دانلود پروژه:بررسی عددی تاثیر محصور شدگی ستون تقویت شده با الیاف FRP

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                       صفحه

چکیده………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 1

 

فصل اول: کلیات

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

1-2- اهمیت و ضرورت انجام تحقيق………………………………………………………………………………………………………. 3

1-3- اهداف تحقیق………………………………………………………………………………………………………………………………. 5

1-4- ساختار تحقیق……………………………………………………………………………………………………………………………… 6

فصل دوم : ادبيات و پيشينه تحقيق

2ـ1ـ پیشگفتار …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 8

2ـ2ـ بررسی نحوه محصور شدن بتن دور پیچ شده با روپوش های پیرامونی …………………………………………………….. 9

2ـ3ـ مقایسه اثر محصورکنندگی روپوش های فولادی و کامپوزیتی …………………………………………………………………. 11

2ـ4ـ مقاومت فشاری بتن محصور شده …………………………………………………………………………………………………….. 12

2ـ4ـ1ـ محاسبه مقاومت فشاری بتن محصور شده با فولاد …………………………………………………………………………….. 12

2ـ4ـ2ـ محاسبه مقاومت فشاری بتن محصور شده با FRP…………………………………………………………………………….. 13

2ـ5ـ کرنش گسیختگی دورپیچ های FRP…………………………………………………………………………………………………. 14

2ـ6ـ تأثیر هندسه مقطع ستون در مقاومت فشاری محصور شده ……………………………………………………………………… 15

2ـ6ـ1ـ تبدیل مقطع چهار گوشه به مقطع بیضوی ……………………………………………………………………………………….. 16

2ـ6ـ2ـ گرد کردن گوشه ها ……………………………………………………………………………………………………………………. 17

2-7- مقاومت فشاری ستون محصور شده در آیین نامه…………………………………………………………………………………. 19

2-7-1- راهنمای طراحی انجمن های ISIS کانادا ]2[…………………………………………………………………………………. 19

2-7-2- راهنمای طراحی ACI440]13[…………………………………………………………………………………………………. 19

2-8- ارزیابی ظرفیت خمشی اعضای بتن مسلح تقویت شده با FRP………………………………………………………………. 20

2-8-1- محدوده تقویت………………………………………………………………………………………………………………………… 20

2-8-2- محدوده تقویت برای پایداری در برابر آتش……………………………………………………………………………………. 21

2-8-3- شرایط محیطی………………………………………………………………………………………………………………………….. 21

2-9- تقویت خمشی سازه های بتنی…………………………………………………………………………………………………………. 22

2-10- تغییرات تنش- کرنش فشاری در بتن معمولی و محصور شده………………………………………………………………. 23

2-11- نمودار تنش- کرنش در بتن محصور نشده……………………………………………………………………………………….. 23

2-12- نمودار تنش- کرنش بتن محصور شده با آرماتورهای فولادی………………………………………………………………. 24

2-13- نمودار تنش- کرنش بتن محصور شده با FRP…………………………………………………………………………………. 26

2-14- مدل سازی تغییرات تنش- کرنش بتن محصور شده با FRP………………………………………………………………… 28

2-14-1- مدل سمعان ( samaan)………………………………………………………………………………………………………… 28

2-14-2- مدل لم (Lam)…………………………………………………………………………………………………………………….. 29

2-14-3- مدل پوربا ( Purba) ]4[………………………………………………………………………………………………………… 31

2-14-4- مدل اسپوال استرا ( Spoelstra et al.) ……………………………………………………………………………………. 32

2-15- رفتار ستون بتني محصور شد در حضور لنگر خمشي………………………………………………………………………….. 34

2-15-1- اثر لنگر خمشي در ستون هاي محصور نشده………………………………………………………………………………… 35

2-15-2- اثر لنگر خمشي در ستون هاي محصور شده…………………………………………………………………………………. 35

2-16- استفاده از ورق هاي با الياف مركب پليمري………………………………………………………………………………………. 36

