ارزیابی تجربی و طول پیوند موثر برای ستون‌های RC تقویت‌شده

زمین لرزه های فاجعه بار اخیر به بسیاری از سازه های بتنی قدیمی و از پیش موجود آسیب جدی وارد کرده است و خسارات جانی و مالی قابل توجهی به بار آورده است. هنگامی که وضعیت ستون ضعیف و تیر قوی در آن سازه ها حاکم بود، ستون ها معمولاً به دلیل ضعف مشترک، عدم وجود آرماتور عرضی یا محصور شدن، شکست برشی را تجربه می کنند. این امر منجر به آسیب ساختاری قابل توجه یا فروریختن کل سازه شده است. با توجه به این موضوع، ساختمان‌های جدید در مناطق لرزه‌ای فعال به‌طور دقیق برنامه‌ریزی شده‌اند تا با مشخصات دقیق‌تری که در بسیاری از مقررات ساختمانی گنجانده شده‌اند، مطابقت داشته باشند. علاوه بر این، پیشنهاد شده است که یکی از کارآمدترین و مقرون به صرفه ترین راه ها برای کاهش آسیب، تقویت سازه های بتنی موجود با تقویت اضافی است.

به طور خاص، علاقه به استفاده از پلیمر تقویت‌شده با الیاف (FRP) برای بهبود یا تعمیر سازه‌های مهندسی عمران در چند دهه گذشته افزایش یافته است [1]، [2]، [3، [4]، [5] . می توان عمر مفید سازه های بتن مسلح را با استفاده از ورق های FRP چسبانده شده خارجی برای بازسازی و تقویت آنها افزایش داد که از نیاز به تخریب ساختمان های موجود جلوگیری می کند [6]، [7]، [8]، [9]، [6]. 10]، [11].

آزمایش‌های آزمایشگاهی و آزمایش‌های میدانی متعددی در دو دهه گذشته برای تعیین اثربخشی استفاده از ورق‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف خارجی (FRP) برای تقویت و تعمیر/بازسازی بتن انجام شده است. رایج ترین حالت شکست در سطح مشترک بین FRP و بتن به دلیل جدا شدن FRP از بستر است که به دلیل تمرکز زیاد تنش در انتهای سخت کننده ایجاد می شود [12]، [13]. مشخصات مکانیکی و فیزیکی بتن، سختی و ضخامت FRP، ضخامت چسب و طول پیوندها همگی تأثیر قابل توجهی بر ظرفیت اتصال رابط FRP به بتن دارند [14]، [15] ، [16]، [17].

شکست زودهنگام ناشی از جداسازی ورق های FRP ممکن است سطح ایمنی سازه های تقویت شده را نیز کاهش دهد. در نتیجه، مهندسان و دانشگاهیان به طور فزاینده ای به موضوع جداسازی توجه می کنند. رابطه تنش-لغز باند، استحکام پیوند، انرژی شکست سطحی و EBL همگی کانون تحقیقات متعدد بوده‌اند. به منظور تعیین حداکثر باری که سازه تقویت شده می تواند تحمل کند، از EBL برای ارزیابی استحکام پیوند بین FRP و بتن استفاده می شود. EBL طولی را نشان می دهد که بیشتر تنش باند در آن حفظ می شود. این بدان معنی است که ناحیه اتصال فعال که در طول آن بیشتر تنش سطحی به بتن منتقل می شود. زمانی که طول پیوند FRP در امتداد رابط FRP-بتن از طول پیوند موثر بیشتر شود، دیگر افزایش بار شکست امکان پذیر نیست. فرمول برای ارزیابی EBL در حال حاضر در قوانین طراحی، دستورالعمل ها و مشخصات متعددی در سراسر جهان استفاده می شود [18]، [19]، [20]، [21]، [22]، [23]، [24]، [25]. ].

شیشه (GFRP) و کربن (CFRP) دو ماده ای هستند که اغلب برای ساخت ورق های FRP استفاده می شوند، اما مواد دیگری مانند آرامید نیز در دسترس هستند [3]. آرامید ماده ای است با کیفیت های استثنایی، از جمله وزن سبک، استحکام کششی بالا و سهولت استفاده [26]، [27]، [28]. آرامید قبلاً در سازه های بتنی برای تقویت نمای خارجی استفاده می شده است. با این حال، مطالعات کمی در مورد ویژگی‌های دینامیکی رابط آرامید-بتن، چگونگی تأثیر نرخ کرنش بر EBL را در نظر گرفته‌اند. تقریباً تمام سازه‌های بتنی آرامید با پیوند خارجی در برابر بارهای دینامیکی ناشی از مواردی مانند انفجار، ضربه و زلزله آسیب‌پذیر هستند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد ویژگی‌های رابط آرامید-بتن، تعیین اینکه آیا و چگونه نرخ کرنش بر EBL رابط تحت بارگذاری دینامیکی تأثیر می‌گذارد، ضروری است.

با در نظر گرفتن این موضوع، هدف اصلی این مطالعه ارزیابی تجربی و پیش‌بینی مؤثر مدل FE از EBL برای ورق‌های آرامید برای تقویت ستون‌های RC است. ابتدا، آزمایش‌ها با نمونه‌های مختلف مانند ستون‌های RC (RRC-Orig) و ستون‌های RC با ورق‌های آرامید تقویت‌کننده (RRC-Ara-A، RRC-Ara-B، RRC-MLCP) تحت بارگذاری چرخه‌ای انجام شد. سپس، مدل FE توسط برنامه LS-DYNA (یا ABAQUS، ANSYS، و غیره) برای بررسی پاسخ ستون‌های سازه‌ای با و بدون آرامید تقویت‌کننده، در حالی که تأثیر سیستم تقویت‌کننده بر ستون‌های RC را نیز در نظر گرفت، توسعه یافت. پاسخ های شبیه سازی شده با استفاده از آن آزمایش ها تایید شدند. سپس، برای تعیین اینکه کدام مدل برای پیش‌بینی رفتار پیوند رابط آرامید به بتن مناسب است، مدل های EBL ارائه شده در تحقیقات تجربی قبلی مورد بررسی قرار گرفتند. نمودار جریان برای روش شناسی این مطالعه در شکل 1 نشان داده شده است.