فهرست مطالب

چکیده فارسی 1

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1- مقدمه 2

1-2- بیان مسئله 3

1-3- اهمیت و ضرورت پژوهش 5

1-4- اهداف پژوهش 5

   1-4-1- هدف کلی 5

   1-4-2- اهداف فرعی 6

1-5- فرضیه های پژوهش 6

1-6- خلاصه فصل اول 6

فصل دوم: مروری برتحقیقات گذشته و گستره ی نظری موضوع

2-1- مقدمه 7

2-2- انواع بتن 8

   2-2-1- بتن معمولی 8

   2-2-2- بتن های ویژه 8

      2-2-2-1- بتن پرمقاومت 8

      2-2-2-2- بتن خود متراکم 8

      2-2-2-3- بتن اصلاح شده با پلیمر 9

      2-2-2-4- بتن های سبک 9

      2-2-2-5- بتن های سنگین 10

      2-2-2-6- بتن الیافی 10

2-3- انواع الیاف 13

   2-3-1- الیاف گیاهی 13

   2-3-2- الیاف مصنوعی 13

   2-3-3- الیاف فلزی 14

   2-3-4- الیاف کورتا 14

2-4- ویژگی های عمومی الیاف 15

   2-4-1- شکل ظاهری الیاف 15

2-5- نتایج آزمایش های انجام شده بر روی الیاف کورتا 18

   2-5-1- آزمایش مقاومت فشاری 18

   2-5-2- آزمایش مقاومت در برابر ضربه 18

   2-5-3- جمع شدگی 19

   2-5-4- مقاومت پس ماند 19

   2-5-5- عملکرد الاستیک 20

   2-5-6- مقاومت در برابر سیکل های سرما و گرما 20

2-6- خصوصیات مکانیکی الیاف 21

2-7- انواع شکست بتن الیافی 21

2-8- رفتار تنش – کرنش بتن الیافی 21

2-9- خصوصیات مکانیکی بتن الیافی 22

   2-9-1- مقاومت فشاری 22

   2-9-2- مقاومت در برابر خستگی 23

   2-9-3- مقاومت در برابر بارهای ضربه ای 23

   2-9-4- خزش و جمع شدگی دراز مدت 24

   2-9-5- وزن مخصوص 24

   2-9-6- مقاومت سایشی و اصطکاکی 24

2-10- انواع سیستم های سازه ای 25

   2-10-1- سیستم دیوارهای باربر 25

   2-10-2- سیستم قاب ساختمانی 25

   2-10-3- سیستم دوگانه یا ترکیبی 25

   2-10-4- سیستم ستون کنسولی 25

   2-10-5- سیستم قاب خمشی 26

      2-10-5-1- انواع سیستم های قاب خمشی 26

      2-10-5-2- اتصالات سیستم قاب خمشی 27

      2-10-5-3- اتصالات صلب در سیستم قاب خمشی 27

      2-10-5-4- مزایا و معایب سیستم قاب خمشی 28

      2-10-5-5- تغییر شکل های جانبی در قاب خمشی 28

2-11- رفتار مصالح ساختمانی تحت اثر بارهای نوسانی 29

   2-11-1- رفتار بتن 29

      2-11-1-1- تاثیر میلگرد عرضی 32

      2-11-1-2- تاثیر پارامترهای مختلف بر روی منحنی تنش - کرنش 32

      2-11-1-3- نسبت قطر آرماتور عرضی به طول آزاد آرماتور عرضی 33

      2-11-1-4- درصد و اندازه ی میلگرد طولی 33

      2-11-1-5- مقاومت بتن 34

      2-11-1-6- سرعت بارگذاری 34

   2-11-2- رفتار فولاد 35

   2-11-3- اندرکنش میلگرد و بتن 37

2-12- رفتار اعضای بتن آرمه تحت بار نوسانی 37

   2-12-1- رفتار تیرهای بتنی 37

      2-12-1-1- عوامل موثر بر شکل پذیری اعضای خمشی 38

   2-12-2- رفتار ستون های بتنی 40

2-13- پیشینه پژوهشی 41

   2-13-1- پژوهش های انجام شده در داخل کشور 41

   2-13-2- پژوهش های انجام شده در خارج از کشور 44

فصل سوم: مواد و روش ها

