دکترهوشیار ایمانی
 
 
استاد مشاور:
دكترملك محمدرنجبر
 
 
پژوهشگر:
سعیده حسین زاده کجیدی
 
زمستان 1392
 
 

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چكیده: 

امروزه بسیاری از سازه های بتن آرمه که در حال بهره برداری هستند، عمری بیش از 75 سال دارند و به دلیل حوادث طبیعی از قبیل زلزله و باد و یا بر اثر خستگی مصالح و یا عوامل خورنده آسیب دیده اند. نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می باشد. با مطالعه رفتار سازه های بتنی مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب، تغییر كاربری سازه ها از دوام آنها می كاهد ضمنا تغییر آیین نامه های ساختمانی ) باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود.

روش های متنوعی برای تعمیر و تقویت سازه های بتن آرمه استفاده می شود. از آن جمله می توان تقویت با پوشش فلزی و بتنی را نام برد، که در مقایسه، پوشش فولاد نسبت به بتن از نظر وزن مزیت دارد اما فولاد نیز دارای نقصان های متعددی از جمله هزینه سنگین و سختی در اجرا و همچنین آسیب پذیری در محیط های خورنده می باشد. ماده جدید FRP سال هاست که به سبب ویژگی های منحصر به فرد از جمله تقویت و مقاوم سازی سازه های موجود در موارد خمشی و برشی و دور گیری و مقاومت بالا در برابر خوردگی و . . . در مقاوم سازی و بهسازی سازه ها به کار می روند.

ستون های بتن مسلح، اعضای اصلی مقاوم در برابر بارهای افقی و قائم در سازه های بتنی به شمار می آید لذا مقاوم كردن ستون ها در برابر نیروهای زلزله می تواند نقش مهمی را در مقاوم سازی كل سازه ایفا كند. در نتیجه استفاده از كامپوزیت های  FRPجهت مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح در دنیا گسترش یافته است و مطالعه در این زمینه از طرف محققین زیادی صورت می گیرد.

در این تحقیق یک پل با ابعاد واقعی انتخاب و قاب های آن با نرم افزار اجزای محدود ABAQUS تحت بارهای ثقلی، باد، آب و زلزله قرار گرفته و با سه شتاب نگاشت زلزله، منجیل، Northridge و Chi Chi تایوان، تحت تحلیل استاتیکی ودینامیکی غیر خطی قرار گرفته و با چسباندن لایه های CFRP بر حسب نیاز هر پایه، تغییر در میزان حداکثرجابجایی، میزان برش و اتلاف انرژی پایه آنها  بررسی شده  و اختلاف در نتایج دو روش استاتیکی و دینامیکی محاسبه شده است.

 
كلید واژه­ها: پل بتن آرمه، باد، آب، شتاب نگاشت، بهسازی، ورق FRP
 

 

فهرست مطالب

شماره و عنوان
  صفحه
فصل اول: کلیات

1-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………2

1-2- بیان مسئله ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………3

1-3- پیشینه تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………………………………3

1-4- ضرورت، اهمّیت و هدف تحقیق ………………………………………………………………………………………………………………………8

1-5- ساختار تحقیق …………………………………………………………………………………………………………………………………………………9

فصل دوم: آشنایی با مصالح کامپوزیتی FRP

2-1- معرفی ورق های FRP …………………………………………………………………………………………………………………………………11

2-1-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………..12

2-1-2- انواع ورق های کامپوزیت FRP ……………………………………………………………………………………………………..12

2-1-3- رزین های تشكیل دهندهFRP ………………………………………………………………………………………………………12

2-1-4- انواع فیبرهای تشكیل دهنده FRP ……………………………………………………………………………………………….12

2-1-5- خصوصیات الیاف………………………………………………………………………………………………………………………………13

2-1-6- ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های FRP …………………………………………………………………………………..14

2-1-7- مقایسه عملکرد انواع کامپوزیت های FRP در مقاوم سازی سازه ها ………………………………………….. 15

2-1-8- ضریب ایمنی ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 16

2-1-9- روش های مقاوم سازی ……………………………………………………………………………………………………………………16

2-1-10- ملاحظات اجرایی …………………………………………………………………………………………………………………………..19

2-1-11- اصلاح شکل مقطع ………………………………………………………………………………………………………………………..20

2-1-12- ضوابط طراحی و بهسازی ستون ها با FRP ………………………………………………………………………………..21

فصل سوم: روش های مدل سازی و تحلیل لرزه ای پل ها

3-1- مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….29

3-2- روش بدست آوردن تغییر مکان هدف در FEMA-356 …………………………………………………………………………….29

3-3- روش بدست آوردن جابجایی تقاضا در ATC-40 ……………………………………………………………………………………….33

3-3-1- روش طیف ظرفیت برای بدست آوردن نقطه عملکرد سازه بر اساس آیین نامه ی  ATC-40…….36

3-4- رفتار اعضای سازه ………………………………………………………………………………………………………………………………………….50

3-5- مقاومت مصالح ………………………………………………………………………………………………………………………………………………51

3-5-1- روش بدست آوردن کرانه ی پایین مقاومت مصالح و مقاومت مورد انتظار مصالح در طراحی……….52

3-6- ضریب آگاهی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………54

3-7- کاربرد ضریب آگاهی در بهسازی و طراحی بر اساس عملکرد ……………………………………………………………………..56

3-8- معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی ………………………………………………………………………………………………56

3-9- معیارهای پذیرش برای سازه های بتن آرمه بر اساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356 …………………..58

3-9-1- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس FEMA-356 ………………………………………………58

3-9-2- مقاومت مورد انتظار در اعضای بتن مسلح بر اساس دستورالعمل بهسازی ……………………………………58

فصل چهارم: معرفی سازه مورد مطالعه و تحلیل آن

4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………64

4-2- معرفی سازه مورد مطالعه ……………………………………………………………………………………………………………………………..64

4-2-1- مشخصات مصالح و پل مورد مطالعه ……………………………………………………………………………………………….64

4-3- بارگذاری ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….70

4-3-1- بار زنده …………………………………………………………………………………………………………………………………………….70

4-3-2- اثر جریان آب …………………………………………………………………………………………………………………………………..72

4-3-3- فشار جانبی خاک …………………………………………………………………………………………………………………………….72

4-3-4- اثر باد ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….72

4-3-5- اهداف عملکردی ……………………………………………………………………………………………………………………………..73

4-3-6- بارهای جانبی …………………………………………………………………………………………………………………………………..75

4-3-7- اثر P-∆  …………………………………………………………………………………………………………………………………………..76

4-4- روش تحلیل دینامیکی پل ها ……………………………………………………………………………………………………………………….81

4-4-1- روش تحلیل دینامیکی طیفی (با بهره گرفتن از تحلیل مدها) …………………………………………………………….82

