متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه

عنوان : بهسازی لرزه ای پایه پل های بتن آرمه با FRP

دانشگاه محقق اردبیلی

دانشکده­ی فنی و مهندسی

گروه آموزشی عمران

پایان­نامه برای دریافت درجه­ی کارشناسی ارشد

در رشته­:مهندسی عمران گرایش سازه

عنوان:

بهسازی لرزه ای پایه پل های بتن آرمه با FRP

استاد راهنما:

دکترهوشیار ایمانی

استاد مشاور:

دكترملك محمدرنجبر

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه …………………………………………………………………………………..2

1-2- بیان مسئله ……………………………………………………………………………3

1-3- پیشینه تحقیق ………………………………………………………………………..3

1-4- ضرورت، اهمّیت و هدف تحقیق ………………………………………………………8

1-5- ساختار تحقیق ……………………………………………………………………….9

فصل دوم: آشنایی با مصالح کامپوزیتی FRP

2-1- معرفی ورق های FRP ………………………………………………………………

2-1-1- مقدمه………………………………………………………………………………12

2-1-2- انواع ورق های کامپوزیت FRP ………………………………………………..

2-1-3- رزین های تشكيل دهندهFRP ………………………………………………..

2-1-4- انواع فيبرهاي تشكيل دهنده FRP …………………………………………..

2-1-5- خصوصيات الياف………………………………………………………………..13

2-1-6- ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های FRP …………………………………

2-1-7- مقایسه عملکرد انواع کامپوزیت های FRP در مقاوم سازی سازه ها…… 15

2-1-8- ضریب ایمنی …………………………………………………………………… 16

2-1-9- روش های مقاوم سازی ……………………………………………………..16

2-1-10- ملاحظات اجرایی ……………………………………………………………..19

2-1-11- اصلاح شکل مقطع …………………………………………………………….20

2-1-12- ضوابط طراحی و بهسازی ستون ها با FRP ………………………………..

فصل سوم: روش های مدل سازی و تحلیل لرزه ای پل ها

3-1- مقدمه ………………………………………………………………………………29

3-2- روش بدست آوردن تغییر مکان هدف در FEMA-356 ………………………..

3-3- روش بدست آوردن جابجایی تقاضا در ATC-40 ……………………………..

3-3-1- روش طیف ظرفیت برای بدست آوردن نقطه عملکرد سازه بر اساس آیین نامه ی ATC-40

3-4- رفتار اعضای سازه ………………………………………………………………..50

3-5- مقاومت مصالح ……………………………………………………………………51

3-5-1- روش بدست آوردن کرانه ی پایین مقاومت مصالح و مقاومت مورد انتظار مصالح در طراحی..52

3-6- ضریب آگاهی …………………………………………………………………….54

3-7- کاربرد ضریب آگاهی در بهسازی و طراحی بر اساس عملکرد………………..56

3-8- معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی …………………………………56

3-9- معیارهای پذیرش برای سازه های بتن آرمه بر اساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356…….

3-9-1- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس FEMA-356………..

3-9-2- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس دستورالعمل بهسازی….58

فصل چهارم: معرفی سازه مورد مطالعه و تحلیل آن

4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………64

4-2- معرفی سازه مورد مطالعه ……………………………………………………..64

4-2-1- مشخصات مصالح و پل مورد مطالعه ……………………………………….64

4-3- بارگذاری ………………………………………………………………………….70

4-3-1- بار زنده ………………………………………………………………………….70

4-3-2- اثر جریان آب ……………………………………………………………………72

4-3-3- فشار جانبی خاک ……………………………………………………………..72

4-3-4- اثر باد ……………………………………………………………………………72

4-3-5- اهداف عملکردی …………………………………………………………….73

4-3-6- بارهای جانبی …………………………………………………………………75

4-3-7- اثر P-∆  ………………………………………………………………………

4-4- روش تحلیل دینامیکی پل ها ………………………………………………..81

4-4-1- روش تحلیل دینامیکی طیفی (با استفاده از تحلیل مدها)………………82

4-4-2- روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی ……………………………………84

فصل پنجم: آنالیز مدل و بررسی نتایج

5-1- مقدمه …………………………………………………………………………..93

5-2- مدل سازی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS…………………………….

