بررسی تاثیر موقعیت ورقهای CFRP بر توزیع کرنش پلاستیک و الگوی خرابی در تیرهای بتن مسلح توخالی تحت بار پیچشی

بارگذاری پیچشی در تیرهای بتن مسلح با مقاطع غیر دایروی به دلیل ایجاد تنش های کششی قطری و ماهیت ترد گسیختگی از مسائل مهم در طراحی و بهسازی سازه های بتنی به شمار می آید. در سال های اخیر استفاده از ورق های پلیمری تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) به عنوان یکی از روش های موثر مقاوم سازی توجه پژوهشگران را برای ارتقای عملکرد این اعضا در برابر بارهای پیچشی به خود جلب کرده است. با وجود مطالعات متعدد درباره افزایش ظرفیت پیچشی تیرهای بتن مسلح، نقش محل استقرار ورق های CFRP در نحوه توزیع خسارت و روند گسترش کرنش پلاستیک تاکنون به صورت جامع و نظام مند بررسی نشده است. در این مطالعه رفتار هفت نمونه تیر بتن مسلح با هسته توخالی شامل مقاطع مربعی و دایروی تحت بارگذاری پیچشی با استفاده از روش اجزای محدود در نرم افزار ABAQUS مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بررسی تاثیر آرایش تقویت، چهار سناریوی مختلف شامل نصب ورق های CFRP در ابتدا و انتهای تیر، ناحیه میانی، پوشش سرتاسری و آرایش ترکیبی در سه موقعیت انتخاب و نتایج آنها با یکدیگر مقایسه شد. نتایج تحلیل ها بیانگر آن است که نمونه های تقویت شده در ابتدا و انتهای تیر و نیز در ناحیه میانی با وجود دستیابی به ظرفیت نهایی تقریبا یکسان (حدود ۲۸ کیلونیوتن متر)، از نظر نحوه توزیع کرنش پلاستیک رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. در آرایش ابتدا و انتها، کرنش پلاستیک در بخش بزرگتری از طول تیر گسترش یافته و توزیع خسارت یکنواخت تر از سایر حالت ها است. در مقابل، استفاده از پوشش سرتاسری و آرایش ترکیبی به ترتیب موجب کاهش ۷.۱۴ درصدی ظرفیت نسبت به دو سناریوی نخست شده است. بر پایه نتایج به دست آمده، راهنمایی برای انتخاب موقعیت مناسب ورق های CFRP متناسب با اهداف مختلف طراحی از جمله دستیابی به حداکثر ظرفیت پیچشی، کنترل گسترش ترک ها یا کاهش هزینه های اجرایی ارائه شده است. یافته های این مطالعه نشان می دهد که ارزیابی عملکرد روش های مقاوم سازی نباید تنها بر ظرفیت نهایی عضو متمرکز باشد بلکه بررسی الگوی خرابی و نحوه توزیع خسارت نیز از عوامل تعیین کننده در انتخاب راهکار مناسب برای طراحی و مقاوم سازی سازه های بتن مسلح تحت بار پیچشی محسوب می شود.

کلیدواژه ها:

تیر بتن مسلح توخالی ، بار پیچشی ، ورق CFRP ، کرنش پلاستیک ، الگوی خرابی ، تحلیل اجزاء محدود ، بهینه سازی موقعیت تقویت