فهرست مطالب
عنوان                                                                                                                                                                                
فهرست مطالب هشت
چکیده…………………………………………………………………………………………………………………………………………………….1                        
   فصل اول: بررسی کلیات و اهداف تحقیق
1-1- مقدمه   2
1-2- بتن الیافی 3
1-3- الیاف مورد استفاده در بتن 3
1-3-1- الیاف طبیعی 4
1-3-2- الیاف فولادی 4
1-3-3- الیاف آرامید 5
1-3-4- الیاف کربن 5
1-3-5- الیاف شیشه 5
1-4- اهداف تحقیق 6
1-5- خلاصه­ی فصل و بررسی محتویات فصل­های بعد 7
فصل دوم: ویژگی­های بتن مسلح به الیاف شیشه
2-1- مقدمه   8
2-2- بتن مسلح به الیاف شیشه (GFRC) 8
2-2-1- ملاحظات اقتصادی استفاده از بتن مسلح به الیاف شیشه 9
2-3- روش­های ساخت بتن مسلح به الیاف شیشه 9
2-3-1- روش پیش مخلوط 9
2-3-2- روش اسپری 10
2-4- عمل­آوری بتن مسلح به الیاف شیشه 11
2-4-1- عمل­آوری مرطوب 12
2-4-2- عمل­آوری با هوا 12
2-5- خواص مکانیکی 13
2-5-1- مقاومت فشاری 13
2-5-2- مقاومت کششی 13

2-5-3-   مقاومت خمشی 14
2-5-4- مقاومت ضربه 16
2-5-5- مدول الاستیسیته 16
2-5-6- طاقت     17
2-6- دوام     17
الف- بررسی ﺗﺄثیر محیط قلیایی 17
ب- بررسی ﺗﺄثیر فرایند هیدراسیون سیمان 17
2-7- ﺗﺄثیر گذر زمان بر خواص مکانیکی GFRC 18
2-7-1- خصوصیات مکانیکی وابسته به ملات 18
2-7-2- خصوصیات مکانیکی وابسته به الیاف شیشه 18
2-8- مواد پوزولانی 19
2-8-1- انواع پوزولان­ها 20
2-8-2- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر خصوصیات مکانیکی بتن 20
2-8-3- میکروسیلیس 21
2-8-4- متاکائولین 22
2-9- فناوری نانو 22
2-9-1- کاربرد فناوری نانو در بتن 22
2-10- خلاصه­ی فصل 26
بر پیشینه­ی علمی موضوع
3-1- مقدمه   27
3-2- تاریخچه­ی تولید الیاف مقاوم در محیط قلیایی 27
3-3- استفاده از مواد پلیمری در بتن مسلح به الیاف شیشه 28
3-4- بررسی مقاومت فشاری بتن مسلح به الیاف شیشه 32
3-5- استفاده از میکروسیلیس و متاکائولین در بتن مسلح به الیاف شیشه 34
3-5-1- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر رفتار خمشی بتن مسلح به الیاف شیشه 34
3-5-2- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر رفتار کششی بتن مسلح به الیاف شیشه 36
3-5-3- ﺗﺄثیر مواد پوزولانی بر روی طاقت بتن مسلح به الیاف شیشه 38
3-5-4- بررسی مکانیزم شکست بتن مسلح به الیاف شیشه 38
3-6- استفاده از نانوسیلیس به عنوان جایگزین بخشی از سیمان در بتن 40
3-7- خلاصه­ی فصل 41

فصل چهارم: مشخصات مصالح و چگونگی ساخت نمونه­ها
4-1- مقدمه   42
4-2- مشخصات و ویژگی­های مصالح به کار رفته 42
4-2-1- سنگدانه­ها 42
4-2-2- مصالح ریز دانه 43
4-2-3- سیمان       45
4-2-4- آب         46
4-2-5- مواد پوزولانی 47
الف- میکروسیلیس 47
ب- متاکائولین 48
ج- نانوسیلیس 48
4-2-6- فوق روان­کننده 49
4-2-7- الیاف شیشه 50
4-3- طرح اختلاط 51
4-3-1- نحوه­ محاسبه­ی طرح­های اختلاط 52
4-4- نحوه­ اختلاط مواد و ساخت نمونه­ها 53
4-4-1- ساخت نمونه­ها در روش پیش مخلوط 53
4-4-2- ساخت نمونه­ها در روش اسپری 56

4-5- نام­گذاری طرح­های اختلاط 58
4-6- بیرون آوردن نمونه­ها از قالب و عمل­آوری نمونه­ها 60
4-7- خلاصه­ی فصل 61
فصل پنجم: نحوه­ انجام آزمایش­ها و بیان نتایج
5-1- مقدمه   62
5-2- مقاومت فشاری 63
5-2-1- نتایج مربوط به مقاومت فشاری 63
5-2-2- ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مقاومت فشاری 64
5-2-3- ﺗﺄثیر استفاده از الیاف شیشه بر روی مقاومت فشاری 65
5-3- آزمایش مقاومت خمشی 69
5-3-1- نتایج آزمایش خمش چهار نقطه­ای 70
5-3-2- بررسی ﺗﺄثیر استفاده از مواد پوزولانی بر روی مدول گسیختگی بتن مسلح به الیاف شیشه 74

5-3-3- بررسی ﺗﺄثیر الیاف شیشه و روش­های تولید بتن مسلح به الیاف شیشه بر مدول گسیختگی 77
5-4- سهم پوزولان از مقاومت بتن 82
5-4-1- سهم پوزولان از مقاومت فشاری 83
5-4-2- سهم مواد پوزولانی از مدول گسیختگی 86
5-5- طاقت خمشی 90
5-5-1- بررسی شاخص ­های طاقت 91
در بتن مسلح به الیاف شیشه 94
در بتن مسلح به الیاف شیشه 95
در بتن مسلح به الیاف شیشه 97
5-5-5- نحوه­ شکست نمونه­های خمشی 100
5-6- خلاصه­ی فصل 102
فصل ششم: خلاصه, نتایج و پیشنهادات
6-1- مقدمه   103
اجمالی بر فعالیت­های انجام گرفته در تحقیق حاضر 104
6-3- نتایج به­دست آمده در این تحقیق 105
6-3-1- مقاومت فشاری 105
6-3-2- مدول گسیختگی 105
6-3-3- سهم مواد پوزولانی از مقاومت بتن 106
6-3-4- شاخص ­های طاقت 106
6-4- پیشنهادات جهت انجام تحقیقات آینده 107
پیوست: نمودارهای بار- تغییر مکان. 108
مراجع…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..138

 
 
 
 
 
 
 
چکیده
خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­دهند. به ‌منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک­سری رشته‌های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده است، استفاده می­گردد؛ که به آن­ها الیاف گفته می­ شود. از جمله­ پر کاربرد­ترین الیاف مورد استفاده در بتن, الیاف شیشه می­باشد. بتن مسلح به الیاف شیشه، ماده­ای کامپوزیت شامل یک ملات از سیمان هیدرولیکی و سنگدانه­ی ریز است که با الیاف شیشه تقویت می­ شود. استفاده از الیاف شیشه در بتن باعث بهبود ویژگی­های بتن می­ شود که از جمله می­توان به افزایش مقاومت کششی, افزایش مقاومت خمشی, بهبود مقاومت ضربه, افزایش میزان جذب انرژی, بهبود رفتار بتن در ناحیه­ی غیرخطی و شکل پذیری بالا اشاره کرد. از آنجا که خواص بتن مسلح به الیاف شیشه در ارتباط مستقیم با شرایط الیاف شیشه­ی استفاده شده در سطح بتن می­باشد, موضوعات مرتبط با عملکرد الیاف شیشه در طول زمان, همواره مورد توجه محققین بوده است. عواملی همچون محیط قلیایی بتن و محصولات تولید شده ناشی از فرایند هیدراسیون سیمان, در طول زمان با تخریب الیاف شیشه, باعث ایجاد تغییر در خواص مکانیکی بتن مسلح به الیاف شیشه می­شوند. در این تحقیق به منظور کاهش ﺗﺄثیرات ناشی از محیط قلیایی بتن, از الیاف شیشه­ی مقاوم در محیط قلیایی و برای جلوگیری از ﺗﺄثیر مخرب فرایند هیدراسیون سیمان, از مواد پوزولانی با درصد­های مختلف استفاده شده است. به منظور بررسی مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و شاخص ­های طاقت در بتن تولید شده به دو روش پیش مخلوط و اسپری, 15 طرح اختلاط حاوی درصد­های مختلف الیاف شیشه و مواد پوزولانی (میکروسیلیس, متاکائولین و نانوسیلیس) در روش پیش مخلوط و 14 طرح اختلاط در روش اسپری, مورد آزمایش قرار گرفته است. از نتایج بدست آمده چنین می­توان برداشت کرد که مقاومت فشاری در بتن مسلح به الیاف شیشه, تا حد زیادی به کیفیت ملات بستگی دارد. بر این اساس ملاحظه می­ شود که اضافه نمودن الیاف شیشه باعث کاهش مقاومت فشاری بتن می­ شود. با توجه به این نتایج, کاهش مقاوت فشاری نمونه­های تقویت شده با الیاف شیشه در حضور مواد پوزولانی به حداقل می­رسد. در این شرایط مقاومت فشاری در برخی از نمونه­های مسلح به الیاف شیشه و حاوی مواد پوزولانی, نسبت به نمونه­های شاهد افزایش یافته است. با توجه به نتایج بدست آمده, مسلح کردن بتن به الیاف شیشه, باعث افزایش قابل توجه مدول گسیختگی می­ شود. مدول گسیختگی با افزایش میزان الیاف شیشه, ابتدا روندی صعودی و سپس روندی نزولی طی می­ کند. استفاده از مواد پوزولانی در نمونه­های تقویت شده با الیاف شیشه, باعث بهبود مدول گسیختگی می­ شود. همچنین کاهش مدول گسیختگی در طول زمان و با حضور مواد پوزولانی به حداقل می­رسد. در این تحقیق به منظور بررسی طاقت نمونه­های مسلح به الیاف شیشه از سطح زیر نمودار بار- تغییر مکان استفاده شده است. به طور کلی استفاده از الیاف شیشه در بتن, باعث افزایش طاقت بتن می­ شود. با توجه به نتایج بدست آمده ملاحظه می­ شود که با افزایش الیاف شیشه, هر سه شاخص طاقت افزایش می­یابد؛ هر چند در شاخص I5 این افزایش ناچیز می­باشد. در واقع این امر نشان دهنده این است که در جابجایی بزرگتر, جذب انرژی بیشتر توسط الیاف شیشه صورت می­گیرد. در بین نمونه­های مسلح به الیاف شیشه, بیشترین مقادیر مشخصه­ی خصوصیات مکانیکی, مربوط به طرح­های حاوی 10% و 15% متاکائولین می­باشد. استفاده از نانوسیلیس در طرح­های اختلاط, باعث کاهش شدید مقاومت فشاری, مقاومت خمشی و طاقت در بتن مسلح به الیاف شیشه می­ شود.
کلمات کلیدی: بتن مسلح به الیاف شیشه، میکروسیلیس، متاکائولین، نانوسیلیس، مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، شاخص طاقت

1

فصل اول بررسی کلیات و اهداف تحقیق

1-1-      مقدمه

توانایی سرویس دهی و افزایش ظرفیت باربری مصالح سازه­ای از دیر باز به عنوان یک مسئله­ مهم اقتصادی محسوب می­شده است.
بتن به عنوان یک ماده­ی سازه­ای پر کاربرد, امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرد. از سال 1992 تا 1993 میلادی، تنها در کشور آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند برای تولید 500 میلیون تن بتن مصرف شده است؛ که این خود پنج برابر تولید فولاد، به صورت وزنی در مدت مشابه است. در اغلب کشور­های جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است[1]. تا کنون تعاریف زیادی از بتن ارائه شده است. بر اساس این تعاریف, بتن از سه ماده­ی اصلی تشکیل شده است. این مواد عبارتند از: مواد سیمانی, آب که مواد سیمانی با آن واکنش داده و خاصیت چسبندگی پیدا می­ کنند؛ و مواد پر کننده­ که حجم قابل توجهی از بتن را تشکیل می­دهند.
با وجود ویژگی­های قابل توجه این ماده از جمله شکل­پذیری بالا, مقاومت و عمر زیاد, در دسترس و ارزان قیمت بودن, بتن ماده­ای ترد است و تحت بارهای خمشی و کششی به شدت ضعیف عمل می­ کند.
آرماتور­های فولادی, بتن را تحت کشش مسلح می­ کنند؛ ولی تقریباً اثری بر روند گسترش ترک ندارند. به عبارت دیگر با رسیدن انتهای ترک به موقعیت آرماتورهای کششی، نرخ افزایش باز­شدگی دهانه­ی ترک و هم­چنین انتشار ترک کاهش یافته و سپس با عبور ترک از آرماتور، توسعه­ ترک با نرخ بیشتری افزایش می­یابد. علاوه بر آن وجود آرماتور در نواحی خاص کششی، بتن را از حالت همگن و یکنواخت خارج کرده و فرض همگنی بتن در روش­های آنالیز را با اشکال مواجه می­ کند ]1[.
به طور کلی خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­ دهند [2]. به‌منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک سری رشته‌های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده، استفاده می‌شود؛ که به آن­ها الیاف گفته می­ شود.