3-1- مقدمه 46

3-2- عوامل موثر بر ضریب رفتار 47

3-3- انواع ضریب رفتار 47

   3-3-1- ضریب کاهش ناشی از شکل پذیری 47

   3-3-2- ضریب کاهش ناشی از اضافه مقاومت 47

   3-3-3- ضریب کاهش ناشی از ضریب اطمینان طرح 47

3-4- ضریب رفتار در آیین نامه 2800 ایران 48

3-5- ضوابط آیین نامه بتن ایران در مورد قاب های خمشی متوسط و ویژه 49

   3-5-1- ضوابط سازه ای با شکل پذیری زیاد 49

      3-5-1-1- اعضای تحت خمش در قاب ها 49

      3-5-1-2- اعضای تحت فشار و خمش در قاب ها 52

   3-5-2- ضوابط سازه ای با شکل پذیری متوسط 56

      3-5-2-1- اعضای تحت خمش در قاب ها 56

      3-5-2-2- اعضای تحت فشار و خمش در قاب ها 57

      3-5-2-3- اتصالات تیر به ستون ها در قاب ها 58

3-6- خلاصه فصل سوم 59

فصل چهارم: نتایج تحقیق

4-1- مقدمه 60

4-2- مصالح به کار رفته در نمونه ها 60

   4-2-1- مصالح سنگی 61

      4-2-1-1- درشت دانه 61

      4-2-1-2- ریز دانه 61

   4-2-2- مصالح چسبنده 61

      4-2-2-1- سیمان 61

   4-2-3- الیاف پلی پروپیلن و پلی الفین 62

   4-2-4- آب اختلاط 62

4-3- طرح اختلاط 62

4-4- ساخت و عمل آوری نمونه ها 63

   4-4-1- آماده سازی اولیه 63

   4-4-2- مراحل ساخت بتن الیافی 63

   4-4-3- میزان اسلامپ بتن الیافی 64

   4-4-4- مرحله عمل آوری نمونه ها 64

4-5- طریقه کد گذاری نمونه ها 64

4-6- مشخصات نمونه های ساخته شده 65

4-7- خصوصیات مصالح سنگی 66

   4-7-1- ماسه 66

   4-7-2- شن 67

4-8- مشخصات اندازه ها 69

   4-8-1- اندازه ابعاد قاب خمشی بتنی 69

   4-8-2- مشخصات قاب خمشی بتنی (نمونه های ساخته شده) 70

فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری

5-1- مقدمه 82

5-2- جمع بندی و نتیجه گیری از یافته های پژوهش 82

فهرست منابع 85

پیوست 89

چکیده انگلیسی 100

فهرست جدول ها

جدول 2-1- انواع الیاف کورتا 15

جدول 2-2- مشخصات الیاف پلی الفین 16

جدول 2-3- مشخصات الیاف پلی پروپیلن 17

جدول 2-4- مشخصات مکانیکی الیاف مورد استفاده در بتن الیافی 21

جدول 3-1- مقادیر ضریب رفتار سازه همراه با حداکثر ارتفاع مجاز سازه 48

جدول 4-1- مشخصات سیمان مصرفی 61

جدول 4-2- مشخصات الیاف های به کار برده شده 62

جدول 4-3- جزئیات اختلاط بتن مصرفی برای نمونه های ساخته شده 62

جدول 4-4- مشخصات نمونه های قاب خمشی مسلح (دارای آرماتور) با الیاف 65

جدول 4-5- مشخصات نمونه های قاب خمشی مسلح (دارای آرماتور) بدون الیاف 65

جدول 4-6- مشخصات نمونه های قاب خمشی غیرمسلح (بدون آرماتور) با الیاف 65

جدول 4-7- مشخصات نمونه های قاب خمشی غیرمسلح (بدون آرماتور) بدون الیاف 66

جدول 4-8- نتایج آزمایش دانه بندی ماسه 66

جدول 4-9- نتایج آزمایش دانه بندی شن 67

جدول 4-10- اندازه ابعاد قاب خمشی بتنی 69

جدول 4-11- مشخصات قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی پروپیلن 70

جدول 4-12- مشخصات قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی الفین 72

