متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته : مهندسی عمران

گرایش : سازه

عنوان : بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني سبک و مسلح شده با ميلگردهاي FRP

دانشگاه صنعتی بابل

دانشکده عمران

پايان نامه دوره كارشناسي ارشد

در رشته مهندسي عمران سازه

 موضوع :

بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني سبک و مسلح شده با ميلگردهاي FRP

اساتيد راهنما:

دكتر مرتضي حسينعلي‌بيگي

دكتر بهرام نوائي‌نيا

استاد مشاور:

دکتر حسن حاجي کاظمي

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)

چکیده:

بتن مسلح به فولاد، مصالحي است که بنا به دلايلي همچون مقاومت فشاري مناسب، هزينه تهيه پايين و در دسترس بودن مصالح خام، بطور گسترده در سازه‌هاي مهندسي عمران بکار برده مي‌شود. اما بتن مسلح تهيه شده از خمير سيمان، سنگدانه‌هاي معمولي، و ميلگرد‌هاي فولادي داراي نقاط ضعفي مانند وزن زياد، خوردگي فولاد، و ترک‌هاي ناشي از جمع شدگي است که کاربرد آن را در مواردي محدود مي‌کند. براي جبران اين ايرادات، بتن‌هاي خاصي ابداع شده‌اند که در آنها از سنگدانه‌هاي سبک و تکه‌هاي مجزا و کوچک الياف استفاده مي‌شود و به جاي ميلگردهاي فولادي، در جهت رفع مشکل خوردگي در مناطق ساحلي، از ميلگردهاي کامپوزيت پليمري اليافي، استفاده مي شود. از آن جا که استفاده از بتن‌هاي خاص با توجه به مزاياي غير قابل انکار آنها در حال گسترش بوده و نيز کاربرد آنها در کشوري مانند ايران در بسياري از موارد توجيه و ضرورت دارد، لازم است مطالعات کافي در مورد جنبه‌هاي مختلف کاربردي آنها انجام گيرد.

در تحقيق حاضر با تهيه يک برنامه آزمايشگاهي، به بررسي رفتار خمشي تيرهاي بتني ساخته شده از بتن سبک اليافي، مسلح به ميلگردهاي طولي از جنس کامپوزيت پليمري شيشه (GFRP) پرداخته شده است. براي اين منظور، تعداد 9 تير بتني با مقطع مستطيل در سه گروه طراحي و ساخته شده است. گروه اول شامل سه تير بتني سنگدانه سبک، گروه دوم شامل سه تير بتني سنگدانه سبک بهمراه الياف فولادي و گروه سوم شامل سه تير بتني سنگدانه سبک بهمراه الياف پلي‌پرو‌پيلن مي‌باشد. در هر گروه ميلگردهاي کامپوزيت به ميزان صد در صد، دويست درصد، و سيصد درصد تقويت بالانس در هر تير تعبيه گرديد. تيرها بصورت گام به گام و تدريجي تحت بار افزايشي قرار گرفته و اين عمل تا گام نهايي، يعني تخريب تيرها ادامه يافت. در هر گام مقادير جابجايي، کرنش، و عرض ترک در محل‌هاي مناسب برروي تيرها، به همراه نيروي اعمالي ثبت گرديد. با پردازش داده‌هاي بدست آمده خصوصياتي از تيرها مانند رفتار نيرو – تغييرمکان، ظرفيت خمشي، چگونگي ايجاد و گسترش ترک‌ها مورد مطالعه قرار گرفت.

نتايج حاصله حاکي از آنست که نمودار نيرو- تغييرمکان تيرهاي مسلح با ميلگردهاي کامپوزيت تا مرحله نهايي تقريباً خطي بوده و در تمامي تيرها در يک کرنش ثابت، درصد ميلگرد بيشتر باعث تحمل بار بزرگتري از تيرهاي با درصد ميلگرد کمتر شده است. همچنين مقايسه ظرفيت تجربي تيرها با روابط آيين نامه‌اي نشان مي‌دهد که اين روابط نتايج محافظه کارانه‌اي بدست مي‌دهند. همچنين تيرهاي داراي الياف در بارهاي کمتر شروع به ترک خوردگي نمودند، ولي مقاومت در برابر بار و ايجاد تغيير شکل هاي بيشتر در آن ها آشکارتر است.

فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه

بتن پرمصرف ترين مصالح ساختماني است و در اغلب کشورهاي جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نيز فراتر رفته است. تنها ماده اي را که بشر به اين ميزان مصرف مي کند، آب است. بتن داراي مزايايي از قبيل مقاومت عالي در برابر آب، سهولت شکل دهي در اشکال گوناگون، ارزان و در دسترس بودن مصالح اوليه است. همچنين در مقايسه با فولاد نياز به نگهداري کمي داشته، مقاومت مناسبي در دماهاي بالا از خود نشان داده، و به دليل اينکه تحت ميدان‌هاي تنش موضعي کمتري قرار دارد، خستگي مشکل مهمي براي آن محسوب نمي‌شود[1].

علي رغم مزاياي مذکور براي بتن، به علت وجود مواد مختلف در بتن و نيز اندرکنش اين مواد به ويژه در ناحيه بين سنگدانه ها و خمير سيمان، هنوز در اين ماده و محصول نهايي حاصل از ساخت آن پيچيدگي ها و نادانسته هاي فراواني وجود دارد. سازه هاي بتني در بعضي موارد پاسخگوي نيازهاي بهره برداري نخواهند بود. از جمله نواقص سازه هاي بتني مي توان به مقاومت کششي کم، خوردگي فولاد، سهولت ايجاد و گسترش ترک، و وزن زياد آنها اشاره کرد.

تلاش محققان صنعت ساختمان همواره بر رفع نواقص سازه هاي بتني بوده است و روش هاي مختلفي براي اين منظور ارائه داده اند که در زير به چند نمونه از آن ها اشاره مي شود:

–  ميلگردهاي FRP براي جلوگيري از خوردگي و افزايش مقاومت و افزايش ميرايي: استعداد خوردگي فولاد در برابر شرايط محيطي قليايي كه در سازه هاي بتن آرمه در معرض آب دريا استفاده مي شود، باعث گرديده است كه استفاده از FRP بعنوان جايگزين آن مطرح شود. مقاومت خوردگي و کششی مواد کامپوزيت مي‌تواند تا چهار برابر فولاد باشد. اين مواد به دليل بالا بودن ضريب ميرايي آنها که ناشي از خواص غيركشسان آنها است انرژي جذب شده را ميرا مي­كنند.

– استفاده از فايبرها براي افزايش مقاومت کششي و کاهش عرض ترک ها: الياف دراندازه ها و اشکال مختلف و از جنس فولاد، خميري، شيشه و مواد طبيعي مورد استفاده قرار مي گيرند. استفاده از الياف با حجم و اندازه هاي متفاوت در ملات، تا حدي باعث افزايش مقاومت کششي نهايي شده ولي کرنش کششي در هنگام گسيختگي در اين نوع از بتن ها در مقايسه با انواع معمولي بسيار بيشتر است که اين بدليل جلوگيري از باز شدن ترکها و تبديل يک ترک بزرگ به چندين ترک کوچک مي‌باشد.

– استفاده از بتن هاي سبک براي کاهش وزن کلي سازه: در مقايسه با فولاد، پائين بودن نسبت مقاومت به وزن بتن، براي ساخت برج ها و دهانه هاي بزرگ پل ها و سازه هاي شناور به عنوان يک مشکل اقتصادي محسوب مي شود. براي افزايش نسبت مقاومت به وزن بتن، يک راه حل مناسب، استفاده از سنگدانه‌هاي سبک مانند ليکا بجاي سنگدانه‌هاي معمولي است که تا کنون با موفقيت در ساخت برج هاي تا چند ده طبقه در دنيا مورد استفاده قرار گرفته است.