1-2-      بتن الیافی

با توجه به تعریف ACI 544.2R-89 [3], بتن الیافی بتنی است كه با سیمان هیدرولیكی, مصالح سنگی ریزدانه و درشت­دانه ساخته شده و به ­وسیله­ الیاف تقویت می­ شود.
كاربرد گسترده­ی بتن الیافی از اواسط سال 1960 برای روسازی جاده­ها، كف سالن­های صنعتی، جداره­ی كوره­ها و غیره, آغاز گردید [4]. مهمترین مشخصه­ی بتن الیافی, خاصیت جذب انرژی و انعطاف پذیری آن است. به همین دلیل امروزه این بتن نقشی بسیار جدی در پیشرفت تکنولوژی بتن ایفا می­ کند.
در کل از بتن الیافی می­توان انتظار ارتقای پارامتر­های مرتبط با ضرایب باربری نظیر مقاومت فشاری، کششی، خمشی، برشی و مقاومت در برابر خزش، سایش و فرسایش را داشت.

1-3-      الیاف مورد استفاده در بتن

همان­طور که گفته شد, با رسیدن تنش­های وارده به حداکثر مقاومت ملات, ترک­ها تشکیل می­شوند. در نهایت تجمع این ترک­ها در یک ناحیه باعث انهدام بتن می­ شود. در این شرایط استفاده از الیاف باعث جلوگیری از گسترش ترک­ها و اتصال آنها به یکدیگر می­ شود.
استفاده از الیاف در بتن از حدود 50 سال پیش شروع شد و روز­ به ­روز بر استفاده از این ماده در طرح­های اختلاط بتن افزوده می­ شود. مزایای گوناگون كاربرد الیاف در بتن نظیر افزایش مقاومت خمشی, افزایش مقاومت برشی, افزایش مقاومت كششی, افزایش مقاومت در برابر بارهای ضربه­ای, افزایش میزان جذب انرژی و افزایش مقاومت مقطع در مقابل ترک خوردگی, باعث شده که از الیاف در تقویت و مرمت انواع سازه­های بتنی استفاده شود [5].
انتخاب نوع الیاف، تعیین کننده­ خواص کامپوزیت­ها است. امروزه به منظور تقویت بتن از الیاف مختلفی منجمله الیاف فولادی, الیاف پلی­پروپیلن, الیاف آرامید (کولار), الیاف کربن و الیاف شیشه استفاده می­ شود (شکل 1-1).
الیاف مورد استفاده در بتن را می­توان از نظر جنس به 4 گروه زیر تقسیم کرد [6]:

• مواد مصنوعی آلی مانند پلی­پروپیلن و کربن
• مواد مصنوعی غیر آلی مانند فولاد و شیشه
• مواد طبیعی آلی مانند سلولز
• مواد طبیعی غیر آلی مانند آزبست

شکل ‏1‑1– انواع الیاف کامپوزیتی؛ الف) الیاف شیشه؛ ب) الیاف کربن؛ ج) الیاف پلی­پروپیلن؛ د) الیاف فولاد

1-3-1-      الیاف طبیعی

الیاف طبیعی مانند نارگیل، سیسال، تفاله­ی نیشکر، بامبو، کنف، کتان، چوب و الیاف گیاهی جهت تشخیص خصوصیات مهندسی و احتمال استفاده از آن­ها در ساختمان­سازی در 40 کشور مورد آزمایش قرار گرفتند. هرچند نتایج دلگرم کننده بود, اما به دلیل فعل و انفعال بین ملات سیمان و الیاف, ضعف­هایی در دوام آن­ها مشاهده گردید. الیاف گیاهی استحکام بالایی ندارد و در اثر افزایش بارهای وارده با پارگی الیاف و یا با بیرون کشیده شدن آن­ها از درون ملات بتن، شکست در سازه بتنی ایجاد می­ شود [9].
 

1-3-2-      الیاف فولادی

امروزه الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص مکانیکی بتن، کاربرد وسیعی را در سازه‌های بتنی و بتن الیافی پیدا کرده ­اند. بتن مسلح شده با الیاف فولادی می ­تواند به­ طور موضعی و یا کلی جایگزین بتن مسلح شده با میلگرد­های فولادی گردد.
الیاف فولادی دارای اشکال متفاوتی می­باشند و به طور معمول بر اساس روش تولید, این الیاف را به 4 دسته تقسیم می­ کنند [10]:

• کشیدن و بریدن سیم­های فولادی (الیاف سیمی)
• نورد و برش ورق­های فولادی (الیاف برشی یا نواری)
• استخراج شده از حالت مذاب (الیاف ریخته­گری)
• تراشیدن سطح ورق­های فولادی (الیاف ماشینی)

 
فهرست مطالب
فصل 1: 1
مقدمه و کلیات  1
1-1- مقدمه.. 2
1-2- ضرورت تحقیق.. 5
1-3- هدف تحقیق.. 6
1-4- شیوه تحقیق.. 7
1-5- ساختار پایان نامه .. 7
فصل 2: 10
ادبیات و پیشینه­ی تحقیق  10
2-1- مقدمه.. 11
2-2- تعریف آسیب سازهای.. 11
2-3- تعریف فروپاشی پیش­رونده.. 11
2-4- بارهای غیرعادی.. 12
2-4-1- انفجار گاز.. 13
2-4-2- انفجار بمب.. 14
2-4-3- ضربه­ی ناشی از برخورد.. 15
2-4-4- آتش سوزی.. 15
2-4-5- خطای ساخت.. 16
2-5- مفاهیم اولیه در فروپاشی پیش­رونده.. 16
2-6- تاریخچه پیدایش استانداردهای مربوط به فروپاشی پیش­رونده   17
2-7- ترکیب بارهای فروپاشی پیش رونده در استانداردها   19
2-7-1- ترکیب بار شامل بارگذاری­های نامشخص.. 19
2-7-2- ترکیب بارهای اسمی با بهره گرفتن از تنش مجاز طراحی   20
2-7-2-1- ترکیب بارهای مبنا.. 20
2-7-3- ترکیبات بار برای حوادث فوق­العاده و استثنائی   20
2-7-3-1- ظرفیت تحمل بار.. 21
2-7-3-2- ظرفیت باقیمانده.. 21
2-7-3-3- شرایط ثبات و پایداری سازه.. 21
2-8-ترکیبات بارگذاری مورد نیاز درتحلیل فروپاشی پیش­رونده   22
2-9- بررسی انواع فروپاشی پیش­رونده در سازه­ها.. 23
2-9-1- فروپاشی پنکیکی.. 23
2-9-2- فروپاشی دومینویی.. 25
2-9-3- فروپاشی زیپی.. 25
2-9-4- فروپاشی برشی.. 27
2-9-5- فروپاشی ناشی از ناپایداری.. 27
2-9-6- فروپاشی ترکیبی.. 28
2-10- فروپاشی پیش­رونده پل­ها.. 29
2-10-1- فروپاشی ناشی از گسیختگی تکیه­گاه.. 29
2-10-2- فروپاشی ناشی گسیختگی موضعی.. 32
2-11- روش های تحلیل سازه­ها در مقابل فروپاشی پیش­رونده   34
2-11-1- تحلیل استاتیکی الاستیک خطی.. 34
2-11-2- تحلیل استاتیکی غیرخطی.. 35
2-11-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی الاستیک خطی   36
2-11-4- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی.. 37
2-12- روش­های مقابله با فروپاشی پیش­رونده در پل­ها   38
2-12-1- کنترل حادثه.. 39
2-12-2- طراحی غیرمستقیم.. 39
2-12-3- مقاومت موضعی مشخصه.. 40
2-12-4- مسیر بار جایگزین.. 40
2-12-5- جداسازی.. 40
2-13- تاریخچه­ی فروپاشی پیش­رونده.. 41
فصل 3: 44
روش تحقیق  44
3-1- مقدمه.. 45
3-2- مدل تحلیلی.. 47
3-2-1- کلیاتی پیرامون نمونه­ آزمایشگاهی.. 47
3-2-1- صحت­سنجی مدل آزمایشگاهی.. 50
3-2-2- نحوه مدل­سازی.. 51
3-3- بارگذاری.. 55
3-4- تعیین اعضای کلیدی.. 57
3-5- نتیجه ­گیری.. 62
فصل 4: 64
محاسبات و یافته­ ها  64
4-1- مقدمه.. 65
4-2- معیار انتخاب سناریوی حذف اعضای کلیدی.. 65
4-3- تعیین روش تحلیل مناسب.. 71
4-3-1- اثر حذف اعضای B10 و B9. 71
4-3-2- اثر حذف اعضای T4 و T5. 74
4-4- ضریب افزایش دینامیکی.. 77
فصل 5: 80
نتیجه ­گیری و پیشنهادات  80
5-1-مقدمه.. 81
5-2- نتیجه ­گیری.. 81
5-3- ارائه پیشنهادات.. 82
منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………….  83
 
        
 
 
 
فهرست اشکال
شکل (1-1) فروپاشی پیش رونده پل [6] I-35W… 4
شکل (1-2) فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [7]   4
شکل (1-3) فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [8] 5
شکل (2-1) تاریخچه زمانی فشار ناشی از انفجار گاز [12]   13
شکل (2-2) تاریخچه زمانی فشار ناشی از انفجار : (a فاصله 1 متر، (b فاصله 5 متر، (c فاصله 10 متر[12].. 14
شکل (2-3) ساختمان آلفرد پ. مورا قبل از انفجار و بعد از انفجار[18].. 18

شکل (2-4) مراحل فروپاشی پیش رونده پنکیکی [27].. 24
شکل (2-5) فروپاشی برجهای دو قلو در اثر فروپاشی پیش رونده پنکیکی [28].. 24
شکل (2-6) مراحل فروپاشی پیش رونده دومینوئی[27].. 25
شکل (2-7) مراحل فروپاشی پیش رونده زیپی[27].. 26
شکل (2-8) فروپاشی پیش رونده زیپی پل کابلی[26].. 26
شکل (2-9) فروپاشی پیش رونده برشی اسلیپر پیش تنیده [29]   27
شکل (2-10) مراحل فروپاشی پیش رونده ناشی از ناپایداری[27]   28
شکل (2-11) فروپاشی پیش رونده ترکیبی ساختمان مورا [26]   28
شکل (2-12) فروپاشی پیشرونده پل کوآنگ دونگ در اثر آسیب دیدگی پایه میانی[7].. 30
شکل (2-13) فروپاشی پیشرونده پل هانگجو در اثر حذف ناگهانی ستون موقت[5].. 31
شکل (2-14) فروپاشی پیشرونده پل بآیهوا در اثر آسیب دیدگی ستونهای آن [7].. 31
شکل (2-15) فروپاشی پیشرونده پل کبک در اثر کمانش مهارهای جانبی آن[7].. 32
شکل (2-16) فروپاشی پیشرونده پل زایاوتانمن در اثر گسیختگی مهارهای آن[7].. 33
شکل (2-17) فروپاشی پیشرونده پل پرچم سرخ در اثر تخریب غیر اصولی[7].. 33
شکل (3-1) ابعاد هندسی نمونه آزمایشگاهی[35].. 48
شکل (3-2) نمونه آزمایشگاهی پل خرپائی [35].. 48
شکل (3-3) تکیه گاه های نمونه آزمایشگاهی (a) تکیه گاه غلتکی و (b) تکیه گاه مفصلی.. 50
شکل (3-4) شکل مدلسازی پل خرپایی در حالت نیمرخ پل.. 51
شکل (3-5) شکل مدلسازی شده در نمای 3 بعدی از پل خرپایی   52
شکل (3-6) مشخصات و جنس مصالح.. 52
شکل (3-7) نحوه تعریف سطح مقطع ( 2x25x50 ). 53
شکل (3-8) مشخصات مصالح سطح مقطع ( 3×30 ). 53
شکل (3-9) مشخصات سطح مصالح ( 6/1×20 ). 54
شکل (3-10) مشخصات مفصل پلاستیک محوری.. 55
شکل (3-11) بارگذاری غیرخطی با در نظر گرفتن اثر تغییر شکل­های بزرگ……………………………….56
شکل (3-12) سناریوهای حذف اعضای یال پائینی(گروه اول)    59
شکل (3-13) شاخص تغییرات گروه اول.. 59
شکل (3-14) سناریوهای حذف اعضای یال بالائی(گروه دوم).. 59
شکل (3-15) شاخص تغییرات گروه دوم.. 60
شکل (3-16) سناریوهای حذف اعضای قائم(گروه سوم).. 60
شکل (3-17) شاخص تغییرات گروه سوم.. 61
شکل (3-18) سناریوهای حذف اعضای مورب(گروه چهارم).. 61
شکل (3-19) شاخص تغییرات گروه چهارم.. 62
شکل (4-1) سناریوهای حذف اعضای یال پائینی.. 67
شکل (4-2) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه اول سناریوی آسیب.. 67
شکل (4-3) سناریوهای حذف اعضای یال بالائی.. 68
شکل (4-4) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه دوم سناریوی آسیب.. 68
شکل (4-5) سناریوهای حذف اعضای قائم.. 69
شکل (4-6) پارمترهای آماری  اعضای سازه در گروه سوم سناریوی آسیب.. 69
شکل (4-7) سناریوهای حذف اعضای مورب.. 70
شکل (4-8) پارمترهای آماری اعضای سازه در گروه چهارم سناریوی آسیب.. 70
شکل (4-9) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال پائینی   72
شکل (4-10) مفدار میانگین نیرویی اعضای کلیدی در اعضای یال پائینی   72
شکل (4-11) میزان واریانس نیروها در اعضای کلیدی یال پائینی   73
شکل (4-12) میزان انحراف معیار نیروها در اعضای کلیدی یال پائینی   73
شکل (4-13) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال بالائی   75
شکل (4-14) مفدار میانگین نیرویی اعضای کلیدی در اعضای کلیدی یال بالائی.. 75
شکل (4-15) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای کلیدی یال بالائی   76
شکل (4-16) بیشینه میزان تغییرات نیرویی در اعضای یال بالائی   76
فهرست جداول
جدول (2-1) ترکیبات بارگذاری آئین نامه ها در ارزیابی پتانسیل فروپاشی پیش رونده سازه ها. 31
جدول (3-1) تاریخچه ی فروپاشی پیش رونده پل ها به همراه میزان تلفات و برآورد خسارت ناشی از آسیب وارده به پل. 53
جدول (3-2) مشخصات اجزای خرپا. 58
جدول (3-3) جدول مربوط به صحت سنجی فرکانسهای 3 مد اول  64
جدول (4-1) برنامه ریزی آزمایشهای انجام شده برای عضو ; 80
جدول (4-2) برنامه ریزی آزمایشهای انجام شده برای عضو شماره 49  81
 