4-4-2- روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی …………………………………………………………………………………………..84

فصل پنجم: آنالیز مدل و بررسی نتایج

5-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………93

5-2- مدل سازی در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS

 

………………………………………………………………………………….93

5-2-1- مدل سازی بتن در نرم افزار ABAQUS ………………………………………………………………………………………93

5-2-2- مدل سازی FRP در ABAQUS …………………………………………………………………………………………………97

5-2-3- مدل سازی آرماتور در ABAQUS …………………………………………………………………………………………….100

5-3- ارزیابی صحت مدل تحلیلی ………………………………………………………………………………………………………………………..100

5-4- تحلیل دینامیکی غیر خطی ………………………………………………………………………………………………………………………102

5-4-1- اثر CFRP بر جابجایی و برش پایه …………………………………………………………………………………………….102

5-4-2- نمودارهای تاریخچه زمانی جابجایی پایه ها …………………………………………………………………………………108

5-4-3- اثر CFRP بر انرژی ……………………………………………………………………………………………………………………..138

5-5-  نتایج حاصل از اثر باد بر روی پل ها ………………………………………………………………………………………………………..155

فصل ششم: جمع بندی و نتیجه گیری

6-1- کلیات …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………157

6-2- خلاصه تحقیق و نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………..157

6-3- پیشنهادات برای تحقیقات آینده ……………………………………………………………………………………………………………….158

مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………159

 

 

 

فهرست جدول­ها

 

شماره و عنوان جدول
                                                               صفحه
 

جدول2-1: ویژگی های مکانیکی کامپوزیت های GFRP،  CFRP و  AFRP………………………………………………….14

جدول2-2: مقایسه بین ویژگی های انواع  FRPها ……………………………………………………………………………………………..15

جدول 2-3: ضرایب ایمنی جزئی برای فولاد و FPR ……………………………………………………………………………………………16

جدول2-4: مقایسه ای بین روش های مختلف مقاوم سازی ستون ها …………………………………………………………………19

جدول 3-1: مقادیر تقریبی Co براساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356 ………………………………………………….30

جدول 3-2: تعیین …………………………………………………………………………………………………………………………………………….31

جدول 3-3: ضریب اصلاح Cm بر اساس دستورالعمل بهسازی و FEMA-356 ………………………………………………..32

جدول 3-4: مقادیر ضریب  C2……………………………………………………………………………………………………………………………….32

جدول 3-5: شتاب مبنای طرح (A) در مناطق مختلف کشور  …………………………………………………………………………….33

جدول 3-6: مقادیر حداقل مجاز SRA و SRV……………………………………………………………………………………………………….43

جدول 3-7: تعیین نوع سازه بر اساس آیین نامه ی ATC-40 ……………………………………………………………………………45

جدول 3-8: تعیین ضریب اصلاح میرایی بر اساس آیین نامه یATC-40 ………………………………………………………….46

جدول3-9: ضرایب تبدیل کرانه ی پایین مقاومت به مقاومت مورد انتظار……………………………………………………………53

جدول 3-10: ضرایب تبدیل کرانه ی پایین مقاومت به مقاومت مورد انتظار………………………………………………………..54

جدول 3-11: تعیین ضریب k بر اساس FEMA-356 ………………………………………………………………………………………..55

جدول 3-12: تعیین ضریب k بر اساس دستورالعمل بهسازی ……………………………………………………………………………..55

جدول 3-13: کاربرد ضریب آگاهی k در محاسبه ی ظرفیت اعضای کنترل شونده توسط نیرو و تغییر شکل در تحلیل های غیر خطی………………………………………………………………………………………………………………………………………………56

جدول 3-14: پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش برای روش های غیرخطی – تیرهای بتن مسلح …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..60

جدول 3-15: پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش برای روش های غیرخطی–  ستون های بتن مسلح  …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..61

جدول3-16: پارامترهای مدل سازی و معیار پذیرش روش های غیرخطی – اتصالات تیر – ستون بتن مسلح …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..62

جدول 4-1: مشخصات بتن و فولاد ………………………………………………………………………………………………………………………..67

جدول 4-2: مقادیرتنش فروپاشی CFRP………………………………………………………………………………………………………………68

جدول 4-3 :ویژگی های مکانیکی ورق های CFRP …………………………………………………………………………………………….68

جدول 4-4: ترکیبات بار محتمل مورد استفاده در تحلیل استاتیکی غیر خطی …………………………………………………..81

جدول 4-5: مشخصات شتاب نگاشت های بکار برده شده جهت ارزیابی لرزه ای پل ها ……………………………………..85

جدول 5-1: حداکثر تغییر مکان حاصل از تحلیل برای سطح خطر1 ………………………………………………………………..103

جدول 5-2: حداکثر تغییر مکان حاصل از تحلیل برای سطح خطر2 …………………………………………………………………104

جدول 5-3: حداکثر تغییر مکان پایه های p1  و p2  برای زلزله منجیل، سطح خطر 2 بعد از چسباندن 3 لایه ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….105

جدول 5-2: حداکثر تغییر مکان پایه  p1برای زلزله منجیل، سطح خطر 2 بعد از چسباندن 5 لایه ………………..105

جدول 5-2: برش پایه قبل و بعد از بهسازی برای زلزله سطح خطر 1………………………………………………………………..106

جدول 5-2: برش پایه قبل و بعد از بهسازی برای زلزله سطح خطر2…………………………………………………………………107

جدول 5-7: تغییرات اتلاف انرژی به درصد …………………………………………………………………………………………………………153

جدول 5-8: نتایج تحلیل برای نیروی باد …………………………………………………………………………………………………………….155

 

 

 

