ستون های بتنی آب دریا-ماسه دریا با استفاده از میله های کامپوزیت

در مهندسی دریا و سواحل با شرایط محیطی شدید، سازه‌های بتنی مسلح میلگردهای فولادی از کاهش ظرفیت بار، کاهش عمر مفید و همچنین نگهداری دشوار ناشی از خوردگی میله‌های فولادی معمولی رنج می‌برند. علاوه بر این، ساخت زیرساخت های دریایی به دلیل کمبود جدی ماسه رودخانه و آب شیرین در اختلاط بتن جلوگیری می شود، اما استفاده از شن و ماسه دریا و آب دریا به عنوان جایگزین به طور جدی توسط یون کلرید غنی آن که باعث خوردگی شدید فولاد می شود محدود می شود [1]، [2]. ]. برای رسیدگی به این مسائل ناشی از خوردگی آرماتورهای فولادی، جایگزینی میله فولادی با مواد تقویت کننده غیرخورنده یک راه حل اساسی است. تقویت پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) که دارای استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی است. برای چندین دهه برای جایگزینی میلگرد فولادی در سازه های بتن مسلح معرفی شده است [3]، [4]. در مقایسه با سایر انواع میلگردهای FRP، از جمله میلگردهای کربن-FRP (CFRP)، آرامید-FRP (AFRP) و میلگردهای بازالت-FRP (BFRP)، میلگردهای شیشه-FRP (GFRP) مقرون به صرفه ترین برای صنعت ساختمان هستند [5]. ، [6]. با این وجود، کاربرد گسترده میله‌های FRP به دلیل چندین کاستی به عنوان نوار طولی ستون‌ها محدود شده است. به دلیل خواص فشاری بدتر از جمله مدول الاستیک آشکارا پایین میلگردهای FRP در مقایسه با میلگردهای فولادی، میلگردهای FRP طولی در فشار، تأثیر محدودی بر ظرفیت بارگذاری ستون دارند که باید از آن غفلت کرد [5]. میکرو کمانش الیاف داخلی منجر به شکست زودرس میله های FRP در فشرده سازی می شود [5]، [7]. مهمتر از آن، میلگردهای FRP با عملکرد الاستیک خطی منجر به شکست شکننده بدون هشدار کافی و ظرفیت اتلاف انرژی پایین ستون‌ها می‌شوند که در حملات لرزه‌ای نقص جدی است [8]، [9]. با توجه به این کاستی ها و عدم تحقیق، ACI 440.1R-15 [5] پیشنهاد می کند که نمی توان از میله های FRP به عنوان میله های طولی ستون ها استفاده کرد. در نتیجه، لازم است به دنبال میله‌های طولی جایگزین با خواص مکانیکی بهتر برای ستون‌های بتن شن و ماسه آب دریا (SWSSC) مهندسی دریایی، به ویژه برای مناطق لرزه‌خیز بالا باشیم.

برای غلبه بر نقاط ضعف فوق برای میله FRP طولی، میله کامپوزیت فولاد-FRP (SFCB) پیشنهاد شده است [10]، [11]، [12]. از لایه محافظ بیرونی FRP و میله فولادی داخلی تشکیل شده است. میله فولادی داخلی منجر به افزایش قابل توجهی در مدول الاستیک و ویژگی های تسلیم می شود و خواص مکانیکی میلگردهای FRP را به طور موثر بهبود می بخشد [13]، [14]. علاوه بر این، لایه بیرونی FRP می تواند محافظت موثری از میله فولادی داخلی و سفتی پس از تسلیم ایجاد کند [15]. جایگزینی میله فولادی طولی با SFCB با سختی محوری مشابه منجر به رفتار خمشی و برشی بهتر اعضای بتنی، از جمله حالت شکست یکسان، ظرفیت بار بالاتر و همچنین قابلیت سرویس دهی مطلوب می شود [16]، [17]. زیر بار لرزه ای، مشخصه تسلیم و سختی پس از تسلیم SFCB می تواند رفتار لرزه ای اعضا را از طریق افزایش کنترل پذیری آسیب، شکل پذیری و تغییر شکل پذیری بهبود بخشد [18، [19]. در برابر پس زمینه فوق الذکر، SFCB بادوام و انعطاف پذیر دارای پتانسیل بالایی به عنوان نوار طولی ستون های SWSSC برای زیرساخت های دریایی است.