 

مقدمه و کلیات
 

• مقدمه

پس از جنگ جهانی دوم صنعت ساخت و ساز به شدت در سراسر جهان توسعه یافت. با این وجود، گذر زمان و وجود عوامل مختلف داخلی و خارجی باعث می­ شود که اجزای سازه دچار آسیب شده و سازه تحت بارهای بهره برداری دچار مشکلات جدی و حتی انهدام شود. در نظر گرفتن تمامی جوانب در طراحی و کشف زود هنگام و اقدام مناسب در جهت رفع آسیب­های می ­تواند از فروپاشی فاجعه بار سازه جلوگیری کند. از این رو، در دهه­های اخیر تحقیقات فراوانی در زمینه­ شناسایی آسیب در سازه­ها صورت گرفته است.
خطوط ارتباطی و سازه­های زیر بنایی نقش اساسی در تمامی کشورها دارند و سالیانه هزینه­ های فراوانی صرف ساخت و نگهداری آن­ها می­ شود. در این میان، پل­ها نقش کلیدی در شرایط اقتصادی، اجتماعی و سیاسی یک کشور ایفا کنند. از این رو، در سال­های اخیر میزان توجه به پایش سلامتی پل­ها به شدت افزایش یافته است، زیرا نیاز اساسی به ارزیابی شرایط بسیاری از پل­ها در جهان احساس می­ شود. مطالعات نشان می­دهد که بیش از 40 درصد از پل­های موجود در کانادا نیازمند ترمیم و مقاوم سازی هستند[1]. از میان 57000 پل بزرگراهی موجود در آمریکا در سال 1997، 187000 مورد از آن­ها معیوب گزارش شده و بیان شده که سالیانه به میزان 5000 پل دیگر به این تعداد اضافه می­ شود[2]. در سال 2001 عنوان شد که ژاپن دارای 147000 پل می­باشد که زمان ساخت اکثر آن­ها به پیش از سال 1980 بر­می­گردد. بنابراین بسیاری از آن­ها به شدت به نگهداری نیاز دارند[3].
با توجه به قرار­گیری ایران در یک منطقه­ لرزه ­خیز، وقوع زلزله­های متعدد می ­تواند سبب بروز آسیب­های شدید در انواع مختلف سازه­ها شود. علاوه بر این ترافیک روزانه و افزایش آن می ­تواند عاملی برای آسیب­دیدگی پل­ها باشد. همچنین طول عمر بسیاری از پل های موجود در کشور، به بیش از 30 سال می­رسد. از طرفی میزان ساخت انواع مختلف پل در ایران رو به افزایش است. در نتیجه نگهداری و کنترل پل­ها می ­تواند نقش موثری در کشور ارائه کند[4].
یک پدیده نادر اما بسیار زیانبار در سازه­ها، پدیده فروپاشی پیش­رونده[1] است. این پدیده، اثر دینامیکی حاصل از گسترش و توسعه متوالی گسیختگی اولیه در یک سازه، که نشان دهنده عدم تطابق شدید بین عامل به وجود آورنده و فروپاشی شدید است، می­باشد. عامل به وجود آورنده فروپاشی پیش­رونده، یک عامل موضعی و متمرکز مانند عدم مقاومت موضعی است که سبب بروز یک پدیده فاجعه بار می­ شود [5].
به علت وقوع حوادث غیر قابل پیش بینی از قبیل زلزله، انفجار، برخورد و تصادف و نیز کاهش احتمالی ظرفیت سازه در اثر گذر زمان و تاثیر این عوامل بر وقوع فروپاشی پیش­رونده در پل­ها، بررسی اثرات تقویت اجزای سازه­ای بر مقاومت در برابر فروپاشی پیش­رونده مورد توجه قرارگرفته است. مطالعات گذشته نشان می­دهد که مقاوم­سازی لرزه­ای سازه، می ­تواند سبب مقاومت سازه در برابر فروپاشی پیش­رونده در مواجهه عوامل غیرعادی شود. در مقابل، افزایش شکل­پذیری، می ­تواند سبب تسریع در مکانیسم فروپاشی پیش­رونده شود[4, 5].
یکی از حوادث معروف در زمینه فروپاشی، فروپاشی پل خرپایی فولادی I-35W بر روی رودخانه می­سی­سی­پی، واقع در ایالت مینه سوتا[2]، در ایالات متحده آمریکا می­باشد. همانطور که در شکل (1-1) مشهود است، این پل به طور ناگهانی، در یکم اوت سال 2007 دچار فروریزش شد و 13 کشته و بیش از 100 زخمی قربانی این حادثه شدند. گزارش بررسی عوامل فروریزش پلI-35W نشان می­دهد که بار مرده­ی عرشه چند بار به خاطر تعمیر و تقویت دال افزایش یافته بود و ضخامت گاست پلیت­های بکار رفته در پل نیز تنها نیمی از ضخامت مقدار طراحی شده بود. علاوه بر این، در روز سقوط، مصالح ساختمانی و ماشین آلات سنگین نیز بر روی پل جهت تعمیر و نگهداری وجود داشتند. این عوامل، سبب فروپاشی پل I-35W شده ­اند[6].

• فروپاشی پیش­رونده پل [6] I-35W

با توجه به شکل (1-2)، در سال 2007، در چین، برخورد یک کشتی باری با پایه پل جیاندونگ جینگ جیانگ[3]، سبب فروپاشی چهار دهانه مجاور پایه گردید. بررسی­های نشان می­دهد که نیروی برخورد کشتی، بیش از نیروی مجاز طراحی بوده و در نتیجه سبب آسیب دیدگی پایه پل شده است. در اثر این آسیب، نیروهای داخلی تغییر کرده و نیروهای باز توزیع شده بیش از ظرفیت پایه­ های کناری بوده و در نتیجه آن، فروپاشی پیش­رونده رخ داده است[7].

• فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [7]

نمونه ­ای دیگر از فروپاشی پیش رونده در پل بای­هوآ[4] در شکل (1-3) در اثر زلزله ونچوآن[5] اتفاق افتاده است. در این پل در اثر آسیب تکیه­­گاه­ها، عرشه پل به همراه تغییر شکل­های پیچشی دچار فروریزش شده است[7, 8].

• فروپاشی پیش رونده پل جیاندونگ جینگ جیانگ [8]

2-2-1-2-1-ضریب مقاومت افزون………………. 27
2-2-2-شکل پذیری در روش طراحی براساس روش تجویزی…. 29
2-3-روش طراحی لرزه­ای براساس عملکرد سازه…………. 30
2-3-1-فواید طراحی براساس عملکرد………………. 31
2-3-2-شکل­پذیری در روش طراحی براساس عملکرد……… 32
2-3-3-معیارهای پذیرش اعضا در روش طراحی براساس عملکرد 34
2-3-4-فلسفه ی طراحی براساس عملکرد…………….. 35
2-4- بر یافته های دیگر محققین……………… 36
2-4-1-تحقیقات طاهری بهبهانی………………….. 36
2-4-2-تحقیقات Repapis و همکاران……………….. 37
2-4-3-تحقیقات Kunnath و همکاران………………. 38
2-4-4-تحقیقات Elnashai و همکاران……………….. 39
2-5-جمع بندی و نتیجه گیری…………………….. 40
فصل 3: روش تحقیق……………………………… 42
3-1-مقدمه…………………………………… 43
3-2-معرفی نمونه ها…………………………… 43
3-2-1-تعیین جزئیات سازه ای…………………… 44
3-2-1-1-مدلسازی و هندسه……………………. 44
3-2-1-2-بارگذاری………………………….. 45
3-2-1-3-نتایج طراحی نمونه ها……………….. 48
3-3-ارزیابی…………………………………. 50
3-3-1-مدلسازی……………………………… 50
3-3-1-1-مدلسازی کلی سازه…………………… 50
3-3-1-2-مدلسازی اعضا………………………. 51
3-3-1-3-مدلسازی رفتار مصالح………………… 52
3-3-1-4-مقاومت اعضای سازهای………………… 52
3-3-1-5-بررسی منحنی رفتاری اعضاء……………. 53
3-3-2-بررسی نرم افزارهای کاربردی……………… 54
3-3-3-بررسی مشخصه های تحلیل نمونه ها………….. 54
3-3-3-1-روش تحلیل…………………………. 54
3-3-3-2-بارگذاری………………………….. 55
3-3-3-2-1-الگوی بارگذاری…………………. 56
3-3-3-3-تغییر مکان هدف…………………….. 56
فصل 4: نتایج و تفسیر………………………….. 61
4-1-مقدمه…………………………………… 62
4-2-بررسی نتایج……………………………… 63
4-2-1-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه سه طبقه….. 66
4-2-2-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه پنج طبقه…. 69
4-2-3-بررسی نتایج و تعیین ضرایب نمونه هفت طبقه…. 72
4-2-4-بررسی نتایج حاصل از شکل پذیری سازه………. 72
4-3-تعیین عملکرد لرزهای اعضاء…………………. 74
4-3-1-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان سه طبقه……. 79
4-3-2-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان پنج طبقه…… 84
4-3-3-عملکرد لرزهای اعضا در ساختمان هفت طبقه…… 89
 
فصل 5: جمع بندی و نتیجه گیری…………………… 90
5-1-جمع بندی………………………………… 91
منابع و مراجع………………………………… 95
 
 
 
 
 
 
فهرست اشکال
شکل(2-1) ارتباط بین ضریب کاهش نیرو ، اضافه مقاومت ، ضریب کاهش به علت شکل پذیری و ضریب شکل پذیری ………………….. 19
شکل(2-2) منحنی نیرو- تغییر شکل عضو……………… 32
شکل(2-3) معیارهای پذیرش اعضا در سطوح مختلف عملکردی… 34
شکل(2-4) نتایج مطالعاتKunnath و همکاران………….. 38
شکل(3-1) نمایی از قاب نمونه های مورد مطالعه در تعداد طبقات 3، 5 و 7   44
شکل(3-3) منحنی رفتاری عضو……………………… 51
شکل(3-4) منحنی ساده شده برش پایه- تغییرمکان………. 58
شکل (4-1) منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع اول   64
شکل (4-2) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع یک    64
شکل (4-3)منحنی رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم    65
شکل (4-4) وضعیت رفتاری ساختمان سه طبقه تحت الگوی بار نوع دوم   65
شکل(4-5) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول   67
شکل (4-6) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع اول  67
شکل (4-7) منحنی رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-8) وضعیت رفتاری ساختمان پنج طبقه تحت الگوی بار نوع دوم  68
شکل (4-9) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول  70
شکل (4-10) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع اول 70
شکل (4-11) منحنی رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل (4-12) وضعیت رفتاری ساختمان هفت طبقه تحت الگوی بار نوع دوم 71
شکل(4-13) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-14) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 75
شکل(4-15) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-16) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 76
شکل(4-17) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-18) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 77
شکل(4-19) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-20) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 78
شکل(4-21) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-22) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 80
شکل(4-23) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-24) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 81
شکل(4-25) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-26) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 82
شکل(4-27) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83

