عنوان پایان‌نامه
ارزیابی رفتار لرزه ای اتصالات تقویت شده سر شمع های اسکله توسط FRP
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران-سازه های دریایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1691;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 54936
- تاریخ دفاع
- ۱۴ مهر ۱۳۹۰
- دانشجو
- یحیی سلیمانی
- استاد راهنما
- خسرو برگی
- چکیده
- این رساله به منظور بررسی اثرات ورقه¬های کامپوزیت FRP در تقویت اتصالات بتن¬آرمه سرشمع¬¬های اسکله تعریف و انجام گردیده است. هدف از این تحقیق بهبود رفتار لرزه¬ای اتصالات شمع به عرشه از طریق مقاوم سازی ناحیه سرشمع با کمک کامپوزیت¬های FRP و افزایش شکل پذیری و تا حدودی مقاومت آنها در تحمل بارهای جانبی می¬باشد. برخلاف اتصالات متداول ساختمانی که از FRP به منظور افزایش سختی و ظرفیت خمشی با هدف کاهش دوران ناحیه اتصال کمک می¬گیرند، در این نوع اتصال به دلیل ماهیت برشی نیروی مخرب و فلسفه انعطاف پذیر حاکم بر طراحی اسکله¬ها به دنبال افزایش شکل پذیری و اتلاف انرژی زلزله از این طریق می¬باشیم. به همین دلیل است که FRP در اتصالات تیر به ستون به شکل تقویت¬های خمشی برای کمک به میلگردهای کششی در کنج و یا گوشه¬ به کار می¬رود، که این روش در اسکله¬ها اصولاً هم به دلیل غالب بودن برش و تغییر مکان جانبی نسبت به لنگر و دوران، و هم به دلیل شکل هندسی شمع غیرقابل استفاده است. به نظر تکنیک مناسب جهت ارتقای لرزه¬ای اسکله¬ها استفاده از FRP جهت محصور سازی ناحیه سرشمع و افزایش شکل پذیری و مقاومت از این طریق می¬باشد. جهت بررسی این نظریه یک نمونه اتصال مستقیم شمع به عرشه، یک نمونه اتصال سرشمع استوانه¬ای و یک نمونه اتصال سرشمع مکعبی معرفی و با ابعاد مناسب طراحی گردیده است. هریک از این سه اتصال برای دو حالت لرزه¬ای و غیرلرزه¬ای براساس ضوابط آیین نامه آرماتورگذاری شده و به این ترتیب شش نمونه اتصال مبنا مورد ارزیابی قرار گفته است. روش های مقاوم سازی برای هر شش نوع اتصال استفاده از ورقه¬های CFRP به صورت دورپیچ نمودن قطعه سرشمع و ناحیه اتصال با طول¬ها و آرایش¬های مختلف و در نتیجه مدل سازی شصت نمونه تقویت شده می¬باشد. همه نمونه¬های مبنا و تقویت شده در نرم افزار ANSYS مدل سازی سه بعدی شده و تحلیل غیرخطی شده¬اند. رفتار غیرخطی مصالح بتن و میلگرد، همچنین رفتار غیرهمسانگرد ورقه¬های FRP در مدل سازی¬ها در نظر گرفته شده است. بار ثقلی نمونه¬ها به صورت ثابت و محوری بوده و نیروی جانبی به صورت تغییر مکان افقی عرشه و به روش کنترل تغییر مکانی به صورت افزایشی تا لحظه شکست ناحیه اتصال در تراز عرشه وارد می¬گردد. نتایج تحلیل اجزای محدود نمونه¬ها نشان می¬دهد که افزایش نسبی طول ناحیه دورپیچ شده نسبت به طول ناحیه اتصال، تأثیر مستقیم بر بهبود عملکرد لرزه¬ای سازه دارد. نتایج به دست آمده برای هر شش نمونه نشان می¬دهد که محصور سازی ناحیه اتصال و سرشمع شکل پذیری را تا حدود زیادی افزایش داده و ظرفیت باربری جانبی را نیز به میزان قابل توجهی نسبت به نمونه¬های مبنا بهبود می¬بخشد، اما این کار تأثیری بر سختی اتصال ندارد. نتایج نشان می¬دهد ترک خوردگی و خرد شدگی بتن ناحیه فشاری در نمونه¬های تقویت شده به تعویق افتاده و با افزایش کرنش پذیری و تنش در بتن محصور شده، میلگردهای کششی امکان تغییر شکل¬های بسیار زیاد پس از تسلیم را یافته و در نتیجه شکل پذیری و مقاومت افزایش می¬یابد. قابل توجه اینکه تقویت عرشه و تیرهای عرضی تأثیری بر رفتار اتصال نداشته و این نشان می¬دهد نقطه ضعف اسکله¬ها در باربری جانبی، قطعه سرشمع واسط و محدوده اتصال می¬باشد. نتایج نشان می¬دهد با افزایش طول ناحیه دورپیچ شده منطقه گسیختگی به ترازهای پایین¬تر منتقل شده و این رویه فقط تا انتهای ناحیه اتصال تعریف شده در آیین¬نامه ادامه دارد.
- Abstract
- In this thesis, the effect of FRP composite layers on the retrofitting the wharf pile cap joints has been studied. The aim of this research is to improve the seismic behavior of the pile deck joints connection through reinforcing the pile cap by using FRP composite layers which in turn increases their malleability and their capacity in carrying the lateral loads. Unlike conventional structural joints which utilizes FRP composite layers in order to increase the stiffness and bending capacity, in these joints the shear nature of applied loads results in an increase in malleability and quake energy dissipation. That is why the FRP composite layers are used in the corners of beam to column joints as flexural improver. In wharfs, however, due to the geometry of the pile and also the fact that the shear force is the dominant force this method cannot be used. The suitable method to improve the seismic behavior of the wharf is to use FRP layers to wrapping the pile cap and thus improve the malleability in this region. In order to investigate this issue, a direct joint of deck and pile, a cylindrical pile cap, and a cubic pile cap has been introduced an designed. For each joint the both cases of seismic loading and steady loading according to the ACI regulations has been assumed resulting in six different cases. The retrofitting has been done using CFRP for 60 cases. The base specimen as well as the retrofitted specimen are modeled in ANSYS software using the nonlinear analysis. The nonlinear behavior of the material and the non-isotropic behavior of CFRP has been considered in the models. The gravity loads on specimen are constant and axial and the transverse force is incrementally increased until the pile deck joint fails. The finite element results for all specimens show that the wrapping the joint area and pile cap zone improves the malleability as well as the transverse load carrying capacity in comparison to the base specimen but does not have any effect on the toughness. The results indicate that the cracking in the compressed region occurs at higher loads and their malleability increases. It is worthy to note that retrofitting the deck and transverse beams does not have any effect on the joint which in fact means that the weak point in the joint is the member between the pile cap and the joint area. the results show that with spread the wrapping area, the failure point at the pile cap moved to the lower levels of pile, and this process continued only to the lower edge of joint area at the pile cap.
