند از آنجاییکه رفتار سازه غیر­خطی بوده و بطور عمده به شرایط اندرکنش بین قاب و میانقاب وابسته است، مطالعات تحلیلی باید با نتایج آزمایشگاهی مورد بازبینی قرار گرفنه و تایید گردد.

به­طور کلی می­توان گفت که اندرکنش قاب با میانقاب موجب افزایش مقاوت و سختی از یکسو، و  افزایش نرمی (شکل­پذیری) میانقاب از سوی دیگر می­شود و در نتیجه خواص لرزه­ای را به­طور چشمگیری بهبود می­بخشد. براساس این رفتار اندرکنشی، این قاب­ها را مرکب می­خوانیم [11].

1-2-2- خواص مصالح میانقاب

یکی از مسائل مهم در بررسی رفتار میانقاب و مدلسازی عددی آنها شناخت خواص مصالح آنهاست. در آزمایش­های متعددی نشان داده شده است که افزایش مقاومت مصالح میانقاب همواره باعث افزایش مقاومت قاب میانپر می­شود [12].

معمولا خواص مصالح میانقاب را با نمونه آجرکاری[7] که شامل تعدادی آجر و ملات است به­دست می­آورند. حالت استاندارد شامل سه آجر و دو ملات می­باشد [13] که در شکل 1.1 الف نشان داده شده است، ولی در برخی تحقیقات استوانه­های بزرگتر شامل تعداد آجر بیشتر به­کار رفته است. در شکل (1-1) ب رفتار تنش-کرنش آجر، ملات و نمونه آجرکاری آمده و برای آن یک آجر تنها، نمونه آجرکاری شامل 3 آجر و دو لایه ملات و نمونه استوانه­ای استاندارد تحت آزمایش محوری قرار گرفته­اند. همانگونه که در این شکل دیده می­شود، آجر بیشترین و ملات کمترین سختی را دارد و سختی و مقاومت نمونه آجرکاری بین کمیات مشابه مربوط به ملات و آجر است [14].

و......

بررسی پاسخ دینامیکی یک دال بتن مسلح تقویت شده با مصالح FRP تحت اثر بار انفجار به روش اجزاء محدود

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته: عمران(M.Sc)

گرایش: سازه

عنوان:

پاسخ دینامیکی یک دال بتن مسلح  تقویت شده با مصالح FRP تحت اثر بار انفجار به کمک روش اجزاء محدود

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 158  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

عنوان                                                                                                                                      صفحه

چکییده………………………………………………….1

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….   3

1-2 سازه های مقاوم در برابر انفجار …………………………………………………………………………………..4

1-3 مقاوم سازی با استفاده از الیاف مسلح پلیمری(FRP) ……………………………………..6

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1  خلاصه ای از تحقیقات پیشین……………………………………………………………………………………8

فصل سوم:روش اجرای تحقیق

3-1 مبانی مدل سازی عددی……………………………..13

3-1-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………13

3-1-2 معرفی نرم افزار Abaqus…………………………………………………………………………………….13

3-1-3  مشخصات مصالح……………………………………………………………………………………………..14

3-1-3-1 رفتار بتن…………………………………………………………………………………………………………14

        3-1-3-1-1 رفتار تک محوری بتن در فشار………………………………………………………..15

        3-1-3-1-2 رفتار تک محوری بتن در کشش……………………………………………….17

        3-1-3-1-3 سخت شدگی کششی بتن………………………………………………………..19

3-1-4 مدلسازی فولاد………………………………………………………………………………………………….21

3-1-4-1  سخت شوندگی…………………………………………………………………………………………………21

3-1-4-2  سطح تسلیم فن میسز……………………………………………………………………………………………………………23

3-1-5  مدلسازی کامپوزیت های(FRP)…………………………………………………………………………………………………..25

3-1-5-1 مدلسازی(FRP) در نرم افزار آباکوس……………………………………………………………………………………26

3-1-6  تحلیل اجزا محدود سازه های بتنی به کمک نرم افزار Abaqus……………………………………………………….27

