رفتار تیرهای جعبه ای بتن با مقاومت بالا (HSC)

بتن با مقاومت بالا (HSC) در دو دهه اخیر در ساخت و ساز ساختمان و پل محبوبیت بیشتری پیدا کرده است. HSC مزایای زیادی نسبت به بتن با مقاومت معمولی (NSC) دارد که منجر به توسعه و ترویج گسترده آن شد. HSC خواص مکانیکی برتری نسبت به NSC ارائه می دهد، از جمله دوام، استحکام و سختی بیشتر [1]، [2]. علاوه بر این، HSC هزینه های ساخت و ساز را با کاهش سطح مقطع اعضای سازه کاهش می دهد [3]، [4]، [5]. بنابراین، HSC در تیرهای جعبه ای برای سازه های اصلی مانند پل های منحنی، پل های کابلی، پل های عابر پیاده و سازه های مرتفع مدرن برای حمل و نقل ریلی سبک استفاده شده است [6]. این گونه سازه ها معمولاً در محیط های خشن دریایی قرار می گیرند و ممکن است مشکلاتی مانند ترک خوردگی در اثر تنش های وارده یا جمع شدن و انبساط داشته باشند. هنگامی که چنین مشکلاتی رخ می دهد، رطوبت می تواند وارد سازه شود، میلگردهای تقویت کننده فولادی را خورده و در نتیجه یکپارچگی سازه از بین می رود. جایگزینی تقویت‌کننده‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) به جای آرماتورهای فولادی، خوردگی و فرسودگی و بازسازی مرتبط را از بین می‌برد و در نتیجه عمر مفید را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]. خوردگی میلگردهای تقویت کننده فولادی و در نتیجه از بین رفتن یکپارچگی سازه. جایگزینی تقویت‌کننده‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) به جای آرماتورهای فولادی، خوردگی و فرسودگی و بازسازی مرتبط را از بین می‌برد و در نتیجه عمر مفید را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]. خوردگی میلگردهای تقویت کننده فولادی و در نتیجه از بین رفتن یکپارچگی سازه. جایگزینی تقویت‌کننده‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) به جای آرماتورهای فولادی، خوردگی و فرسودگی و بازسازی مرتبط را از بین می‌برد و در نتیجه عمر مفید را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]. جایگزینی تقویت‌کننده‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) به جای آرماتورهای فولادی، خوردگی و فرسودگی و بازسازی مرتبط را از بین می‌برد و در نتیجه عمر مفید را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]. جایگزینی تقویت‌کننده‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف (FRP) به جای آرماتورهای فولادی، خوردگی و فرسودگی و بازسازی مرتبط را از بین می‌برد و در نتیجه عمر مفید را افزایش می‌دهد و هزینه‌های نگهداری را کاهش می‌دهد. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]. آرماتور FRP که به عنوان یک تقویت کننده داخلی استفاده می شود به عنوان یک تکنیک قابل دوام برای بهبود عملکرد سازه های بتن مسلح (RC) محبوبیت پیدا می کند. در دو دهه گذشته، میلگردهای تقویت‌کننده FRP در کاربردهای ساختاری متعددی به‌عنوان مثال، پل‌ها، شمع‌ها، گاراژهای پارکینگ، سازه‌های دریایی، مخازن آب و تونل‌ها استفاده شده‌اند [7، [8]، [9]، [10] ، [11]، [12]، [13]، [14]، [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21].

اعضای سازه‌ای که در معرض پیچش خالص قرار می‌گیرند، غیرمعمول هستند، زیرا ممان‌های پیچشی معمولاً با سایر اعمال کرنشی (ممان خمشی و نیروی برشی) در بخش بحرانی عضو همراه هستند. با این حال، پیچ خوردگی می تواند در برخی موارد، مانند تیرهای پل منحنی [22] حیاتی باشد. رفتار سازه ای یک عضو تحت پیچش خالص باید به خوبی شناخته شود تا در هر موردی که پیچ خوردگی رخ می دهد، سازه را با دقت طراحی کرد [3]. همه استانداردها و دستورالعمل‌های کد FRP-RC [23]، [24]، [25]، [26] معادلات تقریباً یکسانی را برای تعیین استحکام پیچشی حاصل از قیاس فضایی-خرپایی لوله‌ای با دیواره نازک ارائه می‌کنند. یک تغییر قابل توجه بین کدهای FRP-RC در تعیین مقاومت پیچشی در مورد مقاومت رکاب خمیده FRP وجود دارد. با توجه به خواص ناهمسانگرد مواد FRP، خم کردن میله های FRP برای تولید رکاب یا حلقه به طور قابل ملاحظه ای استحکام رکاب ها را در قسمت های خم شده کاهش می دهد [27]. S6-19 [25] و AASHTO-18 [24] معادله ای را برای تعیین استحکام بخش خمشی ارائه می دهند که عمدتاً به نسبت شعاع خمش به قطر میله بستگی دارد.