2-16-1- مواد تشكيل دهنده FRP………………………………………………………………………………………………………….. 37

2-16-1-1- رزين ها……………………………………………………………………………………………………………………………. 37

2-16-1-2- انواع الياف…………………………………………………………………………………………………………………………. 38

2-16-2-1- الياف كربن………………………………………………………………………………………………………………………… 38

2-16-2-2- الياف شيشه………………………………………………………………………………………………………………………… 39

2-16-1-2-3- الياف آراميد……………………………………………………………………………………………………………………. 39

2-16-1-3- خصوصيات فيزيكي الياف…………………………………………………………………………………………………….. 40

2-16-1-3-1- چگالي………………………………………………………………………………………………………………………….. 40

2-16-1-3-2- ضريب انبساط حرارتي …………………………………………………………………………………………………….. 40

2-16-1-4- خصوصيات مكانيكي الياف……………………………………………………………………………………………………. 41

2-16-1-4-1- رفتار كششي…………………………………………………………………………………………………………………… 41

2-16-1-4-2- رفتار فشاري………………………………………………………………………………………………………………….. 42

2-16-2- مراحل نصب و اجراء……………………………………………………………………………………………………………….. 43

2-16-2-1- آماده سازي مواد…………………………………………………………………………………………………………………. 43

2-16-2-2- آماده سازي سطح………………………………………………………………………………………………………………… 43

2-16-2-3- پر نمودن تركها…………………………………………………………………………………………………………………… 43

2-16-2-4- اعمال پرايمر………………………………………………………………………………………………………………………. 43

2-16-2-5- تسطيح سطح………………………………………………………………………………………………………………………. 43

2-16-2-6- چسباندن الياف FRP…………………………………………………………………………………………………………… 43

2-16-2-7- نگهداري…………………………………………………………………………………………………………………………… 43

2-17- پارامترهای موثر بحرانی ستون در رفتار فشاری…………………………………………………………………………………. 45

2-18- بررسی تاثیر سیم FRP   به بتن محبوس…………………………………………………………………………………………. 45

 

فصل سوم: معرفي نرم افزار ABAQUS و مدل سازي

3-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………… 48

3-2 معرفی نرم­افزار ABAQUS……………………………………………………………………………………………………………. 48

3-2-1معرفی المان محیط پیوسته Solid…………………………………………………………………………………………………… 52

3-2-2معرفی المان سازه ای Truss…………………………………………………………………………………………………………. 53

3-2-3 معرفی المان Shell…………………………………………………………………………………………………………………….. 54

3-3 مفهوم فضاهای مدلسازی، تقارن و الما­ن­های مورد استفاده در هر یک…………………………………………………………. 58

3-3-2 ساده سازی بر اساس تقارن…………………………………………………………………………………………………………… 58

3-4منابع غیر خطی در حل مسائل اجزاء محدود………………………………………………………………………………………….. 59

3-5 مصالح و مدل­های رفتاری………………………………………………………………………………………………………………… 61

3-5-1 مدل رفتاری مصالح بتن و فولاد…………………………………………………………………………………………………….. 64

3-5-2-اندرکنش­ها در ABAQUS  (Interactions)……………………………………………………………………………… 65

3-5-1-1- تماس عمومی (General Contact)……………………………………………………………………………………… 67

3-5-1-2- بستر الاستیک……………………………………………………………………………………………………………………….. 67

3-5-1-3- انواع قیود در ماژول Interactions………………………………………………………………………………………… 67

فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها

4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………………. 70

4-2- معرفی نمونه های مورد بررسی ………………………………………………………………………………………………………. 70

4-3- مدلسازی در نرم افزار ABAQUS…………………………………………………………………………………………………. 71

4-4- ارائه نتایج……………………………………………………………………………………………………………………………………. 79

فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات

5-1 جمع بندی و نتیجه گیری…………………………………………………………………………………………………………………. 100

5-2 -پیشنهادات آتی…………………………………………………………………………………………………………………………….. 101

منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 102

فهرست جداول

عنوان                                                                                                                              صفحه

جدول (2-1) : مقدار ضریب کاهش برای FRP در شرایط مختلف…………………………………………………………………. 22

جدول (2-2) : چگالي مواد FRP…………………………………………………………………………………………………………….. 40

جدول (2-3) : ضريب انبساط حرارتي مصالح FRP   …………………………………………………………………………………. 41

جدول (2-4) : مشخصات كششي كامپوزيت هاي FRP ، درصد حجمي الياف بين 40 تا 60………………………………… 42

جدول (4-1) : مشخصات نمونه های مورد بررسی………………………………………………………………………………………. 70

جدول (4-2) : مشخصات المان های استفاده شده در نمونه های مورد بررسی…………………………………………………… 79