5-2-1- مدل سازی بتن در نرم افزار ABAQUS ……………………………………

5-2-2- مدل سازی FRP در ABAQUS …………………………………………….

5-2-3- مدل سازی آرماتور در ABAQUS ………………………………………….

5-3- ارزیابی صحت مدل تحلیلی ………………………………………………….100

5-4- تحلیل دینامیکی غیر خطی …………………………………………………..102

5-4-1- اثر CFRP بر جابجایی و برش پایه ………………………………………..102

5-4-2- نمودارهای تاریخچه زمانی جابجایی پایه ها ……………………………108

5-4-3- اثر CFRP بر انرژی ………………………………………………………………138

5-5-  نتایج حاصل از اثر باد بر روی پل ها …………………………………………..155

فصل ششم: جمع بندی و نتیجه گیری

6-1- کلیات …………………………………………………………………………157

6-2- خلاصه تحقیق و نتیجه گیری ……………………………………………..157

6-3- پیشنهادات برای تحقیقات آینده ……………………………………………158

مراجع …………………………………………………………………………………159

چکیده:

امروزه بسیاری از سازه های بتن آرمه که در حال بهره برداری هستند، عمری بیش از 75 سال دارند و به دلیل حوادث طبیعی از قبیل زلزله و باد و یا بر اثر خستگی مصالح و یا عوامل خورنده آسیب دیده اند. نگهداري از سازه ها به دليل هزينه ساخت و تعمير بسيار حائز اهميت مي باشد. با مطالعه رفتار سازه هاي بتني مشخص مي شود عوامل متعددي مانند: اشتباهات طراحي و محاسبه، عدم اجراي مناسب، تغيير كاربري سازه ها از دوام آنها مي كاهد ضمنا تغيير آيين نامه هاي ساختماني ) باعث تغيير در بارگذاري و ضرايب اطمينان مي شود) نيز سبب ارزيابي و بازنگري مجدد طرح و سازه مي گردد تا در صورت لزوم بهسازي و تقويت شود.

روش های متنوعی برای تعمیر و تقویت سازه های بتن آرمه استفاده می شود. از آن جمله می توان تقویت با پوشش فلزی و بتنی را نام برد، که در مقایسه، پوشش فولاد نسبت به بتن از نظر وزن مزیت دارد اما فولاد نیز دارای نقصان های متعددی از جمله هزینه سنگین و سختی در اجرا و همچنین آسیب پذیری در محیط های خورنده می باشد. ماده جدید FRP سال هاست که به سبب ویژگی های منحصر به فرد از جمله تقویت و مقاوم سازی سازه های موجود در موارد خمشی و برشی و دور گیری و مقاومت بالا در برابر خوردگی و . . . در مقاوم سازی و بهسازی سازه ها به کار می روند.

ستون هاي بتن مسلح، اعضاي اصلي مقاوم در برابر بارهاي افقي و قائم در سازه هاي بتني به شمار مي آيد لذا مقاوم كردن ستون ها در برابر نيروهاي زلزله مي تواند نقش مهمي را در مقاوم سازي كل سازه ايفا كند. در نتيجه استفاده از كامپوزيت هاي  FRPجهت مقاوم سازي ستون هاي بتني مسلح در دنيا گسترش يافته است و مطالعه در اين زمينه از طرف محققين زيادي صورت مي گيرد.