3-1-6-1 مدل  بتن ترک خورده…………………………………………………………………………………………………………..28

3-1-6-2 مدل بتن شکننده………………………………………………………………………………………………………………….28

3-1-6-3 مدل بتن آسیب دیده پلاستیک………………………………………………………………………………………………29

         3-1-6-3-1 روابط تنش کرنش…………………………………………………………………………………………………………..30

          3-1-6-3-2 آسیب و کاهش سختی بتن………………………………………………………………………………………………32

          3-1-6-3-3 تابع تسلیم……………………………………………………………………………………………………………………..33

          3-1-6-3-4 قانون جریان…………………………………………………………………………………………………………………..36

3-1-6-4  نحوه تعریف مدل ساختاری در آباکوس…………………………………………………………………………………38

3-1-6-5  مشخصات تحلیل اجزا محدود………………………………………………………………………………………………39

3-1-6-5-1 مدل سازی دال های بتن مسلح در این تحقیق………………………………………………………………………42

3-1-6-6  روش حل مسائل…………………………………………………………………………………………………………………46

3-2 بارگذاری انفجار ومشخصات مصالح تحت اثر بار انفجار……………………………………………………………………………..47

      3-2-1 تعریف انفجار…………………………………………………………………………………………………………47

3-2-1-1 موج ضربه…………………………………………………………………………………………………………………………..49

3-2-1-2 موج فشار……………………………………………………………………………………………………………………………50

3-2-1-3 انتشار موج انفجار………………………………………………………………………………………………………………..50

3-2-2 سطح بار انفجار……………………………………………………………………………………………………………………………51

3-2-3  طبقه بندی بارهای انفجاری بر اساس مبحث 21 از مقررات ملی ساختمان………………………………………….51

3-2-4  انفجار در هوا……………………………………………………………………………………………………………………………..53

3-2-4-1 فشار مبنای انفجار( )………………………………………………………………………………………………………53

3-2-4-2 فشار دینامیکی( )……………………………………………………………………………………………………………..55

3-2-4-3 بازتاب(انعکاس) موج انفجار و فشارهای ناشی از آن……………………………………………………………….56

3-2-4-4 پارامترهای مهم موج انفجار در هوا………………………………………………………………………………………..56

3-2-5 سازه های بتن آرمه مناسب در برابر انفجار………………………………………………………………………………………58

3-2-6 مقاومت دینامیکی بتن مسلح تحت اثر انفجار…………………………………………………………………………………..59

3-2-6-1 ضریب افزایش مقاومت (SIF)……………………………………………………………………………………………..61

3-2-6-2 ضریب افزایش دینامیکی (DIF)…………………………………………………………………………………………..61

3-2-6-3 تنش تسلیم در سازه های مقاوم در برابر انفجار……………………………………………………………………….63

3-3 مدل سازی عددی و اطمینان از صحت نتایج……………………………………………………………………………………………..63

3-3-1 نمونه اول……………………………………………………………………………………………………………………………………63

3-3-1-1 آزمایش دال بتنی در اثر بار انفجار…………………………………………………………………………………………64

          3-3-1-1-1 مشخصات هندسی و مصالح دال و شرایط مرزی……………………………………………………………….64

          3-3-1-1-2بارگذاری ……………………………………………………………………………………………65

3-3-1-2 مدل سازی دال بتنی آزمایش شده در اثر بار انفجار………………………………………………………………….66