جدول 4-13- مشخصات قاب خمشی بتنی مسلح بدون الیاف 74

جدول 4-14- مشخصات قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی پروپیلن 76

جدول 4-15- مشخصات قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی الفین 78

جدول 4-16- مشخصات قاب خمشی بتنی غیرمسلح بدون الیاف 80

فهرست شکل ها

شکل 1-1- قاب خمشی بتنی غیرمسلح (بدون آرماتور) 5

شکل 1-2- قاب خمشی بتنی مسلح (با آرماتور) 5

شکل 2-1- انواع الیاف کورتا 15

شکل 2-2- الیاف پلی الفین 16

شکل 2-3- الیاف پلی پروپیلن 17

شکل 2-4- نمودار مربوط به تست مقاومت فشاری الیاف کورتا 18

شکل 2-5- نمودار مربوط به تست مقاومت در برابر ضربه الیاف کورتا 18

شکل 2-6- نمودار مربوط به تست جمع شدگی الیاف کورتا 19

شکل 2-7- نمودار مربوط به تست مقاومت پس ماند الیاف کورتا 19

شکل 2-8- نمودار مربوط به عملکرد الاستیک الیاف کورتا 20

شکل 2-9- نمودار مربوط به مقاومت الیاف کورتا در برابر سیکل های سرما و گرما 20

شکل 2-10- منحنی تنش – کرنش برای یک ترکیب سیمانی مسلح به الیاف 21

شکل 2-11- تاثیر مقدار و نوع الیاف بر منحنی تنش – کرنش بتن مسلح به الیاف 22

شکل 2-12- تاثیر مقدار و نوع الیاف روی مقاومت بتن در برابر ضربه 23

شکل 2-13- سیستم قاب خمشی 26

شکل 2-14- تغییر شکل های جانبی در قاب خمشی 29

شکل 2-15- منحنی تنش – کرنش بتن با مقاومت های مختلف 29

شکل 2-16- منحنی تنش – کرنش قبل از رسیدن به تنش ماکزیمم 30

شکل 2-17- منحنی تنش – کرنش بتن در فشار تک محوری 30

شکل 2-18- منحنی تنش – کرنش بتن تحت بار رفت و برگشتی 31

شکل 2-19- منحنی تنش – کرنش بتن تحت سرعت های بارگذاری مختلف 31

شکل 2-20- محصور شدگی به وسیله تنگ دایروی و خاموت مستطیلی a) خاموت b) تنگ دایروی 32

شکل 2-21- افزایش محصور شدگی بتن به وسیله کاهش فاصله ی بین فولادهای عرضی 33

شکل 2-22- منحنی های پیشنهاد شده، برای در نظر گرفتن اثر خاموت مستطیلی در منحنی تنش – کرنش 34

شکل 2-23- منحنی تنش – کرنش میلگرد فولادی 35

شکل 2-24- مدل ساده رفتار فولاد در منحنی تنش – کرنش 36

شکل 2-25- منحنی تنش – کرنش نمونه ی فولادی تحت بار رفت و برگشتی 36

شکل 2-26- رابطه لنگر – انحنا برای یک تیر تحت بارگذاری 38    

شکل 3-1- رفتار سازه در حالت الاستیک و غیرالاستیک 47

شکل 4-1- الیاف پلی الفین و پلی پروپیلن استفاده شده 62

شکل 4-2- اضافه کردن الیاف در هنگام میکس کردن 64

شکل 4-3- نمودار دانه بندی ماسه 67

شکل 4-4- نمودار دانه بندی شن 68

شکل 4-5- ابعاد قاب خمشی بتنی 69

شکل 4-6- نمای جلو (دور) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی پروپیلن 70

شکل 4-7- نمای جلو (نزدیک) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی پروپیلن 71

شکل 4-8- نمای جلو (از بالا) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی پروپیلن 71

شکل 4-9- نمای پشت (از بالا) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی پروپیلن 71

شکل 4-10- نمای پشت (دور) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی پروپیلن 71

شکل 4-11- نمای جلو (دور) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی الفین 72

شکل 4-12- نمای جلو (نزدیک) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی الفین 73