ستون ها مهم ترین اعضای سازه ها هستند که شکست آنها در یک مکان مهم می تواند منجر به ریزش کامل سازه شود. تاکنون، مطالعات قبلی عمدتاً بر روی عملکرد خمشی، برشی و لرزه‌ای اعضای بتن مسلح SFCBs طولی هیبریدی و اتصالات FRP (هیبرید-RC) متمرکز شده‌اند، اما تحقیقات بسیار کمی برای مطالعه رفتار ستون هیبرید-RC انجام شده است. تحت بار فشاری محوری حتی برای ستون های تقویت شده توسط میلگردهای FRP، عملکرد فشاری آن هنوز به عنوان ستون تقویت شده توسط میله های فولادی به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته است. برای میله FRP، مقاومت فشاری آن در مقایسه با مقاومت کششی به طور قابل توجهی بدتر است [7]. برخی از تحقیقات [20]، [21] نشان می‌دهند که مدول الاستیک در فشرده‌سازی در مقایسه با مدول الاستیک کشش برای نوار FRP بدتر است، در حالی که مطالعات دیگر [22]، [23] نشان می دهد که میله FRP دارای مدول الاستیک فشاری و کششی برابر است. علاوه بر این، چندین روش مختلف پیش‌بینی ظرفیت بار محوری برای ستون‌های تقویت‌شده توسط میله‌های FRP ایجاد شده‌اند. CSA S806-12 [24] پیشنهاد می کند که از اثر میلگردهای FRP طولی تحت فشار غفلت شود، و ACI CODE-440.11-22 [25] پیشنهاد می کند که میلگردهای FRP تحت فشار، سختی و استحکام مشابهی با بتن اطراف دارند. با این حال، روش پیش‌بینی با نادیده گرفتن سهم فشرده‌سازی میله‌های FRP منجر به دست کم‌گرفتن شدید ظرفیت بار محوری برای ستون‌ها به میزان 23 درصد می‌شود [7]. برای ستون های هیبریدی-RC، عملکرد مکانیکی منحصر به فرد SFCB به طور اجتناب ناپذیری بر مکانیسم فشرده سازی و سهم آن در ستون ها تأثیر می گذارد. مطالعه قبلی [26] نشان می دهد که SFCB استحکام فشاری قابل توجهی کمتری نسبت به FRP و میله فولادی دارد. که ممکن است به عملکرد فشاری محوری ستون ها آسیب برساند. فانگ و همکاران [9]، [27] ستون های تقویت شده با ترکیبی SFCB و FRP چند مارپیچی به هم پیوسته را مورد بررسی قرار دادند و دریافتند که کاهش فاصله مارپیچی می تواند رفتار پس از پیک ستون ها تحت فشار را بهبود بخشد. اما چند مارپیچی جدید فاصله بین میله‌ها را کاهش می‌دهد و ممکن است در ساخت با مشکل مواجه شود. به طور کلی، کمبود مشاهدات تجربی و روش‌های پیش‌بینی مربوطه در مورد رفتار فشاری محوری ستون‌های هیبریدی-RC منجر به خطر شکست شدید، جلوگیری از طراحی و کاربرد می‌شود. بنابراین، بررسی گسترده عملکرد ستون هیبریدی-RC تحت بار فشاری محوری ضروری است. [27] ستون های تقویت شده با SFCB هیبریدی و FRP چند مارپیچی به هم پیوسته را بررسی کردند و دریافتند که کاهش فاصله مارپیچی می تواند رفتار پس از پیک ستون ها تحت فشار را بهبود بخشد. اما چند مارپیچی جدید فاصله بین میله‌ها را کاهش می‌دهد و ممکن است در ساخت با مشکل مواجه شود. به طور کلی، کمبود مشاهدات تجربی و روش‌های پیش‌بینی مربوطه در مورد رفتار فشاری محوری ستون‌های هیبریدی-RC منجر به خطر شکست شدید، جلوگیری از طراحی و کاربرد می‌شود. بنابراین، بررسی گسترده عملکرد ستون هیبریدی-RC تحت بار فشاری محوری ضروری است. [27] ستون های تقویت شده با SFCB هیبریدی و FRP چند مارپیچی به هم پیوسته را بررسی کردند و دریافتند که کاهش فاصله مارپیچی می تواند رفتار پس از پیک ستون ها تحت فشار را بهبود بخشد. اما چند مارپیچی جدید فاصله بین میله‌ها را کاهش می‌دهد و ممکن است در ساخت با مشکل مواجه شود. به طور کلی، کمبود مشاهدات تجربی و روش‌های پیش‌بینی مربوطه در مورد رفتار فشاری محوری ستون‌های هیبریدی-RC منجر به خطر شکست شدید، جلوگیری از طراحی و کاربرد می‌شود. بنابراین، بررسی گسترده عملکرد ستون هیبریدی-RC تحت بار فشاری محوری ضروری است. اما چند مارپیچی جدید فاصله بین میله‌ها را کاهش می‌دهد و ممکن است در ساخت با مشکل مواجه شود. به طور کلی، کمبود مشاهدات تجربی و روش‌های پیش‌بینی مربوطه در مورد رفتار فشاری محوری ستون‌های هیبریدی-RC منجر به خطر شکست شدید، جلوگیری از طراحی و کاربرد می‌شود. بنابراین، بررسی گسترده عملکرد ستون هیبریدی-RC تحت بار فشاری محوری ضروری است. اما چند مارپیچی جدید فاصله بین میله‌ها را کاهش می‌دهد و ممکن است در ساخت با مشکل مواجه شود. به طور کلی، کمبود مشاهدات تجربی و روش‌های پیش‌بینی مربوطه در مورد رفتار فشاری محوری ستون‌های هیبریدی-RC منجر به خطر شکست شدید، جلوگیری از طراحی و کاربرد می‌شود. بنابراین، بررسی گسترده عملکرد ستون هیبریدی-RC تحت بار فشاری محوری ضروری است.

در این مطالعه، آزمایش فشار برای تقویت برای بررسی خواص فشاری چهار نوع SFCB انجام شده است. سپس عملکرد فشاری محوری 15 ستون SWSSC برای تجزیه و تحلیل اثر نوع میله، نسبت میله طولی و همچنین فاصله کراواتی آزمایش می‌شود. حالت شکست، رفتار بار-کرنش، و همچنین پاسخ تغییر شکل حجمی ستون، به تفصیل ارائه شده است. برای پرداختن به پیش‌بینی نادرست مدل‌های موجود و دستیابی به تاکتیک‌های طراحی ایمن‌تر برای ستون‌های هیبریدی-RC، یک مدل پیش‌بینی اصلاح‌شده پیشنهاد شده و بر اساس تحلیل تجربی و نظری تأیید می‌شود. انتظار می‌رود این یافته‌ها مبنای تجربی معنادار و تاکتیک‌های طراحی ایمن را برای ستون‌های هیبریدی-RC ارائه دهند، که در ابتدا امکان‌سنجی این طرح تقویت ترکیبی SWSSC را اثبات می‌کند.