فهرست شکل­ها

شماره و عنوان شکل
    صفحه
 

شكل 2-1:FRP  ساخته شده از فیبرهای نا همسانگرد یك طرفه، عمده تنش بوسیله الیاف تحمل می شود……..11

شکل 2-1: منحنی تنش-  كرنش الیاف پلیمری در مقایسه با فولاد. ……………………………………………………………………13

شکل 2-3: جکت FRP با الیاف افقی …………………………………………………………………………………………………………………….17

شکل 2-4: پوشش طولی FRP ………………………………………………………………………………………………………………………………18

شکل 2-5: اصلاح شکل مقطع، بدون شکستن گوشه ها. ………………………………………………………………………………………20

شکل 2-6: اصلاح شکل مقطع، پس از شکستن گوشه ها. …………………………………………………………………………………….20

شکل 3-1: منحنی طیف ظرفیت و منحنی طیف تقاضا با میرایی های متفاوت در دستگاه مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی (فرمت ADRS)…………………………………………………………………………………………………………………..34

شکل 3-2: منحنی طیف ظرفیت و منحنی طیف تقاضا با میرایی های متفاوت در دستگاه مختصات جابجایی طیفی – شتاب طیفی (فرمت ADRS)…………………………………………………………………………………………………………………..35

شکل 3-3: منحنی طیف پاسخ الاستیک با میرایی ٪5…………………………………………………………………………………………..36

شکل 3-4: منحنی ظرفیت (پوش آور) …………………………………………………………………………………………………………………..37

شکل 3-5: روند تبدیل طیف پاسخ استاندارد به فرمت ADRS……………………………………………………………………………38

شکل 3-6: روند تبدیل منحنی ظرفیت به فرمت ADRS……………………………………………………………………………………..40

شکل 3-7: منحنی طیف ظرفیت و طیف پاسخ همراه با یکدیگر در فرمت ADRS. …………………………………………..41

شکل 3-8: روش یافتن جابجایی معادل بصورت تقریبی از روی منحنی طیف ظرفیت و طیف تقاضا………………….41

شکل 3-9: تقریب دو خطی منحنی طیف ظرفیت………………………………………………………………………………………………….42

شکل 3-10: روش بدست آوردن نقطه ی عملکرد از روی منحنی طیف ظرفیت دندانه دار………………………………….42

شکل 3-11: مفاهیم تصویری پارامترهای مؤثر در محاسبه ی   ……………………………………………………………………45

شکل 3-12: منحنی های طیف تقاضای کاهش یافته پس از اعمال ضرایب کاهش یافته در هر مرحله………………47

شکل 3-13: مختصات نقطه ی طیفی فرض شده ( ) و بدست آمده  در منحنی طیف ظرفیت…………………47

شکل3-14: منحنی طیف پاسخ الاستیک قاب 1 …………………………………………………………………………………………………..48

شکل3-15: منحنی ظرفیت قاب 1 تحت زلزله منجیل (سطح خطر 2)………………………………………………………………..49

شکل 3-16: نمودار عملکرد قاب 1. ……………………………………………………………………………………………………………………….49

شکل 3-17: منحنی رفتار عضو شکل پذیر. …………………………………………………………………………………………………………..50

شکل 3-18: منحنی رفتار عضو نیمه شکل پذیر. …………………………………………………………………………………………………..51

شکل 3-19: منحنی رفتار عضو شکننده. ……………………………………………………………………………………………………………….51

شکل 3-20: مقاومت مورد انتظار، اسمی و طراحی درنمودار لنگر- دوران ……………………………………………………………52

شکل 3-21: معیارهای پذیرش برای اعضای اصلی(P=Primary) ‌و اعضای غیراصلی(S=Secondary)…………….57

شکل 3-22: نمودار بار- جابجایی در المان های بتنی بر اساس FEMA-356 …………………………………………………..58

شکل 4-1: ‌نمای عمومی پل مورد مطالعه. …………………………………………………………………………………………………………….65

شکل 4-2: مقطع عرضی پل. ………………………………………………………………………………………………………………………………….66

شکل 4-3: مقطع ستون و سر ستون پایه های p1 و p6. ……………………………………………………………………………………….66

شکل 4-4: مقطع ستون و سر ستون پایه های p2 تا p5. ………………………………………………………………………………………67

شکل 4-5: قاب1 و قاب 2، مدل شده در ABAQUS. ………………………………………………………………………………………..69

شکل 4-6: نحوه استقرار بار نوع اول بر روی عرشه پل. …………………………………………………………………………………………71

شکل 4-7: فشار جانبی خاک. ………………………………………………………………………………………………………………………………..72

شکل 4-8: عرشه پل که تحت تاثیر بارگذاری طولی و عرضی قرار دارد ……………………………………………………………….78

شکل 4-9: عرشه پل که تحت تاثیر بارگذاری طولی و عرضی معادل زلزله قرار دارد …………………………………………..79

شکل 4-10: زوج شتاب نگاشت زلزله chi-chi (سطح خطر 1). ………………………………………………………………………….86

شکل 4-11: زوج شتاب نگاشت زلزلهNorthridge  (سطح خطر 1 …………………………………………………………………….87

شکل 4-12: زوج شتاب نگاشت زلزلهManjil  (سطح خطر 1). …………………………………………………………………………..88

شکل 4-13: زوج شتاب نگاشت زلزله chi-chi (سطح خطر 2). ………………………………………………………………………….89

شکل 4-14: زوج شتاب نگاشت زلزلهNorthridge  (سطح خطر 2). ………………………………………………………………….90

شکل 4-15: زوج شتاب نگاشت زلزلهManjil  (سطح خطر 2). …………………………………………………………………………..91

شکل 5-1: نقاط انتگرال گیری در دو حالت کاهش یافته و کاهش نیافته. …………………………………………………………..94

شکل 5-2: المان C3D8 و شماره وجه های محلی آن. ………………………………………………………………………………………..94

شکل 5-3: نقاط انتگرال گیری برای المان پوسته در دو حالت کاهش یافته و غیر کاهش یافته. ……………………….97

شکل 5-4: ورقه تک جهته. …………………………………………………………………………………………………………………………………….98

شکل 5-5: بردار نرمال برای المان های خرپایی سه بعدی. ………………………………………………………………………………..100

