آکادمی و موسسه علمی پژوهشی ابن سینا

الف- عنوان تحقیق 

* عنوان به زبان فارسی: تحلیل عددی تیرهای بتنی مقاوم   سازی شده با نوارهای FRP با استفاده از روش اجزاء محدود تحت اثر خمش
* عنوان به زبان انگلیسی:analysis of concrete beams reinforced with FRP bonds, by finite element method under bending  Numerical

پرسش اصلی تحقیق: (مساله تحقیق):

در یک تیر بتنی دو سر ساده با ویژگی ها و خصوصیات مشخص و معین، اگر توسط نوارهای FRP مقاوم سازی شود، درصد افزایش ظرفیت خمشی تیر چقدر است و یا چه تغییراتی در ظرفیت خمشی تیر اعمال خواهد شد.

یا در تیر مورد نظر که توسط نوار های FRP مقاوم سازی شده است چه پارامتر ها و خصوصیاتی نسبت به تیری با همان مشخصات ولی بدون تقویت تغییر یافته است.

همچنین داده ها و نتایج پایانی که توسط استفاده از روش های نرم افزاری و آیین نامه ای به دست آمده را با هم مقایسه شود و مشاهده گردد که آیا این نتایج با هم تفاوت دارند؟

ب-  بیان مساله اساسی تحقیق به طور کلی (شامل تشریح مسأله و معرفی آن، بیان جنبه‌های مجهول و مبهم، بیان متغیرهای مربوطه و منظور از تحقیق): 

امروزه مسأله مقاوم سازی از اهمیت خاصی، چه در پروژه های معمولی و چه در پروژه های خاص و ویژه برخوردار است. با توجه به این اهمیت و پیشرفت روزافزون تکنولوژی و علم ارائه ی شیوه های نوین و مقرون  به صرفه در تمامی زمینه ها ضروری می باشد.

یک سازه ممکن است به دلایل فقدان سختی، مقاومت، شکل پذیری،  ماندگاری و... نیاز به مقاوم سازی داشته باشد. به طور کلی دلایل مقاوم سازی ساختمان ها را می توان به پنج دسته زیر تقسیم بندی نمود.

 1. مقاوم سازی لرزه ای برای رعایت الزامات آیین نامه های موجود. 
 2. آسیب های وارده ناشی از تصادفات و یا شرایط محیطی.
 3. وجود اشتباه در طراحی اولیه.
 4. تغییر کاربری.
 5. بوجود آمدن اشکالات در اجزای مختلف سازه بر اثر گذشت زمان.

یکی از روش های کار آمد و اصولی برای حل این مشکلات و مقاوم سازی اصولی سازه، استفاده از الیاف پلیمری یا همان FRP می باشد که جایگزین خوبی برای روش های قدیمی مقاوم سازی محسوب می شوند. این روش به دلیل اقتصادی بودن با روش های سنتی قابل رقابت بوده و همچنین دارای قابلیت اجرای سریع و آسان می باشد. مقاوم سازی با الیاف پلیمری نسبت به روش های سنتی تداخل کمتری در کاربری ساختمان در حین اجرا ایجاد می نماید. در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان در هنگام اجراامکان پذیر نیست  استفاده از الیاف پلیمری (FRP) تنها روش مقاوم سازی می باشد. از دیگر مزایای مصالح پلیمری (FRP) نسبت بالای مقاومت به وزن و سختی به وزن می باشد. هم اکنون استفاده از این روش در مورد پل ها متداول می باشد. روش سنتی استفاده از صفحات فولادی در مقاوم سازی تیرها و عرشه پل دارای مشکلاتی از جمله افزایش وزن سازه، سختی دسترسی و زمان بالای اجرا می باشد. همچنین مصالح FRP در محیط های مغناطیسی عایق می باشند و مشکل خوردگی ندارند، بنابراین با استفاده از این مصالح می توان از مشکل خوردگی سازه های بتنی اجتناب نمود.

در انجام این پایان نامه، مقاوم سازی تیر های بتنی با اسفاده از نوار های FRP مد نظر است. بدین منظور، یک تیر بتنی با ابعاد مشخص انتخاب شده و تحت بار گذاری یک نقطه ای و یا دو نقطه ای قرار گرفته و ظرفیت خمشی آن به دست می آید. در گام بعدی، این تیر توسط نوار های FRP مقاوم سازی شده و دوباره ظرفیت خمشی آن به دست می آید. مسلماً بای محاسبه ظرفیت خمشی تیر های مقاوم سازی شده با استفاده از الیاف یا نوار های FRP ارائه شده  اند، اما دارای نقاط ضعفی می باشند و در آنها ساده  سازی هایی انجام شده است که در محاسبه ظرفیت خمشی دارای خطا می باشند. توسعه و پیشرفت روش های عددی، آنها را به ابزاری قدرتمندی برای تحلیل انواع مسائل تبدیل کرده است. با توجه به این نکته در این پایان نامه از یک روش عددی قوی به نام اجزاﺀ محدود برای تحلیل تیر ها استفاده می شود.

هدف از انجام این پایان نامه  ابتدا پیدا کردن درصد افزایش ظرفیت بار، بر روی یک تیر مقاوم سازی شده با استفاده از نوار FRP می باشد (تحت بار خمشی). هدف دوم پیدا کردن چیدمان یا بهترین حالت مقاوم سازی می باشد. هدف سوم بررسی یا مقایسه ی نتایج تحلیل عددی با نتایج بدست آمده از فرمول های آئین نامه ای است و پیدا کردن نقاط ضعف یا قوّت این فرمول ها می باشد.

