کمانش جانبی تیرهای مرکب 14 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

کمانش جانبی تیرهای مرکب

دانشکده فنی و مهندسی آزاد اسلامی واحد مشهد- استاد راهنما: جناب آقای دکتر نصیرایی دانشجو: شهریار دستجردی

چکیده

موضوع سمینار در ارتباط با مساله کمانش جانبی تیرهای ساخته شده از مواد مرکب می باشد. در ابتدا توضیح مختصری در رابطه با پایداری سازه ها بیان می شود. سپس کمانش ستونها زیر اثر بار محوری مورد بررسی قرار می گیرد. پس از آن مفهوم و روابط کمانش جانبی تیرها با مصالح معمولی بیان می گردد. معرفی مواد مرکب بصورت مختصر و روند گسترش روزافزون آنها در صنعت و برتری آنها در کاربردهای گوناگون موضوع دیگری است که در مورد آن توضیحاتی داده شده است. روابطی را که در رابطه با کمانش جانبی تیرها با مصالح معمولی مورد بررسی قرار گرفتند برای مواد موکب بررسی خواهد شد و کسانی که در این رابطه پژوهشهایی داشته اند و مختصری از شرح مقالات آنها بیان خواهد شد. با توجه به اینکه استفاده از مواد مرکب در صنایع، در حال افزایش است و بحث پایداری درسازه ها بسیار مهم می باشد، امکان کار پژوهشی در این زمینه فراهم است. امید است که بتوانیم در آینده مقاله ای در این مورد ارائه دهیم.

1- پیش گفتار

پایداری در سازه ها بحث بسیار مهمی است که باید هنگام طراحی سازه ها به آن توجه کرد. چه بسا ممکن است سازه ای طراحی گردد که از لحاظ مقاومت هیچ مشکلی نداشته باشد اما پایدار نباشد و با بار مورد نظر فرو بریزد. پدیده کمانش جانبی در تیرهای با مقطع نازک مورد توجه است. در ابتدا باید بار بحرانی کمانش جانبی را بدست آورد سپس طراحی سازه باید به نحوی باشد که توانایی تحمل بار بحرانی را داشته باشد. راه حلهای گوناگونی برای مهار کمانش جانبی وجود دارد. تغییر دادن شرایط تکیه گاهی و تقویت مصالح راهکارهایی است که مهندس طراح می تواند از آنها استفاده کند. تئوری کمانش جانبی تیرها با مصالح معمولی بوسیله Timoshenko ]1[ بررسی شده است ، که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد. با پیشرفت علم و فن مصالح صنعتی نیز تحول چشمگیری پیدا کرده اند بطوریکه در جهان توسعه یافته امروز کمتر از مصالح سنتی استفاده میشود. امروزه از مواد مرکب در ساخت و تقویت مصالح جهت کاربردهای گوناگون استفاده می شود. نسبت سختی به مقاومت در مواد مرکب بالا بوده به همین جهت، استفاده از این مواد نظر بسیاری از مهندسان را به خود جلب کرده است. از دیگر خواص و برتری استفاده از مواد مرکب می توان به مقاومت در برابر خوردگی اشاره کرد. همچنین این مواد با توجه به نداشتن خاصیت مغناطیسی ، زمانی که باید مواد در یک طرح مورد نظر، این قابلیت را دارا باشند به کار می روند. پایداری و به ویژه پدیده کمانش جانبی در سازه های مرکب با توجه به کاربرد روز افزون آنها ، مساله ای است که توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده است.

تئوری دیواره های نازک ساخته شده از مواد همسانگرد، ابتدا بوسیله Vlasov ]6[ مطالعه گردید. کمانش جانبی تیرهای مرکب تحت انواع مختلف شرایط، بطور رابطه ای توسط Bleich ]15[ مورد مطالعه قرار گرفته است. Clark و Hill ]16[ راه حلی برای کمانش جانبی مقاطع متقارن تحت بارگذاریهای مختلف ارائه کرده اند. برای تیرهای نازک Bauld و Tzeng ]17[ تئوری Vlasov ]6[ را برای میله های نازک به لایه های متقارن گسترش داده اند. Kabirو Sherbourne ]18[ در مورد کمانش جانبی پیچشی مقطع I شکل تیر مرکب و نیز کمانش جانبی مقطع ناودانی با مواد مرکب، تحقیق کرده اند و بیشترین تحقیقات درباره پایداری جانبی جداره های نازک خصوصاً تیرهای با مقطع I شکل بوسیله آنها صورت گرفته است.

Lee ]5[ کمانش ساختارهای نازک مرکب را به روش اجزای محدود که در هر گره 7 درجه آزادی را پیش بینی می کند را دنبال کرده است و راه حل دقیق برای یافتن مکان مرکز برش برای جداره های مرکب ارائه کرده است.