 در این تحقیق یک پل با ابعاد واقعی انتخاب و قاب های آن با نرم افزار اجزای محدود ABAQUS تحت بارهای ثقلی، باد، آب و زلزله قرار گرفته و با سه شتاب نگاشت زلزله، منجیل، Northridge و Chi Chi تایوان، تحت تحلیل استاتیکی ودینامیکی غیر خطی قرار گرفته و با چسباندن لایه های CFRP بر حسب نیاز هر پایه، تغییر در میزان حداکثرجابجایی، میزان برش و اتلاف انرژی پایه آنها  بررسی شده  و اختلاف در نتایج دو روش استاتیکی و دینامیکی محاسبه شده است.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

 زمین لرزه پدیده ای طبیعی و غیر قابل اجتناب است که به خودی خود سبب تلفات جانی و مالی نمی باشد، بلکه در کنش حرکات زمین با محیط های ساخته ی دست بشر است که عدم توانایی در مقاومت ساخته ها باعث خسارت جدی می شود. در پی زمین لرزه ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود می آید که این امر در مورد کشور هایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و دراز مدت به جا می گذارد (ناطق الهی،1390).

كشور ايران از نظر لرزه خيزي در يكي از فعال ترين مناطق جهان قرار گرفته است. در سالهاي اخير به طور متوسط در هر پنج سال يك زمين لرزه شديد در نقطه اي ازكشور اتفاق افتاده كه باعث خسارات جاني و مالي بسياري شده است (حمره، 1387)، پل ها به عنوان سازه های استراتژیک ومهم و به واسطه آن که یکی از عناصر مهم در شریان های حیاتی هستند، باید به گونه ای طراحی شوند که در مدت زلزله و بعد از آن هم بتواند عملکرد خود را داشته باشد، عدم تخریب پل و خارج نشدن از بهره برداری پس ازیک زمین لرزه شدید ازبسیاری تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواهد کاست (زارع برزشی، 1391).

در چند دهه گذشته بموازات توسعه راه های کشور حجم قابل توجهی از بودجه های مربوطه جهت پل ها اختصاص یافته است. متاسفانه علی رغم پیشرفت های فن آوری در مهندسی مواد هنوز این سازه ها با گذشت زمان به دلایل  مختلف از جمله شرایط محیطی نامناسب و ترافیک سنگین و حوادث طبیعی دچار خرابی های متعددی می شوند. این خرابی ها در صورت عدم توجه به موقع علاوه بر کاهش سطح بهره برداری و عمر مفید سازه هزینه های تعمیر و نگهداری را شدیدا افزایش خواهد داد. که اهمیت بکارگیری روشهای منطقی  و سینماتیک در مدیریت نگهداری پل ها به منظور حفظ ایمنی استفاده کنندگان از پل و جلوگیری از هدر رفتن سرمایه های کشور را نمایان می سازد (رهگذر،1387). بنابراین دست یابی به روش یا روش هایی جهت بهسازی لرزه ای پل هایی که در برابر زلزله به اندازه کافی مقاوم نیستند می تواند بسیار مهم باشد (مرادی، 1390).

برای بهسازی، روش های مختلفی مانند مرمت موضعی، استفاده از پوشش بتنی، استفاده از پوشش فولادی و غیره تحت عنوان “ روش های کلاسیک ” وجود دارد. یکی از روش های نوینی که در سال های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم سازی یا بهسازی ساختمان های موجود با استفاده از کامپوزیت ها می باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی صورت گرفته و آیین نامه هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است (ناطق الهی، 1385). اين مواد به دليل داشتن مقاومت كششي بالا، ابزار مناسبي جهت افزايش ظرفيت اعضاي بتني و بنايي به شمار مي آيند. امروزه دركشورهاي پيشرفته حجم بالايي از بهسازي و تقويت سازه هاي بتني و بنايي با استفاده از اين مواد انجام مي پذيرد (حمره، 1387).