شکل(4-28) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 83
شکل(4-29) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-30) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت X 85
شکل(4-31) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-32) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع اول، جهت Y 86
شکل(4-33) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-34) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت X 87
شکل(4-35) شکل پذیری متناظر اعضای فشاری در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
شکل(4-36) شکل پذیری متناظر اعضای کششی در طبقات در توزیع بار نوع دوم، جهت Y 88
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فهرست جداول
(3-1) مقادیر ضریب بازتاب ( ) و ضریب زلزله ( ) در نمونه های مورد مطالعه 47
جدول(3-2) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 3 طبقه 48
جدول(3-3) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 5 طبقه 49
جدول(3-4) مقاطع تیر،ستون و بادبند نمونه 7 طبقه 49
جدول (3-5) مقادیر 59
جدول (3-6) مقادیر ضریب . 60
جدول (3-7) مقادیر ضریب 60
جدول(4-1) پارامترهای رفتاری ساختمان سه طبقه 66
جدول(4-2) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 69
جدول(4-3) پارامترهای رفتاری ساختمان پنج طبقه 72
 
 
 
 
 
 
 
فصل 1: مقدمه
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1-1-مقدمه
در سالهای اخیر فلسفه روش­های سنتی که در طراحی سازه در مقابل مخاطرات طبیعی بر مبنای آنها صورت میگرفت، دچار تغییرات عمده­ای شده است. تخریب گسترده سازه­های طراحی شده بر مبنای آئین­نامه­های قدیمی در زلزله­های اخیر، پیشرفت­های به وجود آمده در روش های تحلیل و نیازهای عملکردی پیچیده­تر مورد انتظار صنایع ساختمانی منجر به معرفی روش های موثرتری در طراحی سازه­ها شده­است. یکی از این روش­ها که در بسیاری از آئین­نامه­ها وجود دارد و سبب ساده­سازی مراحل طراحی میشود، روش تحلیل استاتیکی معادل میباشد که در آن نیروهای طراحی به وسیله ضریب رفتار کاهش داده میشوند. این روش بر این فرض استوار است که مقاومت سازه از مقداری که طراحی بر اساس آن صورت میگیرد، بزرگتر است و به علاوه سازه تحت زلزله با ورود به مرحله غیر خطی، بخشی از انرژی زلزله را جذب می­ کند. طراحی لرزه­ای مطلوب برای ساختمان را می­توان دستیابی به سازه­ای با عملکرد مطلوب، به مفهوم امکان ایجاد خسارت کنترل شده و از قبل پیش ­بینی شده در حین زلزله برای ساختمان دانست ضمن آنکه تخمین نادرست مشخصات زلزله و رفتار سازه و عملکرد آن در مواجهه با زلزله از دلایل مهم آسیب­های شدید وارد بر سازه میباشد. به جهت شناخت هر چه بهتر این مشخصات و ویژگی ها، در قبال روش­های تجویزی مرسوم در آئین­نامه­های پیشین که طراحی را بر اساس نیروهای کاهش یافته زلزله بیان میکرد، آئین­نامه­های طراحی و بهسازی لرزه­ای ارائه گردید که طبق آن طراحی لرزه­ای سازه به روش طراحی بر اساس عملکرد پیشنهاد میگردد.
به دلیل غیر اقتصادی بودن رفتار الاستیک سازه تحت زلزله، هدف اصلی در طراحی لرزه­ای ساختمان­ها بر این مبناست که رفتار ساختمان، در مقابل نیروی ناشی از زلزله­های کوچک بدون خسارت و در محدوده خطی مانده و در مقابل نیروهای ناشی از زلزله شدید، ضمن حفظ پایداری کلی خود، خسارت­های سازه­ای و غیر سازه­ای را تحمل کند. به همین دلیل مقاومت لرزه­ای که مورد نظر آئین­نامه­های طراحی در برابر زلزله است، عموما کمتر و در برخی موارد، خیلی کمتر از مقاومت جانبی مورد نیاز برای حفظ پایداری سازه در محدوده ارتجاعی، در یک زلزله شدید است. بنابر این، رفتار سازه­ها به هنگام رخداد زلزله های متوسط و بزرگ وارد محدوده غیر ارتجاعی میگردند و برای طراحی آنها نیاز به یک تحلیل غیر ارتجاعی است. ولی به دلیل پر هزینه بودن این روش و عدم گستردگی برنامه ­های غیر ارتجاعی و سهولت روش ارتجاعی، روش های تحلیل و طراحی متداول، بر اساس تحلیل ارتجاعی مورد نیاز عموما با بهره گرفتن از ضرایب کاهش مقاومت انجام میشود[2].
یکی از مشکلات موجود در زمینه ضریب رفتار در آئین­نامه­های قدیمی، مربوط به تجربی بودن مقادیر پیشنهاد شده بود. یعنی با وجود اینکه ضرایب رفتار تعیین شده در آئین­نامه­های لرزه­ای در نظر داشتند بیانگر رفتار هیستریک، شکل پذیری، مقاومت افزون، میرایی و ظرفیت استهلاک انرژی باشند، مقادیر این ضرایب در آئین نامه های زلزله، اصولا بر اساس مشاهدات عملکرد سیستم­های ساختمانی مختلف، در زلزله­های قوی گذشته، بر مبنای قضاوت مهندسی بود. بر این اساس، پژوهش­های زیادی در این زمینه صورت گرفت تا مقادیری مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در آئین­نامه­های زلزله بیان شود که در نهایت منجر به اصلاح این ضرایب بر اساس مطالعات علمی شد.
ضریب رفتار اولین بار در گزارش 06-3 ATC در سال 1978 ارائه گشت. در این گزارش، مقادیر پیشنهاد شده برای ضریب رفتار بر اساس نظر مجموعه ­ای از مهندسان خبره استوار بود. به همین دلیل روش مشخصی برای تعیین مقدار آن ارائه نشده بود. همچنین در مقررات NEHRP مربوط به سالهای 1997 و 2000 (FEMA369 و FEMA303) که الهام گرفته از 06-3 ATC بود، بر تجربی بودن ضرایب کاهش تاکید شده است[11و13]. در برخی از آئین نامه های طراحی لرزه­ای، مطلبی ناظر در محاسبه این ضرایب ارائه شده، حال آن که در بیشتر آئین­نامه­ها مقادیر آنها بر مبنای قضاوت مهندسی، تجربه و مشاهده عملکرد ساختمان­ها در زلزله­های گذشته و چشم پوشی از تراز مقاومت افزون آن­ها استوار است[15]. از این رو و با توجه به مطالب فوق، ارزیابی ضرایب رفتار و بررسی ارتباط میان پارامترهای مؤثر در آن برای سازه ­هایی که مطابق آئین­نامه­های طراحی میشوند، اهمیت ویژه­ای دارد. لذا در اکثر آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای جدید، روش­های تعیین آن ذکر شده است.
در این پژوهش بر خلاف آئین­نامه ایران، ضرایب رفتار برای فهم بهتر به اجزای تشکیل دهنده آن تجزیه میشود. البته امروزه در اکثر آیین­نامه­ ها، به جای تعریف یک مقدار معین برای یک نوع قاب سازه­ای، اجزای ضریب رفتار برای قاب­های با شکل­پذیری­های مختلف و بسته به لرزه­خیزی منطقه تعریف می شوند، که از جمله آن­ها میتوان به آیین­نامه کانادا اشاره نمود.
با توجه به تحولات زیادی که از زمان تدوین آئین­نامه ایران در طرح ساختمان­ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) در سال 1366 تاکنون در امر مهندسی زلزله صورت گرفته است و نیز با وجود کاربرد وسیع این آئین­نامه در طراحی ساختمان­های مختلف کشور، آگاهی از محتوای این آئین­نامه و مفاهیم آن امری مهم میباشد. تدوین اغلب آیین­نامه های کاربردی طرح لرزه­ای ساختمان­ها، با هدف جلوگیری از تلفات جانی و خسارات احتمالی و نیز دستیابی به طرحی اقتصادی برای سازه انجام گرفته­است. از جمله عوامل تأثیر­ گذار در دستیابی به این هدف می­توان به دو عامل مقاومت و شکل­پذیری سازه اشاره کرد. عوامل مذکور از مهمترین پارامترهای موثر در طراحی لرزه­ای بسیاری از آئین­نامه­ها، از جمله استاندارد 2800 است. تأمین این دو پارامتر در روش طراحی آئین­نامه­های مذکور با توجه به برآورد اهداف مورد نظر این آئین­نامه­ها در زلزله­های خفیف، متوسط و شدید میباشد. این اهداف با توجه به انتظاراتی که از رفتار سازه­ها در هنگام وقوع زلزله­هایی که ممکن است در طول مفید ساختمان اتفاق بیافتد و نیز میزان خسارات احتمالی وارده به سازه در حین زلزله در نظر گرفته شده­است.
در دهه­های اخیر با بررسی نتایج زمین لرزه­های پیشین و خسارات وارده به سازه­های موجود، پرداختن به مفاهیم شکل­پذیری بیش از پیش مورد توجه محققین قرار گرفته­است. از آن جمله، پس از وقوع زلزله در شهر سان­فرناندو در ایالات کالیفرنیای آمریکا در سال 1971 و با توجه به خرابی­های زیاد ایجاد شده در اثر این زلزله، تحولات بسیاری در ضوابط آیین­نامه­ های طراحی لرزه­ای آمریکا حاصل گردید و مفاهیم شکل­پذیری مورد توجه ویژه قرار­گرفت. همچنین بررسی­ها بر علل خرابی­های زلزله­های رخ داده در سال­های اخیر از جمله زلزله­ی نور­تریج (لس آنجلس) در سال 1993، زلزله­ی سال 1994 در کوبه (ژاپن) و نیز زلزله رودبار­– منجیل (ایران) در سال 1369 اهمیت قابلیت شکل­پذیری سازه در استهلاک انرژی زلزله را نمایان ساخت و ضوابط طراحی بسیاری از آیین­نامه­ های لرزه­ای با نگرشی جدید در جهت تأمین این پارامتر در سازه مورد باز بینی و تحول قرار گرفت.
در آئین­نامه­های موجود طراحی لرزه­ای نیز استفاده از قابلیت جذب انرژی زلزله با در نظر گرفتن رفتار غیر­خطی سازه از اهداف اصلی طراحی میباشد. از آنجا که تعیین دقیق ظرفیت تغییر شکل سازه مستلزم تحلیل­های غیر خطی سازه بوده و با توجه به زمان بر بودن این نوع تحلیل­ها و از طرفی سهل بودن آنالیزهای خطی نسبت به تحلیل­های غیر خطی، در این آئین­نامه­ها به صورت کلی برای سیستم­های مختلف سازه­ای ضرایب کاهنده­ای موسوم به ضریب رفتار ® ارائه گردیده­است که این ضرایب به منظور کاهش نیروهای زلزله با در نظر گرفتن عملکرد غیر خطی سازه­ها میباشد. تعیین ضریب مذکور در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای با توجه به عوامل متعددی از جمله شکل­پذیری سازه، اضافه مقاومت، میرایی و نیز ضرایب اطمینان بکار گرفته شده در ضوابط طراحی ساختمان­ها می­باشد. بدین ترتیب در این آئین­نامه­ها اجازه داده میشود با بهره گرفتن از این قابلیت سازه و بکارگیری ضرایب فوق الذکر، سازه را برای نیرویی به مراتب کوچکتر از نیروی واقعی زلزله طرح نمود. در این آئین­نامه­ها این ضرایب با توجه به مشخصات سازه مورد نظر، به لحاظ سیستم باربر جانبی، مشخص و در قالب جداولی به عنوان ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه، به منظور تعیین نیروی زلزله طراحی سازه در اختیار طراح قرار داده شده­است.
از طرفی در نسل جدید آیین­نامه­ های طراحی و بهسازی لرزه­ای که از روش طراحی بر اساس عملکرد در جایگزینی با روش­های تجویزی استفاده می شود، بررسی دقیق­تر این موضوع مد نظر قرار­ گرفته­است. در این فرایند با توجه به رفتار واقعی اعضا تحت اثر نیروهای وارده و با در نظرگیری کلیه­ پارامتر­های اثر گذار، از جمله مصالح، هندسه و مشخصات اعضا، شکل­پذیری متناظر با هر تلاش در هر المان برآورد می گردد. در این آیین­نامه­ ها (از جمله آیین­نامه و نیز دستورالعمل بهسازی لرزه­ای ساختمان­های موجود) در تحلیل خطی، با معرفی پارامتر ” “m، موضوع شکل­پذیری مورد توجه قرار گرفته­­­است و به عنوان معیاری برای ارزیابی و پذیرش عملکرد هر یک از اعضا در سازه استفاده شده­است. در روش تحلیل غیر خطی طراحی بر اساس عملکرد نیز رفتار مورد انتظار هر یک از اعضا سازه و نیز قابلیت­های شکل­پذیری آن در حین زلزله مدنظر قرار گرفته و با تعیین منحنی رفتاری عضو و نیز معیار­های در­نظر گرفته­ شده برای سطوح عملکردی مختلف سازه در حین زلزله، اعضاء سازه مورد بررسی قرار می گیرد. بدین ترتیب در این روش طراحی لرزه­ای ، قابلیت استهلاک انرژی زلزله در سطح عضو و با توجه به میزان این توانایی در تک تک اعضای سازه­ای مورد بررسی و ارزیابی قرار می گیرد و بر این اساس رفتار کلی سازه در حین زلزله تعیین می گردد.
امروزه روش رایج و مرسوم طراحی لرزه­ای کشور، استفاده از روش طراحی بر اساس نیروهای کاهش یافته و استفاده از ضرایب پیشنهادی آئین­نامه طراحی لرزه­ای ایران، با توجه به سیستم باربر جانبی سازه مورد نظر، می­باشد. بر این اساس بررسی اعتبار ضرایب عنوان شده در آئین­نامه های لرزه­ای مورد استفاده امری مهم است.از طرف دیگر با توجه به کاربرد روز افزون از روش طراحی لرزه­ای بر اساس عملکرد در طراحی سازه­ها، پرداختن به مفاهیم این روش طراحی و استفاده از نحوه نگرش آن در بررسی اعتبار ضرایب کاهش نیروی پیشنهادی آئین­نامه لرزه­ای مرسوم و در صورت لزوم تعدیل و تصحیح این ضرایب، مؤثر می­باشد.
بر این اساس در این پایان نامه با بهره­ گیری از نتایج مطالعات انجام شده در این زمینه، مفاهیم شکل پذیری و ضرایب کاهش نیروی متأثر از شکل­پذیری و همچنین ضرایب شکل­پذیری مورد استفاده در آئین­نامه­های طراحی لرزه­ای به دو شیوه فوق­الذکر مورد تحقیق قرار گرفته­است. بدین منظور سه ساختمان 3، 5 و 7 طبقه منظم با سیستم قاب مهاربندی شده با بهره گرفتن از مهاربند­های هم محور (CBF) مورد بررسی قرار کرفته است. در بررسی این ساختمان­ها، پارامتر­های رفتاری محاسبه و با مقادیر پیشنهادی آن در نتایج آئین­نامه لرزه­ای ایران (استاندارد 2800) مقایسه شده و همچنین ضریب شکل­پذیری اعضاء برای نمونه­های مورد مطالعه محاسبه و ارتباط بین این ضریب و ضریب کاهش نیروی زلزله متأثر از شکل­پذیری سازه، تعیین شده­است و در نهایت در جهت تصحیح و تعدیل ضریب کاهش، پیشنهاداتی ارائه میگردد.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
فصل 2: بر ادبیات موضوع
 