کمانش جانبی تیرهای مرکب با مقاطع گوناگون ، بطور مثال مقطع I شکل و ناودانی تحت شرایط بارگذاری و تکیه گاهی متنوع بوسیله Lee ]5[ مورد بررسی قرار گرفته است. راه حل دقیق کمانش جانبی برای تیر مرکب تحت بار خمشی محض ، به کمک سریهای توانی ، به وسیله Kim و Dong ku Shin ]8[ مطالعه گردیده است. یک دیدگاه موثر در پایداری تیرهای مرکب و کمانش پیچشی جانبی آنها توسط Mottram ]19[ داده شده است. این تحلیل بر پایه تفاوتهای محدود و مقایسه با نتایج تجربی استوار است. Brooks و Turvey ]20[ از نرم افزار ABAQUS و تحلیل اجزای محدود آن برای محاسبه بار بحرانی کمانش جانبی تیرهای مرکب با مقطع I استفاده کرده اند.

2- مفهوم پایداری و کمانش

با در نظر گرفتن یک گلوله صلب در موقعیتهای زیر این مطلب بهتر درک می شود در حالت (الف) اگر گلوله از حالت اولیه جابجا شود بعد از حذف نیرو، گلوله به مکان اولیه خود باز می گردد تعادل جسم در این حالت، تعادل پایدار است. در حالت (ب) زمانی که گلوله از موقعیت سکون جابجا شود به حالت اولیه باز نمی گردد بلکه از محل تعادل اولیه دور می شود تعادل جسم در این حالت ناپایدار است و در حالت (ج) پس از جابجایی مختصر نه به جای اولیه باز می گردد و نه به دور شدن ادامه می دهد و در جایی که بار جابجا کننده منتقل کرده است باقی می ماند، این نوع تعادل، تعادل خنثی است.

شکل1- حالات مختلف تعادل(الف) تعادل پایدار (ب) تعادل ناپایدار (ج) تعادل خنثی

2-1- کمانش ستونها

ستونهای باریک در معرض نوعی رفتار که به کمانش موسوم است قرار می گیرند. در صورتیکه بار محوری فشاری روی این اعضاء از حد معینی تجاوز کند عضو کمانه می کند که باعث تغییر شکلهای بزرگی در سیستم می شود. کمانش به عوامل متعددی بستگی دارد از جمله می توان به ابعاد عضو، نوع تکیه گاه و خواص مصالح اشاره کرد.

بار بحرانی ستون اولر :

برای ستون اولر فرضهای زیر را داریم

1- عضو در دو انتها دارای تکیه گاه ساده است. تکیه گاه پایین ثابت و تکیه گاه بالا آزادی حرکت در جهت x را ندارد.

2- عضو کاملاً قائم و بار در امتداد محور مرکزی سطح وارد می شود.

3- ماده از قانون هوک پیروی می کند.

4- تغییر شکلها کوچک است و جمله در مقایسه با واحد در رابطه انحناء قابل صرفنظر کردن است. (انحناء با رابطه تقریب می شود.)

روابط زیر را داریم :

(1)

(2)

پس از حل معادله دیفرانسیل بالا و برآورده کردن شرایط مرزی داریم :

(3)

این بار، باری است که در آن یک حالت تعادل خنثی ممکن است وجود داشته باشد.

برای شرایط تکیه گاهی متفاوت، از تعریف طول موثر استفاده می کنیم.

شکل2- ستون دو سر مفصل تحت کمانش

2-2- کمانش جانبی تیرها

یک عضو تحت اثر بار جانبی که حول محور اصلی خمیده است اگر بال فشاریش دارای تکیه گاه جانبی نباشد، ممکن است در جهت پهلو کمانش کند. دلیل این کمانش این است که بال فشاری که مانند ستونی روی تکیه گاه ارتجاعی قرار دارد ناپایدار می شود. بال فشاری در بار بحرانی، گرایش به خمش جانبی پیدا می کند و سایر قسمتهای مقطع که پایدار هستند از خمش جانبی جلوگیری می کنند. در حقیقت ترکیبی از خمش جانبی و چرخش است که در اثر ناپایدار شدن بال فشاری صورت می گیرد. اولین مطالعات تئوری کمانش جانبی توسط پرانتل و میشل روی تیرهای مقطع مستطیلی و بوسیله تیموشنکو روی تیرهایشکل انجام گرفت.

شکل3- کمانش جانبی تیر تحت بار متمرکز

شکل4- کمانش جانبی تیر با مقطع مستطیل شکل

معادلات دیفرانسیل خمش و چرخش بصورت زیر هستند :

(4)

(5)

(6)

دو رابطه اول، معادلات مشهور خمش هستند. رابطه سوم معادله چرخش حول محور z است.