3-3-1-2-1 المان بتن مسلح و اطلاعات ورودی نرم افزار……………………………………………………………………..66

3-3-1-2-2 مشخصات مصالح……………………………………………………………………………………………………………66

3-3-1-2-2-1 مشخصات مصالح بتن………………………………………………………………………………………………….66

3-3-1-2-2-2 مشخصات مصالح آرماتور فولادی…………………………………………………………………………………68

3-3-1-2-2-2 مشخصات مصالح ((CFRP……………………………………………………………………………………….69

        3-3-1-2-3 تاریخچه بارگذاری و شرایط مرزی……………………………………………………………………………………69  

         3-3-1-2-4 شبکه بندی…………………………………………………………………………………………………………………..70

         3-3-1-2-5 نتایج تحلیل………………………………………………………………………………………………………………….70

3-3-2  نمونه دوم…………………………………………………………………………………………………………………………………74

3-3-2-1 آزمایش دال بتنی در اثر بار انفجار………………………………………………………………………………………..74

          3-3-2-1-1 مشخصات هندسی و مصالح دال و شرایط مرزی………………………………………………………………74

          3-3-2-1-2 شرایط مرزی………………………………………………………………………………………………………………..75

          3-3-2-1-3 بارگذاری……………………………………………………………………………………………………………………..76

          3-3-2-1-4 تاریخ جابه جایی………………………………………………………………………………………………………….76

3-3-2-2 مدل سازی دال بتنی آزمایش شده در اثر بار انفجار…………………………………………………………………77

3-3-2-2-1 المان بتن مسلح و اطلاعات ورودی نرم افزار…………………………………………………………………….77

3-3-2-2-2 مشخصات مصالح………………………………………………………………………………………………………….77

3-3-2-2-2-1 مشخصات مصالح بتن………………………………………………………………………………………………..77

3-3-2-2-2-2 مشخصات مصالح آرماتور فولادی……………………………………………………………………………….79

3-3-2-3  تاریخچه بارگذاری وشرایط مرزی………………………………………………………………………………………79

3-3-2-4  شبکه بندی………………………………………………………………………………………………………………………80

3-3-2-5  نتایج تحلیل……………………………………………………………………………………………………………………..81

فصل چهارم:تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق

4-1 مقدمه…………………………..………………………………………………………………………………………………84

4-2 بررسی تاثیر لایه چینی های مختلف FRP بر عملکرد دال ها……………………………………………………………………85

4-2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….85

4-2-2 مدل های مورد مطالعه………………………………………………………………………………………………………………..88

4-2-3  نتایج دالهای با یک لایه دو طرفه…………………………………………………………………………………………………92

4-2-4 بررسی تنش در دال با توجه به نوع لایه چینی(FRP)…………………………………………………………………..103

4-3  بررسی تعداد لایه های در رفتار دال های مقاوم سازی شده…………………………………………………………………….104

4-3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..104

4-3-2 بررسی دالهای با دو لایه……………………………………………………………………………………………………………105

4-3-3  بررسی نتایج مربوط به دال های با تعداد لایه های مختلف و بحث روی نتایج………………………………..112

4-4 بررسی امتداد فیبرها در میزان باربری سیستم………………………………………………………………………………………….117

4-4-1 بررسی امتداد فیبرها در لایه های سرتاسری…………………………………………………………………………………121

4-4-2 بررسی امتداد فیبرها در آرایش بهینه 20deg……………………………………………………………………………….122

فصل پنجم:بحث و تفسیر و نتیجه گیری و جمع بندی

5-1 نتایج………………………………………………………………………………………………………………………………………………..126

5-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………………..128

 منابع:

منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………………………………………….129

منابع انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………….129

پیوست

چکییده انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………………………………….131

مقدمه

به منظور تقویت ساختمان در برابر انفجار، باید با استفاده از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا مثل الیاف مسلح پلیمری(FRP) تغییر مکان و مقاومت کافی فراهم شود. برای اینکه مصالح ساختمانی اصلاح شده، اثربخش باشد، لازم است طراحی به طور دقیق مبتنی بر پاسخ های دینامیکی مصالح تحت بارهای انفجار مورد ارزیابی قرارگیرد [17].