جدول(4-3 ) : حداکثر تنش مایسز در بخش بتنی…………………………………………………………………………………………. 81

جدول(4-4) :  حداکثر تنش مایسز در بخش پوشش ……………………………………………………………………………………. 94

جدول (4-5) : پارامترهای اصلی حاصل از نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در نمونه ها……………… 97

جدول (4-6) : مقایسه میزان فشار در لحظه شکست محاسبه شده از مدلسازی و مقادیر آزمایشگاهی………………………. 97

فهرست اشكال

عنوان                                                                                                                              صفحه

شکل (2ـ1) : جزئی فشاری، (الف) بدون اعمال فشار جانبی، (ب) با اعمال فشار جانبی………………………………………. 8

شکل (2ـ2) : توزیع تنش وارد بر روپوش فولادی……………………………………………………………………………………….. 9

شکل (2ـ3) : نمودار تنش ـ کرنش فشاری بتن محصور نشده، بتن محصور با فولاد و GFRP …………………………….. 11

شکل (2ـ4):توزیع فشار محصور کننده در مقطع مدور و چهارگوشه………………………………………………………………… 16

شکل (2ـ5) : بیضوی شدن ستون مستطیلی به منظور افزایش اثر دورپیچ FRP…………………………………………………… 16

شكل (2-6) : ناحيه محصور شده در ستون مستطيلي با گوشه هاي گرد شده……………………………………………………… 17

شکل (2-7) : نمودار تنش- کرنش بتن فشاری محصور نشده………………………………………………………………………… 24

شکل (2-8) : نمودار تنش- کرنش بتن محصور شده با آرماتورهای فولادی……………………………………………………………. 25

شکل (2-9): گونه های مختلف نمودار تنش- کرنش بتن محصور شده با FRP……………………………………………………… 27

شکل (2-10): تغییرات تنش- کرنش بتن محصور شده در مدل سمعان…………………………………………………………………. 29

شکل (2-11): تغییرات تنش- کرنش بتن محصور شده در مدل لم………………………………………………………………………….29

شكل (2-12): تغييرات تنش- كرنش بتن محصور شده در مدل پوربا……………………………………………………………….. 31

شكل (2-13): تغييرات تنش- كرنش بتن محصور شده در مدل اسپوال استرا………………………………………………………. 33

شكل (2-14) : قسمت هاي مختلف يك لايه FRP ……………………………………………………………………………………. 38

شكل( 2-15): نمونه الياف شيشه بافته شده دوجهتي  …………………………………………………………………………………… 39

شكل( 2-16): منحني تنش- كرنش الياف پليمري در مقايسه با فولاد نرمه…………………………………………………………. 42

شكل (2-17): آماده سازي سطح………………………………………………………………………………………………………………. 44

شكل (2-18): پر كردن تركها…………………………………………………………………………………………………………………… 44

شكل (2-19): اعمال پرايمر…………………………………………………………………………………………………………………….. 44

شكل (2-20): تسطيح سطح…………………………………………………………………………………………………………………….. 45

شكل( 2-21): نصب الياف بر روي رزين و غلطك كشي روي آن……………………………………………………………………. 45

شکل(3- 1): خصوصیات المان ها در نقاط انتگرال گیری………………………………………………………………………………. 49

شکل( 3-2): نمونه ای از دو المان 2 بعدی 4 ضلعی درجه اول و دوم………………………………………………………………. 53

شکل( 3-3): نقاط انتگرال گیری در المان های پوسته ای………………………………………………………………………………. 56

شکل( 3-4): نقاط انتگرال گیری در ضخامت المان های پوسته ای…………………………………………………………………… 56

شکل( 3-3): منحنی غیر خطی بار – جابجایی…………………………………………………………………………………………….. 60

شکل( 3-4): روند تحلیل غیر خطی………………………………………………………………………………………………………….. 60

شكل(3-5): حل محاسباتي در مقابل حل دقيق……………………………………………………………………………………………. 61

شکل (3-7): مدل رفتاری  Concrete Damaged Plasticity(a. رفتار کششی، b. رفتار فشاری)……………………. 65

شکل( 4-1): تصویری از بخش بتنی………………………………………………………………………………………………………….. 71

شکل( 4-2): تصویری از شبکه آرماتورها………………………………………………………………………………………………….. 72

شکل( 4-3): تصویری از جانمایی شبکه آرماتورها در بتن……………………………………………………………………………… 73

شکل( 4-4): تصویری از جانمایی FRP(بخش سفید رنگ) در مدل SF………………………………………………………….. 74