برای بدست آوردن لنگرها باید زوایایی که آنها با محورهای می سازند را بدست آورد.

(7)

با قرار دادن معادلات (7) در معادلات (4) و (5) و (6) داریم :

(8)

(9)

(10)

معادله (8) فقط شامل متغیر v است و بیانگر خمش در صفحه قائم است. مساله کمانش تابع معادلات (9) و (10) می باشد که باید همزمان حل شوند.

(11)

(12)

(13)

با حل معادله (12) داریم :

(14)

2-3- کمانش جانبی تیر با مقطع I شکل به روش انرژی:

با فرض اینکه دو انتهای تیر تکیه گاه ساده باشد شرایط مرزی بصورت زیر است :

(15)

انرژی تغییر شکل ذخیره شده در عضو هنگام کمانش دو قسمت است. انرژی حاصل از خمش حول محور y و انرژی مربوط به چرخش حول محور z .

(16)

در تیرهای شکل، سختی تابیدگی قابل ملاحظه است. انرژی چرخش دو قسمت است :

1- پیچش سن و نان

2- پیچش تابیدگی

انرژی پتانسیل v مربوط به بارهای خارجی از قرار زیر است :

(17)

در رابطه بالا زاویه دوران حول محور x در هر انتهاست.

شکل5 – تیرI شکل تحت لنگر خالص

شکل6 – کمانش جانبی تیر I شکل

شکل 7 – نمایش تغییر زوایا پس از کمانش جانبی

(18)

(19)

روسازی مرکب 5 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 5

روسازی مرکب

روسازی مرکب (Composite Pavement) به روسازی‌ای اطلاق می‌شود که شامل دو نوع روسازی، یعنی روسازی آسفالتی (Asphalt Concrete Pavement) به عنوان لایه انعطاف‌پذیر و روسازی بتنی (Portland Cement Concrete Pavement) به عنوان لایه صلب باشد.

در برخی موارد از یک لایه میانی جدا کننده بین لایه‌های آسفالتی و بتنی استفاده می‌گردد. استفاده از مصالح بتنی به عنوان لایه زیرین و در نقش لایه اساس، و مصالح آسفالتی به عنوان لایه رویه، ترکیب متداولی است که ویژگی‌هایی همچون مقاومت و سطح هموار را ارائه کرده و بهره‌برداری از یک روسازی ایده‌آل را ممکن می‌سازد. استفاده از مصالح بتنی در نقش لایه رویه و مصالح آسفالتی در نقش لایه اساس گزینه‌ای است که در صورت خرابی کامل لایه آسفالتی مقرون به صرفه خواهد بود. با توجه به هزینه اولیه بالای اجرای این نوع از روسازی‌ها، ساخت آنها به طور محدود صورت گرفته و بیشتر برای رفع معایب روسازی‌های بتنی موجود و به منظور ارتقای کیفیت سطح راه و تأمین سرویس، به صورت روکش آسفالتی بر روی روسازی‌های بتنی موجود به کار می‌روند. روسازی‌های مرکب (لایه انعطاف پذیر بر روی لایه صلب) معمولاً در روسازی‌های قدیمی دیده می‌شود. در این موارد باید روکشی مانند آسفالت گرم، روکش با دانه‌بندی باز، یا آسفالت پلیمری بر روی روسازی‌های بتنی درزدار (Jointed Plane Concrete Pavement- JPCP) یا روسازی‌های بتنی مسلح پیوسته (Continuously Reinforced Concrete Pavement- CRCP) اجرا شود.

 دلایل اجرای روسازی مرکب

از آنجا که تاریخچه روسازی‌های مرکب به سال‌‌های اخیر باز می‌گردد، فقط برخی کشورها مزایای چنین طرحی را تجربه کرده‌اند. در حال حاضر، استفاده از روسازی‌های مرکب به جاده‌های با ترافیک سنگین مانند بزرگراه‌ها و شریان‌های اصلی متمرکز شده است. عموماً انتخاب روسازی مرکب تحت تأثیر یکی از عوامل زیر می‌باشد:

1- به علت ترکیب یک لایه بتنی با یک لایه آسفالتی، ظرفیت باربری زیاد و مقاومت در برابر تغییر شکل در اثر عبور زیاد وسایل نقلیه را در کنار بهبود مشخصات سطح و آسان شدن تعمیر و نگهداری روسازی خواهیم داشت؛

2- کم شدن صدای چرخ وسیله نقلیه در حرکت روی جاده با بهره‌گیری از ویژگی‌های آسفالت متخلخل،

3- اجتناب از تعمیر و نگهداری درز آب‌بند در روسازی‌های بتنی یا به حداقل رساندن آن،

4- کاهش نفوذ آب و در نتیجه بهتر شدن رفتار بلند مدت سازه روسازی،

5- تعمیر یا ارتقای کیفیت سطح رو به زوال روسازی بتنی،

6- کاهش هزینه‌های اضافی در طول طرح برای مسئولان نگهداری راه و استفاده‌کنندگان.

