14312

14312

برآورد كاهش ظرفيت اعضاي قابي سازه‌هاي بتن آرمه تحت اثر خوردگي

دكتري

سازه

بهار 1394

بهار 1394

دكتر محسنعلي شايانفر - دكتر محمد علي برخورداري

عمران

چكيده تحقيقات انجام شده در اين رساله به چند بخش مختلف تقسيم گرديده است. در بخش اول، عليرغم اينكه اهداف طراحي در سازه‌هاي بتن‌آرمه رسيدن به مقاومت، سرويس پذيري و دوام مطلوب و مورد نظر مي‌باشد، تا سال‌هاي اخير در مورد هدف سوم طراحي يعني دوام، طرح خاصي به جز رعايت ضوابط محدود آيين‌نامه‌اي مطرح نبوده است. براي اطمينان از عملكرد دوام سازه‌هاي بتن مسلح در مكان‌هاي مستعد خوردگي، در بخش اول اين پژوهش به دنبال تدوين برنامه كاربردي و دقيق به‌منظور پيش‌بيني و تعيين زمان وقوع خوردگي در سازه‌هاي بتن مسلح مي‌باشيم. بر همين مبنا با استفاده از تئوري قابليت اعتماد سازه‌ها، شاخص قابليت اعتماد براي حالت حدي طراحي دوام در برابر خوردگي، با استفاده از الگوريتم فراكاوشي دقيق با غيرمقيدكردن تابع حالت حدي محاسبه شده و با روش شبيه‌سازي مونت‌كارلو با تعداد زياد نمونه و مثال‌هاي موجود در ادبيات فني مقايسه شده است. در ادامه انجام تحقيقات، با توجه مطالعات انجام شده در ادبيات فني، وقوع و توسعه خوردگي در سازه‌هاي بتن مسلح باعث تشكيل محصولاتي مي‌شود كه حجمي در حدود 2 تا 7 برابر حجم فولاد اوليه را دارند. اين افزايش حجم به‌دليل ايجاد ترك باعث كاهش مقاومت فشاري و همچنين مقاومت كششي در سازه‌هاي بتن آرمه مي‌گردد. با اين وجود، در مورد اثرات ناشي از آن بر بخش‌هايي از سازه كه تحت تنش‌هاي فشاري قرار داشته و عملكرد فشاري بتن تعيين كننده بوده عليرغم اهميت موضوع تحقيقات بسيار كم مي‌باشد. به‌همين دليل، در بخش بعدي اين پژوهش، ميزان كاهش مقاومت فشاري حداكثر بتن تحت اثر خوردگي آرماتورها با ساخت نمونه‌هاي مكعبي و اعمال خوردگي تسريع شده در آزمايشگاه مورد بررسي قرار گرفته است. نمونه‌ها با نسبت‌هاي متفاوت آب به سيمان، با آرماتورهاي مختلف ساخته شده و تحت درجات مختلف خوردگي ميزان كاهش مقاومت فشاري بتن بررسي گرديد. هم‌چنين در ساخت نمونه‌ها و مدل‌هاي آزمايشگاهي، بتن‌هاي نسل‌جديد ساخته شده و اثر افزودني‌ها روي بتن مورد مطالعه قرار گرفت. در بخش بعدي تحقيقات، اثرات خوردگي آرماتورها بر ميزان پيوستگي بين بتن و آرماتور در سطوح مختلف خوردگي، با ساخت نمونه‌هاي با نسبت آب به سيمان 4/0 ، 45/0 و 5/0 و استفاده از مواد افزودني مختلف، با انجام آزمايش Pull-Out مورد بررسي قرار گرفته است. مطابق تحليل‌هاي انجام شده، استفاده از افزودني‌ها به‌خصوص، سرباره آهن در حدود 30 درصد وزني سيمان باعث افزايش مقاومت پيوستگي و كاهش ميزان خوردگي مي‌شود. وجود هرچند ناچيزِ خوردگي اوليه، باعث كاهش شديد مقاومت پيوستگي و مقاومت دربرابر خوردگي مي‌گردد. در خوردگي ناشي از كلريد، خوردگي خود آرماتورها، از نوع سوراخ شدگي مي‌باشد. بنابراين، در بخش بعدي تحقيق ميزان تغييرات مقاومت كششي آرماتور در اثر تمركز تنش ناشي از خوردگي سوراخ شدگي بررسي گرديده است. اثر تمركز تنش ناشي از خوردگي بر روي ظرفيت كششي ميلگرد هم با انجام تست‌هاي آزمايشگاهي كشش آرماتور و هم با ساخت مدل‌هاي متنوع در نرم‌افزار آباكوس، مورد تحقيق قرار گرفت. مطابق مدل‌سازي‌ها در عمق‌هاي متفاوت خوردگي، در خوردگي با نسبت شعاع سوراخ به قطر آرماتور تا 3/0 كاهش مقاومت كمتر از حدود 6 % مي‌باشد و خوردگي‌هاي بالاتر از 4/0 ميزان كاهش ظرفيت شدت يافته و حتي به بيش از 30 درصد مي‌رسد. در انتها، نتايج حاصل از تحقيقات مختلف انجام شده روي اثرات مهم ناشي از خوردگي، بر كاهش ظرفيت اعضاي بتن‌آرمه مورد توجه و محاسبه قرار گفته است. در همين راستا، منحني‌هاي تداخلي براي يك نمونه ستون رسم شده، ميزان كاهش برش و لنگر خمشي براي تير بررسي شده است. در اين پايان‌نامه همچنين، با استفاده از برنامه‌نويسي در در نرم‌افزار متلب، مدل سه‌بعدي با پياده‌سازي المان‌هاي پوسته‌ جدار ضخيم(المان كامپوزيتي كه براي طراحي بدنه هواپيماي بوئينگ 747 مورد استفاده قرار گرفته است) به روش نيرو كنترل، و المان ساليد 20 گرهي به روش تغيير مكان كنترل ايجاد گرديده است. واژه‌هاي كليدي: اعضاي بتن آرمه، خوردگي آرماتورها، احتمال وقوع خوردگي، خوردگي تسريع شده،كاهش مقاومت فشاري، تمركز تنش، اثرات خوردگي.