23925

بررسي اثرات خوردگي ناشي از كربناسيون بر عملكرد لرزه اي ساختمان بلند تحت سناريو هاي مختلف خوردگي

ارشد

عمران سازه

1397

1400/3/10

دكتر محسنعلي شايانفر

دكتر محمد قانوني بقا

عمران

كربن دي اكسيد موجود در اتمسفر يكي از علل اصلي خوردگي در سازه هاي بتن آرمه مي باشد. آرماتور هاي مدفون در بتن توسط دو عامل فيزيكي (كاور بتني) و عامل شيميايي (لايه اكسيد محافظ در نزديكي سطح آرماتور) محافظت مي شوند. هنگامي كه گاز كربن دي اكسيد از كاور بتني عبور مي كند و به سطح مقطع آرماتور مي¬رسد، PH پيراموني اين لايه از 13 به 9 كاهش پيدا مي كند و لايه اكسيد محافظ در نزديكي سطح آرماتور از بين مي رود. فرآيند خوردگي باعث تغيير در خواص مكانيكي فولاد و بتن مي شود و عملكرد طبيعي سازه را مختل مي كند و تاثييرات منفي در سازه مي گذارد. بنابراين درك چگونگي رفتار سازه هاي بتن آرمه تحت اثر خوردگي از موضوعات مهم و اساسي بوده و نياز به بررسي و آزمايش دارد. در اين تحقيق ابتدا اثرات خوردگي ناشي از كربناسيون بررسي مي¬شود و با استفاده از تئوري هاي رايج زمان شروع خوردگي مدل سازي مي¬شود. سپس قاب 12 طبقه هسلتون در نرم افزار اپنسيس مدل سازي مي¬شود و براي فرآيند ارزيابي سازه تحليل پوش اور و ديناميكي افزايشي صورت مي گيرد. در مرحله بعد اثرات خوردگي ناشي از كربناسيون بر سازه اعمال مي شود و تحليل سازه براي 30 سال پس از وقوع خوردگي براي بازه هاي زماني 10 ساله در سناريو هاي مختلف خوردگي انجام مي¬شود. در انتها نتايج تحليل پوش اور و ديناميكي افزايشي براي هر يك از حالات خوردگي بررسي و مقايسه مي¬شود. نتايج نشان مي¬دهد در اثر خوردگي مقادير لنگر نهايي تحت اثر خوردگي كاهش مي يابد به گونه اي كه در سناريو هاي اول و دوم تحت 4 وجه خوردگي ستون هاي طبقه اول مقادير لنگر نهايي براي ستون مياني به ترتيب 52 و 59 درصد كاهش پيدا مي كند. همچنين نتايج تحليل سازه غيرخطي نشان مي دهد خوردگي باعث كاهش ظرفيت سازه و تغيير در سطح عملكردي سازه مي¬شود به گونه اي كه براي سناريو اول و دوم نتايج تحليل استاتيكي غيرخطي نشان مي دهد ضريب اضافه مقاومت و شكل پذيري سازه به طرز چشمگيري براي سناريو اول به ترتيب 16 و 56 درصد كاهش مي يابد. همچنين شكل پذيري سازه بيش تر از ضريب اضافه مقاومت تحت تاثير خوردگي قرار گرفته به گونه اي كه براي سناريو دوم ضريب شكل پذيري 60 درصد و براي سناريو سوم 24 درصد كاهش يافت. بنابراين خوردگي 4 وجه بحراني بوده و به دليل كاهش شديد مشخصات مكانيكي فولاد و بتن راهكار هايي مانند حفاظت سطحي براي جلوگيري از اين اتفاق در نظر گرفت تا زمان شروع خوردگي بالا رود و از كاهش ظرفيت سازه جلوگيري شود.

1400/03/25

Investigation of the corrosion effect due to Carbonation on Seismic performance of high-rise Structure under different corrosion Scenario

1/1/1900 12:00:00 AM

Carbon dioxide in the atmosphere is one of the main causes of corrosion in reinforced concrete structures. Reinforcements buried in concrete are protected by two physical agents (concrete cover) and a chemical agent (protective oxide layer near the reinforcement surface). When carbon dioxide gas passes through the concrete cover and reaches the cross-section of the reinforcement, the PH around this layer decreases from 13 to 9 and the protective oxide layer near the reinforcement surface disappears. The corrosion process changes the mechanical properties of steel and concrete and disrupts the natural performance of the structure and has negative effects on the structure. Therefore, understanding how the reinforced concrete structures behave under the influence of corrosion is one of the important and basic issues and needs to be studied and tested. In this research, the effects of corrosion due to carbonation are first investigated and the corrosion onset time is modeled using common theories. Hasleton's 12-story frame is then modeled in opensees software, and incremental dynamic and pushover analysis is performed for the structural evaluation process. In the next step, the effects of carbonation corrosion are applied to the structure and structural analysis is performed for 30 years after corrosion for 10-year periods in different corrosion scenarios. Finally, the results of pushover and incremental dynamics analysis for each corrosion condition are reviewed and compared. The results show that due to corrosion, the values of the final moement are reduced due to corrosion, so that in the first and second scenarios, under 4 surface corrosions of the first floor columns, the final moment values for the middle column are reduced by 52 and 59%, respectively. Also, the results of nonlinear structural analysis show that corrosion reduces the capacity of the structure and changes in the functional level of the structure, so that for the first and second scenarios, the results of nonlinear static analysis show the coefficient of overstrength and ductility of the structure reduced significantly for the second scenario 16 and 56 percent, respectively. Also, coefficient of the ductility was more affected by the corrosion, so that for the second scenario the ductility coefficient decreased by 60% and for the third scenario by 24%. Therefore, corrosion in 4 surface due to the severe reduction of mechanical properties of steel and concrete is critical, so some solution such as surface protection were considered to prevent this from happening to increase the onset time of corrosion and to reduce the capacity of the structure.

كربناسون , اثرات خوردگي , آناليز استاتيكي غيرخطي , آناليز ديناميكي افزايشي