گاهی اوقات نیز برای مطابقت دادن لایه موجود با لایه جدید مثلاً هنگام تعریض، افزایش تعداد خطوط در مجاورت یک روسازی انعطاف پذیر، یا اجرای یک لایه روکش انعطاف پذیر بر روی لایه صلبی که هنوز از نظر سازه‌ای سالم است، می‌توان از روسازی مرکب استفاده کرد.

 مقاطع روسازی

در صورت استفاده از روکش آسفالتی بر روی روسازی بتنی موجود، بخش عمده باربری از طریق لایه بتنی انجام می‌شود. از این رو می‌توان برای طراحی لایه بتنی از تئوری صفحات استفاده کرد. اگر بتوان فرض نمود که چسبندگی لایه آسفالتی به لایه بتنی به طور کامل صورت گرفته است، می‌توان با در نظر گرفتن مقطع معادل از تئوری صفحات به منظور تعیین تنش خمشی دال بتنی بهره جست. در صورتی که محل بار چرخ در نزدیکی لبه یا درز (Joint) لایه بتنی در نظر گرفته شود، روش تئوری صفحات به تنهایی جوابگو است و اگر بار چرخ در وسط و به دور از لبه‌ها یا درزها وارد شود، می توان از تئوری لایه‌ها و یا صفحات برای استفاده نمود. روسازی بتنی می‌تواند به صورت بتن غیر مسلح درزدار، بتن مسلح درزدار و یا بتن مسلح پیوسته باشد.

علاوه بر انواع فوق، روسازی‌های مرکب می‌توانند شامل روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت شده یا تثبیت نشده نیز باشند. برای روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت نشده، تنش و کرنش بحرانی به صورت کششی است و در زیر لایه آسفالتی قرار دارد؛ در حالی که در روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت شده موقعیت تنش بحرانی در زیر لایه اساس در نظر گرفته می‌شود.

نحوه طراحی روسازی مرکب با توجه به ترکیب لایه‌ها و نوع مقطع متفاوت خواهد بود. معمولاً لایه آسفالتی مستقیماً بر روی اساس بتنی اجرا نمی‌شود. یکی از معایب اجرای روکش به این روش، انتشار ترک‌های انعکاسی در لایه آسفالتی است که علت آن وجود درز و ترک در اساس بتنی است. شکل (1) دو مقطع متفاوت که در بیشتر کشورها به عنوان مقطع متداول اجرا می‌گردد را نشان می‌دهد. در صورتی که مانند مقطع (الف) از یک لایه آسفالتی با دانه‌بندی باز مابین لایه آسفالتی و بتنی استفاده گردد، می‌توان ترک‌های انعکاسی را کاهش داد. مقطع (ب) روش متداول دیگری را نشان می‌دهد که در آن برای جلوگیری از انعکاس ترک‌ها از یک لایه ضخیم مصالح دانه‌بندی شده میان دو لایه آسفالتی و بتنی استفاده شده است. در صورت اجرای این روش می‌توان لایه رویه را در دو بخش آسفالت سطحی به ضخامت 40 میلی‌متر و لایه بیندر به ضخامت 50 میلی‌متر اجرا نمود.

وظیفه رویه انعطاف پذیر، عمل کردن به عنوان روکش حرارتی و رطوبتی برای کاهش گرادیان حرارتی و رطوبتی در لایه صلب است تا از این طریق تغییر شکل‌های دال بتنی (curling and warping) کاهش یابد. به علاوه لایه انعطاف پذیر از ساییده شدن لایه صلب در اثر تماس با چرخ خودروها جلوگیری می‌کند.

 روسازی صلب بر روی لایه انعطاف پذیر

از آنجا که حداقل ضخامت مورد نیاز برای لایه صلب 7/0 فوت است، تمامی روسازی‌های دارای سطح صلب بر اساس ضوابط و روش‌های مربوط به روسازی‌های صلب طراحی می‌شوند. 

 معایب روسازی‌های مرکب

دلیل اینکه از روسازی‌های مرکب کمتر استفاده می‌شود این است که این روسازی‌ها، ترکیبی از معایب روسازی‌های صلب (هزینه اولیه بالاتر) و روسازی‌های انعطاف پذیر (نیاز به نگهداری بیشتر) را دارا هستند.

گاهی از لایه‌های انعطاف پذیر نازک (روکش‌ها) برای بهبود اصطکاک و کیفیت تردد لایه صلب استفاده می‌شود. از آنجا که اصطکاک و کیفیت تردد با خراشاندن سطح لایه صلب موجود نیز امکان پذیر است، باید مطالعات اقتصادی انجام گیرد تا مشخص شود که کدام روش کم هزینه‌تر است.