 
 

   در این تحقیق, اتصال با هندسه متغیر از لحاظ خمش حول محور قوی تیر، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد، این اتصال قادر است مفصل پلاستیک را از ناحیه اتصال دور نگه دارد و با این اتصال می توان از بخش بیشتری از بافت عضو در استهلاک انرژی بهره جست و به مقادیر بیشتری از ذخیره سازی و استهلاک انرژی در طول عضو رسید. در این تحقیق با توجه به نقاط ضعف اتصالات قبلی, با رویکردی جدید، راهکارهایی جهت اصلاح عملکرد آن ارائه شده است که این راه حلها، به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته است. اصلاح هندسی اتصال، اگرچه سبب افزایش سختی و مقاومت کل سازه می شود، درعین حال، اضافه نمودن اجزای جدید به اتصال موجب کاهش ظرفیت شکل پذیری مدل­ها شده است. به منظور مقایسه و نتیجه گیری بهتر اتصالات رایج قبل از زلزله نورثریج و نیز اتصال جدید، با بهره گرفتن از روش اجزای محدود از نرم افزار Abaqus برای مدلسازی در قابهای(یک دهانه) 3 و 4 و 5 متری بهره گیری شده است.
واژه های كلیدی:
اتصالات خمشی، اتصال با هندسه متغیر، استهلاک انرژی
 
 

فهرست مطالب

عنوان                                            صفحه
فصل 1-  مقدمه و کلیات.. 1
1-1-        مقدمه.. 2
1-2-        قاب های مقاوم خمشی فولادی (SMRF).. 5
1-3-   اتصال با هندسه متغیر:.. 8
1-4-   تعریف موضوع تحقیق:.. 9
1-5-   اهمیت و اهداف مطالعه اتصال با هندسه متغیر:.. 9
1-6-   روش تحقیق:.. 10
1-7-   ساختار پایان نامه:.. 10
فصل 2-  اتصالات فولادی و سیستم اتصال گیردار با هندسه متغیر   12
2-1-        مقدمه.. 13
2-2-   تعریف اتصال.. 15
2-2-1- انواع اتصالات.. 15
2-3-   منحنی لنگر_ دوران(M- ) اتصالات.. 15
2-4-   طبقه بندی اتصالات خمشی:.. 18
2-4-1- طبقه بندی اتصالات خمشی بر اساس آیین نامه AISC2005. 20
2-4-2- معیار سختی اتصال.. 20
2-4-3- طبقه بندی قاب های خمشی در آیین نامه لرزه ای AISC2005. 22
2-4-4- تقسیم بندی اتصالات خمشی در آیین نامه FEMA 350:.. 22
بر اتصالات پیش از زلزله نورثریج.. 24
2-5-1- اتصالات مقاوم خمشی رایج قبل از زلزله نورثریج 1994.. 24
2-5-2- بررسی های عینی انجام شده بر روی اتصالات.. 25
2-5-3- نتیجه گیری.. 30
2-6-   راه حل.. 31
2-6-1- اتصالات تقویت شده:.. 32
2-6-2- اتصالات ضعیف شده.. 36
2-7-   بررسی اتصال تیر با جان شکافدار.. 37
2-7-1- هندسه کلی اتصالات تیر های با جان شکافدار.. 37
2-7-2- مزایای هندسه اتصال با جان شکافدار نسبت به اتصالات رایج.. 38
2-7-3-          نتایج کلی……………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. 42
2-8-   بررسی اثر اتصال RBS در بهبود رفتار قابهای خمشی فولادی[10].. 42
2-8-1- هندسه کلی اتصالات RBS. 43
2-8-2- مزایای هندسه اتصال RBS. 44
2-8-3-          اثر RBS در جلوگیری از ترد شكنی اتصال و كنترل تنشها در بر ستون[10]   46
2-8-4-          بهسازی و تقویت اتصالات خمشی ساختمان های موجود با بهره گرفتن از RBS. 47
2-8-5-          نتیجه گیری.. 49
2-9-   اتصال با ورق میانگذر:.. 50
2-9-1-          مزایای هندسه اتصال با ورق میانگذر:.. 51
2-9-2-          سایر مزیتهای اتصال با ورق میانگذر به ستونهای قوطی شکل.. 53
2-9-3-          بررسی نتایج تحلیل.. 54
2-9-4-          نتیجه گیری.. 55
2-10-         سیستم اتصال گیردار با صفحات کناری:.. 56
2-10-1-            مقدمه:…………………………………..                  56
2-10-2-            معرفی اتصال با صفحات کناری.. 57
2-10-3-            مقاوم سازی در برابر ضربه و انفجار با بهره گرفتن از اتصال با صفحات کناری   58
2-10-4-            هندسه های معمول سیستم اتصال با ورق کناری:.. 62
2-10-5-            سازه های اجرا شده:.. 63
2-10-6-            مقایسه اتصال با صفحات کناری و اتصال تیر کاهش یافته (RBS):   63
2-11-         اتصال CONXL :.. 64
2-11-1-            هندسه کلی و مزایای اتصالCONXL.. 65
2-11-2-            بررسی نتایج حاصل از تحلیل نمونه ها.. 67
2-11-3-       نتیجه گیری.. 69
فصل 3-   مدلسازی و بررسی های تئوری و تحلیلی.. 71
3-1-   طراحی اتصالات تیر به ستون به روش ممان اینرسی متغیر.. 72
3-1-1- مقدمه   72
3-2-   روش اجزاء محدود.. 76
3-3-   معیار های تسلیم.. 76
3-3-1- معیار تسلیم فون میسز و ترسکا.. 77
3-4-        توزیع تنش در تیر ها.. 78
3-4-1- توزیع کلاسیک تنش در تیر ها.. 78
3-4-2- الف: توزیع تنش خمشی در تیر ها.. 79
3-4-3- ب: توزیع تنش برشی در تیر ها:.. 79
3-4-4- توزیع تنش بر اساس مطالعات المان محدود.. 80
3-5-   توزیع انرژی در اعضاء سازه ای.. 82
3-6-   انتخاب نرم افزار.. 89
3-6-1- نحوه ایجاد یک مدل تحلیلی کامپیوتری:.. 90
3-6-2- رفتار مصالح.. 91
3-7-        انتخاب مدل ها و جزییات اتصال مدل شده:.. 92
3-7-1- ارائه معادله هندسه تیر طره تحت بار منفرد:.. 92
3-7-2- ارائه معادله هندسه تیر طره تحت بار گسترده:.. 94
3-7-3- ارائه معادله هندسه تیر دو سر گیردار تحت لنگر:.. 96
3-7-4- ارائه معادله هندسه تیر دو سر گیردار تحت اثر بار گسترده:.. 100
فصل 4-  خروجی ها و نتایج بدست آمده.. 105
4-1-        مقدمه:.. 106
4-2-   طرح و مشخصات اتصالات نمونه:.. 106
4-3-   نحوه اعمال بار و شرائط مرزی:.. 107

4-4-        انتخاب مدل ها:.. 107
4-4-1- تیرهای کنسول تحت بار منفرد در بخش انتهائی.. 107
4-4-2- تیرهای کنسول تحت بار گسترده یکنواخت.. 109
4-4-3- تیرهای دو سرگیردار تحت بار گسترده یکنواخت در طول و لنگر متمرکز یکطرفه   111
4-4-4- جزییات اتصال مدل شده :.. 118
فصل 5-  نتیجه‌گیری و ارائه راهکار.. 132
5-1-   نتیجه‌گیری.. 133
5-2-   پیشنهادات.. 133
 
