رفتار خستگی کامل در اتصالات متصل NSM CFRP به بتن

نزدیک به دو دهه پیش، تکنیک استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف نزدیک به سطح (NSM) با توجه تحقیقاتی برای تقویت سازه‌های بتن مسلح موجود (RC) پدیدار شد. در مقایسه با روش سنتی FRP با پیوند خارجی (EB)، روش NSM مزایای بسیاری را نشان داده است، از جمله اما محدود به موارد زیر نیست: (1) آماده سازی سطح کمتر و نصب سریعتر. (2) عملکرد پیوند بهتر که منجر به استفاده کامل احتمالی از مواد FRP می شود. و (3) تعبیه آرماتور FRP در بتن محافظت در برابر آسیب مکانیکی، آتش سوزی و پیری را فراهم می کند [1]، [2]، [3]، [4].

تحقیقات قابل توجهی از آن زمان با استفاده از آزمایش خروج مستقیم (DPT) یا آزمایش خروج پرتو (BPT) با هدف بررسی رفتار مکانیکی اتصالات متصل NSM FRP به بتن انجام شده است. پارامترهای مورد بررسی شامل اما نه محدود به مقاومت بتن [5]، [6]، [7]، طول پیوند یا ابعاد شیار [8]، [9]، [10]، [11]، [12]، [13]، [14]، مواد FRP (شیشه، کربن و بازالت)، شکل مقطع FRP (گرد، نوار و مستطیل)، عملیات سطحی FRP (صاف، زبر، شیاردار، آجدار، زخم مارپیچی، روکش شده با ماسه، پوشش داده شده با ماسه و زخم مارپیچی) و نوع چسب [15]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]، [22]، [23]، [24]. تلاش‌های تحقیقاتی قابل‌توجهی نیز به تیرهای بتنی تقویت‌شده NSM FRP [25]، [26]، [27]، [28]، [29] و همچنین ستون‌های بتنی مقاوم‌سازی شده [30] اختصاص یافته است.

همچنین توجه زیادی به رفتار خستگی تیرهای بتنی تقویت شده NSM FRP جلب شده است، به ویژه در حالت خمشی، که در آن طول عمر خستگی طولانی به طور تجربی برای تیرهای تقویت شده تأیید شد [33]، [34]، [35، [36]، [37] . حالت های شکست خستگی معمولی مشاهده شده شامل شکستگی تقویت کننده های فولادی کششی [33]، [34]، [35]، [36]، [37]، [38]، [39]، [40]، [41]، NSM FRP است. جداسازی [38]، [39]، [40]، جداسازی پوشش بتنی [42]، [43] و برش [38]. برای شکست جداسازی FRP، گزارش شده است که تغییرات جزئی در بار اعمال شده می تواند منجر به تغییر عمده در عمر خستگی تیرهای RC تقویت شده شود [38]. چرخه های خستگی ممکن است منجر به زوال پیوند NSM CFRP به بتن شود [44]. همچنین جداشدگی در تیرهای RC تقویت شده NSM CFRP پیش تنیده در سطوح پیش تنیدگی پایین تر مشاهده شد [45].

با این حال، مطالعات محدودی برای بررسی مستقیم خصوصیات پیوند و تکامل آرماتورهای NSM FRP در بتن تحت بارگذاری خستگی مکرر انجام شده است. یک سری از BPT ها توسط Sena-Cruz و همکاران انجام شد. [46] برای ارزیابی رفتار پیوند NSM کربن FRP (CFRP) اتصالات نوار به بتن با طول‌های پیوند مختلف (60، 90، یا 120 میلی‌متر) تحت بارگذاری یکنواخت و چرخه‌ای. گزارش شده است که 10 چرخه تخلیه/بارگیری مجدد اعمال شده با سطح بار ثابت 60، 75 یا 90 درصد از ظرفیت بیرون کشیدن استاتیک، تأثیر ناچیزی بر نیروی کشش نهایی نمونه ها نشان می دهد، اگرچه پس از اوج گیری قابل توجهی است. کاهش بار سفتی باند مشاهده شد. یک پیکربندی DPT برشی دوگانه توسط یون و همکاران توسعه داده شد. [47] برای مقایسه رفتار پیوند خستگی چهار سیستم مختلف پیوند FRP (EB، NSM، فیبر لنگر، و تکنیک های پیوند هیبریدی). نتیجه گیری شد که سیستم NSM کمترین سفتی پیوند و سریعترین توسعه پیوند را تحت بارگذاری خستگی دارد اما ممکن است شکل پذیری بالاتری در اعضای ساختاری ایجاد کند. بر اساس نتایج آزمایش اتصالات باند شده NSM CFRP تحت نمونه‌های دال تقویت‌شده DPT و NSM CFRP تحت آزمایش خمشی، تخریب پیشرونده سفتی باند توسط Fernandes و همکاران گزارش شد. [48] ​​برای نمونه‌های DPT در طول چرخه‌های خستگی. اما تأثیر چرخه های خستگی بر روی سفتی یا ظرفیت پس از خستگی نمونه های دال ناچیز است. یک سری از DPTهای خستگی با استفاده از میله ها و نوارهای CFRP توسط چن و چنگ [49] انجام شد، که در آن با وجود کاهش اندک در استحکام باند متوسط، تخریب قابل توجهی در استحکام باند محلی مشاهده شد.

با این حال، هیچ یک از مطالعات موجود به طور سیستماتیک رفتار خستگی کامل اتصالات متصل NSM FRP به بتن را با در نظر گرفتن مجموعه ای جامع از پارامترها مطابق با پارامترهایی که به طور گسترده در DPT استاتیک مورد مطالعه قرار گرفته اند، بررسی نکردند. داده‌های آزمایشی موجود در مورد زوال باند به دلیل چرخه‌های خستگی هنوز برای ارائه مدل‌های پیوند خستگی قابل اعتماد برای اعضای ساختاری تقویت‌شده RC کافی نیست. با توجه به این شکاف تحقیقاتی، رفتار خستگی کامل در این تحقیق از طریق یک سری از DPTهای مستقیم تک برشی تحت بارگذاری خستگی، از جمله ویژگی‌های باند موضعی و تخریب ناشی از پارامترهای مختلف، انجام می‌شود. اینها شامل اشکال مقطعی مختلف تقویت کننده NSM (میله و نوار)، عملیات سطحی مختلف تقویت کننده NSM (زبری، پوشش داده شده با ماسه، پوشش شنی و زخم مارپیچی) است. انواع مختلف چسب اپوکسی، محدوده بار خستگی متفاوت و دو دسته بتن با مقاومت متفاوت. فرآیند شکست خستگی اتصال NSM CFRP به بتن از نظر توسعه توزیع تنش باند محلی، لغزش نسبی در انتهای بارگذاری شده و سفتی پیوند در طول بارگذاری چرخه‌ای نشان داده شده است. مکانیسم شکست متفاوت اتصال NSM CFRP به بتن که در معرض چرخه های خستگی نسبت به آن تحت DPT استاتیک قرار می گیرد، ارائه شده است.