 خواص روسازی‌های مرکب

خواص روسازی‌های صلب و انعطاف پذیر باید برای روسازی‌های مرکب نیز در نظر گرفته شود. در انتخاب مصالح برای لایه انعطاف پذیر باید دقت شود تا از انتشار ترک‌های انعکاسی لایه صلب جلوگیری کرده، همچنین اجرای لایه انعطاف پذیر که معمولاً نازک می‌باشد نیز تسهیل شود.

فاکتورهای عملکردی

لایه‌های انعطاف پذیری که بر روی لایه‌های صلب اجرا می‌شوند باید به نحوی طراحی و از مصالحی ساخته شوند که الزامات زیر را برآورده کنند:

1- ترک‌های انعکاسی: درزها و ترک‌های لایه صلب زیرین نباید در طی زمان بهره‌برداری بر روی لایه انعطاف پذیر اثر بگذارند.

2- همواری: لایه انعطاف پذیر باید طوری طراحی شود که دارای IRI اولیه برابر 63 اینچ در مایل بوده ودر طول زمان بهره‌برداری تا حداکثر IRI برابر با 170 اینچ در مایل نگه‌داشته شود.

3- چسبندگی: اصلی‌ترین عامل در عملکرد و طول عمر لایه انعطاف پذیر، وضعیت چسبندگی بین لایه انعطاف پذیر و لایه صلب است. در حالت چسبندگی خوب بین لایه انعطاف پذیر و لایه صلب، ضخامت لایه انعطاف پذیر نقش مهمی در طول عمر آن ایفا نمی‌کند. از این رو، در کارهای عملی اگر از نظر سازه‌ای به لایه انعطاف پذیر نیاز نباشد، حداقل ضخامت مورد نیاز برای لایه انعطاف پذیر بر اساس مشخصات مصالح از قبیل ساختمان و دانه‌بندی سنگدانه‌ها، نوع بیندر و ... تعیین خواهد شد.

مقاوم سازی تیر مرکب بتن ـ فولادبا استفاده از CFRP (پروژه تکنولوژی بتن) 19 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 29

عنوان:مقاوم سازی تیر مرکب بتن ـ فولادبا استفاده از CFRP

خلاصه: همواره استفاده از موادکمپوزیتِ پیشرفته برای احیای فرسودگیِ زیر بنا سرتاسر جهان را در بر گرفته است.تکنیک های موجود در عرف فعلی برای تقویت پل های غیر استانداردگران و وقت گیر است وبه کار ونیروی انسانی زیادی دارد.چند روش جدید از لایه های فیبرهای تقویت شده پلیمری (FRP) برای اهداف تعمیر وبازسازی استفاده کردند،که این فیبرها دارای وزن کم ومقاومت بالا هستند ودربرابر خوردگی نیز مقاوم اند.ظرفیت باربری تیر مرکب بتن ـ فولاد با استفاده از فیبرکربن تقویت شدة پلیمری (CFRP) که با چسب اپوکسی چسبانده شده اند و برای مقاومت در برابر کشش ساخته شده اند می تواند بطور قابل بهبود یابد.این مقاله نتایج مطالعه و تحقیق بر روی رفتا تیر مرکب بتن وفولاد که با ورق های CFRP تقویت شده است در زیر بارهای استاتیکی را ارائه می دهد.جمعاً سه اندازة بزرگ تیر مرکب که از تیرهای فولادی با سایز13.6 ×W355 - A36 ودالی بتنی به ضخامت 75mmو عرض910mm ساخته شدو مورد آزمایش قرار گرفت.ضخامت ورق های CFRP ثابت بود ولی تعداد آنها در هر نمونه بصورت یک،سه وپنج لایه بود.نتایج آزمایش نشان داد که ورق های CFRP چسبانده شده با اپوکسی ظرفیت باربری نهایی تیر مرکب را افزایش می دهد و رفتار آن را می توان تا حد قابل قبولی با روش های سنتی محاسبه پیش بینی کرد.

معرفی

در طی35 سال گذشته انجمن راه و حمل و نقل آمریکا(AASHTO) و وزارت راه و ترابری دولت فدرال(FHWA) برنامه هایشان را برای ارزیابی پل ها در هر شش ماه یکبار ارتقا داده اند معلوم شد که یک سوم پل های بزرگ راه های ایالات متحده که مورد بررسی قرار گرفته بودند غیر استاندارد هستند. براساس آخرین اطلاعات و آمار مرکزملی فهرست پل ها (NBI) تعداد پل های بزرگ راه ها که عملاً منسوخ

شده‌اند بیش از 81000 است.

