مقاله: مقاوم سازی سازه های فلزی با کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیبر

مقاوم سازی سازه های فلزی با کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیبر

چکیده

طی دهه گذشته، کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیبر (FRP) به دلیل مزایای منحصر به فردشان از جمله نسبت مقاومت به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی، به تدریج در برنامه های مهندسی عمران پذیرش جهانی شده اند.(مقاوم سازی سازه های فلزی)

به ویژه ، بسیاری از امکانات استفاده از FRP در تقویت و ساخت سازه های بتنی مورد بررسی قرار گرفته است.

اخیراً ، استفاده از FRP برای تقویت سازه های فلزی موجود مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.

این مقاله با یک بررسی انتقادی پیرامون استفاده از FRP در تقویت سازه های فولادی که در آن از مزایای FRP مناسب بهره برداری می شود، آغاز می گردد.

این مقاله سپس بررسی انتقادی و تفسیری از تحقیقات موجود در مورد سازه های فلزی تقویت شده با FRP ارائه می دهد.

مباحث تحت پوشش بررسی شامل آماده سازی سطح فولاد برای اتصال به چسب ، انتخاب چسب مناسب ، رفتار پیوند بین FRP و فولاد و مناسب سازی آن ، تقویت کمانشی تیرهای فلزی، تقویت خستگی سازه های فولادی، تقویت سازه های فلزی دیواره نازک در مقابل کمانش موضعی و مقاوم سازی لوله های فولادی توخالی یا بتونی از طریق محوطه خارجی FRP.

این مقاله با بیان نظراتی پیرامون نیازهای پژوهشی آینده پایان می یابد.

مقدمه

کامپوزیت های تقویت شده با الیاف (FRP) با جایگذاری رشته های پیوسته در یک ماتریس رزین پلیمری که فیبرها را به هم متصل می کند، تشکیل می شوند.

الیاف متداول مورد استفاده در کامپوزیت های FRP شامل الیاف کربن ، شیشه ، آرامید و بازالت است در حالی که رزین های متداول رزین های اپوکسی ، پلی استر و وینیل استر هستند.

کامپوزیت های تقویت شده با فیبر شیشه ای (GFRP) و کامپوزیت های تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) کامپوزیت های FRP هستند که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند، در حالی که کامپوزیت های تقویت شده با الیاف آرامید (AFRP) و کامپوزیت های تقویت شده با الیاف بازالت (BFRP) کمتر مورد استفاده هستند.

پیشینه ای کلی و مفید برای ترکیب مقالات و خواص مکانیکی آنها را می توان در منایع 1-4 یافت. شکل 1 پاسخهای استرس-کرنش معمولی کامپوزیت های FRP را بر خلاف فولاد ضعیف نشان می دهد، که به وضوح دیده می شود که کامپوزیت های FRP رفتار استرس-کرنش الاستیک خطی را قبل از شکست شکننده با پارگی نشان می دهند.

این رفتار تنش زاویه ای و شکننده خطی الاستیک پیامدهای مهمی برای استفاده ساختاری از کامپوزیت های FRP در کاربردهای مهندسی عمران دارد.

کامپوزیت های FRP نسبت به فولاد دارای برتری هایی هستند که برجسته ترین آنها نسبت مقاومت به وزن بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی است.

کاربرد ساختاری FRP در زیرساخت های عمرانی عموما براساس بهره گرفتن از این برتری ها است. به ویژه FRP ، به عنوان ماده ای با استحکام کششی بالا، می تواند با اصلی ترین برتری اش یعنی اینکه هنگام ترکیب با بتن از نظر فشرده سازی قوی باشد اما از نظر تنش ضعیف است، استفاده شود.(مقاوم سازی سازه های فلزی)

بنابراین ، استفاده از FRP در سازه های بتنی اصلی ترین تمرکز این تحقیقات بوده است [2،4–6].