فهرست شکل‌‌ها
عنوان                                            صفحه
شکل ‏1‑1: یک نمونه ساختمان با قاب خمشی[19].. 6
شکل ‏1‑2: مکان احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک در تیر (تغییر شکلهای ماندگار)   8
شکل ‏1‑3: هندسه پایه اتصال با هندسه متغیر.. 8
شکل ‏2‑1: انواع منحنی های لنگر_دوران[3].. 17
شکل ‏2‑2: منحنی های لنگر_دوران برخی از اتصالات رایج[6]… 18
شکل ‏2‑3: نمودار لنگر_چرخش و شکل پذیری اتصالات [6]… 19
شکل ‏2‑4: نمودار لنگر_چرخش و شکل پذیری اتصالات [3]… 20
شکل ‏2‑5: نمودار لنگر_چرخش و شکل پذیری اتصالات [3]… 21
شکل ‏2‑6: اتصال خمشی رایج قبل از زلزله نورثریج[21]… 25
شکل ‏2‑7: شکست در جوش بال تیر به بال ستون در طی زلزله نورثریج[26].   27
شکل ‏2‑8: شکست بال ستون[26]… 27
شکل ‏2‑9: شکست بال ستون و جوش تیر به ستون[26]… 28
شکل ‏2‑10: تصاویری از چند نمونه خرابی در زلزله نورثریج شامل: گسترش شکست در ضخامت بال ستون _ گسترش شکست در جان تیر _ شکست کامل اتصال تیر به ستون[26]   28
شکل ‏2‑11: انواع اتصالات تقویت شده.. 33
شکل ‏2‑12: انواع اتصالات تقویت شده[27و28].. 34
شکل ‏2‑13: انواع اتصالات تقویت شده[27و28].. 35
شکل ‏2‑14: انواع اتصالات تیر به ستون RBS [31و32].. 36
شکل ‏2‑15: اتصال تیر به ستون با جان شکاف دار بصورت شماتیک[1].. 38
شکل ‏2‑16: اتصال تیر به ستون با جان شکاف دار بصورت شماتیک[30و 2]   40
شکل ‏2‑17: انواع اتصالات RBS[10].. 44
شکل ‏2‑19: مشخصات كلی نمونه ها[8و9]… 46
شکل ‏2‑20: طرح بهسازی پیشنهادی یوانگ و همكاران [32]… 48
شکل ‏2‑21: جزئیات نمونه های آزمایشی چن و تو[31]… 48
شکل ‏2‑22: رفتار هیسترزیس نمونه های آزمایش شده توسط چن و تو[31]… 49
شکل ‏2‑23: شمایی از اتصال با ورق میانگذ رو نحوه مونتاژ آن[11]… 51
شکل ‏2‑24: نحوه انتقال نیروها در اتصال با ورق میانگذر[11].. 52
شکل ‏2‑25: توزیع کرنشهای پلاستیک فون میسز در زیرسازه[11].. 54
شکل ‏2‑26: منحنی هیسترسیس لنگر_ دوران کل زیرسازه با اتصال میانگذر[11]   55
شکل ‏2‑27: منحنی هیسترسیس لنگر_ دوران پلاستیک زیرسازه با اتصال میانگذر[11]   55
شکل ‏2‑28: اتصال با ورق های کناری مجزا [33].. 57
شکل ‏2‑29: اتصال با ورق های کناری تمام عمق [28].. 57
شکل ‏2‑30: جزئیات اتصال با صفحات کناری[34].. 58
شکل ‏2‑30: تاثیر اتصال در کاهش فرو ریختگی پی در پی کف ها [34].. 59
شکل ‏2‑31: هندسه اتصال الف) اتصال ورق کناری ب) اتصال ورق کناری بهبود یافته [34].. 61
شکل ‏2‑32: هندسه های معمول سیستم اتصال ورق کناری[34].. 62
شکل ‏2‑34: نمای كلی اتصال ConXL[3].. 65
شکل ‏2‑35: تعریف هندسه و جزئیات اتصال ConXL.[13].. 66
شکل ‏2‑36: توزیع تنش فون میسز و تغییر شكل اتصال ConXL-R[13.].. 68
شکل ‏2‑37: توزیع تنش فون میسز و تغییر شكل اتصال ConXL-NR[13.].. 69
شکل ‏2‑38: نمودار لنگر-دوران هر دو نمونه اتصال ConXL[13.]… 70
شکل ‏2‑39: نمودارپوش لنگر-دوران هر دو نمونه اتصال ConXL[13.]… 70
شکل ‏3‑1: نمودار معیارهای تسلیم فون میسز و ترسکا [15]… 78
شکل ‏3‑2: معیارهای فون میسز و ترسکا [15]… 78
شکل ‏3‑3: پارامترهای موثر در تنش برشی نسبت به تار خنثی.. 80
شکل ‏3‑4: شمائی از تیر کنسول تحت بار منفرد.. 83
شکل ‏3‑5: در برخورد خودرو با مانع بخشهائی که طاقت سرعت بارگذاری را ندارند دچار خرابی موضعی می گردند [43].. 85
شکل ‏3‑6: مدلسازی تیر کنسول با فنر های سری دارای سختی ثابت.. 86
شکل ‏3‑7: نمودار نیرو _ جابجائی در محدوده خطی.. 86
شکل ‏3‑8: مقایسه نسبی ذخیره سازی انرژی در طول دو تیر با هندسه های ثابت و متغیر.. 87
شکل ‏3‑9: مدلسازی تیر کنسول با فنر های سری دارای سختی متغیر.. 88
شکل ‏3‑10: مکان احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها در مجاورت اتصال[27]   88
شکل ‏3‑11: منحنی تنش _ کرنش فولاد St37[14].. 92
شکل ‏3‑12: منحنی تنش _ کرنش جوش[14].. 92
شکل ‏3‑13: تیر کنسول تحت بار متمرکز با تنشهای یکسان در تار بالا و پائین   94
شکل ‏3‑14: تیر کنسول تحت بار گسترده یکنواخت با تنشهای یکسان در تار بالا و پائین.. 95
شکل ‏3‑15: قاب یک دهانه تحت لنگر متمرکز یکطرفه.. 96
شکل ‏3‑16: تفکیک شکل قاب یک دهانه تحت لنگر متمرکز یکطرفه به دو تیر با لنگرهای معین.. 97
شکل ‏3‑17: شکل تفکیک شده منحنی لنگر قاب یک دهانه تحت لنگر متمرکز یکطرفه   98
شکل ‏3‑18: نمودار منحنی لنگر تیر دوسر گیردار تحت لنگر یکطرفه.. 98
شکل ‏3‑19: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار صرفا تحت برش ناشی از لنگر متمرکز یکطرفه.. 99
شکل ‏3‑20: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار صرفا تحت برش ناشی از لنگر متمرکز یکطرفه.. 100
شکل ‏3‑21: تیر دو سر گیردار تحت بار گسترده.. 101
شکل ‏3‑22: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار تحت بار گسترده.. 102
شکل ‏3‑23: نمودار معادله لنگر تیر دو سر گیردار تحت لنگر متمرکز یکطرفه و بار گسترده.. 103
شکل ‏3‑24: قاب فولادی یک دهانه تحت بار گسترده قائم و لنگر متمرکز در انتهای تیر.. 103
شکل ‏3‑25: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار تحت لنگر متمرکز یکطرفه و بار گسترده معین.. 104
شکل ‏3‑26: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار صرفا تحت برش ناشی از لنگر متمرکز یکطرفه.. 104
شکل ‏4‑1: نمودار بار چرخه ای اعمال شده به نمونه ها.. 107
شکل ‏4‑2: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه ثابت تحت بار منفرد در بخش انتهائی   108
شکل ‏4‑3: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه متغیر تحت بار منفرد در بخش انتهائی   108
شکل ‏4‑4: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار منفرد با هندسه ثابت   109
شکل ‏4‑5: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار منفرد با هندسه متغیر   109
شکل ‏4‑6: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه ثابت تحت بار گسترده.. 110
شکل ‏4‑7: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه متغیر تحت بار گسترده.. 110
شکل ‏4‑8: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار گسترده با هندسه ثابت   111
شکل ‏4‑9: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار گسترده با هندسه متغیر   111
شکل ‏4‑10: نمایش کانتورهای تنش تیر دو سرگیردار با هندسه ثابت تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 112
شکل ‏4‑11: نمایش کانتورهای تنش تیر دو سرگیردار با هندسه متغیر تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 112
شکل ‏4‑12: نمایش چند حالت معادله هندسی تیر دوسر گیردار تحت بار گسترده ثابت و لنگر جانبی متغیر.. 113
شکل ‏4‑13: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر دو سرگیردار با هندسه ثابت تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 114
شکل ‏4‑14: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر دو سرگیردار با هندسه متغیر تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 114
شکل ‏4‑15: نمایش معادله هندسی تیر دوسر گیردار با مقطع متغیر(الف) – ثابت و متغیر(ب).. 117
شکل ‏4‑16: معادله منحنی سخت کننده اتصال حاصل از روابط تحلیلی برای تیر فوق   118
شکل ‏4‑17: شمائی از سخت کننده پیشنهادی برای اتصال.. 119
شکل ‏4‑18: شمائی از قاب یک دهانه مورد بررسی تحت بارگذاریهای مسأله   120
شکل ‏4‑19: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 121
شکل ‏4‑20: سخت کننده های الحاقی به تیرIPE14 تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 121
شکل ‏4‑21: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE20 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 121
شکل ‏4‑22: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 122
شکل ‏4‑23: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 122
شکل ‏4‑24: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE20 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 123
شکل ‏4‑25: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 124
شکل ‏4‑26: سخت کننده های الحاقی به تیرIPE14 تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 124
شکل ‏4‑27: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE20 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 124
شکل ‏4‑28: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 125
شکل ‏4‑29: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 125
شکل ‏4‑30: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE20 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 126
شکل ‏4‑31: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE16 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 127
شکل ‏4‑32: سخت کننده های الحاقی به تیرIPE16 تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 127
شکل ‏4‑33: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE20 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 128
شکل ‏4‑34: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE16 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 128
شکل ‏4‑35: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE16 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 129
شکل ‏4‑36: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE22 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 129
شکل ‏4‑37: تصویر سخت کننده اتصال.. 131
 
 
فهرست جدول‌‌ها
عنوان                                            صفحه
جدول ‏2‑1: حداقل دریفت سیستم های خمشی بر اساس آیین نامه FEMA 350 [21].   23
جدول ‏4‑1: معادل سازی مقاطع متداول فولادیIPE با مقاطع مسطتیلی(ابعاد بر حسب cm)… 115
جدول ‏4‑2: جدول جزئیات بارگذاری و ابعاد سخت کننده برای دهانه 3 متری   120
جدول ‏4‑3: جدول جزئیات بارگذاری و ابعاد سخت کننده برای دهانه 4 متری   123
جدول ‏4‑4: جدول جزئیات بارگذاری و ابعاد سخت کننده برای دهانه5 متری   127
 

فصل 1-     مقدمه و کلیات

1-1-      مقدمه

زلـزله 17 ژانویه سال 1994 نورثـریج که در20 مایلی شمال غرب لس آنجلس اتفاق افتاد، اولین زلزله­ای بود که به تعداد زیادی از ساختمان های مقاوم خمشی در محل حادثه آسیب سازه­ای رساند. اگر چه شدت زلزله 8/6 در مقیاس ریشتر بود، که بر اساس مقدار انرژی رها شده، یک زلزله متوسط در نظر گرفته می­شد، تعداد زیادی از اتصالات تیر به ستون ساختمان های مقاوم خمشی، در آن زلزله به شدت آسیب دیدند. این اتصالات در آیین نامه Uniform Building Code) UBC) مورد تأیید قرار گرفته بودند و تصور می شد که ظرفیت کافی دارند تا تیر در خمش، به حد تسلیم برسد و یا ناحیه چشمه اتصال ستون دچار تسلیم برشی گردد. اما بر خلاف انتظار، اکثریت اتصالات، به دلایل مختلفی که ذکر خواهد شد، بصورت ترد گسیخته شدند و در موارد کمی، رفتار آنها شکل پذیر بود. یکسال بعد از زمین لرزه نورثریج، درست در 17 ژانویه 1995 زلزله ای به بزرگی 9/6 در مقیاس ریشتر، شهر کوبه در ژاپن را لرزاند که در این زلزله نیز بسیاری از اتصالات قاب­های خمشی آسیب دیدند و حتی بعضی از ساختمان­ها با قاب خمشی فرو ریختند. کشف آسیب­های جدی در ساختمان های فولادی، با قاب­های خمشی جوشی در زلزله­های دیگر نیز تأییدی بر آسیب­های اتفاق افتاده در قاب­های خمشی نورثریج بود و این نشان دهنده این مطلب بود که آسیب ها فقط به خصوصیات لرزه ای در زلزله نورثریج مربوط نمی شود و نقص، از خود اتصالات آسیب دیده می باشد.
زلزله نورثریج, به دلیل تحولاتی که در روند طراحی و ساخت اتصالات گیردار جوشی در سازه های فولادی ایجاد کرد, نقطه عطفی در تاریخ طراحی و اجرای این نوع سازه ها محسوب می شود. بدنبال زلزله نورثریج, تعدادی از ساختمان­های فولادی جوشی با سیستم قاب خمشی(WSMF), در ناحیه اتصالات تیر به ستون دچار شکست شدند. خرابی دور از انتظار بسیاری از ساختمان­های با سیستم‌ مقاومت جانبی قاب خمشی در این زلزله، نوع نگاه به اتصالات این قاب‌ها را دچار دگرگونی كرد. به همین دلیل مهندسان با مشاهده شكست های غیر منتظره گسترده در جوش‌ها و فلز پایه در اتصالات متعارف قاب‌های مقاوم خمشی، بر آن شدند تا اتصالاتی با شكل‌پذیری بیشتر و جزئیات اصلاح شده، معرفی كنند. یكی از بخش‌های مهم اتصالات تیر به ستون در قابهای خمشی، ناحیه چشمه اتصال می‌باشد كه سختی و مقاومت آن در رفتار و شكل‌پذیری قاب تاثیر بسزایی دارد. بخصوص رفتار چشمه اتصال در قاب‌های خمشی ویژه، كه شكل‌پذیری بالایی از این نوع قاب انتظار می‌رود، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌كند. این موضوع، ضرورت بررسی شكل ‌پذیری، رفتار و عملكرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی، با منظور نمودن اثر چشمه اتصال در آن‌ ها، توسط روش نوین طراحی بر مبنای عملكرد (كه بر پایه تحلیل‌های غیرخطی استوار است) را مشخص می‌كند[[i]].
در طراحی ساختمانها در مناطق لرزه خیز باید به گونه ای عمل کرد که:
الف) ایجاد سختی و مقاومت کافی در سازه جهت کنترل تغییر مکان جانبی تا از تخریب اعضاء سازه ای و غیر سازه ای تحت زلزله متوسط یا کوچک جلوگیری بعمل آید.
ب) ایجاد شکل پذیری و قدرت جذب انرژی مناسب در سازه به خاطر ممانعت از فروریختگی سازه در یک زلزله شدید.
منظور از شکل پذیری، قابلیت استهلاک انرژی توسط رفتار غیرالاستیک کل سازه، یا اعضای آن، تحت اثر تغییرشکل های رفت و برگشتی، بدون کاهش قابل ملاحظه ای در مقاومت آنها می باشد. شکل پذیر بودن یک خاصیت اساسی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله می باشد. شکل پذیری مناسب در ناحیه غیر ارتجاعی اعضاء قاب، نیروهای وارده از زلزله را به نحو موثری مستهلک کرده و اعضاء می توانند قبل از فرو ریختن، تغییر شکل ارتجاعی یا خمیری قابل ملاحظه­ای را تحمل کنند. با توجه به اینکه رفتار ساختمان در مقابل زلزله همواره به صورت ارتجاعی باقی نمی ماند، در بعضی از اجزاء ساختمان تغییر شکل های خمیری بوجود می آید که خود باعث جذب انرژی زلزله می گردد. از آنجائیکه عمده این اتلاف انرژی، در مفاصل پلاستیک رخ داده و در عناصر سازه ای (تیر و ستون و …) با هندسه ثابت، مفاصل پلاستیک، در نقاط خاصی از سازه اتفاق می افتد، لذا درصورتی که بتوان، با تمهیداتی استهلاک انرژی را به نقاط بیشتر یا به طولهائی بیشتر از اعضاء سازه سوق داد، در اینصورت می توان گفت، از ظرفیت بیشتری از عضو در این امر بهره برداری شده است. ضمناً با مشارکت بیشتر بافت عضو سازه ای، در بحث استهلاک انرژی(تحت اثر نیروهای وارده)، می­توان در شرائط برابر(مصالح مصرفی) منحنی­های هیسترزیس با سطح زیر منحنی بیشتری را نسبت به اعضاء سازه ای با هندسه ثابت ایجاد نمود.
مبنای کار در طراحی اتصالاتی که با ایده بهبود عملکرد در رفتار اتصالات طرح می شوند این است که: اولاً ظرفیت باربری براساس ممان پلاستیک تیر مشخص شوند، ثانیاً اتصال باید آنقدر مقاوم باشد تا بتواند بدون تحمل شکست به حداکثر مقاومت خود برسد. ثالثاً ظرفیت شکل پذیری نیز باید به اندازه کافی تأمین شود، تا نقاطی از سازه که تحت تغییر شکل های پلاستیک بزرگ قرار می گیرند، قادر به اتلاف انرژی باشند.
فلسفه طراحی اتصالات نیز به گونه ای در نظر گرفته می شود که مفصل پلاستیک را از بر ستون دور کرده و به داخل تیر منتقل کند تا پایداری جانبی سازه در صورت تسلیم مقاطع، حفظ شود. بدین ترتیب اتصال در بر ستون به صورت الاستیک رفتار می نماید و مفصل پلاستیک در تیر و در ناحیه ای دور از اتصال اتفاق می افتد و اتصال را از ترد شکنی مصون نگه می دارد.
تمام اتصالات که باعث تشکیل مفصل پلاستیک در ناحیه ای دور از چشمه اتصال می شود را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

