فایل مدل سازی تیرهای بتنی پیش تنیده تقویت شده با مواد مرکب پلیمری

جزئیات و دریافت

این پایان نامه در قالب فرمت word قابل ویرایش ، آماده پرینت و ارائه به عنوان پروژه پایانی میباشد.

فهرست مطالب
عنوان                                                شماره صفحه
چکیده    1
فصل اول: کلیات تحقیق
1-1- مقدمه    3
1-2- روش های وارد کردن نیروی پیش تنیدگی    3
1-2-1 روش مکانیکی    3
1-2-2 روش شیمیایی    3
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    13
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    17
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    35
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    36
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    93
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

 
فهرست جداول 
عنوان                                                شماره صفحه
جدول 2-1: چگالی مواد(kg/ ) FRP    36
جدول 2-2: ضریب انبساط حرارتی مصالح  FRP    36
جدول 3-1: مقاومت فشاری نمونه    41
جدول 3-2: مشخصات مکانیکی فولاد پس تنیده     41
جدول 3-3: متغیرهای نمونه های آزمایشگاهی    41
جدول 3-4: مقدار شکل پذیری انحنا و خیز تیر پس تنیده با فولاد بدون پیوستگی، مقطع تیر یکسره با بتن معمولی    51
جدول 3-5: مقایسه نتایج تحلیل تئوری (ACI) و آزمایشگاهی تیر UPB1    52
جدول 3-6: ضریب   برای تیر آزمایش شده    53
جدول 3-7: نتایج حسگرهای نقاط در دو مرحله ترک خوردگی و تسلیم    53

 
فهرست نمودارها 
عنوان                                                شماره صفحه
نمودار 3-1: نمودار تنش کرنش فولاد پیش تنیدگی    42
نمودار 3-2: نمودار تنش- کرنش فولاد معمولی    42
نمودار 3-3: نمودار بار- خیز آزمایشگاهی تیر    48
نمودار 3-4: نمودار بار- خیز تیر آزمایشگاهی تیر    48
نمودار 3-5: منحنی تنش کرنش بتن محصور شده و محصور نشده    50
نمودار 3-6: منحنی تنش –کرنش فولادهای  مختلف    50
نمودار 6-1: نمودار بار- خیز آزمایشگاهی تیر    90
نمودار 6-2: نمودار بار- افزایش تنش آزمایشگاهی در فولاد پس تنیده    90
نمودار 6-3: نمودار بار- لنگر انحنا نمونه آزمایشگاهی    91
نمودار 6-4: نمودار بار- خیز مدل سازی شده تیر در حالت تقویت نشده    91
نمودار 6-5: نمودار بار- افزایش تنش  تیر مدل سازی شده  تقویت نشده    92
نمودار 6-6: نمودار لنگر- انحنا تیر مدل سازی شده  تقویت  نشده    92
نمودار 6-7: نمودار بار - خیز تقویت شده از مواد  CFRP  تیر مدل سازی شده    93
نمودار 6-8: نمودار لنگر- انحنا تیر تقویت شده با CFRP    94
نمودار 6-9: نمودار بار - خیز تیر تقویت شده با GFRP    94
نمودار 6-10: نمودار لنگر-انحنا  تیر تقویت شده با GFRP    95
نمودار 6-11: نمودار مدلسازی  بار - افزایش تنش تیر تقویت شده    95
نمودار 6-12: نمودار بار- عرض ترک تیر مدل سازی شده بدون تقویت    96
نمودار 6-13: نمودار بار- ترک تیر مدل سازی شده تیر تقویت شده با CFRP    96
نمودار 6-14: نمودار مقایسه نتایج بار – خیز    97
نمودار 6-15: نمودار مقایسه نتایج لنگر- انحنا    97
نمودار 6-16: نمودار مقایسه نتایج بار- خیز    98
نمودار 6-17: نمودار مقایسه نتایج لنگر- انحنا    98

