1-2-3 روش الکتریکی- حرارتی………………………………… 4

1-3- مصالح و تجهیزات………………………………………….. 4

1-3-1 بتن…………………………………………………………. 4

1-3-2 فولاد………………………………………………………… 4

1-3-3 انواع گیرها و کابل ها…………………………………….. 4

1-4- معیار اساسی پیش تنیدگی……………………………… 4

1-4-1 بتن پیش تنیده…………………………………………….. 7

1-4-2 مزیت بتن پیش تنیده……………………………………… 8

1-5- روش های پیش تنیدگی …………………………………..10

1-5-1 پیش کشیدگی…………………………………………… 10

1-5-2 پس کشیدگی……………………………………………. 11

1-6- تاثیر پیش تنیدگی روی تنش های مقطع………………. 12

1-7- پیش تنیدگی جزئی……………………………………….. 13

1-7-1 پیش تنیدگی کامل………………………………………. 13

1-7-2 پیش تنیدگی جزیی……………………………………… 13

1-8- مواد مرکب FRP……………………………………………

1-9- محدودیت مقاوم سازی…………………………………… 14

1-10- حداقل مقاومت سطح بتن………………………………. 14

1-11- دلایل ترمیم و تقویت سازه ها………………………….. 14

1-12- نیاز به بهسازی و مقاوم سازی …………………………15

1-13- روش های ترمیم و تقویت سازه بتنی………………… 15

1-14- ساختار مواد مرکب………………………………………. 15

1-15- آشنایی با مواد مرکب……………………………………. 16

1-16- روش های ترمیم و تقویت تیرهای بتنی………………. 16

1-17- انواع مواد مرکب………………………………………….. 16

1-18- انواع محصولات frp………………………………………

1-19- انواع الیاف………………………………………………… 18

1-20- انواع پلیمرها……………………………………………… 18

 

1-21- مزیت استفاده از FRP  در ترمیم سازه بتنی…………. 19

1-22- پیشینه تحقیق………………………………………….. 19

فصل دوم: کلیات و مفاهیم

2-1- مشخصات مصالح مصرفی……………………………….. 22

2-1-1 مقاومت بتن……………………………………………… 22

2-1-1-1 اهمیت فولاد با مقاومت بالا…………………………. 23

2-2- فولادهای پیش تنیدگی…………………………………… 24

2-2-1 وایر…………………………………………………………. 24

2-2-2 رشته……………………………………………………… 25

2-2-3 میلگرد…………………………………………………….. 25

2-3- رفتار سازه………………………………………………….. 25

2-4- رفتار تیرهای پیش تنیده در محدوده الاستیک………….. 25

2-4-1 تعادل داخلی……………………………………………… 27

2-5- نیروی پیش تنیدگی………………………………………. 29

2-6- افت های در نیروهای پیش تنیدگی……………………… 29

2-7- اصول کلی محاسبات افت…………………………………. 30

2-7-1 محاسبات افت ناشی از کوتاه شدگی الاستیک بتن…..30

2-7-2 افت کوتاه مدت …………………………………………….31

2-7-2-1 محاسبه افت ناشی از اصطکاک…………………….. 31

2-7-3 افت کشش در محل گیره (کوتاه مدت) ………………….32

2-7-4 افت دراز مدت……………………………………………… 33

2-7-4-1 افت ناشی از جمع شدگی بتن………………………. 33

2-7-4-2 افت های ناشی از وارفتگی بتن……………………… 33

2-7-4-3 افت ناشی از وادادگی فولاد پیش تنیدگی………….. 33

2-7-5 افت ناشی از خزش………………………………………. 34

2-8- مجموع افت های پیش تنیدگی ……………………………35

2-9- انواع پیش تنیدگی…………………………………………. 35

2-10- خصوصیات مصالح FRP……………………………………

این مطلب را هم بخوانید :

2-10-1 خصوصیات فیزیکی……………………………………… 35

2-10-1-1 چگالی…………………………………………………. 35

2-10-1-2 ضریب انبساط حرراتی……………………………….. 36

2-10-2 خصوصیات مکانیکی مصالح FRP……………………….

