پنج شنبه 30 فروردین 1397
English
نمایندگان گروه مقاوم سازی دریابیگی

مقاوم سازی دریابیگی

کاربرد FRP در ساخت سازه ها

کاربرد ميلگرد FRP در ساخت سازه های بتنی:

سازه‏هاي بتني سنتي معمولاً با فولاد پيش تنيده و يا فولاد غير پيش تنيده مسلح مي‏شوند. فولاد بطور مختصر در مقابل خوردگي به وسيله قلياي بتن محافظت مي‏شود و معمولاً سبب دوام خدمت‏ پذيري سازه مي‏گردد. براي خيلي از سازه‏هايي كه در محيط‏هاي مهاجم، از قبيل سازه‏هاي دريايي، پل‌ها يا پاركينگ‌هاي كه در معرض نمك‏هاي يخ‏زدا قرار مي‏گيرند. تركيب رطوبت، افزايش دما و محيط كلريدي، قلياي بتن را كاهش مي‏دهد و سبب خوردگي فولادهاي پيش تنيده و ميلگردهاي آن مي‏شود. فرآيند خوردگي نهايتاً سبب تخريب بتن و كاهش خدمت پذيري عضو مي‏گردد.

جديداً استفاده از مصالح كامپوزيت ساخته شده از الياف جايگذاري شده در يك رزين پليمري كه به عنوان FRP شناخته مي شوند، به عنوان يك جايگزين براي ميلگردها در سازه‏هاي بتني مورد استفاده واقع شده است.

مصالح FRP در محيط‏هاي مغناطيسي عايق مي‏باشند و مشكل خوردگي ندارند بنابراين با استفاده از اين مصالح از مشكل خوردگي و مشکلات تاثیرگذاری میدانهای مغناطیسی و الکتریکی در سازه‏هاي بتني مي‏توان جاوگیری نمود. بعلاوه اين مصالح داراي خصوصيات برتري از قبيل مقاومت كششي بالا مي باشد كه استفاده آنها را به عنوان مسلح كننده سازه‏هاي بتني مناسب مي‏نمايد

 محدوديت

بدليل اينكه ميلگردهاي FRP داراي يك رفتار غير شكل پذير مي باشند، استفاده از ميلگردهاي FRP بايد محدود به سازه‏هايي شود كه مهمترين مشكل آن خوردگي و يا مشكلات الكترومغناطيسي مي باشد.

رفتار مكانيكي ميلگردهاي FRP با رفتار ميلگردهاي فولادي متفاوت مي‏باشد. بنابراين فلسفه طراحي ساختمان‏هاي بتني با استفاده از ميلگردهاي FRP داراي تغييراتي نسبت به ميلگردهاي فولادي مي‏باشد. ميلگردهاي فولادی داراي يك رفتار تقريباً ايزوتروپيك مي‏باشند ولي ميلگردهاي FRP ناهمسانگرد هستند و داراي خصوصيات برتر (مقاومت كششي بالا) فقط در جهت اصلي الياف مي‏باشند.

اين رفتار ناهمسانگرد در مقاومت برشي و چسبندگي ميلگردهاي FRP به بتن تاثير مي‏گذارد. به علاوه مصالح FRP داراي رفتار الاستيك خطي مي‏باشند و از خود رفتار جاري شدن (وارد شدن به مرحله پلاستيك) مانند فولاد نشان نمي‏دهند. روش‏هاي طراحي بايد كمبود شكل‏پذيري در سازه‏هاي مسلح شده با ميلگردهاي FRP را در نظر بگيرد. بنابراین خصوصیات مصالح FRP قبل از مسلح کردن سازه لازم است که ملاحظه گردد تا قابلیت کاربری مناسب برای سازه مدنظر را دارا باشد.