2-1- بیان مسأله

در اين پايان نامه به مقاوم سازی پایه پل های بتنی با ورقFRP  تحت بار دینامیکی زلزله پرداخته خواهد شد،  پایه های پل با ابعاد واقعی ومحصور شده با FRR درنرم افزار ABAQUS مدل سازی می شود، برای تحلیل پایه تحت بار زلزله از تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده شده است تا اثرFRP بر روی پایه های پلی که تحت شتاب نگاشت هستند مورد بررسی قرار گیرد.

3-1- پیشینه تحقیق

تكنولوژي استفاده از ورق هايFRP در مهندسي عمران اولين بار در سال 1984در سوئيس توسط پروفسورMeier  مطرح و مورد آزمايش قرار گرفت كه در آن ورق هاي Carbon FRP (CFRP) جهت مقاوم سازي تيرهاي بتني آزمايش شدند. بزرگ ترين مزيت  FRPنسبت به فولاد داشتن نسبت مقاومت به وزن بالاي آن مي باشد. كاتسوماتا و همكارانش در سال1987 و 1988 روش استفاده ازFRP  را جهت مقاوم سازي ستون هاي بتني مسلح ارائه دادند.

یکی از روش های معمول جهت مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری ستون های بتن آرمه، ایجاد روپوش پیرامونی، جهت محدود نمودن انبساط عرضی ستون بارگذاری شده است. این شیوه علاوه بر جلوگیری ازکمانش آرماتورهای طولی ستون، با به تعویق انداختن جداشدگی پوسته بتنی، انهدام ستون را نیز به تاخیر می اندازد.

مطالعات پیرامون روش مقاوم سازی ستون های بتن آرمه در ابتدای قرن بیستم و در مورد ستون های مقاوم شده با روپوش فولادی صورت پذیرفت. این مطالعات نشان داد که وجود دورپیچ پیرامون ستون، سبب افزایش مشخصه های باربری آن می گردد اثر نامطلوب شرایط محیطی بر روپوش های فولادی و مراحل دشوار و زمان بر ایجاد این روپوش ها، سبب گردید که صفحات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای مسلح شده با الیاف موسوم به ورقه هایFRP از بدو پیدایش به تدریج به عنوان جایگزین روکش های فولادی مورد استفاده قرار گیرند.

تحقیقات آزمایشگاهی  و نرم افزاری زیادی در زمینه بهسازی ستون های بتنی با  FRPدر ایران نیزانجام شده است:

1- برقي، مصطفي و حداد، میثم، 1387، ارزیابی تقویت خمشی پایه پل بتن آرمه توسط GFRP تحت بارگذاری دوره ای، دانشگاه صنعتي خواجه نصير طوسي.

در اين تحقيق مدل ابعاد واقعي پايه يك پل به مقطع دايره ايجاد شده و رفتار آن تحت بارگذاري دوره اي تك محوره (بارگذاري همزمان ثقلي وجانبي قرار گرفته كه بارگذاري جانبي آن به صورت دوره اي مي باشد) بررسی شده که در اين تحقيق ستون معرفي شده توسط ورقه GFRP به ضخامت 1 ميلي متر) در طول كل ستون) دورپيچ شده است، پوش منحني هيسترزيس برش پايه در دو حالت بدون محصور شدگي و با محصورشدگي توسطFRP  رسم شد نتایج بدین صورت می باشد:

آ. پوشش تقويتي GFRP(با ضخامت 1 ميلي متر)باعث بالا بردن ظرفيت خمشي پايه پل هاي بتن آرمه به ميزان 8% شده است.

ب. اصلي ترين خاصيت پوشش تقويتي GFRP، افزايش كرنش گسيختگي به ميزان 50 % كه منجر به شكل پذيري و اتلاف انرژي بيشتر مي شود و نيز عملكرد لرزه اي ستون را بهبود مي بخشد.

2- صالحیان، حمید رضا و اصفهانی، محمد رضا “بررسی آزمایشگاهی مقاومت ستون بتنی محصورشده با GFRP تحت اثر توام نیروی محوری و لنگر خمشی و مقایسه با مدل های تئوری” ،1388.