2-10-2-1 رفتار کششی………………………………………… 36

2-10-2-2 رفتار فشاری…………………………………………… 37

فصل سوم: بررسی های آزمایشگاهی و تئوری

3-1- مقدمه………………………………………………………. 40

3-2- نمودارهای تنش و کرنش فولاد پیش تنیده و فولاد معمولی..42

3-3- تعیین تنش در فولاد های پس تنیده بدون پیوستگی……42

3-4- بررسی مطالعات گذشته………………………………….. 43

3-5- روابط آیین نامه ای …………………………………………..46

3-6- مقادیر حاصل از آزمایشگاه و مقایسه با روابط موجود……48

3-7- نتیجه گیری………………………………………………….. 49

3-8- شکل پذیری ………………………………………………….49

3-8-1 شکل پذیری مصالح ……………………………………….49

3-8-2 شکل پذیری عضو…………………………………………. 50

3-9- نتایج آزمایشگاهی…………………………………………. 51

3-10- باز پخش لنگر……………………………………………… 51

3-11- مدل های شکست و بار نهایی…………………………. 52

3-11-1 ظرفیت باربری نهایی و آزمایشگاهی تیرها………….. 53

3-11-2 مد شکست…………………………………………….. 53

فصل چهارم: طراحی خمشی

4-1- طراحی خمشی………………………………………….. 55

4-2- طرحی خمشی بر اساس تنش های………………….. 56

4-2-1 تیرها با خروج از مرکزیت پیش تنیدگی ثابت………….. 58

4-3- طراحی خمشی بر اساس بالانس بار………………….. 58

4-4- کنترل ترک………………………………………………….. 61

4-5- مقایسه دهانه ساده با پیوسته………………………… 61

4-6- پروفیل تاندون ها وترتیب تنش ها……………………….. 62

4-7- حالت کلی طراحی………………………………………… 64

4-7-1 مقادیر حداکثر کشش در کابل ها……………………… 64

4-7-2 حالت نهایی………………………………………………. 64

4-8- جزئیات اجرایی…………………………………………….. 64

4-8-1 مسیر کابل …………………………………………………65

4-8-2 محل قرارگیری کابل………………………………………. 65

4-9- ضوابط آرماتورهای معمولی………………………………. 66

فصل پنجم: معرفی اجزاء محدود و نرم افزار آباکوس

5-1- مفاهیم اجزاء محدود………………………………………. 68

5-2- مراحل کلی اجزاء محدود………………………………….. 68

5-2-1 تقسیم بندی و انتخاب نوع المان ها …………………..68

5-2-2 انتخاب تابع جابجایی……………………………………..69

5-2-3 تعریف روابط کرنش- جابجایی و تنش- کرنش…………..69

5-2-4 استخراج روابط و ماتریس ساختمان المان………………69

5-2-5 برهم گذاری معادلات المانها به منظور دست یابی به معادلات  کلی یا اصلی و معرفی شرایط مرزی..70

5-2-6 تعیین درجه های آزادی مجهول(جابجا های کلی)………70

5-2-7  محاسبه تنش ها و کرنش المان……………………….. 70

5-2-8 تفسیر نتایج………………………………………………… 70

5-3- استخراج معادلات تیر………………………………………. 71

5-4- کاربرد اجزائ محدود………………………………………… 73

5-5- مزایای اجزاء محدود …………………………………………73

5-6- برنامه آباکوس ………………………………………………74

5-7- مزیت استفاده از نرم افزار آباکوس………………………. 74

5-8- آشنایی کلی با نرم افزار آباکوس……………………….. 76

5-9- استفاده از فایل ورودی ……………………………………..76

5-10- مراحل طراحی تیر با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود…78

فصل ششم: تحلیل و نتیجه گیری

6-1- مقایسه نتایج آزمایشگاهی تیرهای پس تنیده یکسره با روش مدل سازی آباکوس..88

6-2- مدل سازی تیر پس تنیده تقویت شده با CFRP…………

6-3- نتیجه گیری………………………………………………….. 99

6-4- پیشنهادات…………………………………………………. 100

منابع و مآخذ…………………………………………………….. 101

فهرست منابع فارسی…………………………………………. 101

فهرست منابع انگلیسی……………………………………….. 102

پیوست…………………………………………………………… 107

چکیده انگلیسی …………………………………………………115

چکیده:

امروزه مواد کامپوزیت یا مواد مرکب (FRP) به عنوان یکی از پیشرفته ترین  و کاربردی ترین مواد در جهان صنعتی تلقی می شود و همچنین رشد و تکنولوژی این مواد در حال افزایش است. صنعت و تکنولوژی این مواد در کشور به عنوان یک صنعت نو مطرح است. استفاده از سازه های بتنی در ایران روبه افزایش  است و بدلائل مختلف از جمله تغییر کاربری سازه ها و بازنگری آیین نامه های بارگذاری، تیر سراسری اغلب نیاز به ترمیم و تقویت دارند. همچنین پیش تنیده کردن سازه های بتنی باعث افزایش ظرفیت خمشی این گونه تیرها شده و باعث افزایش مقاومت سازه و افزایش طول دهانه تیرها می شود. که هم از لحاظ اقتصادی و هم از لحاظ سازه ای مقرون به صرفه است. نیاز به ترمیم و تقویت و افزایش ظرفیت خمشی اعضای بتنی را می توان با  روشهای استفاده از مواد مرکب انجام داد. استفاده از مواد مرکب در ساختمان های بزرگ و تجاری و ابنیه های تاریخی که و هزینه تخریب و بازسازی آنها زیاد است، مورد توجه می باشد. باتوجه به زلزله خیز بودن کشور،  نیاز به تقویت سازه ها در برابر زلزله می باشد، این طرح این امکان را بوجود می آورد که بدون تخریب سازه با تقویت به وسیله مواد مرکب، مقاومت مورد نیاز را برای بهره برداری مجدد از سازه امکان پذیر سازد. پژوهش حاضر، جهت مدل سازی و ارزیابی تیرهای I – شکل سراسری (نامعین) پس تنیده با فولادهای بدون پیوستگی تقویت شده با ورق FRP  انجام شده. بدین منظور  از نرم افزار آباکوس استفاده شده و نتایج حاصل با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است.