جدول مقايسه خصوصيات مكانيكي ميلگردهاي FRP و فولاد

AFRP

CFRP

GFRP

Steel

 

N/A

N/A

N/A

276 to 517 MPa

تنش جاري شدن

1720 to 2540 MPa

600 to 3690 MPa

483 to 1600 MPa

483 to 690 MPa

مقاومت كششي

41 to 125 GPa

120 to 580 GPa

35 to 51 GPa

200 GPa

مدول الاستيسيته

N/A

N/A

N/A

1.4 to 2.5

كرنش جاري شدن %

1.9 to 4.4

0.5 to 1.7

1.2 to 3.1

6 to 12

كرنش شكست %

 

جدول مقايسه ضريب انبساط حرارتي ميلگردهاي FRP با بتن و فولاد

Concrete

AFRP

CFRP

GFRP

Steel

جهت

7.2 to 10.8

-6 to -2

-9 to 0

6 to 10

10-6 1/Cº×  (10-11.7)

αL ضريب انبساط حرارتي طولي1/Cº

7.2 to 10.8

60 to 80

74 to 104

21 to 23

10-6 1/Cº×  (10-11.7)

αT ضريب انبساط حرارتي عرضي1/C

 

رفتار فشاري

 مقاومت فشاري ميلگرد FRP از مقاومت كششي آن پايين‏تر مي‏باشد. حالت شكست براي ميلگرد FRP كه تحت فشار طولي قرار گرفته است مي‏تواند شامل شكست كششي جانبي، ريز كمانش‏هاي الياف يا شكست برشي شود.

حالت شكست به نوع الياف، درصد حجم الياف و نوع رزين بستگي دارد. مقاومت فشاري گزارش شده براي GFRP 55%، براي CFRP 76% و براي AFRP 20% برابر مقاومت كششي مي‏باشد.

در حالت كلي، مقاومت فشاري ميلگردهايي با مقاومت‏هاي بالاي كششي، بالا مي‏باشد، بجز در مورد AFRP كه الياف رفتار غير خطي در فشار در سطح پايين تنش نشان مي‏دهند.

مدول الاستيسيته فشاري ميلگردهاي FRP  معمولاً از مدول الاستيسيته كششي آنها پايين‏تر مي‏باشد.. بر طبق گزارشات مدول الاستيسيته فشاري براي GFRP تقريباً 80%، براي CFRP 85% و براي AFRP 100% مدول الاستيسيته کششی همان مصالح مي‏باشد.

 

رفتار برشي

اغلب ميلگردهاي FRP نسبتاً ضعيف در برش درون لايه‏اي، جاييكه لايه‏هاي رزين مابين الياف قرار مي‏گيرد، مي‏باشند. بدليل اينكه معمولاً هيچ لايه اليافي در عرض ميلگرد وجود ندارد. مقاومت برشي درون لايه‏اي به وسيله ماتريس پليمري نسبتاً ضعيف حاكم مي‏باشد. جهت قرار گيري الياف در راستاي غير اصلي مقاومت برشي را نيز با توجه به زاويه قرار گيري افزايش خواهد داد.

در مورد ميلگردهاي FRP، اين كمبود مقاومت برشي مي‏تواند به وسيله تابيدن يا پيچيدن الياف جانبي عرضي در برابر الياف اصلي بهبود يابد. قرارگيري فرعي همچنين مي‏تواند در خلال فرآيند پولتروژن اصلاح گردد.

- رفتار چسبندگي

عملكرد چسبندگي ميلگرد FRP، به طراحي فرآيند توليد، خصوصيات ميلگرد و شرايط محيطي بستگي دارد. براي مهار يك ميلگرد در بتن، نيروي چسبندگي مي‏تواند به وسيله عوامل زير منتقل شود:

  • مقاومت فصل مشترك چسب كه چسبندگي شيميايي ناميده مي‏شود.
  • مقاومت اصطكاك در فصل مشترك در برابر لغزش
  • درگيري مكانيكي ميلگرد و بتن بدليل نامنظمي سطح 

تصاویر