 
فهرست شکل ها
عنوان                                                شماره صفحه
شکل 1-1: مقایسه تیرهای بتن آرمه و بتن پیش تنیده    5
شکل 1-2: نسبت های دهانه به ارتفاع تیپ برای دالهای یک طرفه پیش تنیده و غیره پیش تنیده    6
شکل 1-3: چرخ درشکه فشرده شده با تیر آهنی    8
شکل 1-4: نمونه هائی از تیرهای استاندارد پل ها    8
شکل 1-5: روش پیش کشیدگی    10
شکل 1-6: پس کشیدگی    11
شکل 1-7: پیش کشیدگی تاندون های انحرافی    12
شکل 1-8: رفتار تیر در اثر نحوه اعمال بار پیش تنیده    12
شکل 1-9: اجرای ژاکت های بتن مسلح در وجه تحتانی جهت تقویت تیر    16
شکل 1-10: جزییات استفاده از اتصالات فولادی خارجی جهت تقویت خمشی و برشی تیرها    17
شکل 2-1: مقاومت بتن با سیمان پرتلند معمولی    22
شکل 2-2: منحنی تنش - کرنش بتن تحت تنش تک محوری فشاری    22
شکل 2-3: تاثیر مقاومت فولاد پیش تنیده در کنترل خزش و جمع شدگی    24
شکل 2-4: رشته های پیش تنیدگی    25
شکل 2-5: نیروهای وارد بر تیر پیش تنیده    26
شکل 2-6 الف: تنش ناشی از پیش تنیدگی و بار سرویس    27
شکل 2-6 ب: پیش تنیدگی همراه با خروج از مرکزیت    28
شکل 2-6 پ: عضو با تاندون های انحرافی    28
شکل 2-7: تجزیه نیروها در راستای افقی و عمودی    28
شکل 2-8: نیروی انتقال در عضو پیش کشیده    31
شکل 2-9 : درصد افت نیروی پیش تنیدگی    32
شکل 4-1: منحنی بار- تغییر مکان برای مراحل مختلف بارگذاری    55
شکل 4-2: تیرهای با خروج از مرکزیت پیش تنیدگی متغیر در طول دهانه    56
شکل 4-3: توزیع تنش    57
شکل 4-4: بالانس نمودن بار تحت بار یکنواخت    59
شکل 4-5: پروفیل تاندون بالانس بار برای تیرهای پیوسته در تکیه گاه ها تحت بار یکنواخت    60
شکل 4-6: اساس انتخاب پروفیل تاندون    62
شکل 4-7: ترتیب تاندون برای تیرها پیوسته در جای پس کشیده    63
شکل 4-8: ترتیب تنیدن برای تیرهای پیوسته با المانهای پیوسته    63
شکل 4-9: نحوه قرار گیری آرماتورها    65
شکل 5-1: تصویری از مدل سازی تیر با استفاده از نرم افزار آباکوس    78
شکل 5-2: اجزاء تشکیل دهنده مدل سازی تیر    79
شکل 5-3: نمائی از مقطع عرضی مدل سازی تیر    79
شکل 5-4: نمای از پنجره مربوط به عمق تیر    80
شکل 5-5: نمائی از مدل سازی طولی تیر    80
شکل 5-6: تصویری از مدل سازی مقطع عرضی میلگرد    81
شکل 5-7: تصویری از مدل سازی مقطع طولی میلگرد    81
شکل 5-8: تصویری از منحنی مسیر فولاد پیش تنیده    81
شکل 5-9: مدل سازی فولاد پیش تنیده    81
شکل 5-10: پنجره مربوط به مدول یانگ و ضریب پواسون    82
شکل 5-11: پنجره انتخاب section    82
شکل 5-12: پنجره مربوط به اختصاص دادن مواد    83
شکل 5-13: پنجره مربوط به نوع تحلیل استاتیکی    83
شکل 5-14: پنجره مربوط به بارگذاری    84
شکل 5-15: مربوط به بارگذاری عضو    84
شکل 5-16: مدل سازی بارگذاری یک تیر سراسری    85
شکل 5-17: مدل مش بندی عضو    85
شکل 5-18: نتیجه مدل سازی بارگذاری عضو    86
شکل 6-1: مدل سازی استقرار مدل آزمایشگاهی بر تکیه گاه ها    88
شکل 6-2: ابعاد و فولادهای نمونه ها    89
شکل 6-3: محل قرارگیری ورق های تقویتی    89

 
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.   

کلمات کلیدی: پیش تنیدگی، تقویت سازه ها، مواد مرکب، نرم افزار آباکوس 

فصل اول:
کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
پیش تنیدگی  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). 

1-2- 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.

1-2-2 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.  
1-2-3 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).

1-3- 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. 
1-3-2 فولاد
فولادهای پیش تنیدگی شامل مفتول ها و کابل های  ساخته شده از مفتول یا میلگردهای آلیاژ  دار پر مقاومت می باشند. 
1-3-3 انواع گیرها و کابل ها
گیره استرند فورس

1-4- 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.