بديهي است مواد جديد نواقصي هم دارند، شامل توليد محدود و هزينه بالا، شکست ترد، نياز به قلاب نمودن ميلگردهاي پليمري در کارخانه و . . . که  سبب کاهش استفاده از آن ها در سازه هاي بتني در حال حاضر مي شود. با توجه به رشد صنعت و تکنولوژي، استفاده ي روزافزون از اين مصالح  در آينده نزديک، دور از انتظار نخواهد بود.

2-1- هدف تحقیق

در تحقيق حاضر هدف اصلي بررسي مزايا، معايب، و محدوديت‌هاي استفاده ترکيبي از دو بتن يعني بتن سنگدانه سبک سازه‌اي و بتن اليافي در ساخت اعضاي سازه اي تحت خمش (تيرها)، بهمراه استفاده از سطح مقطع‌هاي متفاوتي از ميلگردهاي ساخته شده از کامپوزيت پليمري مسلح به الياف شيشه براي تقويت طولي آنها مي‌باشد. در راستاي تأمين اين هدف که يک برنامه آزمايشگاهي براي آن تدوين گرديد، مواردي که بايد مورد مطالعه قرار گيرند عبارتند از:

– رفتار خمشي ( نيرو- تغييرمکان) تيرها،

– ظرفيت خمشي نهايي و نوع شکست تيرها،

– بار نظير اولين ترک و نحوه ايجاد و گسترش ترک ها،

– کرنش هاي کششي و فشاري حاصله در مراحل مختلف بارگذاري، و

– مقايسه نتايج با روابط آئين نامه اي و تحقيقات مرتبط موجود.

لازم به توضيح است که هر چند بتن ها و ميلگرد‌هاي مذکور در تحقيقات انجام شده مرتبط با سازه‌هاي بتني مورد توجه قرار داشته‌‌‌اند و ادبيات فني نسبتاً جامعي در مورد آنها وجود دارد، اما تحقيقات محدودي براي کاربرد ترکيبي آنها و با اهداف مذکور در کار حاضر انجام شده و لذا انجام اين تحقيق سهمي هر چند کوچک در کامل‌تر کردن متون علمي موجود در اين زمينه خواهد داشت.

3-1- روش تحقیق

در کار حاضر، ابتدا تحقيقات انجام شده در خصوص بتن سبک، بتن اليافي و ميلگردهاي FRP مورد مطالعه قرار گرفت و سپس از طريق مطالعه تجربي يا انجام آزمايش، رفتار خمشي تعدادي تير ساخته شده از مصالح مذکور ارزيابي گرديد. نمونه هاي آزمايشگاهي تعداد 9 عدد تير، شامل 3 نمونه با بتن سبک معمولي، 3 نمونه با بتن سبک با الياف فلزي و 3 نمونه بتن سبک با الياف پروپيلن در نظر گرفته شد. علاوه بر اين، براي هر تير به تعداد مناسب نمونه مکعبي جهت تخمين مقاومت فشاري و جرم حجمي بتن مصرفي در آنها تهيه گرديد. آزمايش به روش خمش چهار نقطه‌اي (تکيه گاه هاي ساده در دو انتها و دو بار متمرکز در دهانه تيرها) و بصورت مرحله به مرحله تا تخريب کامل تيرها انجام شده و با نصب حسگر در محل‌هاي مناسب بر روي تيرها، کميت‌هايي نظير جابجايي، کرنش، و عرض ترک و نيز نيروي اعمالي در مراحل مختلف بارگذاري اندازه گيري گرديد. در راستاي تأمين اهداف تعريف شده در کار حاضر نتايج خام حاصل از آزمايش تحليل و پردازش شده و خصوصيات يا پارامترهاي مورد نظر براي تيرها استخراج مي‌گردند. در نهايت با جمع بندي نتايج بدست آمده، مقايسه اي بين آنها و نتايج تحقيقات گذشته و نيز روابط آئين نامه اي انجام مي‌شود.

4-1- ساختار پایان نامه

در فصل اول، به توضيح مختصري از سازه هاي بتني و دليل استفاده از آن ها، پرداخته شده است.