شکل 5-6: مشخصات هندسی ستون مورد بررسی. …………………………………………………………………………………………….101

شکل 5-7: مقایسه نتایج مدل سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی. …………………………………………………………………….102

شکل 5-8: نمودارتاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزلهchi-chi  سطح خطر1 در جهت عرضی……………108

شکل 5-9: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 1 در جهت طولی…………108

شکل 5-10: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله  Chi-chiسطح خطر 1 در جهت عرضی. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….109

شکل 5-11: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 1 در جهت طولی……..109

شکل 5-12: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله  chi-chi سطح خطر 1 در جهت عرضی…….110

شکل 5-13: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله  chi-chi سطح خطر 1 در جهت طولی………110

شکل 5-14: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  chi-chi سطح خطر 1 در جهت عرضی.  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….111

شکل 5-15: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  chi-chi سطح خطر 1 در جهت طولی.      ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….111

شکل 5-16: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله   chi-chi سطح خطر 1 در جهت عرضی. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….112

شکل 5-17: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله  chi-chi سطح خطر 1 در جهت طولی.      ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….112

شکل 5-18: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت عرضی.                                                                                                                                           ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….113

شکل 5-19: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت طولی.                                                                                                                                            ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….113

شکل 5-20: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت عرضی.                                                                                                                                            ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….114

شکل 5-21: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت طولی.                                                                                                                                            ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….114

شکل 5-22: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت عرضی.                                                                                                                              ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….115

شکل 5-23: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت طولی.                                                                                                                                    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….115

شکل 5-24: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت عرضی. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….116

شکل 5-25: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت طولی. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….116

شکل 5-26: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت عرضی.                                                                                                                                  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….117

شکل 5-27: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 1 در جهت طولی.                                                                                                                                    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….117

شکل 5-28: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت عرضی.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….118

شکل 5-29: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت طولی.         ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….118

شکل 5-30: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت عرضی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….119

شکل 5-31: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….119

شکل 5-32: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت عرضی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….120

شکل 5-33: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….120

شکل 5-34: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت عرضی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….121

شکل 5-35: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….121

شکل 5-36: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت عرضی.       …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 122

شکل 5-37: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 1 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….122

شکل 5-38: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت عرضی.                              ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….123

شکل 5-39: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت طولی.      ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….123

شکل 5-40: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت عرضی.     ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….124

شکل 5-41: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت طولی.      ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….124

شکل 5-42: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت عرضی.     ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….125

شکل 5-43: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایهp3  تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت طولی.      ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….125

شکل 5-44: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  Chi-chiسطح خطر 2 در جهت عرضی.     ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….126

شکل 5-45: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2 در جهت طولی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….126

شکل 5-46: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله  Chi-chiسطح خطر 2 در جهت عرضی.      ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….127

شکل 5-47: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله chi-chi  سطح خطر 2در جهت طولی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….127

شکل 5-48: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت عرضی.                                                                                                                                   ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….128

شکل 5-49: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت طولی.                                                                                                                                   ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….128

شکل 5-50: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت عرضی.                                                                                                                                ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….129

شکل 5-51: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت طولی.                                                                                                                                    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….129

شکل 5-52: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت عرضی.                                                                                                                                  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….130

شکل 5-53: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت طولی.                                                                                                                                    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….130

شکل 5-54: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت عرضی.                                                                                                                                  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….131

شکل 5-55: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت طولی.                                                                                                                                  ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….131

شکل 5-56: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت عرضی.                                                                                                                                 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….132

شکل 5-57: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزله  Northridgeسطح خطر 2 در جهت طولی.                                                                                                                                    ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….132

شکل 5-58: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت عرضی       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….133

شکل 5-59: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p1 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….133

شکل 5-60: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت عرضی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….134

شکل 5-61: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p2 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….134

شکل 5-62: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت عرضی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….135

شکل 5-63: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p3 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….135

شکل 5-64: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت عرضی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….136

شکل 5-65: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p5 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت طولی.        ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….136

شکل 5-66: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت عرضی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….137

شکل 5-67: نمودار تاریخچه زمانی جابجایی پایه p6 تحت زلزلهManjil  سطح خطر 2 در جهت طولی.       ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….137

شکل 5-68: نمودار  انرژی- زمان قاب1 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 1. ………………………………………………….138

شکل 5-69: نمودار انرژی- زمان قاب 2 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 1. ………………………………………………….138

شکل 5-70: نمودار انرژی- زمان قاب 3 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 1. ………………………………………………….139

شکل 5-71: نمودار انرژی- زمان قاب 5 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 1. ………………………………………………….139

شکل 5-72: نمودار انرژی- زمان قاب 6 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 1. ………………………………………………….140

شکل 5-73: نمودار انرژی- زمان قاب 1 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 1. …………………………………………..140

شکل 5-74: نمودار انرژی- زمان قاب 2 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 1. …………………………………………..141

شکل 5-75: نمودار انرژی- زمان قاب 3 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 1. …………………………………………..141

شکل 5-76: نمودار انرژی- زمان قاب 5 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 1. …………………………………………..142

شکل 5-77: نمودار انرژی- زمان قاب 6 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 1. …………………………………………..142

شکل 5-78: نمودار انرژی- زمان قاب 1 تحت زلزله Manjil، سطح خطر 1. …………………………………………………..143

شکل 5-79 نمودار انرژی- زمان قاب 2 تحت زلزلهManjil ، سطح خطر 1. …………………………………………………….143

شکل 5-80:  نمودار انرژی- زمان قاب 3 تحت زلزله Manjil، سطح خطر 1. ………………………………………………….144

شکل 5-81: نمودار انرژی- زمان قاب 5 تحت زلزله Manjil، سطح خطر 1. ……………………………………………………144

شکل 5-82: نمودار انرژی- زمان قاب 6 تحت زلزلهManjil ، سطح خطر 1. ……………………………………………………145

شکل 5-83: نمودار انرژی- زمان قاب 1 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 2. ………………………………………………….145

شکل 5-84: نمودار انرژی- زمان قاب 2 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 2. ………………………………………………….146

شکل 5-85: نمودار انرژی- زمان قاب 3 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 2. ………………………………………………….146

شکل 5-86: نمودار انرژی- زمان قاب 5 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 2. ………………………………………………….147

