دانلود تحقیق تحلیل یک دال تعمیر شده تخت مبتنی (لکه گیری شده) به روش اجزاء محدود

مقدمه

بسیاری از سازه‌ های بتن مسلح قدیمی موجود به پایان زمان سرویس دهی خود رسیده‌اند و یا حتی بیشتر از آن عمر کرده‌اند و تعداد زیادی از سازه‌های بتنی جدید نیز در معرض شرایط محیطی نامناسب قرار دارند که سبب خرابی پیش از موعد آنها در عرض 20 سال می‌گردد. خرابی سازه های مبتنی به علل یک سری ‏فرآیندها مانند: فرآیند الکتروشیمیایی (خوردگی فولاد آرماتور)، فرآیند فیزیکی (یخ زدن و ذوب شدن)، فرآیند شیمیایی (حمله عوامل شیمیایی، حمله سولفات‌ها و واکنش سنگدانه‌های قلیایی بتن) و آسیب‌های مکانیکی صورت می‌پذیرد. ( اشکال 1 الی 3)

تمامی این فرآیندها منجر به ظهور فیزیکی آثاری چون انقباض و انبساط بتن شده که نتیجه آن به صورت ترک‌ها و پکیدن (قلوه کن شدن) بتن بروز می‌نماید.

تا به حال استراتژی مقابله با مشکلات ذکر شده تعمیر و بازسازی بوده و کمتر روش جایگزینی کامل سازه بتنی مطرح بوده است.

به هر حال نه تنها کارهای تعمیراتی بتن دارای قدمت زیادی نمی‌باشد بلکه هیچ آئین‌نامه‌ای نیز برای این نوع کارها و ارائه طراحی مناسب وجود ندارد.

انتظار می‌رود اکثر سازه‌های بتنی که تعمیر شده‌اند نخواهند توانست همان سرویس دهی و عمر مناسب که در طراحی اولیه مد نظر بوده ارائه نمایند بلکه در بعضی حالات روند خرابی به علت اشکالات موجود در طرح تعمیراتی و مشخصه‌ها و نقایص کنترل کیفیت شتاب بیشتری یافته‌اند. (Emmons and Vaysburd 1996)

این خرابی‌های زودهنگام در سیستم‌های تعمیر شده بتنی اغلب به علت عدم فهم صحیح از علل مشکل می‌باشد در حالی که راه حل مشکل بر پایه علائم موجود در خرابی می‌باشد.

همانطور که توسط Emmons و Vaysburd در سال 1996 مطرح گردید یک درک درست از اندرکنش بین سیستم تعمیر شده بتنی با قسمت موجود زیر آن برای اطمینان از عملکرد بعدی سازه تعمیر شده الزامی است.

این مقاله به معرفی عوامل تاثیرگذار بر عملکرد دال‌های تخت بتنی که به روش لکه‌گیری تعمیر و اصلاح شده‌اند می‌پردازد که از جمله آنها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

- حالات هوازدگی در زمان سرویس‌دهی

- سازگاری رفتار ساختمان و الزامات موجود.

اهمیت عامل عدم تناسب بین مواد بکار رفته در تعمیر و سازه بتن مسلح موجود از طریق یک مطالعه تحلیلی نشان داده شده که عملکرد وصله تعمیری بتن را آشکار می‌سازد. در ادامه نتیجه‌گیری شده که روش‌های تحلیلی ابزاری بسیار موثر در انتخاب مناسب مواد برای تعمیر و تکنیک تعمیر بتن می‌باشند.

- الزامات عملکرد وصله بتنی:

الزامات عملی برای وصله‌های بتنی به عنوان یک سیستم تعمیری در دال تخت بتنی موجود در وهله اول دوام و سرویس‌دهی می‌باشند.

به اکثر الزامات سرویس‌دهی برای وصله بتنی معمولاً در الزامات مربوط به دوام اشاره شده است به استثناء الزامات سازه‌ای مانند: ارتعاش، خیز (تغییر مکان) و ... .

الزامات مربوط به دوام وصله‌ها دارای دو قسمت هستند:

اول: کاهش نرخ مکانیسم خرابی

دوم: سازگار بودن با سیستم موجود، بطوری که اندرکنش این دو قسمت منجر به آغاز مشکل دیگری برای دوام سیستم نگردد.

توجه به این نکته ضروری است که خواص مکانیکی، فیزیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی وصله بتنی مشابه سازه موجود بتن مسلح باشد. هر چند رسیدن به چنین شرایطی آسان نیست ولی طراحی یک سیستم تعمیراتی موثر می‌تواند با تهیه یک لیست از الزامات به ترتیب اولویت و آگاه بودن از چگونگی تاثیر آنها بر رفتار سازه تعمیر شده، تکمیل گردد.

- عوامل موثر بر عملکرد وصله بتنی:

کمبود اطلاعات جامع و راه‌حل‌های مناسب برای تعمیر بتن به عنوان عاملی برای خرابی‌های زودرس در برخی تکنیک‌های ارائه شده موجود و مواد، شناخته شده است.

بنابراین سوالات اساسی که در این رابطه مطرح است مثل عملکرد بلند مدت سیستم‌های تعمیر شده در یک محیط، با استفاده از مشخصه‌ها و استانداردهای امروز قابل پاسخگویی نیستند.

مشکلات مربوط از عدم توانایی تعیین موارد زیرناشی می‌شوند:

1- خواص محیط به اضافه بارهای اعمالی.

2- خواص بتن مسلح لایه زیری.

3- خواص مواد تعمیری.

اندرکنش وصله بتنی با محیط اطراف سازه‌ای که تعمیر گردیده اهمیت دارد چرا که برای تخمین عملکرد آن لازم می‌باشد.

شرایط هوازدگی مثل محیط اطراف سازه در مقیاس وسیع بطور گسترده‌ای به عوامل زیر بستگی دارد:

1- موقعیت جغرافیایی یک سازه (دما، رطوبت نسبی، مقدار بارش باران و برف و ...)

2- توپوگرافی منطقه (جهت بادهای غالب و ...)

3- آمار انسان‌های نزدیک به سازه (تمرکز آلودگی جدی و ...)

هم چنین عواملی مثل بارهای اعمالی بر سازه نیز موثر می‌باشند.

این عوامل به راحتی قابل ارزیابی نیستند چون بطور پیوسته با زمان و موقعیت تغییر می‌یابند. هر چند تشخیص پارامترهای محیطی جهت یک طرح پایدار و با دوام کافی می‌باشد.

عملکرد سیستم تعمیر شده بتنی تقریباً بوسیله سازگاری عناصر موجود در آن سیستم کنترل می‌گردد.

سازگاری مواد در یک قطعه تعمیر شده بتن تحمل تمامی تنش‌های ناشی از تغییرات حجمی، اثرات شیمیایی و الکتروشیمیایی بدون هیچگونه عیب و نقص و خرابی را در یک محیط مشخص در طول عمر آن تضمین می‌نماید.

سازگاری مواد اصلی و موثر لزوماً با یک تناسب بین خواص مجزا میسر نمی‌گردد.

در عوض خواص مواد تعمیری می‌بایست برای لایه زیرین مناسب بوده و با محیط و عمر طراحی قطعه تعمیری تناسب داشته باشد.

مطالعات قبلی بیانگر مطالب زیر هستند:

1- مدول الاستیسته مواد تعمیری وصله‌ها در مقایسه با بتن لایه زیرین بر روی توزیع تنش در ناحیه محصور کننده وصله موثر می‌باشد. و توصیه گردیده نسبت مدول الاستیسته مواد تعمیری به لایه زیرین بین 0.75-1.25 باشد.

2- ضریب پواسون مربوط به یک ماده تعمیری وصله یک اثر مرتبه دوم می‌باشد.

3- مقاومت کششی مواد تعمیری به جهت افزایش عملکرد خستگی حائز اهمیت می‌باشد.

4- اهمیت خاصیت عدم تناسب بستگی به هندسه وصله بتنی دارد.

عملکرد وصله تعمیری بتنی به وسیله روش ساخت نیز تحت تاثیر قرار می‌گیرد همانند:

آماده سازی سطح، روش ریختن بتن و شرایط نگهداری. (1993) cle land در ارتباط با اثر وضعیت سطح و اثر آن بر مقاومت چسبندگی تحقیقاتی انجام داده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان از آن دارد که هر دو روش شن‌پاشی و شستشو با آب تحت فشار موثر بوده و اثر نوع بافت رویه بتن بر روی مقاومت چسبندگی وصله زیاد حائز اهمیت نمی‌باشد.

(1993) Hutchinson در مورد مکانیسم عملکرد چسبیدن مواد تعمیری وصله و بتن رویه تحقیقاتی به انجام رسانده، نتایج تحقیقات وی نشان می‌دهد که در صورت شستشو با آب تحت فشار، بیشترین مقاومت چسبندگی را خواهیم داشت، چرا که در این حالت زبری‌های درشت در سطح بوجود آمده که عاری از گرد و غبار بوده و هم چنین سطح دارای رطوبت مناسب می‌باشد.

اهمیت عدم چسبندگی موضعی در فصل مشترک بین مواد تعمیری وصله و لایه زیرین بتن طی یک تحقیق تحلیلی توسط chidiac (1997) بررسی گردیده است.

نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر این مطلب است که چسبندگی ضعیف وصله همان مقدار بحرانی است که عدم تناسب خواص دارای اهمیت است.

نحوه ریختن (اجراء) و شرایط نگهداری مواد تعمیری عوامل مهمی هستند که برای کنترل خواص فیزیکی و مکانیکی موثر می‌باشند. تحقیقات Dhir نشان می‌دهد که نحوه اجراء و شرایط نگهداری بر روی سازه حفره‌دار در هسته بتن تاثیر می‌گذارند. نتایج آزمایشگاهی chidiac بیانگر این هستند که سطح ارتعاش و نوع شکل دارای اثر مستقیم بر روی کیفیت پوشش بتن دارند. این عوامل منجر به عدم تناسب بیشتر در خواص وصله تعمیری بتن می‌گردند.

(1993) cairns تغییرات به وجود آمده در رفتار سازه‌‌ای اعضای بتن مسلح را در اثر هوازدگی در مواد تسلیح کننده آن به هنگام تعمیر از روشهای آزمایشگاهی و تحلیلی بررسی نمود. این مطالعه نشان می‌دهد که یک مدل قابل توسعه به تحقیقات روی طول آرماتور می‌باشد که می‌تواند بدون هیچ زیانی در ظرفیت سازه‌ای عضو نشان داده شود و همینطور مدل‌های تحلیلی مشابه می‌تواند برای تخمین ظرفیت باقی مانده دال‌های بتن مسلح آسیب دیده به علت خوردگی، ضربه و ... مورد استفاده قرار گیرد. (1992 Eyre)

- تحلیل وصله‌های بتنی در یک دال تخت بتنی:

برای نشان دادن اهمیت عواملی همچون شرایط هوازدگی، سازگاری سیستم و خواص خمشی از سه حالت مطالعاتی استفاده شده است و در آنها عملکرد سیستم تعمیرشده ارزیابی می‌گردد.