بیش از 43 درصد این پل ها از فولاد ساخته شده اند.پل های فولادی جزء گروهی بودند که در گزارش NBI بیشترین تأکید در بازسازی آن ها گوشزد شده بود. زنگ زدگی، نقص در نگه داری مناسب و خستگی جزئیات آسیب پذیر مشکلات عمده در پل های فولادی بود.همچنین تعداد زیادی از این پل ها برای تحمل بار عبور مرور بیشتر نیاز به ارتقا و احیا خواهد داشت.در گزارشات NBI همواره قید شده است که تعمیر ونوسازی احیاء به صرفه تر از ساخت دوباره یک پل جدید است.هزینة بازسازی وتعمیردراکثرمواردخیلی ارزان ترازدوباره ساختن است همچنین به وقت کمتری نیزنیازدارد.درنتیجه مدت کمتری خدمات شهری دچار اختلال می شود.با توجه به منابع محدود برای کاستن از مشکلات مربوط به پل های فولادی نیاز به مواد جدید و نو و روش های مقرون به صرفه بدیهی است .

برتری خواص فیزیکی و مکانیکی FRPها آن ها را به موارد خوبی برای تعمیر و بازسازی سازه ها بدل کرده است.FRP ها از نخ هایی با مقاومت بالا ساخته شده اند؛(با مقاومت کششی بیش از 2گیگا پاسکال)مثل شیشه،کربن کولار (نوعی فیبرصند گلوله) که در شبکه از رزین گذاشته شده است. کمپوزیت های شیشه(فایبر گلاس) به آسانی در دسترس هستند و واقعاً هم ارزان هستند.آنها در مصالح ساختمانی از جمله بتن به کار رفته اند ولی ضریب کششی کم این کمپوزیت ها آن ها را برای تقویت وتعمیر سازه های فولادی بلا استفاده کرده است در حالی که CFRP ها خواص میکانیکی قابل ملاحظه ای از خود نشان می دهند به طوری که مقاومت کششی آن 1200مگا پاسکال ومدول الاستیسیتة آن ها بیش از 140گیگا پاسکال است.همچنین ورق های CFRP کمتر از یک پنجم فولاد وزن دارد و در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقاوم اند.

لایه های CFRP با ضریب مدول کششی بالا که بوسیله اپوکسی چسبانده شده اند می توانند در برابر تنش های کششی یک عضو کششی مقاومت کنند و سختی تیر سراسری را افزایش دهند.با اضافه کردن لایه های CFRP به عضو کششی تنش در آن کاهش خواهد یافت و به همین ترتیب مدت زمان تسلیم عضو نیز بهبود خواهد یافت.در طول یک دهه اخیر پژوهش های زیادی بر روی تعمیر و بازسازی تیرهای بتنی بوسیله FRP ها که اپوکسی بهم چسبانده شده اند صورت گرفته است ولی پژوهش های اندکی در مورد استفاده از این مواد برای تقویت تیرهای فولادی و تعمیرشان به وسیله این مواد انجام شده است.

این مقاله تأثیر CFRP های چسبانده شده با اپوکسی را در تنش موجود در بال تیر آهن به کار رفته در یک تیر مرکب بتن ـ فولادو همچنین بهبود ظرفیت باربری وسختی آن را مورد بررسی قرار می دهد.

کارهای قبلی

کمانش جانبی تیرهای مرکب 14 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 14

کمانش جانبی تیرهای مرکب

دانشکده فنی و مهندسی آزاد اسلامی واحد مشهد- استاد راهنما: جناب آقای دکتر نصیرایی دانشجو: شهریار دستجردی

چکیده

موضوع سمینار در ارتباط با مساله کمانش جانبی تیرهای ساخته شده از مواد مرکب می باشد. در ابتدا توضیح مختصری در رابطه با پایداری سازه ها بیان می شود. سپس کمانش ستونها زیر اثر بار محوری مورد بررسی قرار می گیرد. پس از آن مفهوم و روابط کمانش جانبی تیرها با مصالح معمولی بیان می گردد. معرفی مواد مرکب بصورت مختصر و روند گسترش روزافزون آنها در صنعت و برتری آنها در کاربردهای گوناگون موضوع دیگری است که در مورد آن توضیحاتی داده شده است. روابطی را که در رابطه با کمانش جانبی تیرها با مصالح معمولی مورد بررسی قرار گرفتند برای مواد موکب بررسی خواهد شد و کسانی که در این رابطه پژوهشهایی داشته اند و مختصری از شرح مقالات آنها بیان خواهد شد. با توجه به اینکه استفاده از مواد مرکب در صنایع، در حال افزایش است و بحث پایداری درسازه ها بسیار مهم می باشد، امکان کار پژوهشی در این زمینه فراهم است. امید است که بتوانیم در آینده مقاله ای در این مورد ارائه دهیم.