شکل 5-87: نمودار انرژی- زمان قاب 6 تحت زلزله chi-chi ، سطح خطر 2. ………………………………………………….147

شکل 5-88: نمودار انرژی- زمان قاب 1 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 2. …………………………………………..148

شکل 5-89: نمودار انرژی- زمان قاب 2 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 2. …………………………………………..148

شکل 5-90: نمودار انرژی- زمان قاب 3 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 2……………………………………………..149

شکل 5-91: نمودار انرژی- زمان قاب 5 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 2 ……………………………………………149

شکل 5-92: نمودار انرژی- زمان قاب 6 تحت زلزله Northridge، سطح خطر 2. …………………………………………..150

شکل 5-93: نمودار انرژی- زمان قاب 1 تحت زلزله Manjil، سطح خطر 2. …………………………………………………..150

شکل 5-94: نمودار انرژی- زمان قاب 2 تحت زلزلهManjil ، سطح خطر 2. …………………………………………………..151

شکل 5-95: نمودار انرژی- زمان قاب 3 تحت زلزله Manjil، سطح خطر 2. …………………………………………………..151

شکل 5-96: نمودار انرژی- زمان قاب 5 تحت زلزله Manjil، سطح خطر 2. …………………………………………………..152

شکل 5-97: نمودار انرژی- زمان قاب 6 تحت زلزلهManjil ، سطح خطر 2. …………………………………………………..152

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل اول

کلیات

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه
زمین لرزه پدیده ای طبیعی و غیر قابل اجتناب است که به خودی خود سبب تلفات جانی و مالی نمی باشد، بلکه در کنش حرکات زمین با محیط های ساخته ی دست بشر است که عدم توانایی در مقاومت ساخته ها باعث خسارت جدی می شود. در پی زمین لرزه ها علاوه بر تلفات جانی، ثروت ملی نیز به هدر رفته و بار مالی زیادی بر اقتصاد کشورها بوجود می آید که این امر در مورد کشور هایی با اقتصاد زودشکن اثرات جدی و دراز مدت به جا می گذارد (ناطق الهی،1390).

كشور ایران از نظر لرزه خیزی در یكی از فعال ترین مناطق جهان قرار گرفته است. در سالهای اخیر به طور متوسط در هر پنج سال یك زمین لرزه شدید در نقطه ای ازكشور اتفاق افتاده كه باعث خسارات جانی و مالی بسیاری شده است (حمره، 1387)، پل ها به عنوان سازه های استراتژیک ومهم و به واسطه آن که یکی از عناصر مهم در شریان های حیاتی هستند، باید به گونه ای طراحی شوند که در مدت زلزله و بعد از آن هم بتواند عملکرد خود را داشته باشد، عدم تخریب پل و خارج نشدن از بهره برداری پس ازیک زمین لرزه شدید ازبسیاری تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواهد کاست (زارع برزشی، 1391).

در چند دهه گذشته بموازات توسعه راه های کشور حجم قابل توجهی از بودجه های مربوطه جهت پل ها اختصاص یافته است. متاسفانه علی رغم پیشرفت های فن آوری در مهندسی مواد هنوز این سازه ها با گذشت زمان به دلایل  مختلف از جمله شرایط محیطی نامناسب و ترافیک سنگین و حوادث طبیعی دچار خرابی های متعددی می شوند. این خرابی ها در صورت عدم توجه به موقع علاوه بر کاهش سطح بهره برداری و عمر مفید سازه هزینه های تعمیر و نگهداری را شدیدا افزایش خواهد داد. که اهمیت بکارگیری روش های منطقی  و سینماتیک در مدیریت نگهداری پل ها به منظور حفظ ایمنی استفاده کنندگان از پل و جلوگیری از هدر رفتن سرمایه های کشور را نمایان می سازد (رهگذر،1387). بنابراین دست یابی به روش یا روش هایی جهت بهسازی لرزه ای پل هایی که در برابر زلزله به اندازه کافی مقاوم نیستند می تواند بسیار مهم باشد (مرادی، 1390).

برای بهسازی، روش های مختلفی مانند مرمت موضعی، استفاده از پوشش بتنی، استفاده از پوشش فولادی و غیره تحت عنوان “ روش های کلاسیک ” وجود دارد. یکی از روش های نوینی که در سال های اخیر مورد توجه صنعتگران قرار گرفته است، مقاوم سازی یا بهسازی ساختمان های موجود با بهره گرفتن از کامپوزیت ها می باشد. در این زمینه تحقیقات زیادی صورت گرفته و آیین نامه هایی مقدماتی نیز برای استفاده از آنها تهیه شده است (ناطق الهی، 1385). این مواد به دلیل داشتن مقاومت كششی بالا، ابزار مناسبی جهت افزایش ظرفیت اعضای بتنی و بنایی به شمار می آیند. امروزه دركشورهای پیشرفته حجم بالایی از بهسازی و تقویت سازه های بتنی و بنایی با بهره گرفتن از این مواد انجام می پذیرد (حمره، 1387).

1-2- بیان مسئله

در این پایان نامه به مقاوم سازی پایه پل های بتنی با ورقFRP  تحت بار دینامیکی زلزله پرداخته خواهد شد،  پایه های پل با ابعاد واقعی ومحصور شده با FRR درنرم افزار ABAQUS مدل سازی می شود، برای تحلیل پایه تحت بار زلزله از تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده شده است تا اثرFRP بر روی پایه های پلی که تحت شتاب نگاشت هستند مورد بررسی قرار گیرد.

 

1-3- پیشینه تحقیق

تكنولوژی استفاده از ورق هایFRP در مهندسی عمران اولین بار در سال 1984در سوئیس توسط پروفسورMeier  مطرح و مورد آزمایش قرار گرفت كه در آن ورق های Carbon FRP (CFRP) جهت مقاوم سازی تیرهای بتنی آزمایش شدند. بزرگ ترین مزیت  FRPنسبت به فولاد داشتن نسبت مقاومت به وزن بالای آن می باشد. كاتسوماتا و همكارانش در سال1987 و 1988 روش استفاده ازFRP  را جهت مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح ارائه دادند.

