SUPERVISOR
Mohammad reza Eftekhar,Davood Mostofinejad
محمدرضا افتخار (استاد مشاور) داود مستوفی نژاد (استاد راهنما)
STUDENT
BEHNAZ AREFIAN
بهناز عارفیان
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Experimental Evaluation of FRP-to-Concrete Effective Bond Length
: The strengthening or retrofitting of existing concrete structures to resist higher design loads, correct strength loss due to deterioration, correct design or construction deficiencies or increase ductility has traditionally been accomplished using conventional materials and construction techniques. During the last decade, fiber reinforced polymers (FRPs) have emerged as an alternative to traditional materials for repair and rehabilitation. The most common technique for strengthening concrete structures utilizing FRP materials is externally bonded reinforcement (EBR) technique. The bond between the concrete and the FRP composite becomes an important factor that controls the efficacy of the repair. However, it has been shown that the total strength capacity of the beam is often not attained due to premature debonding of the FRP composite from the concrete substrate. In this case, ultimate load cannot always increase with an increase in the bond length, and the ultimate tensile strength of FRP composite may never be reached, however long the bond length is. This leads to important concept of effective bond length, beyond which any increase in the bond length cannot increase the ultimate load. A large number of parameters affecting the ultimate load. Compressive and tensile strength of concrete, types, elasticity modulus and thickness of the FRPs were investigated in the study.The main intention of the current study is to experimentally evaluate the effective bond length of externally bonded FRP composite by means of single shear tests. To do so, 34 concrete prisms with dimensions of 150×150×350 mm were strengthened in 6 groups. Carbon fiber fabric, glass fiber fabric, carbon fiber laminate and steel plate were used for strengthening concrete prisms. The concrete prisms were cast in three series (i.e. series I-III). Series I consisted of specimens with compressive strength less than 30 MPa, series II included specimens with compressive strength in a range from 30 to 40 MPa and finally in series III, the compressive strength of specimens were more than 40 MPa. FRP composites and steel plates were adhered to all specimens using conventional EBR technique and bond length remained constant and equal to L=200 mm. Afterwards, all strengthened specimens were subjected to single shear test using a 300 kN hydraulic jack. In order to obtain the displacement field an image-based full field measurement technique, i.e. particle image velocimetry (PIV) was used to investigate displacement field during loading process. To do so, successive digital images were taken from the field undergoing deformation. Comparison of experimental results of the current study with the existing models of effective bond length shows the incapability of the existing guideline models in accurate predictions of FRP-to-concrete effective bond length. Consequently, with the support of experimental results of this study appropriate calibration factors were introduced to effective bond length models in well-known existing guidelines i.e. fib Bulletin 14 and ACI 440.2R. Keywords: FRP composites, bond strength, effective bond length, single-shear test, externally bonded reinforcement (EBR), particle image velocimetry (PIV).
بنا به دلایل مختلف از جمله خطا های طراحی و اجرایی، آسیب دیدگی سازه ناشی از بلایای طبیعی یا حوادث، تغییر کاربری، تغییر در آیین نامه ها و عوامل مخرب محیطی ممکن است سازه ی بتنی در طول عمر بهره دهی نیاز به تعمیر و تقویت داشته باشد. در میان تکنیک ها و مصالح مختلف، استفاده از کامپوزیت های FRP به عنوان تکنیکی مؤثر در تعمیر و مقاوم سازی سازه ها و جای گزین روش های سنتی به طور گسترده رواج یافته است. یکی از چالش های موجود در زمینه ی استفاده از کامپوزیت های FRP، جدا شدگی پیش از موعد ورق، از سطح بتن قبل از استحصال کامل ظرفیت کششی کامپوزیت های FRP می باشد. با وجود مطالعات گسترده در این زمینه، برخی کاستی ها و نواقص موجود و عدم قطعیت و صراحت در آیین نامه های مرتبط، نشان دهنده ی زوایای مبهم از این موضوع است. از این رو، لزوم درک و شناخت کامل رفتار اتصال و عوامل مؤثر بر آن، بیش از پیش احساس می شود. طول اتصال یکی از پارامتر های تأثیر گذار بر مقاومت اتصال ورق تقویتی به بتن می باشد. افزایش طول اتصال لزوما استحصال ظرفیت کششی کامپوزیت را تضمین نمی کند؛ این مسئله منجر به تعریف مفهوم مهمی به نام "طول مهار مؤثر" ورق تقویتی می شود که فراتر از این طول، مقاومت اتصال افزایش نمی یابد. لذا هدف اصلی تحقیق حاضر بررسی رفتار اتصال انواع ورق های تقویتی به بتن و ارزیابی طول مهار مؤثر ورق های مذکور، با تغییر پارامتر های مؤثر بر آن می باشد. بدین منظور 34 عدد نمونه ی بتنی به ابعاد 350×150×150 میلی متر تهیه شده و در 6 گروه مورد تقویت قرار گرفت. پارامتر های متغیر در این مطالعه، مقاومت فشاری و کششی بتن، مدول الاستیسیته و ضخامت ورق تقویتی و همچنین نوع ورق تقویتی می باشد. ورق های تقویتی مورد استفاده در این تحقیق، شامل دو گروه الیاف کربن، دو گروه الیاف شیشه، یک گروه لمینیت CFRP و یک گروه ورق فولادی می باشد. نمونه های بتنی در 3 رده با مقاومت فشاری مختلف ساخته شد؛ رده ی اول با مقاومت فشاری کم تر از 30 مگا پاسکال و رده ی دوم با مقاومت فشاری در محدوده ی 30 تا 40 مگا پاسکال تهیه شد. نمونه ها با مقاومت فشاری بیش از 40 مگا پاسکال در رده ی سوم گنجانده شد. ورق های تقویتی با طول اتصال 200 میلی متر با استفاده از تکنیک نصب خارجی (EBR) بر روی سطح نمونه ها نصب شد. پس از آماده سازی نمونه ها و نصب ورق های تقویتی و عمل آوری چسب، کلیه ی نمونه ها تحت آزمایش برش یک طرفه قرار گرفتند. به منظور دست یابی به میدان کرنش در کل سطح بتن، از تکنیک سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV) استفاده شد؛ بدین منظور، در طی روند بارگذاری نمونه، با استفاده از دوربین عکس برداری دیجیتال، عکس های متوالی از سطح نمونه ثبت و پردازش شد. مقایسه ی نتایج به دست آمده از آزمایشات برش مستقیم نمونه های بتنی تقویت شده، حاکی از عملکرد ضعیف آیین نامه ها در پیش بینی طول مهار مؤثر ورق های تقویتی می باشد. لذا با استناد به نتایج آزمایشات مطالعه ی حاضر و همچنین نتایج تجربی به دست آمده توسط سایر محققین، سعی بر آن شد تا ضرایب اصلاح با در نظر گرفتن نوع ورق تقویتی به روابط طول مهار مؤثر موجود در آیین نامه ی اتحادیه ی اروپا ( fib 14) و آیین نامه ی آمریکا (ACI 440.2R) اعمال شود. کلمات کلیدی: ورق های تقویتی، مقاومت اتصال، طول مهار مؤثر، آزمایش برش مستقیم، روش نصب خارجی (EBR)، روش سرعت سنجی تصویری ذرات (PIV).