عموما بتن در مقایسه با دیگر مصالح، به عنوان مصالح ساختمانی با مقاومت بالا در برابر بارگذاری انفجار در نظرگرفته می شود. با وجود این سازه های بتنی برای بارهای بهره برداری با کرنش نرمال طراحی می شود که به اصلاح ویژه نیاز دارد تا مقاومت سازه ها را در برابر بارگذاری انفجار افزایش دهد. روش تقویت ساختمان به صورت اتصال اجزاء سازه ای یا تکیه گاههای زیاد برای افزایش مقاومت در برابر انفجار، به دلیل افزایش هزینه و از بین رفتن فضای قابل استفاده غیرمطلوب است. همچنین اینکار معمولا مقاومت کلی سازه را در برابر بار انفجار خیلی افزایش نمی دهد. بنابراین ورقه ها و صفحه ای پلیمر مسلح شده که ارزان تر و مناسب تر هستند به عنوان اتصالات سطحی برای اصلاح مناطق ویژه ی اجرای سازه ای استفاده می شود. اتصالات سطحی بدون از بین بردن فضای قابل استفاده و بدون نیاز به زمان طولانی برای ساخت و ساز که در نتیجه باعث صرفه جویی پول می شود، مقاومت سازه را در برابر بار انفجار به طور قابل توجهی افزایش می هد. برای اصلاح سازه های بتنی برای مقاومت در برابر انفجار انتخاب نوع(FRP) ، از اهمیت برخوردار است. (FRP) انتخاب شده باید سخت شدگی، مقاومت و تغییر شکل پذیری سازه ی اصلاح شده را بهبود بخشد تا مقاومت قابل اطمینان مورد نیاز در برابر انفجار را فراهم کند و انرژی انفجار را جذب کند که به موجب آن مود گسیختگی سازه ای تغییرکرده و به جای اینکه سازه بشکند، تغییر شکل می دهد [17].

به منظور تحلیل و طراحی سازه های مسلح شده با(FRP) تحت بارهای انفجار، هم مطالعات آزمایشگاهی لازم است و هم مطالعات عددی، اخیرا به منظور بهبود روشهای تحلیلی ساده شده، مطالعاتی در زمینه روشهای تحلیل دقیق انفجار به کمک مدل های مصالح صحیح و مدل های المان محدود برای برآورد رفتار سازه بتنی، درستی نتایج تحلیل را پیگیری می کند [29]. تحلیل ها اگر معتبرباشد، به عنوان جایگزینی برای آزمایشات پرهزینه ی انفجار سازه استفاده می شود. به علاوه حتی وقتی تسهیلات آزمایش ویژه و منابع مرتبط در دسترس باشد، از طریق چنین آزمایشات عملی برخی شرایط و آمار آسانتر به دست می آید. به همین دلایل ایجاد ابزارهای اثربخش تحلیل برای سازه های بتنی اصلاح شده و نوساز تحت بارگذاری انفجار برای پیش بینی رفتارهای سازه ای، انتخاب مصالح اصلاح شده بهینه و اطمینان ازمکانیسم های گسیختگی مطلوب، ضروری می باشد [29].

شکل 1-1  نمای خارجی گسیختگی دیوار خارجی ساختمان federal [30].

1-2 سازه های مقاوم در برابر انفجار

سازه های بتنی معمولا به عنوان ساختمان های محافظ مورد استفاده قرار می گیرند یکی از بحث های مهمی که در سازه های بتنی وجود دارد، چگونگی تاثیر امواج انفجاری بر روی این سازه ها، حجم تخریب آن ها بر اثر انفجار و مقدار نفوذ موج انفجاری در سازه می باشد.

ساختمان ها و سازه ها در برابر انفجاری به شکل های مختلفی تخریب و فرو می ریزد. که این امر بستگی به ویژگی های بارگذاری دارد، که مهمترین این ویژگی ها شامل:

الف) شدت و قدرت انفجار   ب) میزان فاصله انفجار تا هدف است.

این دو مشخصه تا حدود زیادی شکل مودفروپاشی و تخریب سازه را برای طراح ساختمان امن معین می کند.

معمولا انفجار های نزدیک و مماس به هدف موجب ایجاد حفره و سوراخ بر روی عنصر مربوطه و حالت تورق را دراطراف آن ایجاد می کند. این دو مکانیسم تخریب، موجب تضعیف آن قسمت شده و ناحیه مشارکت بین تورق و حفره به راحتی فرو می ریزد. قابلیت مواد و مصالح مختلف در برابر سوراخ شدن و یا حالت تورق، و در نهایت نفوذ موجب تعیین ضخامت مورد نیاز برای حفظ یکپارچگی آن المان می شود.