یکی از روش های معمول جهت مقاوم سازی و افزایش ظرفیت باربری ستون های بتن آرمه، ایجاد روپوش پیرامونی، جهت محدود نمودن انبساط عرضی ستون بارگذاری شده است. این شیوه علاوه بر جلوگیری ازکمانش آرماتورهای طولی ستون، با به تعویق انداختن جداشدگی پوسته بتنی، انهدام ستون را نیز به تاخیر می اندازد.

مطالعات پیرامون روش مقاوم سازی ستون های بتن آرمه در ابتدای قرن بیستم و در مورد ستون های مقاوم شده با روپوش فولادی صورت پذیرفت. این مطالعات نشان داد که وجود دورپیچ پیرامون ستون، سبب افزایش مشخصه های باربری آن می گردد اثر نامطلوب شرایط محیطی بر روپوش های فولادی و مراحل دشوار و زمان بر ایجاد این روپوش ها، سبب گردید که صفحات کامپوزیتی از جنس پلیمرهای مسلح شده با الیاف موسوم به ورقه هایFRP از بدو پیدایش به تدریج به عنوان جایگزین روکش های فولادی مورد استفاده قرار گیرند.

تحقیقات آزمایشگاهی  و نرم افزاری زیادی در زمینه بهسازی ستون های بتنی با  FRPدر ایران نیزانجام شده است :

برقی، مصطفی و حداد، میثم، 1387، ارزیابی تقویت خمشی پایه پل بتن آرمه توسط GFRP تحت بارگذاری دوره ای، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی.
در این تحقیق مدل ابعاد واقعی پایه یك پل به مقطع دایره ایجاد شده و رفتار آن تحت بارگذاری دوره ای تك محوره (بارگذاری همزمان ثقلی وجانبی قرار گرفته كه بارگذاری جانبی آن به صورت دوره ای می باشد) بررسی شده که در این تحقیق ستون معرفی شده توسط ورقه GFRP به ضخامت 1 میلی متر) در طول كل ستون) دورپیچ شده است، پوش منحنی هیسترزیس برش پایه در دو حالت بدون محصور شدگی و با محصورشدگی توسطFRP  رسم شد نتایج بدین صورت می باشد:

آ. پوشش تقویتی GFRP(با ضخامت 1 میلی متر)باعث بالا بردن ظرفیت خمشی پایه پل های بتن آرمه به میزان 8% شده است.

ب. اصلی ترین خاصیت پوشش تقویتی GFRP، افزایش كرنش گسیختگی به میزان 50 % كه منجر به شكل پذیری و اتلاف انرژی بیشتر می شود و نیز عملكرد لرزه ای ستون را بهبود می بخشد.

صالحیان، حمید رضا و اصفهانی، محمد رضا “بررسی آزمایشگاهی مقاومت ستون بتنی محصورشده با GFRP تحت اثر توام نیروی محوری و لنگر خمشی و مقایسه با مدل های تئوری” ،1388.
در این تحقیق نمونه های آزمایشگاهی ستون با مقطعی مربعی شکل بررسی شده اند این تحقیق نشان می دهد که اعمال لنگر خمشی بر نمونه ستون های محصورشده با  FRP علاوه بر اندرکنش بار فشاری و لنگر خمشی، اثر کاهنده ای بر مقاومت فشاری بتن محصورشده می گذارد. اعمال لنگر خمشی بر مقطع ستون، سبب توزیع غیر یکنواخت تنش فشاری وارد بر مقطع و انبساط عرضی آن می گردد به همین دلیل استفاده از روابط تخمین مقاومت فشاری بتن محصور شده، با افزایش لنگر خمشی، به پاسخ های غیر واقعی و فاقد اطمینان می انجامد.

جلال، مصطفی” ارزیابی ظرفیت باربری پل های بهسازی شده با کامپوزیت FRP”1388.
در این مقاله، گزیده راهكارهای ارزیابی عملكرد یك پل بهسازی شده با بهره گرفتن از مصالح كمپوزیتی جدیدارائه گردیده است. به این منظور، ابتدا یك سیستم سنجش عملكرد ایجاد شده و اندازه گیری های سنجش عملكرد به منظور ارزیابی پارامترهای مختلف مشخص گردید، سپس یك الگوریتم نقص یابی و شناسایی سیستم به منظور كمی سازی مقادیر هدف، انتخاب شده و در نهایت نتایج فعالیت های بهسازی به منظورسنجش تغییرات عملكرد پل، مورد ارزیابی و تجزیه و تحلیل قرار گرفت. در نهایت پس از اتمام كار بهسازی، نتایج به منظور تعیین وقوع یا عدم وقوع هرگونه تغییر در عملكرد پل، مورد ارزیابی قرار گرفت، این روش افزایش در سختی سازه را در دوره زمانی سوم دسامبر 1999 تا می 2000 نشان می دهد.

عباسزاده ، مهدی “مقایسه دقت پیش بینی مدل های ارائه شده برای محصورشدگی ستون های بتنی دایروی محصور شده با الیاف FRP”1388.
این مطالعه بر پیش بینی حداكثر تنش و كرنش بتن محصور شده كه مهمترین پارامترها از دید طراحی بوده و تاثیر زیادی در تقریب منحنی های تنش – كرنش دارند متمركز شده است. به این منظور، مدل های محصور شدگی به دو گروه مدل های محصورشدگی پایه فولادی و مدل های محصورشدگی تجربی و تحلیلی طبقه بندی شده و روابط و ویژگی های منحصر به فرد هر مدل مرور شد سپس، مقایسه بین مدل های مختلف در پیش بینی حداكثر تنش و كرنش نهائی محصور شدگی صورت گرفت. نتایج حاصل از ارزیابی های صورت گرفته نشان داد كه مدل های موجود در پیش بینی رفتار واقعی محصورشدگی بتن به جواب های یكسان و قابل قبولی خصوصاٌ در پیش بینی كرنش نرسیده و تنها برای محدوده ای كه برای آن كالیبره شده اند جواب های مطلوبی ارائه می دهند .