شکل( 4-5): تصویری از جانمایی FRP (بخش سفید رنگ) در مدل SI………………………………………………………….. 74

شکل( 4-6): تصویری از جانمایی FRP(بخش سفید رنگ) در مدل SE………………………………………………………….. 75

شکل(4-7): مدل اجزای محدود بتندر تمامی مدل ها……………………………………………………………………………………. 76

شکل(4-8): مدل اجزای محدود شبکه آرماتورهادر تمامی مدل ها…………………………………………………………………… 77

شکل(4-9): مدل اجزای محدود FRP در نمونه SF……………………………………………………………………………………. 77

شکل(4-10): مدل اجزای محدود FRP در نمونه SI…………………………………………………………………………………… 78

شکل(4-11): مدل اجزای محدود FRP در نمونه SE………………………………………………………………………………….. 78

شکل(4-12): کانتور تنش مایسز در مدل NS (N/m2)……………………………………………………………………………….. 79

شکل(4-13): کانتور تنش مایسز در مدل SF (N/m2)……………………………………………………………………………….. 80

شکل(4-14): کانتور تنش مایسز در مدل SI (N/m2)…………………………………………………………………………………. 80

شکل(4-15): کانتور تنش مایسز در مدل SE (N/m2)……………………………………………………………………………….. 81

شکل(4-16): کانتور کرنش پلاستیک حداکثر در بتن (معادل با ترک کششی) در مدل NS……………………………………. 82

شکل(4-17): کانتور کرنش پلاستیک حداکثر در بتن (معادل با ترک کششی) در مدل SF…………………………………….. 82

شکل(4-18): کانتور کرنش پلاستیک حداکثر در بتن (معادل با ترک کششی) در مدل SI……………………………………… 83

شکل(4-19): کانتور کرنش پلاستیک حداکثر در بتن (معادل با ترک کششی) در مدل SE…………………………………….. 83

شکل(4-20): کانتور کرنش پلاستیک حداقل در بتن (معادل با خرد شدگی فشاری) در مدل NS…………………………… 84

شکل(4-21): کانتور کرنش پلاستیک حداقل در بتن (معادل با خرد شدگی فشاری) در مدل SF……………………………. 84

شکل(4-22): کانتور کرنش پلاستیک حداقل در بتن (معادل با خرد شدگی فشاری) در مدل SI…………………………….. 85

شکل(4-23): کانتور کرنش پلاستیک حداقل در بتن (معادل با خرد شدگی فشاری) در مدل SE……………………………. 85

شکل(4-24): کانتور تنش S11 در مدل NS (N/m2)……………………………………………………………………………….. 86

شکل(4-25): کانتور تنش S11 در مدل SF (N/m2)………………………………………………………………………………… 86

شکل(4-26): کانتور تنش S11 در مدل SI (N/m2)…………………………………………………………………………………. 87

شکل(4-27): کانتور تنش S11 در مدل SE (N/m2)………………………………………………………………………………… 87

شکل(4-28): کانتور کرنش پلاستیک آرماتورها در مدل NS………………………………………………………………………….. 88

شکل(4-29): کانتور کرنش پلاستیک آرماتورها در مدل SF…………………………………………………………………………… 88

شکل(4-30): کانتور کرنش پلاستیک آرماتورها در مدل SI……………………………………………………………………………. 89

شکل(4-31): کانتور کرنش پلاستیک آرماتورها در مدل SE………………………………………………………………………….. 89

شکل(4-32): کانتور تنش مایسز در مدل SF (N/m2)……………………………………………………………………………….. 90

شکل(4-33): کانتور تنش مایسز در مدل SI (N/m2)…………………………………………………………………………………. 91

شکل(4-34): کانتور تنش مایسز در مدل SE (N/m2)……………………………………………………………………………….. 91

شکل(4-35):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل NS……………………………………………………. 92

شکل(4-36):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل SF…………………………………………………….. 92

شکل(4-37):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل SI……………………………………………………… 93

شکل(4-38):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل SE…………………………………………………….. 93

شکل(4-39):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در نمونه ها…………………………………………………….. 94

شکل(4-40):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل ………………………………………………………….. 95

شکل(4-41):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل ………………………………………………………….. 95

شکل(4-42):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در مدل SE…………………………………………………….. 96

شکل(4-43):نمودار نیروی محوری نسبت به تغییرمکان محوری در نمونه ها…………………………………………………….. 96