تحقیق درباره کاربرد کامپوزیت‌های FRP در سازه‌های بتن آرمه 33ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 32

کاربرد کامپوزیت‌های FRP در سازه‌های بتن آرمه

و بررسی دوام آنها

خلاصه

خوردگی قطعات فولادی در سازه‌های مجاور آب و نیز خوردگی میلگردهای فولادی در سازه‌های بتن آرمه ای که در معرض محیط‌های خورندة کلروری و کربناتی قرار دارند، یک مسالة بسیار اساسی تلقی می‌شود. در محیط‌های دریایی و مرطوب وقتی که یک سازة بتن‌آرمة معمولی به صورت دراز مدت در معرض عناصر خورنده نظیر نمک‌ها، اسید‌ها و کلرورها قرار گیرد، میلگردها به دلیل آسیب دیدگی و خوردگی، قسمتی از ظرفیت خود را از دست خواهند داد. به علاوه فولادهای زنگ زده بر پوستة بیرونی بتن فشار می‌آورد که به خرد شدن و ریختن آن منتهی می‌شود. تعمیر و جایگزینی اجزاء فولادی آسیب دیده و نیز سازة بتن آرمه‌ای که به دلیل خوردگی میلگردها آسیب دیده است، میلیون‌ها دلار خسارت در سراسر دنیا به بار آورده است. به همین دلیل سعی شده که تدابیر ویژه‌ای جهت جلوگیری از خوردگی اجزاء فولادی و میلگرد‌های فولادی در بتن اتخاذ گردد که از جمله می‌توان به حفاظت کاتدیک اشاره نمود. با این وجود برای حذف کامل این مساله، توجه ویژه ای به جانشینی کامل اجزاء و میلگردهای فولادی با یک مادة جدید مقاوم در مقابل خوردگی معطوف گردیده است. از آن‌جا که کامپوزیت‌های FRP (Fiber Reinforced Polymers/Plastics) بشدت در مقابل محیط‌های قلیایی و نمکی مقاوم هستند که در دو دهة اخیر موضوع تحقیقات گسترده‌ای جهت جایگزینی کامل با قطعات و میلگردهای فولادی بوده‌اند. چنین جایگزینی بخصوص در محیط‌های خورنده نظیر محیط‌های دریایی و ساحلی بسیار مناسب به نظر می‌رسد. در این مقاله مروری بر خواص، مزایا و معایب مصالح کامپوزیتی FRP صورت گرفته و قابلیبت کاربرد آنها به عنوان جانشین کامل فولاد در سازه‌های مجاور آب و بخصوص در سازة بتن آرمه، به جهت حصول یک سازة کاملاً مقاوم در مقابل خوردگی، مورد بحث قرار خواهد گرفت.

1 – مقدمه

بسیاری از سازه‌های بتن آرمة موجود در دنیا در اثر تماس با سولفاتها، کلریدها و سایر عوامل خورنده، دچار آسیب‌های اساسی شده‌اند. این مساله هزینه‌های زیادی را برای تعمیر، بازسازی و یا تعویض سازه‌های آسیب ‌دیده در سراسر دنیا موجب شده است. این مساله و عواقب آن گاهی نه تنها به عنوان یک مسالة مهندسی، بلکه به عنوان یک مسالة اجتماعی جدی تلقی شده است ]1[. تعمیر و جایگزینی سازه‌های بتنی آسیب‌دیده میلیون‌ها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است. در امریکا، بیش از 40 درصد پلها در شاهراهها نیاز به تعویض و یا بازسازی دارند ]2[. هزینة بازسازی و یا تعمیر سازه‌های پارکینگ در کانادا، 4 تا 6 میلیارد دلار کانادا تخمین زده شده است ]3[. هزینة تعمیر پلهای شاهراهها در امریکا در حدود 50 میلیارد دلار برآورد شده است؛ در حالیکه برای بازسازی کلیة سازه‌های بتن آرمة آسیب‌دیده در امریکا در اثر مسالة خوردگی میلگردها، پیش‌بینی شده که به بودجة نجومی 1 تا 3 تریلیون دلار نیاز است ]3[ !