1- پیش گفتار

پایداری در سازه ها بحث بسیار مهمی است که باید هنگام طراحی سازه ها به آن توجه کرد. چه بسا ممکن است سازه ای طراحی گردد که از لحاظ مقاومت هیچ مشکلی نداشته باشد اما پایدار نباشد و با بار مورد نظر فرو بریزد. پدیده کمانش جانبی در تیرهای با مقطع نازک مورد توجه است. در ابتدا باید بار بحرانی کمانش جانبی را بدست آورد سپس طراحی سازه باید به نحوی باشد که توانایی تحمل بار بحرانی را داشته باشد. راه حلهای گوناگونی برای مهار کمانش جانبی وجود دارد. تغییر دادن شرایط تکیه گاهی و تقویت مصالح راهکارهایی است که مهندس طراح می تواند از آنها استفاده کند. تئوری کمانش جانبی تیرها با مصالح معمولی بوسیله Timoshenko ]1[ بررسی شده است ، که در این مقاله به آن پرداخته خواهد شد. با پیشرفت علم و فن مصالح صنعتی نیز تحول چشمگیری پیدا کرده اند بطوریکه در جهان توسعه یافته امروز کمتر از مصالح سنتی استفاده میشود. امروزه از مواد مرکب در ساخت و تقویت مصالح جهت کاربردهای گوناگون استفاده می شود. نسبت سختی به مقاومت در مواد مرکب بالا بوده به همین جهت، استفاده از این مواد نظر بسیاری از مهندسان را به خود جلب کرده است. از دیگر خواص و برتری استفاده از مواد مرکب می توان به مقاومت در برابر خوردگی اشاره کرد. همچنین این مواد با توجه به نداشتن خاصیت مغناطیسی ، زمانی که باید مواد در یک طرح مورد نظر، این قابلیت را دارا باشند به کار می روند. پایداری و به ویژه پدیده کمانش جانبی در سازه های مرکب با توجه به کاربرد روز افزون آنها ، مساله ای است که توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده است.

تئوری دیواره های نازک ساخته شده از مواد همسانگرد، ابتدا بوسیله Vlasov ]6[ مطالعه گردید. کمانش جانبی تیرهای مرکب تحت انواع مختلف شرایط، بطور رابطه ای توسط Bleich ]15[ مورد مطالعه قرار گرفته است. Clark و Hill ]16[ راه حلی برای کمانش جانبی مقاطع متقارن تحت بارگذاریهای مختلف ارائه کرده اند. برای تیرهای نازک Bauld و Tzeng ]17[ تئوری Vlasov ]6[ را برای میله های نازک به لایه های متقارن گسترش داده اند. Kabirو Sherbourne ]18[ در مورد کمانش جانبی پیچشی مقطع I شکل تیر مرکب و نیز کمانش جانبی مقطع ناودانی با مواد مرکب، تحقیق کرده اند و بیشترین تحقیقات درباره پایداری جانبی جداره های نازک خصوصاً تیرهای با مقطع I شکل بوسیله آنها صورت گرفته است.

Lee ]5[ کمانش ساختارهای نازک مرکب را به روش اجزای محدود که در هر گره 7 درجه آزادی را پیش بینی می کند را دنبال کرده است و راه حل دقیق برای یافتن مکان مرکز برش برای جداره های مرکب ارائه کرده است.

کمانش جانبی تیرهای مرکب با مقاطع گوناگون ، بطور مثال مقطع I شکل و ناودانی تحت شرایط بارگذاری و تکیه گاهی متنوع بوسیله Lee ]5[ مورد بررسی قرار گرفته است. راه حل دقیق کمانش جانبی برای تیر مرکب تحت بار خمشی محض ، به کمک سریهای توانی ، به وسیله Kim و Dong ku Shin ]8[ مطالعه گردیده است. یک دیدگاه موثر در پایداری تیرهای مرکب و کمانش پیچشی جانبی آنها توسط Mottram ]19[ داده شده است. این تحلیل بر پایه تفاوتهای محدود و مقایسه با نتایج تجربی استوار است. Brooks و Turvey ]20[ از نرم افزار ABAQUS و تحلیل اجزای محدود آن برای محاسبه بار بحرانی کمانش جانبی تیرهای مرکب با مقطع I استفاده کرده اند.

2- مفهوم پایداری و کمانش

با در نظر گرفتن یک گلوله صلب در موقعیتهای زیر این مطلب بهتر درک می شود در حالت (الف) اگر گلوله از حالت اولیه جابجا شود بعد از حذف نیرو، گلوله به مکان اولیه خود باز می گردد تعادل جسم در این حالت، تعادل پایدار است. در حالت (ب) زمانی که گلوله از موقعیت سکون جابجا شود به حالت اولیه باز نمی گردد بلکه از محل تعادل اولیه دور می شود تعادل جسم در این حالت ناپایدار است و در حالت (ج) پس از جابجایی مختصر نه به جای اولیه باز می گردد و نه به دور شدن ادامه می دهد و در جایی که بار جابجا کننده منتقل کرده است باقی می ماند، این نوع تعادل، تعادل خنثی است.