معمولا نوع و شکل رفتار مواد و مصالح، روش و حالت تغییر شکل و درنتیجه مود فروپاشی را تعیین می کند. برخی از مصالح و مواد از نظر مقاومت کششی بسیار ضعیف هستند و در هنگام قرارگرفتن در برابر نیروی کششی شدید که بیش از حد توان آن آماده باشد گسیخته می شود. نمونه ای از این مصالح که دارای کاربرد بسیار فراوان در ساختمان است مصالح بتنی می باشد. مقاومت کششی بتن بسیار کمتر از مقاومت فشاری آنهاست و برای رفع این نقیضه و افزایش مقاومت بتن در برابر انفجار، از آرماتور در بتن استفاده می شود. آرماتورهای فولادی باعث افزایش مقاومت برشی و مقاومت کششی بتن می شود. حال اگر میزان و قدرت انفجار بیش ازمقاومت عضو بتن مسلح شود آنگاه گسیختگی بوجود می آید.

طراحی یک قسمت برای مقاومت در برابر آثار انفجارمحلی و شدید شاید همواره کاری معقول نباشد، به خصوص وقتیکه محل دقیق انفجار مشخص نیست. بدین ترتیب باید مفهوم تخریب محدود و محلی مورد توجه قرار گیرد.

شکل 1-2 نمای خارجی گسیختگی دیوار خارجی برج ها  khobar[30]

1-3 مقاوم سازی با استفاده از الیاف مسلح پلیمری(FRP)

استفاده از(FRP) در مقاوم سازی سازه های بتنی طی چند سال اخیر توسعه بسیاری یافته است. مقاوم سازی به منظورهای مختلف از جمله تقویت خشمی، تقویت برشی، افزایش محصور شدگی، ترمیم آسیب های ناشی از خوردگی و مانند آن ها با استفاده از این مصالح صورت می گیرد. (FRP) به دلیل وزن کم، سهولت اجرا، مقاومت کششی بالا در برابر شرایط محیطی سخت، تا حدود زیادی جایگزین فولاد که دارای مشکلات زیادی از جمله سنگینی، سختی اجرا و خوردگی می باشد، شده است. در مقاوم سازی دال های بتن آرمه، استفاده از(FRP) بیشتر به منظور تقویت خشمی صورت می گیرد. این تقویت با چسباندن(FRP) به وجه کششی دال در ناحیه دارای لنگر ماکزیمم صورت می گیرد، که باعث افزایش چشم گیری در ظرفیت جذب انرژی دال می شود. لیکن استفاده از(FRP) در تقویت برشی دال ها کمتر مورد توجه قرار گرفته و به تحقیقات محدودی منحصر شده است. امروز استفاده از(FRP) جهت افزایش ظرفیت خشمی سازه ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است و تحقیقات بر روی آن ادامه دارد. با توجه به محدودیت­ها و مشکلات مربوط به انجام مطالعات آزمایشگاهی از جمله محدودیت مربوط به ابعاد نمونه­ ها، مشکلات نصب و اجرا، هزینه و زمان بالا و …، با انجام تحلیل های عددی صحیح می توان نتایج آزمایشگاهی را به محدوده صحیحی از سازه ها که امکان آزمایش عملی برای آنها وجود ندارد تعمیم داد. لذا در این پایانامه، سعی خواهد شد با انجام مطالعات پارامتریک عددی با استفاده از مدل­های اجزامحدود، تأثیر(FRP) بر رفتار خمشی دالها با ابعاد هندسی مختلف ارزیابی و با ارائه راهکارهایی جهت ارتقای عملکرد این کامپوزیت­ها اطلاعات وسیعتری نسبت به آنچه که تاکنون از آزمایشهای انجام گرفته حاصل شده بدست آورد. با استفاده از لایه چینی­های مختلف و بررسی وضعیت سازه تحت بارگذای انفجاری در نهایت، یک هندسه مناسب برای بکارگیری این ورقه­ها پیشنهاد می­گردد.

بهمراه تعداد رفرنس بالا

و......