شکل 4-13- نمای جلو (از بالا) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی الفین 73

شکل 4-14- نمای پشت (از بالا) قاب خمشی بتنی  مسلح با الیاف پلی الفین 73

شکل 4-15- نمای پشت (دور) قاب خمشی بتنی مسلح با الیاف پلی الفین 73

شکل 4-16- نمای جلو (دور) قاب خمشی بتنی مسلح بدون الیاف 74

شکل 4-17- نمای جلو (نزدیک) قاب خمشی بتنی مسلح بدون الیاف 75

شکل 4-18- نمای جلو (از بالا) قاب خمشی بتنی مسلح بدون الیاف 75

شکل 4-19- نمای پشت (از بالا) قاب خمشی بتنی مسلح بدون الیاف 75

شکل 4-20- نمای پشت (دور) قاب خمشی بتنی مسلح بدون الیاف 75

شکل 4-21- نمای جلو (دور) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی پروپیلن 76

شکل 4-22- نمای جلو (نزدیک) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی پروپیلن 77

شکل 4-23- نمای پشت (از بالا) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی پروپیلن 77

شکل 4-24- نمای جلو (از بالا) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی پروپیلن 77

شکل 4-25- نمای پشت (دور) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی پروپیلن 77

شکل 4-26- نمای جلو (دور) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی الفین 78

شکل 4-27- نمای جلو (نزدیک) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی الفین 79

شکل 4-28- نمای جلو (از بالا) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی الفین 79

شکل 4-29- نمای پشت (از بالا) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی الفین 79

شکل 4-30- نمای پشت (دور) قاب خمشی بتنی غیرمسلح با الیاف پلی الفین 79

شکل 4-31- نمای جلو (دور) قاب خمشی بتنی غیرمسلح بدون الیاف 80

شکل 4-32- نمای جلو (نزدیک) قاب خمشی بتنی غیرمسلح بدون الیاف 81

شکل 4-33- نمای جلو (از بالا) قاب خمشی بتنی غیرمسلح بدون الیاف 81

شکل 4-34- نمای پشت (از بالا) قاب خمشی بتنی غیرمسلح بدون الیاف 81

شکل 4-35- نمای پشت (دور) قاب خمشی بتنی غیرمسلح بدون الیاف 81

چکیده

امروزه بتن به عنوان یکی از پر مصرف ترین مصالح ساختمانی در جهان شناخته شده است. اقتصادی بودن، در دسترس بودن اجزا تشکیل دهنده، مقاومت خوب آن در مقابل آتش سوزی و عوامل جوی، قابلیت قرار گیری در شکل ها و قالب های مختلف و همچنین مقاومت فشاری بالا عواملی است که سبب مقبولیت عمومی در استفاده از بتن به عنوان یک ماده ساختمانی می گردد. قاب های خمشی بتنی به دلیل مزایایی ازجمله شکل پذیری مناسب و ملاحظات معماری یکی از رایج ترین سیستم های ساختمانی می باشد. هنگامی که یک قاب خمشی بتنی در یک واقعه زمین لرزه قرار می گیرد، اتصالات تیر به ستون در معرض کنش های بزرگی که می تواند در نهایت منجر به خرابی های جدی و زوال سختی این سازه ها شود، قرار می گیرد. به منظور فراهم سازی یک عملکرد لرزه ای خوب، المان های سازه ای، همچون، اتصالات تیر - ستون، باید دارای ظرفیت تغییر شکل بهبود یافته و همچنین تاب خرابی را نیز داشته باشند. برای جلوگیری و کاهش خرابی ها مخصوصاً در اتصالات تیر به ستون می توان از الیاف در طرح اختلاط قاب های خمشی بتنی استفاده کرد. این ماده باعث افزایش جذب انرژی و دورترشدن مفصل پلاستیک از ناحیه بحرانی در قاب خمشی بتنی خواهد شد. در این پژوهش، در قاب های خمشی ساخته شده با بتن الیافی، از دو نوع الیاف تحت عنوان الیاف پلی پروپیلن و الیاف پلی الفین استفاده شده است.

واژه های کلیدی: قاب خمشی بتنی - بتن الیافی – الیاف پلی پروپیلن – الیاف پلی الفین