از مواردی که سازه‌های بتن آرمه به صورت سنتی مورد استفاده قرار می‌گرفته، کاربرد آن در مجاورت آب و نیز در محیط‌های دریایی بوده است. تاریخچه کاربرد بتن آرمه و بتن پیش‌تنیده در کارهای دریایی به سال 1896 بر می‌گردد ]4[. دلیل عمدة این مساله، خواص ذاتی بتن و منجمله مقاومت خوب و سهولت در قابلیت کاربرد آن چه در بتن‌ریزی در جا و چه در بتن پیش‌تنیده بوده است. با این وجود شرایط آب و هوایی و محیطی خشن و خورندة اطراف سازه‌های ساحلی و دریایی همواره به عنوان یک تهدید جدی برای اعضاء بتن آرمه محسوب گردیده است. در محیط‌های ساحلی و دریایی، خاک، آب زیرزمینی و هوا، اکثراً حاوی مقادیر زیادی از نمکها شامل ترکیبات سولفور و کلرید هستند.

در یک محیط دریایی نظیر خلیج فارس، شرایط جغرافیایی و آب و هوایی نامناسب، که بسیاری از عوامل خورنده را به دنبال دارد، با درجة حرارت‌های بالا و نیز رطوبت‌های بالا همراه شده که نتیجتاً خوردگی در فولادهای به کار رفته در بتن آرمه کاملاً تشدید می‌شود. در مناطق ساحلی خلیج فارس، در تابستان درجة حرارت از 20 تا 50 درجة سانتیگراد تغییر می‌کند، در حالیکه گاه اختلاف دمای شب و روز، بیش از 30 درجة سانتیگراد متغیر است. این در حالی است که رطوبت نسبی اغلب بالای 60 درصد بوده و بعضاً نزدیک به 100 درصد است. به علاوه هوای مجاور تمرکز بالایی از دی‌اکسید گوگرد و ذرات نمک دارد [5]. به همین جهت است که از منطقة دریایی خلیج فارس به عنوان یکی از مخرب‌ترین محیط‌ها برای بتن در دنیا یاد شده است [6]. در چنین شرایط، ترک‌ها و ریزترک‌های متعددی در اثر انقباض و نیز تغییرات حرارتی و رطوبتی ایجاد شده، که این مساله به نوبة خود، نفوذ کلریدها و سولفاتهای مهاجم را به داخل بتن تشدید کرده، و شرایط مستعدی برای خوردگی فولاد فراهم می‌آورد [7-9]. به همین جهت بسیاری از سازه‌‌های بتن مسلح در نواحی ساحلی ایران نظیر سواحل بندرعباس، در کمتر از 5 سال از نظر سازه‌ای غیر قابل استفاده گردیده‌اند.

نظیر این مساله برای بسیاری از سازه‌های در مجاورت آب، که در محیط دریایی و ساحلی قرار ندارند نیز وجود دارد. پایه‌های پل، آبگیرها، سدها و کانال‌های بتن آرمه نیز از این مورد مستثنی نبوده و اغلب به دلیل وجود یون سولفات و کلرید، از خوردگی فولاد رنج می‌برند.

2 – راه حل مساله

تکنیک‌هایی چند، جهت جلوگیری از خوردگی قطعات فولادی الحاقی به سازه و نیز فولاد در بتن مسلح توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است که از بین آنها می‌توان به پوشش اپوکسی بر قطعات فولادی و میلگردها، تزریق پلیمر به سطوح بتنی و حفاظت کاتدیک میلگردها اشاره نمود. با این وجود هر یک از این تکنیک‌ها فقط تا حدودی موفق بوده است [10]. برای حذف کامل مساله، توجه محققین به جانشین کردن قطعات فولادی و میلگردهای فولای با مصالح جدید مقاوم در مقابل خوردگی، معطوف گردیده است.