کار تجربی ارزشمندی بر روی رفتار تیرهای FRP-NSC با مقطع مستطیلی یا L شکل توپر تحت گشتاور پیچشی خالص ارائه شده است[28]، [29]، [30]، [31]، [32]. شهاب و همکاران [28] رفتار پیچشی تیرهای بتنی تقویت شده با کربن-FRP (CFRP)، شیشه-FRP (GFRP) یا آرماتور فولادی را به صورت تجربی بررسی کردند. بر اساس یافته های آنها، میلگردهای CFRP رفتار پیچشی بیشتری نسبت به میلگردهای GFRP و فولادی داشتند. مقاومت پیچشی اعضای FRP-NSC باید 10 تا 50 درصد کمتر از اعضای بتنی مسلح شده با فولاد باشد، بسته به پیکربندی تقویت کننده. دیفالا و همکاران [29] پنج تیر NSC جامد L شکل تقویت شده با رکاب GFRP متصل به عنوان تقویت کننده پیچشی را آزمایش کرد. آنها به این نتیجه رسیدند که رکاب های GFRP چسبانده شده، مقاومت پیچشی بالاتری نسبت به رکاب های خمیده GFRP و رکاب های فولادی دارند. Mohamed و Benmokrane [30] یک تحقیق تجربی را برای مطالعه رفتار پیچشی اعضای مستطیل شکل جامد NSC در مقیاس کامل که با GFRP و تقویت‌کننده فولادی تقویت شده‌اند، انجام دادند. آنها دریافتند که تمام نمونه های GFRP به دلیل پارگی رکاب GFRP در قسمت های خم شده شکست خوردند. علاوه بر این، نمونه GFRP استحکام پیچشی مشابهی با سفتی پیچشی پس از ترک کمتری نسبت به نمونه فولادی مشابه نشان داد. افزایش نسبت تقویت شبکه به طور قابل توجهی استحکام و سفتی پیچشی پس از ترک را افزایش داد. ژو و همکاران [31] تأثیر الیاف را بر رفتار پیچشی تیرهای RC که در داخل با تقویت کننده GFRP تقویت شده اند، بررسی کردند. نتایج آنها نشان می دهد که الیاف کارایی رکاب را افزایش داده و مقاومت پیچشی تیرها را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. علاوه بر این، افزایش محتوای فیبر فاصله و عرض ترک را کاهش داد. از سوی دیگر، به نظر می‌رسد ادبیات تنها یک مرجع به رفتار پیچشی تیرهای تقویت‌شده با مارپیچ‌های GFRP پیوسته دارد. حدود و همکاران [32] قدرت پیچشی اعضای مستطیل شکل جامد NSC در مقیاس کامل را که با میله‌های GFRP و مارپیچ‌های پیوسته GFRP تقویت شده‌اند، نشان داد. نتایج آزمایش آنها نشان می دهد که شکست پیچشی به دلیل پارگی رکاب GFRP در قسمت های خم شده همه نمونه های آزمایش شده است. علاوه بر این، نمونه GFRP تقویت شده با مارپیچ، استحکام پیچشی و سفتی پس از ترک بالاتری را در مقایسه با نمونه GFRP با بند همتای خود نشان داد.

تاکنون هیچ مطالعه ای در مورد رفتار پیچشی خالص تیرهای جعبه HSC تقویت شده با میله ها، بندها و مارپیچ های GFRP انجام نشده است. بنابراین، تحقیقات باید برای تولید داده‌های تجربی و پایه‌ای مناسب برای ارائه پیشنهادات طراحی برای گنجاندن در استانداردهای کد جدید GFRP انجام شود. این مقاله بخشی از کار آزمایشی در حال انجام و نتایج تیرهای جعبه پل بتنی تقویت شده با تقویت GFRP با یا بدون تقویت شبکه [33] را مورد بحث قرار می دهد. پارامترهای آزمایش شامل نوع، پیکربندی و میزان تقویت شبکه و همچنین نوع بتن است.