پاورپوینت کاربرد کامپوزیتهای FRP در سازههای بتن آرمه
فهرست :
کاربرد کامپوزیتهای FRP در سازههای بتن آرمه
خلاصه
مقدمه
راه حل مساله
ساختار مصالح FRP
الیاف شیشه
الیاف کربن
الیاف آرامید
انواع محصولات FRP
میلههای کامپوزیتی FRP
دوام کامپوزیتهای FRP
استفاده از مواد FRP به عنوان مسلح کنندة خارجی در سازهها
مقاوم سازی سازههای بتن آرمه با مواد FRP
خلاصه و نتیجه گیری
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.
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. 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.
هزینة بازسازی و یا تعمیر سازههای پارکینگ در کانادا، 4 تا 6 میلیارد دلار کانادا تخمین زده شده است. 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.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. 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.
به طور کلی در این مطلب به کاربرد کامپوزیتهای FRP در سازههای بتن آرمه به صورت جامع پرداخته میشود...
دانلود سمینار سازههای باز شونده و جمع شونده
این محصول در قالب فایل word و در 54 صفحه تهیه و تنظیم شده است.
توجه :
شما می توانید با خرید این محصول فایل " قلق های پایان نامه نویسی (از عنوان تا دفاع)" را به عنوان هدیه دریافت نمایید.
فهرست مطالب
فصل اول
1-1 مقدمه. 1
1-2 تعریف سازههای فضایی باز شونده و جمع شونده 2
1-3 موارد کاربرد سازههای فضایی باز شونده و جمع شونده 2
1-3-1 موارد نیاز به سازههای باز شونده و جمع شونده 2
1-3-2 مزایای سازههای فضایی باز شونده و جمع شونده. 2
1-3-3 موارد استفاده 3
1-4 مکانیزمهای مختلف در سازههای باز شونده و جمع شونده 4
1-4-1 مکانیزمهای چتری.. 4
1-4-2 مکانیزم المانهای تا شونده مفصلی (زانویی) 5
1-4-3 مکانیزم المانهای قیچی سان.. 5
1-4-4 مکانیزم کشویی.. 5
1-4-5 سازههای باد شده با هوا 6
1-4-6 مکانیزم سازههای تا شونده صفحه ای.. 6
1-5 بافتار مختلف در سازههایی باز شونده و جمع شونده 6
1-5-1 سازههای خطی.. 7
1-5-2 شبکههای تخت... 7
1-5-3 شبکههای بلوری.. 7
1-5-4 چلیک استوانه ای با نقش دو طرفه. 8
1-5-5 چلیک استوانه ای با نقش سه طرفه. 9
1-5-6 گنبدهای کروی با نقش دو طرفه. 9
1-5-7 گنبدهای کروی با نقش سه طرفه. 10
1-5-8 گنبدهای کروی با المانهای قیچی سان 3 لولایی.. 10
1-5-9 گنبدهای کروی ژئودزیک.... 11
1-5-10 سایر انواع سازههای باز شونده و جمع شونده 11
1-6 طرح گرهها و اتصالات و روشهای باز و بسته کردن سازه 11
1-7 تاریخچه سازههای فضا کار باز و جمع شونده 12
1-8 نمونههایی از سازههای جمع شونده و باز شونده از سراسر دنیا 12
2-1 طراحی هندسی سازه های فضایی بازشونده وجمع شونده 16
2-1-1 اصول کلی و روابط هندسی.. 16
2-1-2 طراحی هندسی در شبکههای فضایی تخت مشکل از واحدهای چند ضلعی منتظم 17
2-2 رفتار سازه های باز شونده و جمع شونده در مرحله باز و بسته شدن 23
2-2-1 بررسی پارامترهای هندسی موثر بر رفتار سازه در حین باز و بسته شدن 23
2-2-2 تغییرات کمیتهای سازه ای در حین جمع شدن سازه 26
2-2-3 پارامترهای موثر بر رفتار غیر خطی سازه در حین باز شدن.. 27
2-3 تحلیل و طراحی.. 32
2-3-1 روند آنالیز ماتریسی سازههای باز شونده و جمع شونده 32
2-3-2 روند طراحی سازههای باز شونده و جمع شونده 39
2-3-3 طرح المانهای کابل و میله. 39
2-3-4 طرح المانهای قیچی سان.. 40
2-4 بهینه یابی سازه های بازشونده و جمع شونده 41
2-4-1 فرآیند طراحی بهینه. 41
2-4-2 رابطه سازی مسائل بهینه یابی.. 41
2-4-3 رابطه سازی سازه فضا کار باز شونده و جمع شونده 42
2-4-4 متغیرهای از پیش تعیین شده 43
2-4-5 متغیرهای طراحی.. 43
2-4-6 تابع هدف... 43
2-4-7 قیدهای طراحی.. 43
2-4-8 نمودار جریان بهینه یای وزن سازه تاشو. 45
2-4-9 روشهای نو در بهینه سازی.. 45
2-4-9 روشهای نو در بهینه سازی.. 46
2-5 کارهای آتی و زمینههای تحقیق آینده 47
منابع.. 48
کاربرد کامپوزیت در سازههای بتن آرمه
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.
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.
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.
مواد FRP از دو جزء اساسی تشکیل میشوند؛ فایبر (الیاف) و رزین (مادة چسباننده). فایبرها که اصولاً الاستیک، ترد و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در مادة FRP محسوب میشوند. بسته به نوع
کاربرد کامپوزیتهای FRP در سازههای بتن آرمه و بررسی دوام آنها
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.
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.
مواد FRP از دو جزء اساسی تشکیل میشوند؛ فایبر (الیاف) و رزین (مادة چسباننده). فایبرها که اصولاً الاستیک، ترد و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در مادة FRP محسوب میشوند. بسته به نوع فایبر، قطر آن در محدودة 5 تا 25 میکرون میباشد [11].
رزین اصولاً به عنوان یک محیط چسباننده عمل میکند، که فایبرها را در کنار یکدیگر نگاه میدارد. با این وجود، ماتریسهای با مقاومت کم به صورت چشمگیر بر خواص مکانیکی کامپوزیت نظیر مدول الاستیسیته و مقاومت نهایی آن اثر نمیگذارند. ماتریس (رزین) را میتوان از مخلوطهای ترموست و یا ترموپلاستیک انتخاب کرد. ماتریسهای ترموست با اعمال حرارت سخت شده و دیگر به حالت مایع یا روان در نمیآیند؛ در حالیکه رزینهای ترموپلاستیک را میتوان با اعمال حرارت، مایع نموده و با اعمال برودت به حالت جامد درآورد. به عنوان رزینهای ترموست میتوان از پلیاستر، وینیلاستر و اپوکسی، و به عنوان رزینهای ترموپلاستیک از پلیوینیل کلرید (PVC)، پلیاتیلن و پلی پروپیلن (PP)، نام برد [3].
فایبر ممکن است از شیشه، کربن، آرامید و یا وینیلون باشد که در اینصورت محصولات کامپوزیت مربوطه به ترتیب به نامهای GFRP، CFRP،AFRP و VFRP شناخته میشود. در ادامه شرح مختصری از بعضی از فایبرهای متداول ارائه خواهد شد.