عباس نیا، رضاو رستمیان، مهدی” بررسی رفتار تنش – کرنش ستون ها یا نمونه های بتنی مسلح و محصورشده با FRP”1389.
در این مقاله به بررسی تحقیقات انجام شده در مورد رفتار تنش – کرنش ستون های بتنی مسلح مقاوم سازی شده با FRP پرداخته شد و نتایجی مطابق زیر بدست آمد:

اثر نسبت لاغری برروی ظرفیت باربری ستونهای بتنی محصور شده با ژاکت FRP چشم گیر تر از ستون های مسلح معمولی می باشد.
اثر مقاوم سازی با افزایش نسبت لاغری کاهش می یابد.
در زمانی که نسبت لاغری کمتر از 5/87 باشد، ظرفیت باربری ستون مسلح شده با FRP هنوز 21 درصد بزرگتر از ستون بتن مسلح بدون ژاکت FRP (عادی) می باشد.
محمد کاظم، شربتدار و بهاری زاده، علی، سیوندی پور، عباس ” بررسی نرم شدگی و سخت شدگی کرنش بتن محصور شده با ورق های FRP بر مقاومت و شکل پذیری اعضاء فشاری “1388.
در این مقاله به بررسی مقاومت بتن محصور شده با انواع ورق های FRP در دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنش و همچنین اثر محصور شدگی بر شکل پذیری اعضاء بتن مسلح پرداخته شده و این نتیجه حاصل شده که محصورشدگی اعضاء بتنی موجب افزایش مقاومت در هر دو مرحله سخت شدگی کرنش و نرم شدگی کرنشی و افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود رفتار لرزه ای آن می شود.

دانش، فخر الدین بهشتی اول و سید بهرام، شاهرودی، مهناز” تخمین پارامترهای اثرگذار بر رفتار غیرخطی ستون های دورپیچ شده با CFRP به روش اجزاء محدود”1388.
در این تحقیق برای صحت سنجی نحوه مدل سازی، نمونه هایی از كارهای معتبر آزمایشگاهی با بار محوری ثابت و بار جانبی رفت و برگشتی cyclic)) با نرم افزار اجزاء محدود  ABAQUS مدل سازی شده اند. در این مرحله، بتن با المان حجمی هشت گرهی (C3D8)  و دورپیچ آن با المان های غشایی چهار گرهی  (M3D4)مدل شده اند و از معادل سازی و یكپارچه كردن مقطع استفاده نشده است. نتایج بدست آمده، تطابق قابل قبولی با كارهای آزمایشگاهی دارد همچنین در بررسی انجام شده بر روی پارامتر طول لایه های دورپیچ و تأثیر آن بر روی رفتار ستون ها مشاهده گردید با افزایش پارامتر طول لایه های دورپیچ، میزان ظرفیت ستون در تحمل تغییر مكان و برش پایه افزایش می یابد همچنین در این راستا مشخص گردید افزایش طول دورپیچ ها تأثیر چندانی بر بارتسلیم نداشته و فقط بار ماكزیمم سازه را افزایش داده است و به این ترتیب باعث افزایش انعطاف پذیری رفتار سازه می گردد. با بهره گرفتن از نتایج بدست آمده مشاهده شد در یك نگاه كلی گرچه تأثیر لایه ها بر روی برش پایه قابل تحمل توسط ستون چندان قابل توجه نبوده است لیكن تأثیر تعداد لایه ها بر روی نیروی قابل تحمل توسط ستون بیشتر از تأثیر طول لایه ها بوده است به عنوان مثال با افزودن یك لایه 20 سانتی متری دورپیچ FRP حدود 3 درصد و با افزودن یك لایه 30 سانتی متری دورپیچ FRP حدود 4 درصد افزایش می یابد. در حالی كه در حالت استفاده از دولایه دورپیچ این درصد افزایش نیروی قابل تحمل توسط ستون بترتیب حدود 4 و 6 در صد خواهد بود. همچنین نشان داده شد شكل پذیری ستون نیز با افزایش قابل توجهی همراه است لیكن استفاده از دو لایه دورپیچ بجای یك لایه دور پیچ افزایش نسبی زیادی در شكل پذیری ستون ایجاد نمی كند این نتیجه در مورد تغییر شكل بیشینه قبل از شكست نیز صادق است.

بهشتی، سید بهرام و پارسائی، محمد “بررسی تقویت خمشی پایه پل بتنی مسلح با FRP به روش اجزای محدود “1388.
در این تحقیق اثر عرض مقطع به ضخامت پوسته، ارتفاع دورپیچ از پای ستون و جنس دورپیچ بر شکل پذیری، مقاومت و پارامترهای خمشی در ستون بتن مسلح دایره ای تحت اثر همزمان بار محوری و جانبی بررسی شده و برنامه اجزای محدود  ABAQUSجهت این کار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد این ورق ها موجب افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود پارامترهای مقاومت خمشی می گردد.

رهگذر، رضا و قنبری، حمیدو علمدارزاده، پیمان” ارزیابی آسیب پذیری وارائه طرح بهسازی لرزه ای پل بتن آرمه در محور سیرجان – قطروئیه در استان کرمان”1390.
از آنجایی که داشتن شکل پذیری کافی یکی از الزامات اساسی در زمینه مقاوم سازی سازه ها به شمار می آید، در این مقاله آسیب های وارده به پل قطروئیه شناسائی شده و نهایتا روش هایی برای تقویت پایه های بتنی آن که تحت تاثیر خوردگی ناشی از کربناسیون قرار گرفته است ارائه شده است.

چون پل مورد نظر از نوع مهم می باشد، ارزیابی کارایی و ایمنی در برابر زلزله از روش تحلیل دینامیکی خطی استفاده شده است.

واثقی، اکبر و زرجو، محسن” ارزیابی اثر الیاف کامپوزیتیFRP در تقویت پایه های بتنی دایره ای شکل پل ها به روش اجزا محدود”1390.
در این تحقیق با بهره گرفتن از نرم افزار ABAQUS ظرفیت خمشی و شکل پذیری پایه پل ها با طول های مختلف دور پیچ از الیاف FRP مورد بررسی قرار گرفت و با توجه به قیمت این نوع از الیاف ارتفاع مورد نیاز پیشنهاد شد.