در این تحقیق نمونه های آزمایشگاهی ستون با مقطعی مربعی شکل بررسی شده اند این تحقیق نشان می دهد که اعمال لنگر خمشی بر نمونه ستون های محصورشده با  FRP علاوه بر اندرکنش بار فشاری و لنگر خمشی، اثر کاهنده ای بر مقاومت فشاری بتن محصورشده می گذارد. اعمال لنگر خمشی بر مقطع ستون، سبب توزیع غیر یکنواخت تنش فشاری وارد بر مقطع و انبساط عرضی آن می گردد به همین دلیل استفاده از روابط تخمین مقاومت فشاری بتن محصور شده، با افزایش لنگر خمشی، به پاسخ های غیر واقعی و فاقد اطمینان می انجامد.

3- جلال، مصطفي” ارزیابی ظرفیت باربری پل های بهسازی شده با کامپوزیت FRP”1388.

در اين مقاله، گزيده راهكارهاي ارزيابي عملكرد يك پل بهسازي شده با استفاده از مصالح كمپوزيتي جديدارائه گرديده است. به اين منظور، ابتدا يك سيستم سنجش عملكرد ايجاد شده و اندازه گيري هاي سنجش عملكرد به منظور ارزيابي پارامترهاي مختلف مشخص گردید، سپس يك الگوريتم نقص يابي و شناسايي سيستم به منظور كمي سازي مقادير هدف، انتخاب شده و در نهايت نتايج فعالیت هاي بهسازي به منظورسنجش تغييرات عملكرد پل، مورد ارزيابي و تجزيه و تحليل قرار گرفت. در نهايت پس از اتمام كار بهسازي، نتايج به منظور تعيين وقوع يا عدم وقوع هرگونه تغيير در عملكرد پل، مورد ارزيابي قرار گرفت، اين روش افزايش در سختي سازه را در دوره زماني سوم دسامبر 1999 تا مي 2000 نشان مي دهد.

4- عباسزاده ، مهدي “مقايسه دقت پيش بيني مدل هاي ارائه شده براي محصورشدگي ستون هاي بتني دايروي محصور شده با الياف FRP”1388.

اين مطالعه بر پيش بيني حداكثر تنش و كرنش بتن محصور شده كه مهمترين پارامترها از ديد طراحي بوده و تاثير زيادي در تقريب منحني هاي تنش – كرنش دارند متمركز شده است. به اين منظور، مدل هاي محصور شدگي به دو گروه مدل هاي محصورشدگي پايه فولادي و مدل هاي محصورشدگي تجربي و تحليلي طبقه بندي شده و روابط و ويژگي هاي منحصر به فرد هر مدل مرور شد سپس، مقايسه بين مدل هاي مختلف در پيش بيني حداكثر تنش و كرنش نهائي محصور شدگي صورت گرفت. نتايج حاصل از ارزيابي هاي صورت گرفته نشان داد كه مدل هاي موجود در پيش بيني رفتار واقعي محصورشدگي بتن به جواب هاي يكسان و قابل قبولي خصوصاٌ در پيش بيني كرنش نرسيده و تنها براي محدوده اي كه براي آن كاليبره شده اند جواب هاي مطلوبي ارائه مي دهند .

5- عباس نیا، رضاو رستمیان، مهدی” بررسی رفتار تنش – کرنش ستون ها یا نمونه های بتنی مسلح و محصورشده با FRP”1389.

در این مقاله به بررسی تحقیقات انجام شده در مورد رفتار تنش – کرنش ستون های بتنی مسلح مقاوم سازی شده با FRP پرداخته شد و نتایجی مطابق زیر بدست آمد:

الف – اثر نسبت لاغری برروی ظرفیت باربری ستونهای بتنی محصور شده با ژاکت FRP چشم گیر تر از ستون های مسلح معمولی  می باشد.

