مقایسه عددی تاثیر میلگردهای فولادی و GFRP در تنش های حرارتی بر رفتار اتصالات تیر عریض-ستون بتن مسلح

خلاصه آتش سوزی یکی از خطراتی است که مطالعه پیرامون اثرات آن بر سازه های مختلف ضروری می باشد. آتش سوزی می تواند باعث به وجود آمدن خسارات زیادی شود. همچنین اطلاع زیادی از میزان خرابی بتن در معرض حرارت نیز وجود ندارد و این موضوع می تواند در مباحث مقاوم سازی سازه ها به طراحان کمک کند. تا چند دهه قبل، میلگرد فولاد تنها گزینه موجود برای مسلح کردن سازه ها بتنی بود. ترکیب میلگرد فولادی و بتن متقابلا مفید است. تا چند دهه پیش، میلگردهای فولادی عملا تنها گزینه برای مسلح کردن ساز ههای بتنی بودند. اما یکی از نقطه ضعف های بزرگ فولاد یعنی خوردگی آن به دلیل ترکیبات کلریدها و کربن دی اکسید در حضور رطوبت خصوصا در محیط های دریایی مهاجم، پلها، و گاراژهای پارکینگ در معرض یخ زدایی با نمک، سبب زوال سازه بتنی و در نهایت از بین رفتن قابلیت استفاده از آن می شد .رو شهای مختلفی برای فائق آمدن بر این مشکل پیشنهاد شد و در نهایت میلگردهای پلیمری مسلح به الیاف (FRP) به عنوان یک جایگزین مناسب برای میلگردهای فولادی در نظر گرفته شدند میلگردهای FRP دارای ویژگی های سودمند زیادی از قبیل مقاومت کششی بالا، وزن کم، غیرخورنده، غیر مغناطیس، تحمل خستگی بالا و هدایت الکتریکی و حرارتی پایین هستند. این خصوصیات از میلگردهای مسلح کننده FRP جایگزین مناسبی برای میلگردهای فولادی مرسوم در ساز ه های بتنی مسلحی(RC) که نیازمند به این ویژگی ها هستند، می سازد. به رغم مزیتهای شناخته شده FRP ، استفاده از آن در تسلیح اعضای خمشی از جمله تیرها و دال ها نگرانی هایی را به دنبال دارد. مدول الاستیسیته میلگردهای FRP خصوصا GFRP بسیار کمتر از میلگردهای فولادی می باشد که باعث می شود اتصالات FRP-RC سختی خمشی پس از ترک خوردگی کمتر و عرض ترک بزرگتری را نسبت به تیرهای RC به میلگرد فولادی (SRC) با نسبت آرماتور یکسان از تجربه کنند. همچنین به دلیل خطی و الاستیک بودن FRP ، گسیختگی در اعضای خمشی FRP-RC به مانند اعضای بتنی مسلح به میلگرد فولادی (SRC) ، شکل پذیر نخواهد بود. اتصالات یکی از نواحی بسیار حساس در کلیه قاب های سازه ای اعم از فولادی و بتنی می باشند که عملکرد آنها اثر بسیار مهمی بر روی پاسخ سازه دارد. بدین منظور مطالعه پیرامون رفتار انواع اتصالات تیر- ستون در شرایط محیطی متفاوت قابل اهمیت می باشد. شایان ذکر است، داده های آزمایشگاهی و عددی پیرامون رفتار اتصالات تیر- ستون بتن مسلح در حرارتهای بالا موجود نمی باشد. بعلاوه بدلیل ویژگی خاص اتصالات تیر عریض- ستون یعنی عبور بخشی از آرماتورهای طولی تیر عریض از خارج چشمه اتصال، در این پژوهش رفتار اتصالات تیر عریض- ستون بتن مسلح تحت تاثیر تنشهای حرارتی مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله ۸ مدل عددی اتصال تیر عریض- ستون تحت آتش سوزی اعم از میلگرد فولادی و GFRP مورد بررسی قرار گرفت. پس از اعتبارسنجی نمونه های مدلسازی شده، مطالعه پارامتریک بر روی آنها انجام شد. مساحت میلگرد های تیر، مقاومت بتن، ارتفاع تیر عریض، و درصد میلگرد های عبوری از چشمه اتصال در خصوص میلگرد های فولادی و GFRP مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان دادند مقاومت میلگردهای فولادی از GFRP درخصوص افزایش تیر بیشتر می باشد. همچنین افزایش میلگرد سبب پیوستگی بیشتر مقاومت فشاری می شود.این پیوستگی در خصوص میلگرد های فولادی از الیاف شیشه بیشتر است.مقاومت بتن در استفاده از میلگرد های GFRP کمتر از حالت مشابه با میلگرد های فولادی می باشد. همچنین کاهش میلگرد GFRP عبوری از هسته اتصال سبب کاهش مقاومت اتصال نسبت به استفاده از میلگرد های فولادی می باشد.در تمامی موضوعات مورد بررسی یک ویژگی مشترک وجود دارد؛تغییر مقاومت تا دمای حدود ۴۰۰ درجه سانتی گراد قابل پذیرش می باشد و در دمای حدود ۴۵۰ درجه سانتی گراد در اتصال مفصل پلاستیک شروع به تشکیل شدن میکند. و در دمای ۶۰۰ درجه سانتی گراد اتصال مقاومت خود را از دست می دهد و خیز شدیدی به خود می گیرد.

کلیدواژه ها:

کلمات کلیدی: اتصال تیر عریض-ستون ، آتش سوزی ، GFRP ، حرارت ، بتن ، میلگرد فولادی