Skip to main content
SUPERVISOR
Masood Motavalli,Mojtaba Azhari,Davood Mostofinejad
مسعود متولی (استاد مشاور) مجتبی ازهری (استاد مشاور) داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Niloufar Moshiri
نیلوفر مشیری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393

TITLE

Investigating the effect of grooving method on the bond behavior of prestressed CFRP composite to concrete
The application of fiber-reinforced polymer (FRP) composites in strengthening reinforced concrete structures has increased over past decades. Their superior properties, such as being light-weight, high-strength, corrosion-resistant and easy to apply, pave the road for their usage. However, premature debonding of FRP from concrete substrate is a drawback, as it reduces the strengthening efficiency. Strain values that are below the ultimate FRP strain are reached until debonding happens. Therefore, full capacity of the material is not utilized. To overcome this issue, prestressing FRP was proposed and put into practice. Higher strain values are developed in the composite, which implicates better efficiency of the FRP high-tensile strength. In addition to the higher yield and ultimate strength of the member, the prestressed FRP application enhances the serviceability state by increasing the cracking load and decreasing the deflection of the strengthened beam. A major concern regarding the prestressed FRP is to secure the anchoring of the strip so that the prestressing force can transfer from FRP to the concrete. The externally bonded reinforcement on groove (EBROG) method was introduced as a substitute for the EBR method to improve the structural behavior of FRP-strengthened members in different applications. This method was first developed at Isfahan University of Technology (IUT). Considering the advantages of prestressed FRP on one hand and the EBROG method on the other hand, in this thesis, bond behavior of prestressed FRP-to-concrete attached via the EBROG method was investigated for the first time. Moreover, flexural behavior of RC beams strengthened with unstressed and prestressed CFRP strips is investigated through four-point bending tests. Since out-of-plane deformations dominate the behavior of the prestressed FRP, a full-field three-dimensional digital image correlation (3D DIC) system was utilized to measure the displacements. Experimental results showed that significant increase in the bond strength of the EBROG joint was observed compared to EBR. By using two longitudinal grooves of 10 mm width, and 5, 10 or 20 mm depth, bond strengths were increased with a factor of 2.1, 2.4 or 3.0, respectively, compared to the EBR method. While releasing the force, out-of-plane tensile stresses were engendered in the adhesive/concrete layer due to the eccentricity of the released force. These peeling stresses produced large out-of-plane deformations leading to mode I failure in fracture mechanics. The grooving method stiffened the concrete substrate and provided another path for crack propagation under the prestressed FRP; so that the cracks could not develop near the surface layer, but penetrated deep inside the concrete. Moreover, the cracks propagated extensively in the concrete width. These reasons led to a high bond strength of prestressed EBROG joints. Bond strengths of prestressed joints were determined through two different methods, namely fracture energy and fracture plane. Furthermore, to anchor the prestressed CFRP strips to the concrete beams, newly developed U-anchors were utilized in combination with the EBROG method. This novel full non-metallic system was proposed to strengthen beams and slabs with prestressed CFRP strips. Four-point bending tests demonstrated that in case of non-prestressed CFRP, the EBROG method was able to delay CFRP debonding and made it capable to resist tensile strains in the reinforcement up to 50% higher than that of the EBR method. In addition, while the CFRP was prestressed up to approximately 4600 micro strain, during the loading, a strain value up to 12400 micro strain was developed in the strip prior to the CFRP debonding. It means that 70% of tensile rupture strain of CFRP could be developed by sung the new introduced method. Keywords : Prestressed CFRP strip, prestress force-release test, externally bonded reinforcement on grooves, EBROG, 3D DIC, flexural RC beam, four-point bending, CFRP U-anchor.