 
 
 
 
 
 
فهرست مطالب
 
عنوان                                                       صفحه
فصل اول: کلیات
1-1- مقدمه …………………………………….. 2
1-2- عوامل چسبنده ………………………………. 2
1-2-1- اپوکسی …………………………………. 2
1-2-1-1- انواع اپوکسی ………………………… 3
1-2-1-2- درجه ……………………………….. 4
1-2-1-3- کلاس‌های اپوکسی ……………………….. 4
1-2-2- لاتکس …………………………………… 5
1-2-2-1- انواع لاتکس ………………………….. 6
1-3- تعمیر سازه های بتنی ………………………… 6
1-3-1- انواع تعمیر بتنی ……………………….. 6
1-3-1-1- تعمیر ترک …………………………… 6
1-3-1-2- تعمیرات اساسی بتن ……………………. 7
1-3-2- اهمیت اتصال در تعمیر بتن…………………. 8
1-3-3- توصیف مقاومت اتصال ……………………… 8
1-3-4- فاکتورهای مهم تاثیر گذار در اتصال ………… 8
1-3-5- فاکتورهای ثانویه تاثیر گذار در اتصال …….. 13
1-3-6- فاکتورهای دیگری که در مقاومت اتصال موثرند … 12
1-4- شیوه‌های آزمایش برای ارزیابی مقاومت اتصال …….. 11
1-4-1- آزمایش برش مایل ………………………… 14
1-4-2- مشکلات شیوه‌ی برش مایل ……………………. 14
1-5- اهداف پژوهش ……………………………….. 17
1-6- ساختار پایان‌نامه …………………………… 18
 
فصل دوم: بر پژوهش های پیشین
2-1- تحقیقات گذشته ……………………………… 20
2-2- آزمایشات و نتایج آنها ………………………. 22
2-2-1- آزمایش انجام شده توسط silva، brano و Julio و نتایج بدست آمده 22
2-2-2- تاثیر زبری سطح بتن در اتصال ملات اصلاح شده‌ی پلیمری, bachrian lubis ……………………………………………….. 25
2-2-3- آیشا، رامسوندار و هارون ………………… 27
2-2-4- آزمایش به فر نیا، جان نثاری و مشرف ………. 28
 
فصل سوم: مصالح مصرفی، نحوه‌ی آماده‌سازی و روش انجام آزمایش
3-1- مقدمه …………………………………….. 30
3-2- مصالح مصرفی ……………………………….. 30
3-3- آزمایش‌های انجام شده ………………………… 29
3-3-1- آزمایش طرح اختلاط بتن ……………………. 29
3-3-1-1- مدول نرمی ماسه ………………………. 31
3-3-1-2- آزمایش چگالی انبوهی شن ………………. 32
3-3-2- آزمایش برش مایل ………………………… 33
3-3-2-1- نکات انجام آزمایش برش مایل در ASTM ……. 33
3-3-2-1-1- لاتکس …………………………….. 35
3-3-2-1-2- اپوکسی …………………………… 37
3-3-2-2- نکات کارگاهی ACI …………………….. 39
3-3-2-2-1- ACI 5031-92 …………………………. 39
3-3-2-2-2- ACI 5032-92 …………………………. 41
3-3-2-2-3- ACI 5032R-92 ………………………… 42
3-3-2-2-3-1- شرایط اعمال چسب ………………… 42
3-3-2-2-3-2- ضوابط انتخاب چسب ……………….. 43
3-3-2-3- چگونگی انجام آزمایش ………………….. 43
3-3-2-3-1- تعداد نمونه‌های مورد نیاز ………….. 43
3-3-2-3-2- مراحل ساخت مقطع دست‌ساز ……………. 45
3-3-2-3-3- مراحل ساخت نمونه‌های آزمایش ………… 47
3-3-2-3-4- روش آماده سازی سطح ………………… 50
3-3-2-3-4-1- سوراخ شده با مته ……………….. 50
3-3-2-3-4-2- خش دار با برس فلزی ……………… 51
3-3-2-3-4-3-صاف ……………………………. 52
3-3-2-3-4-4- سند پلاست ………………………. 53
3-3-2-3-5- ساخت قالب تست برش مایل ……………. 53
3-3-2-3-6- اعمال چسب ………………………… 54
3-3-2-3-7- عمل‌آوری ………………………….. 57
3-3-2-3-8- دستگاه مقاومت فشاری ………………. 60
 
 
فصل چهارم: نتایج آزمایش‌ها و بحث در مورد آنها
4-1- مقدمه …………………………………….. 63
4-2- روش محاسبه‌ی مقاومت برشی از نتایج آزمایش ……… 64
4-3- شروع آزمایش ……………………………….. 64
4-3-1- تنظیمات دستگاه مقاومت فشاری ……………… 64
4-3-1-1- سرعت اعمال بار ………………………. 64
4-3-1-2- تنظیم نوع قالب ………………………. 64
4-3-2- مقاومت فشاری 28 روزه‌ی نمونه‌های بتنی برای بتن های سخت شده (بتن قدیم ) ………………………………………… 64
4-3-2-1- مقاومت فشاری 28 روزه برای طرح اختلاط 20 MPa . 64

4-3-2-2- مقاومت فشاری 28 روزه برای طرح اختلاط 30 MPa 65
4-3-2-3- مقاومت فشاری 28 روزه برای طرح اختلاط 40 MPa 65
4-4- نتایج …………………………………….. 65
4-4-1- نتایج آزمایش چسب‌های لاتکس, اپوکسی نوع 4 و اپوکسی نوع 5 شرکت طراحان بتن پایدار ………………………………. 65
4-4-1-1- Epoxy EA-222 عامل اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده 66
4-4-1-2- اپوکسی نوع 5 عامل اتصال بتن تازه به بتن سخت شده 68
4-4-1-3- لاتکس ……………………………….. 68
4-4-2- نتایج آزمایش‌های چسب‌های لاتکس, اپوکسی نوع 4 و اپوکسی نوع 5 نامیکاران ……………………………………… 72
4-4-2-1- Epoxy GE-2 عامل اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده   72
4-4-2-2- Epoxy Dur 32 عامل اتصال بتن تازه به بتن سخت شده     75
4-4-2-3- لاتکس ……………………………….. 78
4-4-3- نتایج آزمایش‌های چسب‌های لاتکس, اپوکسی نوع 4 و اپوکسی نوع 5 شرکت آبادگران ………………………………………. 81
4-4-3-1- EM Epoxy Bond عامل اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده     81
4-4-3-2- Epoxy ABADUR P1 عامل اتصال بتن تازه به بتن سخت شده 85
4-4-3-3- Latex، EM Bond ………………………….. 88
4-4-4- نتایج آزمایش‌های چسب لاتکس شرکت بتن شیمی خاتم . 91
4-4-4-1- لاتکس ……………………………….. 91
4-4-5- نتایج آزمایش بتن تازه به بتن سخت شده بدون استفاده از عوامل چسبنده ………………………………………… 95
4-5- نمودارها ………………………………….. 98
4-5-1- نتایج آزمایشات بدون چسب با مقاومت‌های مختلف بتن      98
4-5-2- نتایج آزمایشات نمونه‌های متصل شده با لاتکس …. 99
4-5-3- نتایج آزمایشات نمونه‌های متصل شده با اپوکسی نوع 4    100
4-5-4- نتایج آزمایشات نمونه‌های متصل شده با اپوکسی نوع 5    101
4-5-5- بررسی تاثیر افزایش مقاومت بتن در مقاومت اتصال 102
4-6- نحوه‌ی شکست ……………………………….. 103
 
فصل پنجم: نتیجه گیری و ارائه پیشنهادات برای پژوهش های آینده
5-1- مقدمه …………………………………….. 110
5-2- نتایج مطالعات آزمایشگاهی …………………… 110
5-3- ارائه پیشنهادات برای پژوهش های آینده ……….. 112
منابع …………………………………………. 113
 
 
فهرست اشکال
 
عنوان                                                       صفحه
شکل 1-1- سرنگ اپوکسی ……………………………. 2
شکل 1-2- رزین لاتکس ……………………………… 5
شکل 1-3- لاتکس تازه از برش………………………… 5
شکل 1-4- شیوه های مختلف آزمایش مقاومت اتصال ………. 13
شکل 1-5- پیکر بندی Slant Shear (Austin) ………………….. 14
شکل 1-6- تغییر مود برش از صفحه‌ی اتصال به صفحات بالاتر . 15
شکل 1-7- دایره‌ی مور آزمایش Slant Shear (Austin) …………… 16
شکل 1-8- ارتباط زاویه‌ی صفحه‌ی اتصال و زبری در تنش شکست (Austin et al 1999) ……………………………………………….. 17
شکل 3-1- چسب‌های تهیه شده ………………………… 30
شکل 3-2- ابعاد مقطع برش مایل …………………….. 34
شکل 3-3- مقطع دست ساز …………………………… 35
شکل 3-4- استفاده از دستگاه تراز کننده برای صاف کردن سطح قالب     45
شکل 3-5- استفاده از دستگاه برای تراز انتهای قالب ….. 45
شکل 3-6- شکل نهایی قالب …………………………. 46
شکل 3-7- نمونه‌ی Slant shear ………………………….. 46
شکل 3-8- لوله‌ی پلیکا پر شده از بتن ………………. 47
شکل 3-9- قالب سیلندری برای مقاومت فشاری ………….. 48
شکل 3-10- جدایی لوله از بتن به کمک اره …………… 49
شکل 3-11- استفاده از دستگاه سنگ بر برای برش مقطعی بتن 49
شکل 3-12- نمونه‌ی بریده شده ………………………. 50
شکل 3-13- سوراخ شده با مته ………………………. 51
شکل 3-14- خش دار با برس فلزی …………………….. 51
شکل 3-15- صاف ………………………………….. 52
شکل 3-16- سند پلاست ……………………………… 53
شکل 3-17- قالب Slant Shear ………………………….. 53
شکل 3-18- مخلوط چسب بتن، آب و سیمان …………….. 54
شکل 3-19- اعمال چسب …………………………….. 55
شکل 3-20- مخلوط کردن گروت اپوکسی ………………… 55
شکل 3-21-کوبیدن بتن …………………………….. 56
شکل 3-22- آماده برای عمل‌آوری …………………….. 56
شکل 3-23- نمونه‌های اپوکسی نوع 4 آماده برای عمل‌آوری … 57
شکل 3-24- باز کردن قالب نمونه برای عمل‌آوری ……….. 58
شکل 3-25- نمونه‌ی آماده‌ی تست اپوکسی نوع 4 …………. 59
شکل 3-26- نمونه‌های آماده‌ی تست چسب بتن و اپوکسی ……. 59
شکل 3-27- اندازه گیری قطر نمونه …………………. 60
شکل 3-28- دستگاه مقاومت فشاری ……………………. 61
شکل 3-29- قرار گیری نمونه در دستگاه و تست ………… 61
شکل 4-1- نمایش نیروی برش ………………………… 63
شکل 4-2- محاسبه‌ی قطر هر نمونه ……………………. 64
شکل 4-3- Epoxy EA-222 طراحان بتن ……………………. 65
شکل 4-4- Latex BA 310 طراحان بتن …………………….. 69
شکل 4-5- Epoxy GE 2 نامیکاران ………………………. 72
شکل 4-6- Epoxy Dur – 32 نامیکاران …………………….. 75
شکل 4-7- لاتکس نامیکاران …………………………. 78
شکل 4-8- EMEpoxy Bond آبادگران …………………….. 82
شکل 4-9- Epoxy ABADUR P1 آبادگران …………………… 85
شکل 4-10- EMBOND آبادگران ……………………….. 88
شکل 4-11- چسب بتن از شرکت بتن شیمی خاتم ………….. 92
شکل 4-12- اتصال بدون چسب و شکست در سطح روش آماده سازی سطح، نرمال ………………………………………………. 103
شکل 4-13- اتصال بدون چسب و شکست در سطح روش آماده سازی سطح، سند بلاست ………………………………………………. 104
شکل 4-14- اتصال با لاتکس و شکست در سطح، روش آماده سازی سطح، صاف ………………………………………………. 104
شکل 4-15- اتصال با اپوکسی و شکست در سطح، روش آماده سازی سطح، سند بلاست ………………………………………….. 105
شکل 4-16- اتصال با اپوکسی نوع 5، شکت در بتن، روش آماده سازی سطح، سند بلاست ………………………………………. 107
شکل 4-17- اتصال با اپوکسی نوع4، شکت در بتن، روش آماده سازی سطح، سوراخ شده با مته ………………………………. 107
شکل 4-18- اتصال با اپوکسی نوع4، شکت در بتن، روش آماده سازی سطح، خراش با برس فلزی ………………………………. 108
 
