بررسی روش ترکیبی نصب سطحی ورق در داخل شیار جهت تقویت برشی تیر بتنی مسلح با ورق¬های FRP

STUDENT

DEGREE

YEAR

Carbon fiber reinforced polymers have been used to strengthen or retrofit concrete parts of structures that have been damaged by applied loads, crashes, corrosion, fire or settlement. An easy solution to shear strengthening of reinforced concrete beams in recent decades has been attaching carbon fiber reinforced polymers vertically or diagonally to the sides of the beams; however, due to different poisson’s ratios of CFRP sheets and concrete, debonding of CFRP sheets accelerates. Conventional Preparing of concrete surface for better connection between concrete and sheet delays the debonding to some degree. But In some circumstances, due to high costs, scale of the structure, kind of target surface, hard-to-reach position of the surface and high environmental pollution, it is impossible to use conventional surface preparation method and alternative methods must be used. The history of CFRP usage for structure strengthening is not long but numerous investigations have been conducted to better understand the behavior of reinforced structures. Researchers have proposed 30 failure modes for reinforced concrete beams strengthed with CFRP. An effective parameter in debonding is the stress between the CFRP and the substrate. By increase the contact surface between the CFRP and substrate, the debonding may be delayed. In this research, due to the promising results of grooving methods in delaying and controlling the CFRP debonding from concrete substrate, grooving method is studied to evaluate its efficacy in delaying debonding and increasing the contribution of sheets in shear capacity. To perform the study, 15 concrete beam specimens with dimensions of 120*160*1400 mm, were tested. To increase the number of testes with existing beams, external shear strengthening steel anchorage system in half of the span was used to make it possible to test each beam twice. Three and four point loading systems were used in different specime and to make the comparison of the test results possible, length of shear spans in all tests was taken equal to 340 mm. To experience the shear failure, design of beams and reinforcements were performed based on ACI 440.2R-08 and ACI 318-08 codes. The test beams were included specimens without any strengthening, specimens strengthened with EBR method, specimens strengthened with EBROG method, specimens strengthened with EBRIG method and spcimens sterengthed by a new rocedure of NSM method with CFRP sheets. The last two tecchniques of strengthening were used for the first time in shear strengthening of concrete beams and made a prominent part of this study. Attaching shear reinforcements vertically or diagonally compared to beam axis, and configuration of FRP sheets in 2 sides application, U wrap and full wrap are the other important parameters that were investigated in this study. Results showed that the use of the grooving method to install the FRP shear reinforcements increases the shear capacity up to 22.5%; also increase the mid-span deflection of the beam up to 60% compared to those of surface preparation method. Key Words: CFRP shear reinforcement, concrete beam, suface preparation, grooving methods (GM), EBROG, EBRIG.