ج- مرور ادبیات و سوابق مربوطه (بیان مختصر پیشینه تحقیقات انجام شده در داخل و خارج کشور پیرامون موضوع تحقیق و نتایج آن‌ها و مرور ادبیات و چارچوب نظری تحقیق):

Barros Jao و Fortes AS در سال 2005 با هدف دو برابر کردن ظرفیت باربری، چهار سری تیر را با مقادیر مختلف مصالح FRP مورد بارگذاری خمشی قرار دادند.

Teng و همکاران در سال 2006 با هدف برسی اثرات نوع بتن (بتن سبک ومعمولی)، نوع میلگردها ی تقویتی (فولادی یا GFRP) و نوع چسپ مصرفی، تعداد 10 نوع نمونه تیر را مورد بارگذاری سه نقطه ای قرار دادند.

علی حاجی هاشمی و همکاران با هدف بررسی رفتار تیر  های بتن آرمه تقویت شده با مصالح FRP به روش NSM بر اساس نتایج آزمایشگاهی و بسط روابط تحلیلی در دانشگاه صنعتی اصفهان، تعداد 2 نمونه تیر را مورد آزمایش قرار دادند که با تسمه CFRP تقویت شده بود.

طی مطالعات Rizakalla  و  Hassan اکثر شکست های خمشی به صورت شکست جدایش بوده است. یعنی اینکه بتن از میلگرد جدا گردیده است و این نشان دهنده نبودن مهار مناسب توسط میلگردها می باشد و جهت رفع این مشکل پیشنهاد کردند که حداقل mm800 - mm850 مهار داشته باشد. Teng این امر را آزمایش کرد یعنی طول گیر داری را افزایش داد و مشاهده کرد که مکانیزم شکست تغییر کرده است.

د-  فرضیه‌ها: (هر فرضیه به صورت یک جمله خبری نوشته شود).

اول: تیر بتنی است به صورت دوسر ساده، دوم: بارگذاری تک نقطه ای یا دو نقطه ای، سوم: مدل عددی با فرض کرنش مسطح و به-صورت دو بعدی میباشد. 

ه- اهداف مشخص تحقیق (شامل اهداف علمی، کاربردی، ضرورت‌های خاص انجام تحقیق): 

هدف از این تحقیق،پیدا کردن یک درصد افزایش ظرفیت بار بر روی یک تیر مقاوم سازی شده از نوار FRP می باشد(تحت بار خمشی).
هدف دوم پیدا کردن چیدمان یا بهترین حالت مقاوم سازی کردن یک تیر می باشد.
هدف سوم یا در نهایت، بررسی یا مقایسه نتایج تحلیل عددی با نتایج به دست آمده از فرمول آیین نامه ای است و پیدا کردن نقاط ضعف یا قوت این فرمول ها می باشد. 

ز –  جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق:

هدف از این تحقیق، پیدا کردن یک درصد ازایش ظرفیت بار بر روی یک تیر مقاوم سازی شده از نوار FRP می باشد(تحت بار خمشی).
هدف دوم پیدا کردن چیدمان یا بهترین حالت مقاوم سازی کردن یک تیر می باشد.
هدف سوم یا در نهایت، بررسی یا مقایسه نتایج تحلیل عددی با نتایج به دست آمده از فرمول آیین نامه ای است و پیدا کردن نقاط ضعف یا قوت این فرمول ها می باشد. 

ح-  تعریف واژهها و اصطلاحات فنی و تخصصی (به صورت مفهومی و عملیاتی): 

 FRP (فیبرهای پلیمری تقویت شده) نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است.

روش شناسی تحقیق:

الف- شرح کامل روش تحقیق (میدانی، کتابخانه‌ای) بر حسب هدف، نوع داده‌ها و ابزار (مشاهده، آزمون، پرسشنامه،  مصاحبه، فیش‌برداری و غیره) و نحوه اجراء (شامل مواد، تجهیزات و استانداردهای مورد استفاده در قالب مراحل اجرایی تحقیق به تفکیک):

1-مطالعات کارهای انجام شده
2-مطالعات کامل آیین نامه های مرتبط
3-یادگیری نرم افزار
4-تعیین مشخصات تحلیل ها
5-انجام مدل سازی
6-بررسی نتایج و مقایسات
7-نتیجه گیری کلی
8-تایپ پایان نامه و آمادگی برای دفاع

فهرست منابع (فارسی و انگلیسی):

1.    دستورالعمل مقاوم سازی ساختمان ها با استفاده از FRP-مرکز تحقیقات راه ،مسکن و شهرسازی

2.    بهسازی لرزه ای ستون های بتنی با استفاده از نوارهای پیش تنیده FRP  دکتر محمد رضا آرام –دکتر کورش نصرالله زاده 

3.    راهنمای طراحی و ظوابط اجرایی بهسازی ساختمان های بتنی موجود با استفاده از مصالح تقویتی FRP –نشریه 345

1. Iverson, J. K., and Hawkins, N. M., “Performance of Precast/Prestressed Concrete Building Structures During the Northridge Earthquake,” PCI Jurnal, March-April, pp. 65-76, 1994.

2. Saadatmanesh, H., and Ehsani, M., “Fiber Composite Plates Can Strengthen Beams,” Concrete International, Vol. 12, No. 3, pp. 65-76, 1997.

 3. Granata, P., and Parvin, A., “An Experimental Study on Kevlar Strengthening of Beam-Column Connections,” Composites, Part B, No. 53, 1990.

در صورت داشتن هرگونه سوال در ارتباط با انجام رساله دکتری و پایان نامه کارشناسی ارشد عمران با آکادمی ابن سینا در ارتباط باشید.