این کاربردها شامل اتصال خارجی FRP به سازه های بتونی جهت تقویت اهداف، سازه های بتونی تقویت شده یا پیش ساخته با FRP ، لوله های FRP پر از بتن به عنوان ستون و شمع ، و همچنین تیرهای ترکیبی / بتن FRP- بتن می باشد.

اخیراً، استفاده از کامپوزیت های FRP در ترکیب با فولاد ، به ویژه در تقویت سازه های فلزی، مورد توجه بسیاری قرار گرفته است.

چنین کاربردهایی شامل اتصال خارجی FRP به سازه های بتونی جهت تقویت اهداف ، سازه های بتونی تقویت شده یا پیش ساخته با FRP ، لوله های FRP پر از بتن به عنوان ستون و شمع ، و همچنین تیرهای ترکیبی / بتن FRP- بتن می باشد.

اخیراً ، استفاده از کامپوزیت های FRP در ترکیب با فولاد ، به ویژه در مقاوم سازی سازه های فلزی، بسیار مورد توجه قرارا گرفته است.(مقاوم سازی سازه های فلزی)

نتایج اظهار شده

روشن است که اتصال خارجی تقویت FRP به عنوان یک روش تقویت کننده جایگزین امیدوارکننده برای سازه های فلزی با تحقیقات موجود ایجاد شده است.

آنچنان که تحقیقات بیشتری انجام شده و راهنمایی های بیشتری در دسترس قرار می گیرند، امید است این تکنیک نیز در سطح عملی به پذیرش بیشتری دست یابد.

بر اساس مباحث ارائه شده در این مقاله ، پیشنهاد می گردد که تحقیقاات آینده موضوعات زیر را با اولویت بررسی کند.

باید کار بیشتری در مورد درمان آماده سازی و توصیف سطح فولاد انجام شود تا روشی کاملاً پذیرفته شده برای استفاده در عمل ایجاد شود که بتواند از آسیب چسبندگی در رابط چسب / فولاد جلوگیری کند.

• گزینش و فرمولاسیون چسب ها

در سازه های فلزی تقویت شده با FRP ، لایه چسب پیوند ضعیف است، به شرط خرابی چسبندگی در رابط چسب / فولاد و رابط FRP / چسب از طریق آماده سازی سطح مناسب قابل جلوگیری است.

• رفتار رابط و خرابی گسیختگی

خرابی های گسیختگی چالش برانگیزترین مسئله در تقویت خمشی تیرهای فلزی و تقویت سازه های فلزی با دیواره نازک در برابر کمانش موضعی است. از آنجا که چسب پیوند ضعیفی است ، عدم موفقیت در ساختارهای فولادی تقویت شده با FRP به خواص چسب بستگی دارد.(مقاوم سازی سازه های فلزی)

 

• تقویت خستگی

وصله های CFRP پیوند شده روشی بسیار مؤثر برای تقویت خستگی سازه های فلزی ارائه می دهند. در چنین شیوه های کاربردی، مدول  های الاستیک FRP به جای مقاومت / کشش نهایی آن، پارامتر کلیدی است.

• تحدید FRP ساختارهای لوله ای

تحدید FRP خارجی به عنوان یک روش تقویت موثر برای لوله های فولادی دایره ای با یا بدون انعطاف بتونی شناخته شده است، اما برای ستون های مربع یا مستطیل تاثیر چندانی نخواهد داشت. روشهای مؤثر برای تقویت ستونهای بعدی به توسعه نیاز دارند.

• سایر موضوعات

علاوه بر آنچه در بالا ذکر شد به نظر می رسد که چندین موضوع دیگر مورد بررسی قرار نگرفته اند و لازم است در آینده مورد توجه قرار گیرد، از جمله: (1) پایستگی چسب باندینگ؛ (2) مقاومت در برابر آتش سازه های فلزی تقویت شده با FRP. (3) تقویت سازه های فلزی در برابر انفجار و بارگذاری ضربه؛ (4) استفاده از تقویت کننده FRP خارجی برای تقویت ترکیب و محافظت از خوردگی.