امروزه بتن آرمه به عنوان یک گزینه­ی قابل اعتماد برای ساخت بسیاری از سازه­های کوچک و بزرگ محسوب می­گردد؛ با این وجود در برخی از موارد، به دلایل مختلف، ممکن است سازه، معیارهای ایمنی را از دست بدهد. در سال­های اخیر، استفاده از کامپوزیت­های FRP به دلیل ویژگی­های منحصر به فردشان، به عنوان تکنیکی مؤثر در تعمیر و تقویت سازه­های بتن آرمه معرفی شده است. با این حال، ضوابط آیین نامه­ها برای استفاده از کامپوزیت FRP پیش تنیده با ضعف همراه است. از جمله مهم­ترین مکانیزم­های گسیختگی در تقویت تیرها توسط کامپوزیت­های FRP به روش نصب سطحی، جدا شدگی ورق FRP است. در اثر جدا شدگی، کرنش توسعه یافته در FRP به مقدار خیلی کم­تر از کرنش پارگی ورق محدود می­شود. مقاوم سازی با استفاده از FRP به صورت پیش تنیده به طور قابل ملاحظه­ای کارایی مصالح FRP و نیز سختی و عملکرد سازه در سطح بهره برداری و در مقابل خستگی را بهبود می­بخشد. کارایی مقاوم سازی یک سازه­ی بتنی با کامپوزیت FRP، تحت تأثیر عملکرد هر چه بهتر اتصال بین FRP و بتن قرار دارد. لذا فراهم نمودن بستری مناسب جهت اتصال کامپوزیت و سطح مورد نظر می­باشد. در سال­های اخیر روش جدید شیار زنی برای نصب کامپوزیت در دانشگاه صنعتی اصفهان ابداع و بررسی شده است. با توجه به لزوم بررسی عمیق­تر رفتار اتصال کامپوزیت پیش ­تنیده از یک ­سو و نتایج مطلوب روش شیار زنی در به تأخیر انداختن پدیده­ی جدا شدگی و افزایش مقاومت اتصال از سوی دیگر، در این رساله برای نخستین بار، تأثیر روش شیار زنی در رفتار اتصال کامپوزیت پیش­تنیده­ مورد تحقیق واقع شد. مقاومت اتصال ورق پیش تنیده به بتن با استفاده از روش شیار زنی، صرف نظر از نوع عضو بتنی، برای اولین بار در این رساله بررسی گردید. بدین منظور، مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی بر روی رفتار اتصال غیر پیش تنیده­ و پیش تنیده­ انجام گرفت. از آزمایش برش مستقیم یک ­طرفه جهت بررسی رفتار اتصال ورق غیر پیش تنیده­ی FRP به بتن، و از آزمایش رها سازی نیروی پیش تنیدگی به منظور بررسی رفتار اتصال ورق پیش تنیده­ی FRP به بتن استفاده گردید. هم چنین، رفتار تیرهای تقویت شده تحت آزمایش بارگذاری خمش چهار نقطه­ای مورد بررسی قرار گرفت. استفاده از پردازش تصویر سه بعدی امکان اندازه گیری تغییر شکل­ها در اتصال پیش تنیده را فراهم نمود. نتایج این رساله نشان داد استفاده از روش شیار زنی، ظرفیت اتصال پیش تنیده را به طور قابل ملاحظه­ای نسبت به روش نصب سطحی افزایش داد. به کار گیری روش شیار زنی با دو عدد شیار طولی به عرض 10 میلی متر و به عمق 5، 10 و 20 میلی متر، منجر به ظرفیت اتصالی به ترتیب 1/2 برابر، 4/2 برابر، و 0/3 برابر بزرگ­تر از روش نصب سطحی شد. در اتصال پیش تنیده در هنگام رها سازی نیرو، خروج از مرکزیت نیروی FRP نسبت به سطح اتصال، سبب شد تا ورق FRP به سمت خارج از صفحه حرکت کند و تغییر شکل­های بزرگی در راستای خارج از صفحه به وجود آید. لذا مود غالب در رفتار اتصال پیش تنیده مود 1 یا مود کششی بود. روش شیار زنی تنش­ها را به عمق بتن منتقل کرده و سبب شده ترک­ها در عمق بتن و زیر شیارها گسترش پیدا کنند؛ هم­چنین در عرض بتن پیش­روی کنند. بدین ترتیب، انرژی شکست مورد نیاز تا گسیختگی نمونه در روش شیار زنی، بسیار بزرگ­تر از روش نصب سطحی است؛ و به همین دلیل، ظرفیت باربری در روش شیار زنی بسیار بالاتر بوده است. در ادامه، ظرفیت اتصال پیش تنیده در روش شیار زنی، با استفاده از دو روش انرژی شکست و سطح شکست، تخمین زده شد. در این رساله، سیستمی نوین در تقویت خمشی تیر با کامپوزیت پیش تنیده، شامل به کار گیری روش شیار زنی در نصب ورق به همراه مهاری از جنس FRP به صورت U شکل در انتهای تیر، پیشنهاد شده است؛ لذا تقویت تیر به طور کامل از جنس FRP است. از جمله مزایای این سیستم، امکان پیش تنیده کردن ورق تا کرنش­های بالا، عدم خوردگی به دلیل عدم استفاده از ورق­ها و پیچ­های فولادی، سهولت اجرا، هزینه­ی اجرای پایین به سبب عدم به کار گیری مهار فولادی، و نیز قابلیت استفاده در دال­هاست. نتایج آزمایشگاهی بر روی تقویت خمشی تیرها، حاکی از افزایش قابل ملاحظه­ی ظرفیت باربری و کرنش ورق در روش شیار زنی بود. علاوه بر این، در تیر تقویت شده با ورق پیش تنیده و به کمک سیستم نوین تقویت، بیش از 70 درصد از ظرفیت نهایی کامپوزیت استحصال شده است. کلمات کلیدی: کامپوزیت FRP، پیش تنیده، شیار زنی، رها سازی نیروی پیش تنیدگی، مقاومت اتصال، تیر خمشی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی