امروزه استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (frp)، یکی از پرکاربردترین روش های مقاوم سازی اعضای بتن مسلح از جمله ستون ها می باشد. در اعضای فشاری لایه های frp به دور ستون ها پیچیده شده و از طریق محصورکنندگیِ بتن، سبب افزایش مقاومت محوری آن هامی گردد. اهتمام اصلی در این پایان نامه، مدل سازی رفتار غیرخطّیِ بتن محصورشده با استفاده از نرم-افزار ansys می باشد. به منظور مدل سازی رفتار غیرخطّیِ بتن، از معیار تسلیمِ دراکرـ پراگر که همان معیار بهبود یافت? موهرـ کولمب است، استفاده شده است. صحت مدل های ارائه شده بر مبنای نتایج حاصل از آزمایشات انجام شده توسط سایر محققین مورد تأیید قرار گرفته است. در این تحقیق ابتدا بهبود اثر محصورکنندگی دورپیچ frp بر ستون های بتن مسلح مستطیلی توسط اصلاح سطح مقطع ستون مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش مقاوم سازیِ ستون، قبل از اقدام به دورپیچ کردن ستون، سطح مقطع آن توسط اجرای پوششی بتنی به اشکال دایروی و یا بیضوی اصلاح شده و سپس اقدام به دورپیچ کردن آن می شود. این کار سبب توزیعِ یکنواخت-تر فشار محصورکنندگیِ دورپیچ frp می شود. نتایج نشان می دهد که تأثیر اصلاح سطح مقطع ستون از کارآمدترین و اقتصادی ترین روش های افزایش اثر محصورکنندگی است. البته محدودیّت-های معماری، کاربرد این روش را محدود می کند. پس از آن تأثیر اعمال بار با خروج از مرکزی در ظرفیت باربری ستون های بتن مسلح مستطیلی مورد بررسی قرار گرفت. در ادام? این بررسی، دیاگرام اندرکنش بارـ ممان ستون ها به دست آمده از اجزای محدود با دیاگرام های پیشنهادیِ aci 440.2r-08 مقایسه شده است. نتایج حاصل از مدل ها حاکی از آن است که با اعمال خروج از مرکزیّتی هر چند ناچیز، ظرفیت باربری ستون محصورشده به شدّت کاهش می یابد. با افزایش خروج از مرکزی از کارایی محصورکنندگی کاسته شده؛ به طوری که در ناحی? کنترل کشش به خصوص نقط? خمش خالص، محصورشدگی ستون بسیار بسیار کم می شود. هم چنین مقایس? دیاگرام های حاصل از مدل سازیِ اجزای محدود و پیشنهادیِ aci 440.2r-08 نشان می دهد که در ناحی? کنترل فشار، نتایج aci محافظه کارانه بوده؛ با این وجود نتایج ویرایش 2008 این راهنمای طرّاحی، نسبت به ویرایش 2002 آن بسیار واقع گرایانه تر شده است.

میان قاب های آجری یکی از انواع متداول میان قاب است که طبق روش های طراحی معمول از اثرات آن ها در رفتار سازه ای ساختمان ها صرف نظر شده و فقط به عنوان یک عضو غیر سازه ای، بار ثقلی آن در بارگذاری منظور می شود. در حالی که تحقیقات حاکی از این است که وجود میان قاب آجری تاثیر بسزایی در رفتار لرزه ای سازه دارد. سازه های زیادی که با سیستم سازه ای قاب خمشی بتنی و وجود میان قاب ساخته شده اند و بدلایل مختلف از قبیل تغییر آئین نامه ها و ضعف اجراء نیاز به مقاوم سازی دارند محققین را به بررسی دقیق تر نقش میان قاب ها در رفتار سازه ترغیب کرده است. در گذشته تحقیقات بسیاری بر روی تقویت میان قاب ها در برابر نیروهای وارده انجام شده است. تحقیقات اخیر نشان می دهد که می توان از قابلیت های میان قاب برای مقاوم سازی کل سیستم استفاده کرد. امروزه استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (frp)، یکی از پرکاربردترین روش های مقاوم سازی اعضای بتن مسلح می باشد. استفاده از این پلیمر ها برای تقویت اعضاء آجری چند سالیست که مورد توجه بوده است. با استفاده از تقویت میان قاب می توان خواص آن را از جمله خرد شدگی و عدم رفتار انعطاف پذیر را بهبود بخشید و از این طریق می توان از آن برای تقویت کل سازه استفاده نمود. اهتمام اصلی در این پایان نامه، مدل سازی رفتار غیرخطی بتن، دیوار آجری و رفتار خطی frp با استفاده از نرم افزار ansys می باشد. به منظور مدل سازی رفتار غیرخطی بتن، از معیار تسلیم ویلیام-وارنک استفاده شده است. پس از آن یک قاب یک طبقه یک دهانه در حالات 1- بدون میان قاب، 2- با میان قاب آجری و 3- با میان قاب آجری تقویت شده با صفحات frp مدل-سازی شده، صحت مدل های ارائه شده بر مبنای نتایج حاصل از آزمایشات انجام شده توسط سایر محققین مورد بررسی قرار می گیرد. بعد از اعتبار سنجی، به آزمایش و بررسی میزان بهبود رفتار سازه در اثر تقویت با شکل ها و ضخامت های مختلف لایه های frp می پردازیم.

خرابی های مشاهده شده در ساختمان ها و پل ها طی زلزله های اتفاق افتاده در طول سالیان، نیاز مبرم به مقاوم سازی سازه ها را نشان می دهد. در دهه اخیر استفاده از کامپوزیت های frp برای مقاوم سازی قاب های بتنی مسلح گسترش یافته است. استفاده از frp به دلیل خصوصیاتی چون مقاومت در برابر خوردگی، وزن کم (نسبت مقاومت به وزن بالا در مقایسه با مصالح سنتی) و مقاومت کششی بالا، در حال افزایش است. یکی از کاربردهای frp دورگیری اعضای بتن آرمه است. این تقویت باعث افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری اعضای بتن آرمه می شود. با کاربرد frp، مدل رفتاری بتن از جمله سختی، مقاومت فشاری و کرنش نهایی بتن تغییر می کند. هدف این تحقیق ارزیابی فرصتهای فراهم شده برای ترمیم لرزه ای قابهای بتنی موجود با استفاده از طرح های مقاوم سازی مدرن، می باشد. با توجه به گسترش کاربرد کامپوزیت ها در تقویت سازه های بتنی به عنوان یکی از روشهای موثر در بهبود عملکرد لرزه ای قاب های بتن مسلح، در این پایان نامه با مدلسازی قاب های تقویت شده با frp، به کمک برنامه های sap2000 و abaqus، و انجام تحلیل های غیر خطی، اثر تقویت قاب بتنی توسط frp بر روی عملکرد لرزه ای آن مورد بررسی قرار گیرد. بدین منظور تحلیل بار افزون روی سه قاب بتن مسلح 4، 8 و12 طبقه (معرف ساختمان های کوتاه، متوسط و بلند مرتبه) با استفاده از نرم افزار sap2000 قبل و پس از ترمیم انجام شده، عملکرد لرزه ای و نیز ضریب رفتار برای سازه های قاب خمشی بتن آرمه متداول مطالعه شده و نتایج مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین به منظور بررسی دقیقتر یک قاب بتنی یک دهانه یک طبقه در نرم افزار abaqus مدل و آنالیز غیر خطی شده و اثر افزایش ورق frp به اجزای سازه ای روی عملکرد لرزه ای قاب مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از آنالیز ها نشان داد که استفاده از ورق های frp بطور قابل ملاحظه ای عملکرد لرزه ای قابهای بتنی را تحت تاثیر خود قرار داده و بهبود می بخشد.

کامپوزیت سیمانی مهندسی شده (ecc) نوع پیشرفته‏ای از کامپوزیت‏های سیمانی مسلح به الیاف با ظرفیت کرنش کششی بالا ناشی از رفتار سخت‏شوندگی کرنشی و ترک‏خوردگی مویی متعدد است. مهندسی مواد در eccاز ارتباط میان میکروسازه‏ها، پروسه ساخت، مشخصات مصالح و کارایی تشکیل شده است. در واقع میکرومکانیک برقرارکننده پل‏ارتباطی میان ویژگی‎‏های مکانیکی کامپوزیت و مشخصات مصالح می‏باشد. پارامترهای میکرومکانیکی براساس اندرکنش میان الیاف، ماتریس و لایه میانی دو معیار لازم برای دستیابی به رفتار ویژه ecc را مقدور می‏سازد. این دو معیار بر پایه مقاومت ماتریس و حالت ترک پایا استوارند. در واقع دستیابی به این حالت تضمین‏کننده کامپوزیت سیمانی مهندسی شده با کارایی بالا و رفتار سخت شوندگی کرنشی است. تحقیقات متعددی توسط پژوهشگران در نقاط مختلف جهان جهت شناسائی و بهبود رفتارecc انجام شده است اما متاسفانه علی‏رغم رفتار منحصربفرد این بتن؛ تاکنون گزارشی مبنی بر ساخت آن در کشور منتشر نشده است. بر این اساس هدف اصلی پایان‏نامه ساخت این کامپوزیت برای اولین بار در ایران با استفاده از مصالح در دسترس و موجود در نظر گرفته شده است. بنابراین در ابتدا برای درک بهتر و دستیابی به الگوی طراحی مفاهیم رفتارسخت‏شوندگی کرنشی، ترک‏خوردگی مویی متعدد و حالت ترک پایا بر مبنای میکرومکانیک و مکانیک شکست پرداخته شده است. سپس فعالیت‏های آزمایشگاهی در راستای دستیابی به پروسه ساخت ecc انجام گرفته شده است. و در نهایت بر اساس مدل پیشنهادی رفتار کششی ecc ساخته شده مدل‏سازی شده و پارامترهای میکرومکانیکی آن محاسبه می‏شود.

در این تحقیق روش طراحی و ساخت یک کامپوزیت سیمانی مسلح با الیاف پلی وینیل الکل که با نام کامپوزیت های سیمانی مهندسی یا engineered cementitious composites-ecc شناخته می شوند، در ایران مورد بررسی قرار گرفته است. مکانیک شکست، خصوصیات کششی، فشاری و خمشی ecc تحت بارگذاری های استاتیکی و چیدمان دقیق آزمایشگاهی بررسی شده و در برخی موارد با رفتار بتن معمولی و یا بتن الیافی معمولی مقایسه گردیده است. همچنین روشی برای مدل سازی تحلیلی این ماده بر مبنای مدل ترک پخش شده با کرنش تجزیه شده و رفتار چند خطی سخت-شوندگی در کشش و پلاستیسیته دراگرـ پراگر پیشنهاد شده است. سپس رفتار المان های مصالح بنایی مانند منشور، تیر و نمونه های برشی سه گانه در دو حالت ساده و تقویت شده با ecc در شرایط مختلف آزمایش شده است. پیوستگی ecc به مصالح بنایی نیز با استفاده از آزمایش pull-off بررسی گردیده است. به عنوان اولین آزمایشات سازه ای اثر لایه های ecc بر روی رفتار پانل های بنایی مورد مطالعه قرار گرفته است. عملکرد پانل ها در دو حالت ساده و مقاوم سازی شده با یکدیگر مقایسه شده اند. برای بازدید چگونگی تشکیل و توسعه ترک ها در لایه ecc از روش همبستگی تصاویرمتوالی دیجیتالی (dic) بهره گرفته شده است. در ادامه چگونگی مقاوم سازی قاب های بتنی میان پر با میانقاب آجری با استفاده از لایه های ecc مورد ارزیابی قرار گرفته که در آن سه نمونه قاب بتنی میان پر با مقیاس 2/1 در حالت های بدون میانقاب، دارای میانقاب، دارای میانقاب تقویت شده با ecc تحت بارگذاری جانبی رفت و برگشتی قرار گرفته است و منحنی های چرخه ای، نمودار های نیروـ تغییرمکان، تغییرات سختی و تغییرات استهلاک انرژی آنها با یکدیگر مقایسه شده اند. از میان نتایج متعددی که از این آزمایشات و مدل سازی ها حاصل گردیده به مهمترین آنها با رعایت اختصار اشاره خواهد شد. براساس نتایج حاصله می توان بیان داشت که منشورهای مقاوم شده دوطرفه نسبت به نمونه های کنترل افزایشی در حدود 23 و 36 درصد به ترتیب در ظرفیت باربری فشاری و سختی از خود نشان داده اند. بر اساس پاسخ نمونه های برش سه گانه می توان بیان کرد که لایه های ecc وابسته به ضخامت خود می توانند ظرفیت باربری برشی را 3 تا 6 برابر و ظرفیت جذب انرژی را در اینگونه نمونه ها 20 تا 50 برابر افزایش دهند. همچنین کاربرد ecc به عنوان ماده مقاوم سازی توانسته است مقاومت برشی پانل های بنایی را 5/1 تا 8/2 برابر و ظرفیت جذب انرژی را حداقل به میزان 35 برابر افزایش دهد. نتایج آزمایشات انجام شده در این تحقیق نشان می دهد که مقاوم سازی قاب های میان پر با ecc، سبب افزایش ظرفیت باربری به میزان 6/2 برابر، ظرفیت جذب انرژی به مقدار 7/2 برابر و جلوگیری از فروریزش میانقاب شده است.

در کشور های توسعه یافته استفاده از کامپوزیت پایه سیمانبی مسلح شده به الیاف فولادی به دلیل عملکرد مکانیکی بالای آن و شکل پذیری زیاد در ساخت انواع سازه های کاربرد دارد. آزمایشات کمی در خصوص دوام نمونه های بتن مسلح به الیاف فولادی انجام شده است. هدف از این پایان نامه جمع آوری مجموعه ای از آزمایشات به منظوز فراهم آورد شرایط خوردگی در در نمونه های sfrc است. حدودا 80 نمونه مورد آزمایش قرار گرفت. سه گروه آزمایش طبقه بندی شدند: آزمایش اول در رابطه با بررسی خوردگی روی مسلح به الیاف فولادی اشاره دارد، آزمایش دوم اثر استفاده از الیاف فولادی خورده شده در نمونه های ساخته شده بررسی می کند، و دسته سوم به اثر خوردگی روی رفتار الباف تک به هنگام بیرون کشیده شدن از ماتریس بتنی است. به منظور فراهم ساختن شرایط آسیب پذیر خوردگی از انواع محلول با دمای متفاوت و طول دوره گوناگون استفاده شد. اثر خوردگی با اندازه گیری چند پارامتر بررسی شد: خواص مکانیکی کامپوزیت در خمش، فشار، و میزان انرژی جذب شده توسط نمونه، ارزیابی میزان سطح خورده شده الیاف، و اندازه گیری مینیمم قطر الیاف بعد از مدت زمان های مربوط به عمل آوری. نتایج همه ی آزمایشات حاکی نشان داد که بعد از اینکه یک دوره مشخص از خوردگی اتفاق می افتد، با افزایش طول خوردگی مقاومت و سختی کاهش می یابد. برای سطح معین از درجه خوردگی یا به عبارتی گذراندن مدت زمان معلوم ار دوره عمل آوری کاهش سختی از میزان کاهش مقاومت بالاتر است. کلمات کلیدی: دوام بتن، خوردگی، بتن مسلح به الیاف فولادی، آزمایش خمش، آزمایش pull-out.

یکی از سازه های حساس و مهم ساحلی، اسکله ها می باشند که برای مصارف تجاری، صیادی، تفریحی و... احداث می شوند. از انواع پرکاربرد و رایج اسکله ها اسکله های شمع و عرشه هستند که در ایران هم تعداد بسیار زیادی از این نوع اسکله ساخته شده است. هزینه احداث اسکله ها بسیار بالا بوده و در صورت آسیب دیدن و یا خرابی آن ها خسارت های جانی و مالی بسیار زیادی به بار می آید. با توجه به اهمیت اسکله ها، در طراحی اسکله های جدید و یا بررسی عملکرد و یا ترمیم و مقاوم سازی اسکله های قدیمی، همگام با رشد و توسعه علم ، از روش های نوین و نرم افزارهای تجاری و قدرتمند باید بهره جست. در طراحی اسکله های شمع و عرشه شیب بستر دریا به صورت افقی در نظر گرفته می شود. در این پژوهش برانیم رفتار این نوع اسکله ها در صورت احداث برروی یستر شیبدار ویا موج شکن را بررسی نماییم.

امروزه استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (frp) یکی از پرکاربردترین روش های مقاوم سازی اعضای بتن مسلح می باشد. کاربری آسان مواد frp به علت داشتن وزن کم، مقاومت کششی بالا و عدم خوردگی باعث شده است که این مواد جایگزین مناسبی برای مصالح سنتی و شیوه های متعارف موجود باشند. طی سال های اخیر مقاوم سازی تیرهای بتن مسلح با استفاده از چسباندن ورق های frp به سطح خارجی آن ها، از رشد قابل توجهی برخوردار بوده است. با این وجود به دلیل رفتار خطی تنش-کرنش frp تا حد گسیختگی و نبود سطح جاری شدگی، شکل پذیری تیرهای بتن مسلح مقاوم شده با frp کاهش قابل ملاحظه ای خواهند داشت. استفاده از پلیمرهای مسلح به الیاف هیبریدی (hybrid frp) از راهکارهای پیشنهاد شده برای مقابله با شکل پذیری کم تیرهای بتن آرمه مقاوم شده است. در این پایان نامه سعی شده است تا با بهره گیری از نرم افزار اجزای محدود abaqus عملکرد خمشی تیرهای بتن مسلح مقاوم شده با ورق های hybrid frp مورد بررسی قرار گیرد. همچنین در ادامه مدلی برای پیش بینی پاسخ بار-تغییر مکان و مد گسیختگی تیرهای بتن آرمه تقویت شده ارائه می گردد. نتایج هر دو تحلیل نشان می دهد که استفاده از پلیمرهای مسلح به الیاف هیبریدی در افزایش مقاومت و شکل پذیری تیرهای بتن مسلح مقاوم شده موثر می باشد.

باتوجه به اهمیت مقاوم¬سازی و ترمیم سازه¬ها به ویژه پل¬ها و توسعه روش¬های مقاوم¬سازی با ورق¬های پلیمر مسلح به الیاف (frp) در عصر حاضر، بسیاری از پژوهش¬ها در زمینه سازه به سوی ارزیابی این روش مقاوم¬سازی و مقایسه آن با سایر روش¬های نوین گرایش داشته است. همان طور که می¬دانیم پل¬ها همواره تحت اثر بار دینامیکی ناشی از تردد وسایل نقلیه قرار دارند و ازین¬رو پدیده خستگی در شاه¬تیرهای پل تأثیر قابل ملاحظه¬ای بر افت ظرفیت باربری آنها خواهد داشت. روش مقاوم¬سازی با استفاده از ورق¬های frp یکی از موثرترین روش¬های مقاوم¬سازی و نیز ترمیم پل¬ها در مقابل پدیده خستگی می¬باشد که در این تحقیق به دنبال آن بوده¬ایم تا تأثیر پدیده خستگی را بر یک تیر بتن¬آرمه با چند آرایش متفاوت ورق پلیمر مسلح به الیاف کربن (cfrp) بررسی کرده و افت مقاومت تیر ناشی از تکرار تناوب¬های بارگذاری و پدیده خستگی را در آرایش-های متفاوت باهم مورد مقایسه قرار دهیم. نمونه¬ها با 6 آرایش متفاوت برحسب تعداد لایه¬ها و پهنای ورق، در نرم افزار اجزای محدود abaqus مدل¬سازی شدند و برای هر نمونه یک تحلیل استاتیکی و یک تحلیل خستگی انجام شد. تحلیل خستگی شامل دو مرحله است. در مرحله اول بارگذاری تناوبی با تعداد 50000 سیکل و در مرحله دوم بارگذاری استاتیکی روی نمونه اعمال شد. در پایان نتایج تحلیل استاتیکی و خستگی نمونه¬ها بصورت نمودار بار- تغییرمکان باهم مقایسه گردید. مقایسات انجام شده، تفاوت تأثیر پدیده خستگی را بر تیر بتن¬آرمه مقاوم شده با ورق با تعداد لایه¬های متفاوت و پهنای متفاوت مشخص کرد. یکی از نتایج مبین این امر بود که تأثیر افزایش تعداد لایه¬های ورق cfrp و ضخامت در بهبود مقاومت تیر در برابر خستگی فراتر از تأثیر افزایش پهنای ورق¬ها و سطح تماس آنها در بهبود مقاومت تیر می¬باشد.

اضافه کردن الیاف به ماتریس های پایه سیمانی علاوه بر بهبود شکل پذیری و مقاومت در برابر ترک خوردگی، باعث افزایش قابلیت جذب انرژی و طاقت این مصالح مرکب، در مقایسه با ماتریس های پایه سیمانی بدون الیاف می شود. با این حال بدلیل عدم شناخت کافی در خصوص مشخصات رفتاری این مصالح امکان استفاده از آن ها در کاربرد های عملی بسیار محدود می باشد. در این پایان نامه، به منظور درک بهتر رفتار این مصالح مرکب، با استفاده از یک رویکرد آزمایشگاهی به بررسی جامع رفتار این مصالح می پردازیم. هدف اصلی این پژوهش بررسی رابطه بین رفتار بیرون کشیدگی الیاف فولادی قلابدار و مشخصات مکانیکی مصالح سیمانی مسلح به الیاف می باشد. بدین منظور در گام اول، با انجام آزمایشات مربوط به تعیین مقاومت فشاری، مقاومت کششی دونیم شدن، مقاومت خمشی و مقاومت کششی مستقیم بر روی نمونه های ماتریس سیمانی به ارزیابی مشخصات مکانیکی آن می پردازیم. در گام دوم، با انجام آزمایشات بیرون کشیدگی الیاف از ماتریس سیمانی، در زوایای تمایل مختلف و طول های مدفون متفاوت، رفتار بیرون کشیدگی الیاف با جزییات کامل مورد بررسی قرار می گیرد. در گام سوم با انجام آزمون های خمش و کشش مستقیم رفتار کششی مصالح مرکب پایه سیمانی مسلح به درصدهای مختلف الیاف مورد بررسی قرار می گردد در گام آخر به منظور بررسی رابطه میان رفتار بیرون کشیدگی الیاف از ماتریس و رفتار کششی مصالح مرکب، با استفاده از یک روش گام به گام و با استفاده از نمودارهای بیرون کشیدگی بدست آمده برای الیاف از ماتریس در زوایای تمایل مختلف و طول های مدفون مشخص، به پیش بینی نمودارهای نیرو-بازشدگی عرض ترک برای مصالح مرکب می پردازیم نتایج حاصل از این پیش بینی ها نشان از انطباق خوب آن ها با نتایج بدست آمده از آزمون های کشش مستقیم بر روی نمونه ها دارد.