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه

پیش تنیدگی[1] عبارت است از:  ایجاد یک تنش ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به نحوه دلخواه و به اندازه لازم به طوری که، در اثر این تنش مقداری از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده عضو، خنثی شده در نتیجه مقاومت و باربری آن افزایش می یابد. بتن پیش تنیده پس از بتن مسلح در  فرم های ساختمانی به کار گرفته شده  است. در قرن گذشته چندین الگو پیش تنیدگی متفاوت ارائه شده است، اثرات طولانی مدت تنش و انقباض باعث کاهش نیروی پیش تنیدگی می شود، و مزیت و کاربرد بتن پیش تنیده را کاهش می دهد، که این امر با استفاده از فولاد با مقاومت بالا تا حدی قابل جبران است (بیلینگتون 1976، 84-71).

2-1- روش های وارد کردن نیروی پیش تنیدگی

1-2-1- روش مکانیکی

شاید ساده ترین روش فشرده ساختن یک تیر به وسیله یک یا دو جک در مقابل دو تکیه گاه می باشد. این روش در بعضی از پروژه های بزرگ به  کار می رود در بعضی از پروژها می توان  پس از فشرده ساختن تیر بوسیله جک با قرار دادن ورق فولادی بین تیر و تکیه گاه جلو برگشت تیر را به حالت اولیه گرفت، سپس جک ها را آزاد کرد.  اشکال اساسی این روش ها این است که کوچکترین تغییر شکل یا حرکت تکیه گاه، به نحوه قابل ملاحظه ای نیرو را  کاهش می دهد.

2-2-1- روش شیمیایی

در این روش نیروی پیش تنیدگی در اثر استفاده از سیمان های منبسط شونده بوجود می آید. این سیمان ها بر خلاف سیمان های معمولی در موقع گرفتن و سخت شدن به جای منقبض شدن منبسط می گردند، چون وجود کابلهای در داخل بتن جلوی این انبساط طول را می گیرد، در نتیجه مقدار نیروی فشاری در تیر ایجاد می شود.

3-2-1- روش الکتریکی – حرارتی

در این روش با وصل کردن جریان برق به کابلها باعث ازدیاد طول کابلها شده، سپس کابلها را توسط گیره هائی در همان حال کشیده به تکیه گاه وصل می کنند. پس از قطع کردن جریان و سرد شدن کابل ها، دور آنها را بتن ریزی می کنند و بعد از اینکه مقاومت بتن به حد لازم رسید کابل های کشیده شده را از تکیه گاه آزاد می کنند و در نتیجه نیروی کشیده شدن کابل ها به بتن منتقل می گردد، روش پیش تنیدگی حراراتی به طور وسیعی برای ساختن دالها، تیرها، خرپاها و ستون های چراغ برق مورد استفاده قرار می گیرد (دوبل 1936، 20-9).

3-1- مصالح و تجهیزات

1-3-1- بتن

مقاومت بتن در سازه های پس تنیده می بایست از مقاومت و کیفیت بهتری نسبت به بتن در سازه های ساخته شده از بتن مسلح معمولی، برخوردار باشد. زیرا بالا بودن مقاومت بتن باعث ایجاد گیرش و چسبندگی بهتر بین کابل ها و بتن می شود.

2-3-1- فولاد

فولادهای پیش تنیدگی شامل مفتول ها و کابل های[1] ساخته شده از مفتول یا میلگردهای آلیاژ[2] دار پر مقاومت می باشند.

3-3-1- انواع گیرها و کابل ها

گیره استرند فورس

4-3-1- معیار اساسی پیش تنیدگی

معیار طراحی بتن آرمه چه برای نوع پیش تنیده و چه برای غیر پیش تنیده این است که:

در جایی که در اثر بارگذاری خارجی، کشش ایجاد شود، آرماتور فولادی قرار گیرد، در بتن پیش تنیده آرماتور با مقاومت بالا، به کار می رود و این آرماتور قبل از اعمال بار خارجی کشیده می شود. این کشیدگی اولیه آرماتور بتن مجاور خود را پیش فشرده می کند و باعث می گردد که این بتن بتواند بار بیشتری را قبل از ترک خوردگی تحمل نماید.

در بتن پیش تنیده هیچ تنش و کرنشی چه در فولاد چه در بتن قبل از اعمال بار وجود ندارد. برای ترک دادن بتن در چنین تیری احتیاج به بار نسبتا کمی می باشد. قبل از ترک خوردگی، تنش های کششی ایجاد شده در آرماتور در تیر بسیار کوچک می باشد.