الیاف کربن پلیمری مسلح یا CFRP، دریچه ی جدیدی را برای مقاوم سازی یا تعمیر اعضای بتنی که تحت بارگذاری زیاد، ضربه، خوردگی، آتش سوزی و یا نشست آسیب دیده اند، فراهم آورده است. یکی از روش های راحت و اثبات شده که در دهه های اخیر برای افزایش ظرفیت برشی تیرهای بتنی مسلح بسیار مورد استفاده قرار می گیرد؛ چسبانیدن ورق CFRP به صورت قائم یا مورب در اطراف تیر است؛ اما به دلیل این که ضریب پوآسون ورق های CFRP با بتن تفاوت زیادی دارد؛ جدا شدگی صفحات تقویتی از بتن تسریع می شود. آماده نمودن متعارف سطحی بتن جهت اتصال مناسب بین بتن و ورق تا حدی می تواند این جدا شدگی را به تعویق بیاندازد؛ اما در برخی از شرایط، به دلیل هزینه ی زیاد، مقیاس سازه، نوع سطح مورد نظر، دسترسی سخت و نیز آلاینده بودن زیاد روش، امکان استفاده از آماده سازی متعارف سطح وجود ندارد و باید از روش های جایگزین استفاده کرد. هر چند بازه ی استفاده از کامپوزیت های CFRP در تقویت سازه ها چندان زیاد نیست؛ ولی تحقیقات گسترده ای به منظور شناخت رفتار تیرهای تقویت شده با این کامپوزیت ها صورت گرفته است. محققین تاکنون تا 30 حالت (مود) گسیختگی برای تیرهای بتن آرمه ی تقویت شده با CFRP معرفی کرده اند. یکی از عوامل موثر در وقوع جدا شدگی، تنش های ایجاد شده بین ورق CFRP و تیر بتنی می باشد. با افزایش سطح تماس بین CFRP و بتن می توان تا حد زیادی جدا شدگی را به تعویق انداخت. با توجه به نتایج بسیار مطلوبی که تاکنون از روش شیارزنی در به تأخیر انداختن یا کنترل پدیده ی جدا شدگی CFRP از سطح بتن در تیرهای بتنی مشاهده شده است، در این تحقیق روش شیارزنی برای بررسی تاثیر این روش در به تاخیر انداختن پدیده ی جدا شدگی تقویت و افزایش سهم آن در ظرفیت برشی مورد مطالعه قرار می گیرد. برای رسیدن به اهداف تحقیق تعداد 15 نمونه ی آزمایشگاهی تیر بتنی به ابعاد 120*160*1400 میلی متر مورد بررسی قرار گرفتند. به جهت صرفه جویی در مصالح و نیز افزایش تعداد آزمایش ها با تیرهای موجود، از سیستم تقویت خارجی با قوطی فولادی به منظور شکست برشی یک تیر در چندین دهانه استفاده شده است تا این که امکان بارگذاری هر تیر در چند مرحله با سیستم های متفاوت تقویت وجود داشته باشد. برای بارگذاری تیرهای تحقیق، سیستم بارگذاری 3 نقطه ای و 4 نقطه ای استفاده شد و برای این که امکان مقایسه ی نتایج حاصل از آزمایش ها وجود داشته باشد؛ طول دهانه ها ی تحت برش در تمام آزمایش ها برابر با 340 میلی متر در نظر گرفته شد. طراحی تیرها و تقویت ها بر اساس ACI 440.2R-08 و ACI 318-05 به گونه ای انجام شدند تا شکست برشی حادث شود. نمونه های مورد آزمایش در این تحقیق شامل نمونه های بدون تقویت، تقویت شده با روش آماده سازی سطحی، تقویت شده با روش نصب خارج شیار، تقویت شده با روش نصب داخل شیار و روش نوین نصب تقویت نزدیک سطح با استفاده از الیاف کربن می شدند که دو روش آخر برای نخستین بار برای تقویت برشی تیرهای بتنی مورد استفاده قرار گرفتند و بخش مهمی از مطالعات را نیز تشکیل می دادند. نصب تقویت های برشی به صورت قائم یا مورب نسبت به محور تیر و نیز الگوی اتصال، شامل اتصال 2 طرفه، U شکل و دورپیچ نیز از جمله پارامترهای مورد مطالعه در این تحقیق بودند. نتایج حاصل شده نشان دادند که استفاده از روش شیارزنی برای نصب تقویت باعث افزایش ظرفیت باربری و جذب انرژی تیر نسبت به روش آماده سازی سطحی می شود. برای مثال با متوسط گیری نتایج نمونه های تقویت شده با روش های مشابه، این نتیجه حاصل شد که مقاومت کلی نمونه های تقویت شده با روش EBRIG حدود 10 درصد رشد را نسبت به مقاومت کلی نمونه های تقویت شده با روش EBR، تجربه کرده است. نتایج همچنین نشان دادند که استفاده از الگوهای اتصال Uشکل و دورپیچ نسبت به الگوی اتصال دو طرفه در مهار تقویت نقش به سزایی دارند، به گونه ای که الگوی اتصال U شکل مود شکست جدا شدگی را بسیار به تاخیر می اندازد و الگوی اتصال دورپیچ نیز این مود شکست را به طور کامل حذف می کند. با ترکیب روش و الگوی مناسب نصب، رسیدن به پارگی تقویت برشی نیز میسر شد. کلمات کلیدی : تقویت برشی CFRP، تیر بتنی، تقویت خارجی با قوطی فولادی، آماده سازی سطحی، شیارزنی، الگوی اتصال