استفاده از الیاف CFRP در ستون با مقطع دایره ای در افزایش برش پایه نقش موثری داشته اما بعلت محدود بودن کرنش تسلیم این گونه الیاف در افزایش شکل پذیری تاثیرکمتری نسبت به الیاف GFRP دیده شد.
اثر تغییر نسبت لاغری، بطور کلی ورق های CFRP در تقویت ستون هایی که دارای تغییر مکان جانبی کمی هستند. L/D<4)) خوب عمل کرده و باعث افزایش مناسب برش پایه و شکل پذیری می شود. بنابراین اگر هدف از استفاده دورپیچ، افزایش میزان برش پایه باشد، در ستون هایی با ارتفاع متفاوت، کاربرد CFRP منطقی تر است.
اثر تغییر عرض مقطع به ضخامت پوسته (D/t) ، مقاومت جانبی ستون با کاهش نسبت t) /(D افزایش می یابد. برای هر دو نوع دورپیچ با D/t))، بعلت کاهش محصوریت بتن توسط دورپیچ و لذا رفتار تردتر آن، کاهش مقاومت بیشتری پس از ماکزیمم مقاومت جانبی اتفاق می افتد.
اثر تغییر میزان بار محوریN / No ، افزایش نیروی محوری، کشش و فشار بیشتری در پوسته رخ می دهد و لذا کاهش مقاومت ستون بتنی به همراه پوسته سبب کاهش ناگهانی مقاومت مقطع می گردد.

ابراهیمی مقدم، امین و المولی، امیر عبدالله” تحلیل عددی و مقاوم سازی پایه پل های بتنی مسلح با مقطع دایره ای به روش تقویت با ورقه های کامپوزیتی CFRP “1390.
در این تحقیق اثر عرض مقطع به ضخامت پوسته، ارتفاع دورپیچ از پای ستون به ارتفاع کل ستون و جنس دورپیچ بر شکل پذیری، مقاومت و پارامترهای خمشی در ستون بتن مسلح دایره ای تحت اثر همزمان بار محوری و جانبی بررسی می شود. برنامه اجزاء محدود ABAQUS جهت این کار استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که استفاده از این ورق ها موجب افزایش شکل پذیری و همچنین بهبود پارامترهای مقاومت خمشی می گردد.

در این نوشتار پس از تشریح نحوه مدل سازی تمامی نمونه ها با نرم افزار ABAQUS با روش استاتیکی غیر خطی با کنترل تغییر مکان تحلیل شده تا عملکرد نمونه ها بررسی شود بطور کلی هدف این پژوهش بررسی رفتار ستون های ناکارآمد و تاثیرتقویت ناحیه مفصل خمیری با الیاف شیشه و کربن بر عملکرد این ستون هاست. مقایسه نتایج نمونه هایی که در آزمایشگاه تحت بارگذاری قرار گرفته اند، با نمونه تحلیل شده با نرم افزار نشان می دهد که نتایج بدست آمده از مدل اجزاء محدود در مقایسه با نتایج آزمایشگاهی دارای نتایج قابل قبولی است.

کریمی کنزق، عباس” ارزیابی لرزه ای پل ها با بهره گرفتن از تحلیل استاتیکی غیر خطی (پوش آور) “1388.
در این پژوهش عملکرد پل ها به وسیله تحلیل استاتیکی غیر خطی تحت بررسی قرار گرفته است و نقاط عملکرد آنها بر اساس طیف نیاز آیین نامه طرح پل های راه و راه آهن در برابر زلزله بدست آمده است.

 

1-4– ضرورت، اهمّیت و هدف تحقیق

ایران با داشتن زلزله های بزرگ هر سه سال یک بار و زلزله های متوسط سالیانه و همچنین حوادث غیرمترقبه نظیر سیل و طوفان و جنگ، شاید یکی از پر بحران ترین کشور های جهان باشد. واقعیت آن است كه توجه به بهسازی لرزه‌ای در كشورهای لرزه‌خیز مانند ایران امری ضروری است كه عملا راه‌گریزی از آن وجود ندارد‌.

امروزه نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می باشد. با مطالعه رفتار سازه های بتنی مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب، تغییركاربری سازه ها از دوام آنها می كاهد، ضمناً تغییر آیین نامه های ساختمانی) باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود، خرابی های مشاهده شده در ساختمان ها و پل ها طی زلزله های اخیر نیاز مبرم به مقاوم سازی لرزه ای سازه های موجود را نشان می دهد.

پل ها سازه های حساسی هستند زیرا هر گونه صدمه به آنها باعث خسارات مالی و جانی در هنگام زلزله و بعد آن می شود. قبل از انجام مراحل مقاوم سازی، مطالعه بر روی سازه اهمیت بالایی دارد که در این بین پل ها به عنوان سازه های استراتژیک و مهم اهمیتی دو چندان دارند. عدم تخریب پل و خارج نشدن از بهره برداری پس از یک زمین لرزه شدید از بسیاری از تلفات جانی و اقتصادی پس از حادثه خواهد کاست.

در این میان ستون های بتن مسلح، اعضای اصلی مقاوم در برابر بارهای افقی و قائم در سازه های بتنی به شمار می آیند لذا مقاوم كردن ستون ها در برابر نیروهای زلزله می تواند نقش مهمی را در مقاوم سازی كل سازه ایفا كند در نتیجه استفاده از كامپوزیت هایFRP  جهت مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح در دنیا گسترش یافته است و مطالعه در این زمینه از طرف محققین زیادی صورت می گیرد. هدف از این مطالعه، بررسی رفتار لرزه ای یک پل با ابعاد واقعی به کمک تحلیل استاتیکی و دینامیکی غیر خطی وبهسازی آن با FRP می باشد برای صحت نتایج تحلیلی، نتایج دو تحلیل با یکدیگر مقایسه شده است.

 

1-5- ساختار تحقیق

مطالب موجود در این تحقیق به صورت زیر سازماندهی شده اند:

در فصل اول کلیات تحقیق، پیشینه تحقیق، هدف از انجام آن و سازماندهی مطالب مندرج در آن توضیح داده می شود. در فصل دوم به معرفی FRP پرداخته شده است. در فصل سوم روش های ارزیابی لرزه ای سازه ها بر اساس دستورالعمل های موجود مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل چهارم روش های مدل سازی و تحلیل لرزه ای پل مورد ارزیابی قرار گرفته است. در فصل پنجم مدل مورد نظر صحت سنجی شده و خروجی های نرم افزاری حاصل از تحلیل دینامیکی و استاتیکی یاداشت شده است. در فصل ششم نتایج حاصل از تحلیل و در آخر پیشنهاداتی برای ادامه کار بیان شده است.