23888

بررسي تأثير خوردگي ناشي از كلريد بر عملكرد لرزه¬اي و ميزان خسارت وارده به سازه¬هاي بتن آرمه با قاب خمشي

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران-زلزله

97

28/02/1400

محسنعلي شايانفر

محمد قانوني بقا

عمران

يكي از آسيب¬هايي كه در سازه¬هاي بتن آرمه به وجود مي¬آيد و باعث مي¬شود كه سازه مورد نظر عملكرد مورد انتظار را در هنگام وقوع زلزله محتمل نداشته باشد خوردگي مي¬باشد. سازه¬هاي بتن آرمه نزديك به ساحل، پل¬هايي كه در معرض نمك يخ زدايي در فصل زمستان هستند، پايه¬هاي سازه¬هاي دريايي كه تحت اثر جز و مد هستند، از جمله مواردي است كه خوردگي باعث آسيب در عملكرد مورد انتظار مي¬شود. خوردگي بيشتر تحت دو عامل كلر(خوردگي حفره¬اي) و كربوناسيون(خوردگي يكنواخت) رخ مي¬دهد. بعد از عبور اين يون¬ها از پوشش فيزيكي(كاور بتني) و پوشش شيميايي(لايه محافظ غير فعال دور ميلگرد) به سطح ميلگرد رسيده و خوردگي آغاز مي¬شود. در اثر خوردگي خصوصيات مكانيكي فولاد و بتن كاهش يافته و عملكرد لرزه¬اي سازه را تحت تأثير قرار مي¬دهد. در اين تحقيق خوردگي ناشي از كلر به صورت حفره¬اي در نظر گرفته شده است. همچنين براي بررسي عملكرد لرزه¬اي، يك قاب خمشي بتني 20 طبقه بررسي شده است. ابتدا زمان شروع خوردگي را در دو حالت تعييني و احتمالاتي(با در نظر گرفتن عدم قطعيت¬ها) براي سه نسبت آب به سيمان 0.5، 0.45 و 0.4 تعيين شد. سپس تأثيرات خوردگي مانند كاهش سطح مقطع آرماتورها، كاهش خصوصيات مكانيكي آرماتورها و كاهش مقاومت فشاري بتن براي هر سه نسبت آب به سيمان، بر ستون¬هايي كه تحت اثر خوردگي قرار مي¬گيرند، اعمال شد و با استفاده از تحليل استاتيكي غيرخطي، تحليل ديناميكي فزاينده و منحني¬هاي شكنندگي عملكرد لرزه¬اي مورد بررسي قرار گرفت. با توجه به بررسي‌هاي انجام گرفته نرخ خوردگي در ابتداي شروع خوردگي بيشتر و در سال¬هاي بعد از شروع خوردگي كاهش پيدا مي¬كند. با توجه به نتايج بدست آمده شكل پذيري سازه بيشتر از اضافه مقاومت تحت تأثير خوردگي قرار گرفته و كاهش پيدا مي¬كند. در پايان عمر مفيد سازه اين مقدار كاهش براي نسبت آب به سيمان 0.5 بيشتر از 72% و براي نسبت آب به سيمان 0.4 بيشتر از 39% مي‌باشد. با افزايش نسبت آب به سيمان (نفوذپذيري بيشتر) ميزان كاهش شكل پذيري به صورت قابل توجهي افزايش پيدا مي‌كند. اين بررسي‌ها و مقايسه‌ها لزوم توجه بيشتر به نسبت آب به سيمان در طراحي‌ها و اجرا را در سازه‌هاي نزديك ساحل را نشان مي‌دهد. همچنين با تغيير نسبت آب به سيمان از 0.4 به 0.5، در پايان عمر مفيد سازه احتمال قرارگيري در آستانه آسيب ديدگي گسترده و فروريزش براي شدت زلزله طراحي و بزرگترين زلزله محتمل به صورت جهشي افزايش داشته است. در نسبت آب به سيمان 0.5 و 10 سال پاياني عمر مفيد سازه، جهش زيادي در احتمال فروريزش مشاهده مي‌شود. سازه در اين زمان در اثر خوردگي خطر زيادي را در شدت بزرگترين زلزله محتمل، تجربه مي‌كند. خوردگي تأثير بسزايي بر عملكرد لرزه¬اي مورد انتظار سازه در طول مفيد آن دارد و باعث كاهش آن مي¬شود. پارامترهايي مانند مصالح ساخت بتن، كيفيت ساخت بتن و ميزان پوشش بتني روي ميلگرد تأثير بسزايي در كاهش اثر اين آسيب بر سازه دارند. اين تحقيق ميزان اهميت تأثير نسبت آب به سيمان در عملكرد سازه¬هايي كه تحت تأثير اين آسيب هستند را نشان مي¬دهد.

1400/03/18

Study of the corrosion effects of chloride on seismic performance and estimate of damage of RC Frame Buildings

1/1/1900 12:00:00 AM

Corrosion is one of the crucial damages that may occur to reinforced concrete structures. It also may affect the expected performance of the structure during the possible earthquakes. Onshore reinforced structures, bridges exposed to deicing salts in winter and also the pillars of marine structures under tidal waves, all of which are examples of corrosion damages. Corrosion mostly occurs due to two main reasons: chloride and carbonation which cause pitting corrosion and uniform corrosion, respectively. Corrosion starts with reaching of those two ions to the bar surface, passing by the physical and chemical passive covers. Corrosion also affects the mechanical properties of the steel and the concrete and reduces the seismic performance of the structure. In the present study, the chloride-based corrosion is considered. Moreover, a 20-storey moment frame concrete structure is investigated for seismic performance studies. At first, corrosion initiation time is determined by deterministic and probabilistic Monte-Carlo methods considering the uncertainties in the effective parameters for three water to cement ratios of 0.4, 0.45 and 0.5. Next, the effects of the corrosion such as cross section thinning and mechanical properties degradation of armatures and also reduction of compressive strength of concrete for the abovementioned water/cement ratios were exerted on under corrosion-damaged columns. The aforementioned studies, were discussed by using non-linear static and Incremental dynamic analyses combined with the seismic performance fragility curves. in regard to the conducted studies, the corrosion rate in the beginning of the corrosion is high and reduces in the next years. According to the results, the ductility of the structure is affected by the corrosion and will decrease due to it. In the end of the structure’s life span, the ductility reduces more than 72 and 39 percent for 0.5 and 0.4 water/cement ratios, respectively. By increasing the water/cement ratio, i.e. increasing the permeability, the reduction rate in the ductility rises significantly. This results and comparisons show that the water/cement ratio should be in a great concern for designs and constructions in on-shore structures. Furthermore, with changing the water/cement ratio from 0.4 to 0.5, in the end of the life span, the possibility of the exposure of the structure against great damages and even collapse in design earthquake magnitude and the biggest possible earthquakes rise considerably. At 0.5 water/cement ratio and the last 10 years of the structures life duration, a big bounce in the possibility of collapse is observed. In this period, the structure experience the biggest possible earthquakes risk because of the corrosion effects. Parameters such as concrete material, concrete quality and concrete cover on the bars, have a significant rule in decreasing the corrosion damages on the structure. The present study proves the importance of water to cement ratio in structures which may be affected by corrosion.

سازه¬هاي بتن آرمه , خوردگي , تحليل استاتيكي غيرخطي , تحليل ديناميكي فزاينده , منحني شكنندگي

Reinforced concrete structures , Corrosion , Non-linear static analysis , Incremental dynamic analysis , Fragility curves