مواد کامپوزیتی (Fiber Reinforced Polymers/Plastics) FRP موادی بسیار مقاوم در مقابل محیط‌های خورنده همچون محیط‌های نمکی و قلیایی هستند. به همین دلیل امروزه کامپوزیتهای FRP، موضوع تحقیقات توسعه‌ای وسیعی به عنوان جانشین قطعات و میلگردهای فولادی و کابلهای پیش‌تنیدگی شده‌اند. چنین تحقیقاتی به خصوص برای سازه‌های در مجاورت آب و بالاخص در محیط‌های دریایی و ساحلی، به شدت مورد توجه قرار گرفته‌اند.

تحقیق در مورد سازه‌های فولادی

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحه : 26 صفحه

 قسمتی از متن .doc : 

تاریخچه سازه های فولادی

استفاده از فلز به عنوان مصالح سازه ای ، به ساخت یک پل قوسی در انگلستان به دهانه 30 متر با استفاده از اعضای چدنی بین سال های 1777 تا 1779 بر می گردد. بین سالهای 1780 تا 1820 میلادی ، پل های چدنی متعددی به همین شیوه ساخته شد . تیر اصلی این پل ها ‏ خراپاهای قوسی با اعضایی از جنس چدن بود . چدن برای ساخت زنجیرها و آویزهای پل های معلق اولیه تا حدود سالهای 1840 مورد استفاده قرار می گرفت .

حدودا از سال 1840، به تدریج آهن کم کربن (چکش خوار ) جایگزین چدن معمولی درامر ساختمان سازی شد . قدیمیترین مثال مهم دراین زمینه ‏، پل چهار دهانه بریتانیا در ویلز با دهانه های 70،140،140،70 متر می باشد که برای ساخت آن از ورق ها و نبشی هایی از جنس آهن کم کربن استفاده گردید.

با تولید و نورد نیمرخ های مختلف ازجنس چدن و آهن کم کربن ، استفاده از این دو فلز ، گسترش بیشتری یافت . نورد میلگرد ها درسال 1780 و نورد ریل ها در سال 1820 شروع شد که نهایتا به نورد نیمرخ های I شکل درسال 1870 انجامید .

ابداع روش بسمر درسال 1855 و توسعه و تکامل آن درسال 1870 ، باعث افزایش کاربرد چدن و مشتقات آن درساختمان گردید . ازسال 1890 به تدریج فولاد جایگزین آن کم کربن درامر ساختمان سازی شد . درحال حاضر فولاد از عمده ترین مصالح ساختمانی می باشد که با تنش های جاری شدن (تسلیم ) ، 2400 تا 7000 کیلوگرم برسانتی متر مربع به منظورهای مختلف تولید می شود . مشخصات انواع مختلف فولاد و خواص آنها دربخش های دیگر همین فصل مورد بررسی قرار می گیرد .

ساختمان های فولادی

سازه های فولادی به سه گروه اساسی طبقه بندی می شوند :

الف : سازه های قاب بندی شده که مجموعه ای اعضای محوری ، خمشی و یا محوری – خمشی می باشند .

ب : سازه های پوسته ای که دراعضای آنها نیروی محوری قالب است .

پ : سازه های معلق که دراعضای آنها نیروی کششی حاکم است .

