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).

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 روشهای 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).

 

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.

 

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

 

1. 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.

 

2. 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.

 

3. 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 استفاده 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.

 

4. 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 .

 

5. 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. 

  خرید متن کامل این پایان نامه در سایت nefo.ir

   

 

• 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.

 

6. 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.

 

7. 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.

 

8. 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.

 

9. 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.

 

10. 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 استفاده 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.

 

11. 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.

 

12. کریمی کنزق، عباس” ارزیابی لرزه ای پل ها با استفاده 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.

 

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