در فصل دوم، تحقيقات انجام شده در گذشته در رابطه با اين تحقيق و نتايج آن ها آمده است.

در فصل سوم، روش انجام آزمايش با توضيحاتي در خصوص دقت و چگونگي کار با وسايل مورد استفاده در آزمايشگاه آمده است و نيز به بيان مراحل تحقيقات آزمايشگاهي، طراحي، ساخت، نحوه انجام آزمايش و خصوصيات مواد و مصالح مصرفي پرداخته شده است.

 فصل چهارم، به بررسي نتايج به دست آمده از آزمايشات و شرح تفصيلي از مودهاي شکست و بيان تحليل هاي انجام شده در رابطه با چگونگي شکست و عرض ترک و مقايسه بارهاي نهايي با روابط آئين نامه، اختصاص داده شده است.

فصل پنجم، به بيان نتايج تحقيق حاضر و نيز ارائه پيشنهاد براي انجام تحقيقات آينده در اين زمينه اختصاص داده شده است.

فصل دوم: تاریخچه تحقیقات

1-2- مقدمه

در اين فصل تحقيقات انجام شده بر اساس موضوع و در سه زمينه بتن سبک، بتن اليافي و ميلگردهاي FRP ارائه مي شود و در ادامه تاريخچه و نحوه ساخت بتن سبک، بتن اليافي و GFRP مورد بررسي قرار مي‌گيرد. همچنين تئوري خمش تيرها و آيين‌نامه ACI در مورد طراحي تيرها با ميلگردهاي FRP مطرح گرديده است و تحقيقات انجام شده و نتايج آنها در مورد استفاده از ميلگردهاي FRP در سازه‌ها و نيز بتن هاي اليافي و سبک ارائه مي گردد.

2-2- بتن سبک

1-2-2- تاریخچه

اساساً بتن سبك يك ماده جديد نيست و از روزگار امپراطوري رم تاكنون شناخته شده است. به کارگيري سبكدانه بيشتر براساس مواد خام در دسترس بوده است. در آلمان و نروژ تنوع وسيعي از انواع سبك دانه‌ها براساس رس منبسط شده (Liapor and Leca) توليد شده است. در هلند از سوي ديگر، تكنولوژي توليد سبك دانه براساس Fly ashتوسعه يافته است. در ايسلند، كاربرد سنگ سخت يك روش معمولي است كه تكنولوژي توسعه يافته براساس پاميس مي‌باشد[3].

عمليات حفاري نفت، مجال استفاده از بتن سبك براي سكوها را فراهم نموده است. در طي دوره سال‌هاي 73- 1960 حدود 15 پل دهانه بزرگ با استفاده از بتن سبك Leca بر روي رودخانه‌ها در هلند ساخته شد.

تحقيق گسترده و توسعه سبك دانه (LWA)[1] و بتن دانه سبك (LWAC)[2] به خوبي اروپا، در ژاپن و آمريكاي شمالي نيز انجام گرفت. در آمريكا تحقيق روي بتن سبك سازه‌هاي دريايي به وسيله مهندسان ABAM انجام شد، كه در چارچوب ACI ولي با نتايج و توصيه‌هاي ارزشمند نسبت به كاربرد LECA براي اهداف ديگر نيز انتشار يافت[3].

2-2-2- تعریف سنگدانه های سبک

سنگ دانه‌هاي با وزن كمتر از  1120 عموماً به عنوان سبك دانه در نظر گرفته مي‌شود. جهت مقايسه، بيشتر سنگ دانه‌هاي معمولي نظير ماسه و شن داراي جرم حجمي انبوهي در حدود 1520 تا 1680 مي باشند. سبك دانه‌ها به دليل تخلخل زياد، داراي وزن مخصوص ظاهري كم هستند. طبقه بندي سبك‌دانه‌ها بر مبناي منابع، روش‌هاي توليد و كاربرد نهايي آنها مي‌باشد[1].

[1] Light Weight Aggregate

[2] Light Weight Aggregate Concrete

تعداد صفحه : 126

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.

*********  ********* *********