 
 
فهرست جدول‌‌ها
 
عنوان                                                          صفحه
جدول 1-1- روش‌های حذف بتن (Couvard 2006, Silfwerbereand, 1990) …… 10
جدول 2-1- طرح اختلاط بتن آزمایش سیلوا و همکارانش …… 23
جدول 2-2- نتایج آزمایشات D Silva (etal 2005) و همكارانش …… 24
جدول 2-3- نتایج آزمایشات bachrian lubis و همكارانش ……… 26
جدول 2-4- نتایج آزمایش آیشا و همكارانش …………… 27
جدول 2-5- نتایج آزمایشات به فر نیا,جان نثاری و مشرف .. 28
جدول 3-1- نتایج آزمایش مدول نرمی ماسه ……………. 32
جدول 3-2- طرح اختلاط برای بتن‌های استفاده شده ………. 33
جدول 3-3- محاسبه‌ی تعداد نمونه‌های مورد نیاز ……….. 44
جدول 4-1- نتایج آزمایش برش مایل خش دار شده با برس فلزی Epoxy EA-222 طراحان بتن پایدار …………………………………….. 66
جدول 4-2- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته Epoxy EA-222 طراحان بتن پایدار ………………………………………… 67
جدول 4-3- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست Epoxy EA-222 طراحان بتن پایدار ……………………………………………….. 67
جدول 4-4- نتایج آزمایش برش مایل صاف Epoxy EA-222 طراحان بتن پایدار 68
جدول 4-5- نتایج آزمایش برش مایل خش دار شده با برس فلزی Latex BA-310 طراحان بتن پایدار ………………………………. 70
جدول 4-6- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته Latex BA-310 طراحان بتن پایدار ………………………………………… 70
جدول 4-7- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست Latex BA-310 طراحان بتن پایدار ……………………………………………….. 71
جدول 4-8- نتایج آزمایش برش مایل صاف Latex BA-310 طراحان بتن پایدار 71
جدول 4-9- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزیEpoxy GE-2 نامیکاران ……………………………………………….. 73
جدول 4-10- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با متهEpoxy GE-2 نامیکاران ……………………………………………….. 73
جدول 4-11- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاستEpoxy GE-2 نامیکاران 74
جدول 4-12- نتایج آزمایش برش مایل صافEpoxy GE-2 نامیکاران 74
جدول 4-13- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی Epoxy Dur-32 نامیکاران ……………………………………… 76
جدول 4-14- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته Epoxy Dur-32 نامیکاران ……………………………………………….. 76
جدول 4-15- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست Epoxy Dur-32 نامیکاران    77
جدول 4-16- نتایج آزمایش برش مایل صاف Epoxy Dur-32 نامیکاران    77
جدول 4-17- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی Latex نامیکاران ……………………………………………….. 79
جدول 4-18- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته Latex نامیکاران ……………………………………………….. 80
جدول 4-19- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست Latex نامیکاران    80
جدول 4-20- نتایج آزمایش برش مایل صاف Latex نامیکاران .. 81
جدول 4-21- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی EM Epoxy Bond آبادگران ………………………………………. 83
جدول 4-22- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته EM Epoxy Bond آبادگران ……………………………………………….. 83
جدول 4-23- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست EM Epoxy Bond آبادگران   84
جدول 4-24- نتایج آزمایش برش مایل صاف EM Epoxy Bond آبادگران   84
جدول 4-25- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی Epoxy ABADUR-P1 آبادگران ………………………………………. 86
جدول 4-26- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته Epoxy ABADUR-P1 آبادگران ………………………………………. 86
جدول 4-27- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست Epoxy ABADUR-P1 آبادگران ……………………………………………….. 87
جدول 4-28- نتایج آزمایش برش مایل صاف Epoxy ABADUR-P1 آبادگران 87
جدول 4-29- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی EM Bond آبادگران ……………………………………………….. 89
جدول 4-30- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی EM Bond آبادگران ……………………………………………….. 90
جدول 4-31- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست EM Bond آبادگران   90
جدول 4-32- نتایج آزمایش برش مایل صاف EM Bond آبادگران . 91
جدول 4-33- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی چسب بتن، بتن شیمی خاتم …………………………………………… 93
جدول 4-34- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته چسب بتن، بتن شیمی خاتم …………………………………………… 93
جدول 4-35- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست چسب بتن، بتن شیمی خاتم 94
جدول 4-36- نتایج آزمایش برش مایل صاف چسب بتن، بتن شیمی خاتم 94
جدول 4-37- نتایج آزمایش برش مایل خش دار با برس فلزی بدون چسب     95
جدول 4-38- نتایج آزمایش برش مایل سوراخ شده با مته بدون چسب   96
جدول 4-39- نتایج آزمایش برش مایل سند پلاست بدون چسب …. 96
جدول 4-40- نتایج آزمایش برش مایل صاف بدون چسب …….. 97
 
 
 
 
 
 
 
فهرست نمودارها
 
عنوان                                                          صفحه
نمودار 4-1- اتصال بدون چسب انجام شده است …………. 98
نمودار 4-2- اتصال توسط لاتکس ……………………… 99
نمودار 4-3- اتصال با اپوکسی نوع 4 ……………….. 100
نمودار 4-4-اتصال با اپوکسی نوع 5 ………………… 101
نمودار 4-5- جهت بررسی تاثیر افزایش مقاومت بتن در آزمایش     102
 
 
 


 
 
 
 
 
 
فصل اول:
 
کلیات

 
1-1- مقدمه
اضافه کردن بتن تازه به روی لایه‌ی بتن قدیمی یک روش معمولی برای تعمیر یا تقویت سازه است. تعمیر بتن شامل حذف بتن ضعیف و جایگزینی آن با بتن جدید است، و یکی از اساسی ترین فاکتورهای این عمل وجود مقاومت اتصال خوب بین بتن اضافه شده و سطح قدیمی در طول عمر مفید سازه است. وقتی عمل تعمیر انجام می شود فاکتور های زیادی از جمله زبری سطح ،وجود ترک های ریز، تراکم بتن و عمل‌آوری آن و همچنین تفاوت در مشخصات مصالح از جمله مدول الاستیسیته، حرکات گرمایی و خزش در مقاومت و توزیع تنش موثرند. این سیستم را می‌توان شامل سه فاز سطح اولیه بتن،بتن اضافه شده ومحیط اتصال در نظر گرفت. منظور از محیط اتصال صفحه‌ی اتصال و اطراف آن است. این محیط باید توانایی مقابله در برابر تنش های وارده را داشته باشد . این محیط معمولا با اضافه کردن یک عامل چسبنده یا افزایش زبری و گاهی هر دوی ان ها خواهند بود. هر چند این روش ها تجربی اند و کارایی عامل چسبنده هنوز اثبات نشده است. از نتیجه‌ی این مطالعه طراحان می‌توانند مقاومت بتن مورد استفاده برای اتصال ،نوع زبری ایجاد شده و مقاومت طراحی را برای یک طراحی اقتصادی انتخاب کنند.
 
1-2- عوامل چسبنده:
1-2-1- اپوكسی1
 
 
[1]

                                               
یکی از عوامل چسبنده‌ی مورد نظر در این پایان نامه اپوکسی است. رزین‌های اپوکسی با ایجاد حرارت داخلی عمل‌آوری می‌شوند. این سیستم‌ها شامل دو بخش رزین و سخت‌کننده هستند که پس از اختلاط با یکدیگر فعال شده و سخت می‌شوند.
رزین‌های اپوکسی در سطوحی مانند استایروفوم، چوب قرمز، چوب‌های سخت، بعضی سطوح پلاستیکی و سطوح فلزی و بتنی می‌توانند استفاده شوند. رزین‌های اپوکسی مقاومت خمشی، برشی و کششی مناسبی دارند، از جذب آب بسیار پایین و سختی بسیار زیادی برخوردارند و زمان گیرش بین 5 تا 7 روز دارند.
رزین‌های اپوکسی، پریپلیمرهای با وزن مولکولی کم یا پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا هستند که معمولاً حداقل دارای 2 بخش مجزا (شکل1-1) که باید ابیدا ترکیب و سپس استفاده شوند، هستند. این دو بخش معمولاً از گروه گلیسیدیل[2] یا اکسایرن[3] هستند. بخش وسیعی از اپوکسی‌ها در صنایع تولید می‌شوند و مواد خام آن‌ ها از مشتقات نفت بدست می‌آید. مانند دیگر مواد پلیمری که با حرارت عمل‌آوری می‌شوند, ترکیب درجه[4] های مختلف رزین‌های اپوکسی یا اضافه کردن افزودنی، مواد پلاستیکی یا فیلرها برای رسیدن به پروسه یا نتیجه‌ی نهایی مطلوب و یا برای کاهش هزینه‌ی تولید یک امر معمولی است. به این عملیات دست‌کاری در فرمول نیز می‌گویند که به طور رایج در کارخانجات تولید اپوکسی در ایران انجام می‌شود.
1-2-1-1- انواع اپوکسی ]12[
نوع 1) برای موارد غیر باربر برای اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده یا مصالح دیگر
نوع 2) برای موارد غیر باربر برای اتصال بتن تازه به بتن سخت شده
نوع 3) برای اتصال مصالح ضدلغزش به بتن سخت شده و به عنوان اتصال‌دهنده در بتن اپوکسی[5] که در                    سطوح تحت بار ترافیکی (گرما یا حرکات مکانیکی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نوع 4) برای موارد باربر برای اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده یا مصالح دیگر
نوع 5) برای موارد باربر برای اتصال بتن تازه به بتن سخت شده
نوع 6) برای اتصال و پوشش مقاطع پیش‌ساخته یا پیش‌تنیده و برای اتصال قطعه قطعه وقتی پیش کشیدگی موقتی انجام می‌گیرد.
نوع 7) برای پوشش غیرباربر قطعات المان پیش ساخته وقتی پس‌کشیدگی موقتی در اتصال قطعه به قطعه اعمال نشده است.
 
1-2-1-2- درجه
سه گرید متفاوت با توجه به مشخصات جاری شدن اپوکسی ها داریم:
ویسکوزیته کم (1 درجه
ویسکوز متوسط (2 درجه
غیر قابل جاری شدن [7] (3 درجه
1-2-1-3- کلاس های اپوکسی
کلاس‌های اپوکسی مشخص‌کننده‌ی دمای مناسب برای عمل گیرش چسب هستند.
کلاس A) برای استفاده در دمای زیر 4 درجه (کمترین دمای ممکن برای عملکرد اپوکسی)*
A: T < 4
کلاس B) برای استفاده بین دمای 4 تا 15 درجه                                   B: 4 < T < 15
کلاس C) برای استفاده در دمای بیش از 15 درجه                                        C: T > 15
کلاس D) برای دمای بین 4 تا 18 درجه                                            D: 4 < T < 18
کلاس E) برای دمای بین 15 تا 30 درجه                                         E: 15 < T < 30
کلاس F) برای دمای بین 25 تا 30 درجه                                           F: 25 < T < 30
*دمای اشاره شده مربوط به دمای سطح بتنی مورد نظر است نه دمای محیط. برای مثال چسب کلاس A در دمای اتاق به خوبی گیرش می‌کند.
1-2-2- لاتکس
لاتکس هم می‌تواند طبیعی و هم مصنوعی باشد. لاتکس طبیعی یک سیال شیری است (شکل 1-2 و 2-2) که در 10٪ همه‌ی گیاهان گل‌دار وجود دارد مرکبی از امولسیون پروتئین، شبه قلیا، نشاسته، شکر، روغن، رزین، جوهر مازد و صمغ که در معرض هوا سفت می‌شود و معمولاً با تخریب پوسته‌ی گیاه ترشح می‌کند. لاتکس مصنوعی با پلیمریزه کردن یک مونومر مانند استایرن که با مواد فعال در سطح[9] امولسیونه شده باشد, به وجود می آید.

1-2-2-1- انواع لاتکس ]15[
نوع 1 ) متفرق شدنی[10]- محدود برای استفاده‌ی داخلی و غیرقابل استفاده در شرایط مرطوب
نوع 2 ) متفرق نشدنی[11]- قابل استفاده در شرایط مرطوب
 
1-2-2-2- ضوابط انتخاب چسب
1) شرایط هنگام اعمال چسب
آلودگی سطح – دمای سطح تماس – رطوبت سطح – دسترسی به سطح
2) نوع و بزرگی بار
جهت (فشار، کشش برش، تغییر عکس)، مدت زمان، نرخ (استاتیک، دینامیک) – فرکانس بار
1 Epoxy