تقویت لرزه‌ای ستون های بتن مسلح پل با استفاده از جاکتهای فولادی سخت شده

مطالعه عددی دربایه تقویت لرزه‌ای ستون های بتن مسلح پل با استفاده از جاکت‌های فولادی سخت شده موضعی

چکیده:

با توجه به وقوع زلزله های مختلف و بروز آثار مخرب بر جا مانده از آن در تمامی زمینه‌ها و با توجه به اینکه کشور ایران در ناحیه لرزه‌خیز قرار دارد، لزوم ترمیم و تقویت سازه ها با توجه به هزینه های سنگین ساخت مجدد سازه و توقف بهره‌برداری از آن، امر ضروری به نظر می‌رسد. در تحقیق حاضر، مقاوم‌سازی ستون بتن مسلح پل با استفاده از جاکتهای فولادی مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای مطالعه عددی، از نرم‌افزار المان محدود ANSYS استفاده شده است. در ابتدا جهت تایید صحت مدلسازی، نتایج به دست امده از تحلیل‌ها در نرم‌افزار ANSYS با نتایج حاصله از یک کار تجربی انجام شده در دانشگاه ملی تایوان مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه سه ستون بتن مسلح با نسبت لاغرهای مختلف، تحت اثر بار محوری ثابت و جابجایی های رفت و برگشتی قرار گرفتند. از ستون با نسبت لاغری 5 و جهت رفع نقص آنها از جاکت فولادی تنها، جاکت فولادی سخت شده با استفاده از ورق‌های ضخیم و المان های سخت کننده مستطیل شکل استفاده شده است و نتایج حاصل از آن، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج حاصل از تحلیل ها نشان می دهد که استفاده از سخت کننده ها جهت تقویت جاکت های فولادی با مقطع مستطیل شکل، باعث افزایش شکل‌پذیری و افزایش مقاومت خمشی شده و ستون تقویت شده می تواند سیکل های بیشتری از جابجایی رفت و برگشتی را بدون افت در ظرفیت باربری تحمل نماید.

کلیدواژه‌ها: مقوم‌سازی لرزه‌ای، ستون‌های بتن مسلح پل، جاکت های فولادی سخت شده موضعی، روش المان محدود.

1- مقدمه:

ستون ها به عنوان اعضای مهم بحرانی در سازه پل‌ها هستند که ایجاد خرابی حتی در یک ستون می تواند به خرابی کلی یا جزئی در انها منجر شود. بر اساس تحقیقات و مطالعه گسترده برای تقویت سازه ها در برابر زلزله، روشهای مختلف مقاوم‌سازی توسعه یافته است که روش استفاده از جاکت های فولادی به عنوان یکی از روشهای موثر و متداول در زمینه مقاوم سازی پل‌ها مطرح می‌باشد. این روش نسبت به روش‌های دیگر تقویت از جمله استفاده از مواد کامپوزیتی FRP و... دارای سابقه کاربرد بیشتری است. با توجه به هزینه بالای خرید مواد کامپوزیتی و اینکه در کشور ایران تولید فولاد انبوه بوده و هزینه تهیه آن نسبت به مواد کامپوزیت ارزان‌تر است، استفاده از این روش جهت مقاوم‌سازی سازه پل و ستون‌های بتن مسلح آن، تا حدودی جنبه اقتصادی را اقنا می کند.

به طور معمول، خرابی در ستون‌ها و پایه ها بر دو نوع خرابی خمشی و برشی است. خرابی خمشی ستون‌ها ناشی از مقاومت خمشی ناکافی و یا فقدان ظرفیت شکل‌پذیری خمشی بوده و اساسا در ستون بتن مسلح پل با ارماتورهای طولی پیوسته در نواحی مستعد تشکیل مفصل پلاستیک، رخ می دهد. در شکل 1 نمونه‌ای از خرابی در قسمت تحتانی ستون پل به علت شکل‌پذیری خمشی ناکافی پس از زلزله کوبه ژاپن در 1995 دیده می‌شود.

خرابی برشی در ستون‌ها، به طور طبیعی تردو شکننده است و منجر به کاهش سریع مقاومت جانبی در ستون ها‌ی پل می‌شود و یکی از مهمترین دلایلی است که باعث خرابی سازه تحت اثر بارهای زلزله شده است.