مطالعه عددی تاثیر قطر خوردگی در ستون های کوتاه فولادی دایروی شکل تقویت شده با CFRP

استفاده از کامپوزیت های FRP در مهندسی عمران در سال های اخیر توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. سازه های فولادی ممکن است در اثر بروز اشتباهات انسانی در طراحی، ضعف و اشکال در اجرای سازه ها، جزئیات نامناسب در تقویت کننده های فولادی، تغییر در کاربری ساختمان و یا بروز عوامل طبیعی (خوردگی، آتش سوزی، زنگ زدگی، زلزله و...) دچار آسیب شوند. ستون یکی از مهم ترین المان های سازه ای بوده که در تحمل و انتقال کلیه بارهای عمودی و جانبی نقش مهمی در عملکرد و رفتار سازه ای ایفا می کند. در حالت کلی نمی توان گفت عملکرد ستون ها به اندازه تمام ظرفیت خود می باشد و احتمال دارد در اثر بارهای وارده دچار کمانش و شکست شوند. یکی از روش های نوین در جهت تقویت و مقاوم سازی المان های سازه ای بکارگیری استفاده از الیاف کربنی (CFRP) در ستون های فولادی می باشد. تحقیق حاضر با بررسی تعداد ۹ نمونه ستون کوتاه فولادی تحت اثر آسیب خوردگی پیش رونده با درصدهای ۵۰٪ و ۱۰۰٪ بصورت عددی توسط نرم افزار آباکوس پرداخت. قطر خوردگی به میزان ۶۰ و ۸۰ میلی متر در موقعیت میانی اعضا در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد در اثر آسیب خوردگی اولیه در سطح جداره بیرونی ستون های کوتاه فولادی در موقعیت میانی اعضای آسیب دیده دچار کاهش سختی و تقلیل ظرفیت باربری محسوسی خواهند شد. آسیب خوردگی ۱۰۰٪ ایجاد شده در ناحیه میانی خرابی قابل توجهی در دو قطر ۶۰ و ۸۰ میلی متر به ترتیب به میزان ۴۷.۰۰ و ۴۸.۸۰- منجر به کاهش ظرفیت باربری در مقایسه با نمونه شاهد شد. همچنین همین آسیب برای ۵۰٪ به ترتیب برابر با ۱۸.۴۰ و ۱۹.۸۰- بیشترین کاهش ظرفیت باربری نسبت به نمونه کنترل رخ داد. حالت های شکست و کاهش ظرفیت تحمل بار در نمونه های آسیب دیده مشخص کرد هرچه ضخامت جداره بیرونی ستون کوتاه فولادی تحت اثر خوردگی پیش رونده قرار گیرد و به سمت خوردگی ۱۰۰٪ میل کند شدت کاهش سختی محوری و تمرکز تنش در این اعضا افزایش خواهد یافت. روند مقاوم سازی با استفاده از چهار لایه الیاف کربنی کمک شایانی به بهبود عملکرد محوری ستون های کوتاه فولادی داشت. تقویت اعضای آسیب دیده تاثیر مناسبی در جهت کنترل کمانش موضعی و خرابی حاصل از خوردگی ۵۰ و ۱۰۰ داشت. الیاف کربنی به عنوان مصالح مناسب و کارآمد در جهت مقاوم سازی ستون های فولادی نقش تاثیرگذاری در بهبود و افزایش سختی اعضای آسیب دیده از خود نشان دادند.

کلیدواژه ها:

ستون کوتاه ، مقاوم سازی ، خوردگی ، الیاف کربنی ، Fiber reinforced polymer ، Carbon Fiber Reinforced Polymer