سازه های قاب بندی شده

اکثر سازه های ساختمان های متداول دارای اسکلت قاب بندی شده می باشند . سازه های قاب بندی شده ترکیبی از تیرها و ستون ها می باشند که با استفاده از اتصالات صلب و یا ساده به یکدیگر متصل شده اند . سازه های قاب بندی شده ممکن است به صورت ساختمان های چند طبقه و درشکل 1-2 مثال هایی از ساختمان های صنعتی نشان داده شده است . به طور کلی سازه های قاب بندی شده از ترکیب دو سری قاب صفحه ای عمود برهم بوجود آمده و تشکیل قاب فضایی را می دهند . لیکن عملکرد قاب های موجود درهر امتداد ‏ تأثیری بر عملکرد قاب های امتداد دیگر ندارد . بنابراین تحلیل قاب های هر امتداد به طور مستقل به صورت صفحه ای انجام می شود . قاب های ساختمانی باید قادر به حمل نیروهای قائم و جانبی باشند . برای حمل بارهای جانبی یا از اتصالات صلب (شکل 1-1-الف ) و یا ازسیستم مهاربندی (شکل 1-1-ب) استفاده می شود . پل ها نیز از انواع سازه های قاب بندی شده هستند که درشکل 1-3 مثال هایی از آنها نشان داده شده است .

سازه های پوسته ای

سازه های پوسته ای به صور گوناگون از قبیل منابع نگهداری مایعات و گازهای تحت فشار ، سیلور ها ، سقف های گنبدی و موارد مشابه درعمل مورد استفاده قرار می گیرند که درشکل 1-4 مثال هایی از کاربرد آنها نشان داده شده است . مشخصه اصلی این سازه ها این است که فضاکار می باشند یعنی به علت اندرکنش اجزای موجود درامتداد های مختلف ، نمی توان آنها را بصورت ترکیبی از سازه های صفحه ای درنظر گرفت و برای تحلیل باید کل سازه به عنوان یک مجموعه واحد طراحی شود . تحلیل و طراحی چنین سازه هایی احتیاج به مهارت های ویژه ای دارد که هدف از این کتاب پرداختن به چنین موضوعاتی نمی باشد .

مقاومت درمقابل بارهای جانبی مقاومت درمقابل بارهای قائم

الف – اتصالات صلب ب – قاب مهاربندی شده

سازه های معلق

سازه های معلق اغلب درپوشش ها (سقف ها) و پل های دهانه بلند مورد استفاده قرار می گیرند. درچنین سازه هایی یک اسکلت قاب بندی شده وجود دارد (مثلا درپل سازی ، عبورگاه یا عرشه پل و درپوشش ها ، اسکلت سقف ) که توسط آویزهایی از کابل های کششی اصلی آویزان است . استفاده از سازه های معلق درپل سازی بسیار متداول است .

نیمرخ های ساختمانی

برای استفاده از فولاد به عنوان عضو ساختمانی ، باید آن را به شکل مناسب درآورد . برای فرم دادن فولاد ، ازنورد گرم استفاده می نمایند . بدین معنی که شمش های فولاد را تادمای سرخ شدن حرارت می دهند و سپس با عبوردادن آن ازمیان غلتک های مخصوص، شکل مورد نظر را بدست می آورند . هریک از نیمرخ ها دراندازه و مشخصات هندسی متعددی تولید می شود.

نوع دیگری از تولید نیمرخ های ساختمانی وجود دارد که درآن ورق فولادی درحالت سرد با استفاد از پرس به شکل دلخواه فرم داده می شود .

ورق های ضخیم را نمی توان با فرم دادن به شکل نیمرخ دلخواه درآورد . درچنین حالاتی ورق ها درعرض های مورد نظر بریده شده و توسط جوش به یکدیگر متصل می شوند تا نیمرخ دلخواه حاصل گردد. به چنین نیمرخ هایی ‏، نیمرخ های ورقی گفته می شود .

با ترکیبی از ورق و نیمرخ نورد شده نیز می توان نیمرخ مورد نظر را به دست آورد که درآن صورت نیمرخ مرکب گویند .

نیمرخ های مناسب برای اعضای ساختمانی

اعضای ساختمانی با توجه به نیروی داخلی شان به اعضای فشاری (ستون ها ) ‏، اعضای خمشی و اعضای فشاری خمشی (تیر-ستون )طبقه بندی می شوند . برای