ب – اثر مقاوم سازی با افزایش نسبت لاغری کاهش می یابد.

ت – در زمانی که نسبت لاغری کمتر از 5/87 باشد، ظرفیت باربری ستون مسلح شده با FRP هنوز 21 درصد بزرگتر از ستون بتن مسلح بدون ژاکت FRP (عادی) می باشد.

6- محمد کاظم، شربتدار و بهاري زاده، علی، سیوندي پور، عباس ” بررسی نرم شدگی و سخت شدگی کرنش بتن محصور شده با ورق هاي FRP بر مقاومت و شکل پذیري اعضاء فشاري “1388.

در این مقاله به بررسی مقاومت بتن محصور شده با انواع ورق هاي FRP در دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنش و همچنین اثر محصور شدگی بر شکل پذیري اعضاء بتن مسلح پرداخته شده و این نتیجه حاصل شده که محصورشدگی اعضاء بتنی موجب افزایش مقاومت در هر دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنشی و افزایش شکل پذیري و همچنین بهبود رفتار لرزه اي آن می شود.

7- دانش، فخر الدين بهشتي اول و سيد بهرام، شاهرودي، مهناز” تخمين پارامترهاي اثرگذار بر رفتار غيرخطي ستون هاي دورپيچ شده با CFRP به روش اجزاء محدود”1388.

در این تحقیق براي صحت سنجي نحوه مدل سازي، نمونه هايي از كارهاي معتبر آزمايشگاهي با بار محوري ثابت و بار جانبي رفت و برگشتي cyclic)) با نرم افزار اجزاء محدود  ABAQUS مدل سازي شده اند. در اين مرحله، بتن با المان حجمي هشت گرهی (C3D8)  و دورپيچ آن با المان هاي غشايي چهار گرهي  (M3D4)مدل شده اند و از معادل سازي و يكپارچه كردن مقطع استفاده نشده است. نتايج بدست آمده، تطابق قابل قبولي با كارهاي آزمايشگاهي دارد همچنین در بررسي انجام شده بر روي پارامتر طول لايه هاي دورپيچ و تأثير آن بر روي رفتار ستون ها مشاهده گرديد با افزايش پارامتر طول لايه هاي دورپيچ، ميزان ظرفيت ستون در تحمل تغيير مكان و برش پايه افزايش مي يابد همچنين در اين راستا مشخص گرديد افزايش طول دورپيچ ها تأثير چنداني بر بارتسليم نداشته و فقط بار ماكزيمم سازه را افزايش داده است و به اين ترتيب باعث افزايش انعطاف پذيري رفتار سازه مي گردد. با استفاده از نتايج بدست آمده مشاهده شد در يك نگاه كلي گرچه تأثير لايه ها بر روي برش پايه قابل تحمل توسط ستون چندان قابل توجه نبوده است ليكن تأثير تعداد لايه ها بر روي نيروي قابل تحمل توسط ستون بيشتر از تأثير طول لايه ها بوده است به عنوان مثال با افزودن يك لايه 20 سانتي متري دورپيچ FRP حدود 3 درصد و با افزودن يك لايه 30 سانتي متري دورپيچ FRP حدود 4 درصد افزايش مي يابد. در حالي كه در حالت استفاده از دولايه دورپيچ اين درصد افزايش نيروي قابل تحمل توسط ستون بترتيب حدود 4 و 6 در صد خواهد بود. همچنين نشان داده شد شكل پذيري ستون نيز با افزايش قابل توجهي همراه است ليكن استفاده از دو لايه دورپيچ بجاي يك لايه دور پيچ افزايش نسبي زيادي در شكل پذيري ستون ايجاد نمي كند اين نتيجه در مورد تغيير شكل بيشينه قبل از شكست نيز صادق است.

تعداد صفحه : 185

قیمت : 17300تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ———- ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

*********  ********* *********

دسته بندی : عمران