شکل1- حالات مختلف تعادل(الف) تعادل پایدار (ب) تعادل ناپایدار (ج) تعادل خنثی

2-1- کمانش ستونها

ستونهای باریک در معرض نوعی رفتار که به کمانش موسوم است قرار می گیرند. در صورتیکه بار محوری فشاری روی این اعضاء از حد معینی تجاوز کند عضو کمانه می کند که باعث تغییر شکلهای بزرگی در سیستم می شود. کمانش به عوامل متعددی بستگی دارد از جمله می توان به ابعاد عضو، نوع تکیه گاه و خواص مصالح اشاره کرد.

بار بحرانی ستون اولر :

برای ستون اولر فرضهای زیر را داریم

1- عضو در دو انتها دارای تکیه گاه ساده است. تکیه گاه پایین ثابت و تکیه گاه بالا آزادی حرکت در جهت x را ندارد.

2- عضو کاملاً قائم و بار در امتداد محور مرکزی سطح وارد می شود.

3- ماده از قانون هوک پیروی می کند.

4- تغییر شکلها کوچک است و جمله در مقایسه با واحد در رابطه انحناء قابل صرفنظر کردن است. (انحناء با رابطه تقریب می شود.)

روابط زیر را داریم :

(1)

(2)

پس از حل معادله دیفرانسیل بالا و برآورده کردن شرایط مرزی داریم :

(3)

این بار، باری است که در آن یک حالت تعادل خنثی ممکن است وجود داشته باشد.

برای شرایط تکیه گاهی متفاوت، از تعریف طول موثر استفاده می کنیم.

شکل2- ستون دو سر مفصل تحت کمانش

2-2- کمانش جانبی تیرها

یک عضو تحت اثر بار جانبی که حول محور اصلی خمیده است اگر بال فشاریش دارای تکیه گاه جانبی نباشد، ممکن است در جهت پهلو کمانش کند. دلیل این کمانش این است که بال فشاری که مانند ستونی روی تکیه گاه ارتجاعی قرار دارد ناپایدار می شود. بال فشاری در بار بحرانی، گرایش به خمش جانبی پیدا می کند و سایر قسمتهای مقطع که پایدار هستند از خمش جانبی جلوگیری می کنند. در حقیقت ترکیبی از خمش جانبی و چرخش است که در اثر ناپایدار شدن بال فشاری صورت می گیرد. اولین مطالعات تئوری کمانش جانبی توسط پرانتل و میشل روی تیرهای مقطع مستطیلی و بوسیله تیموشنکو روی تیرهایشکل انجام گرفت.

شکل3- کمانش جانبی تیر تحت بار متمرکز

شکل4- کمانش جانبی تیر با مقطع مستطیل شکل

معادلات دیفرانسیل خمش و چرخش بصورت زیر هستند :

(4)

(5)

(6)

دو رابطه اول، معادلات مشهور خمش هستند. رابطه سوم معادله چرخش حول محور z است.

برای بدست آوردن لنگرها باید زوایایی که آنها با محورهای می سازند را بدست آورد.

(7)

با قرار دادن معادلات (7) در معادلات (4) و (5) و (6) داریم :

(8)

(9)

(10)

معادله (8) فقط شامل متغیر v است و بیانگر خمش در صفحه قائم است. مساله کمانش تابع معادلات (9) و (10) می باشد که باید همزمان حل شوند.

(11)

(12)

(13)

با حل معادله (12) داریم :

(14)

2-3- کمانش جانبی تیر با مقطع I شکل به روش انرژی:

با فرض اینکه دو انتهای تیر تکیه گاه ساده باشد شرایط مرزی بصورت زیر است :

(15)

انرژی تغییر شکل ذخیره شده در عضو هنگام کمانش دو قسمت است. انرژی حاصل از خمش حول محور y و انرژی مربوط به چرخش حول محور z .

(16)

در تیرهای شکل، سختی تابیدگی قابل ملاحظه است. انرژی چرخش دو قسمت است :

1- پیچش سن و نان

2- پیچش تابیدگی

انرژی پتانسیل v مربوط به بارهای خارجی از قرار زیر است :

(17)

در رابطه بالا زاویه دوران حول محور x در هر انتهاست.

شکل5 – تیرI شکل تحت لنگر خالص

شکل6 – کمانش جانبی تیر I شکل

شکل 7 – نمایش تغییر زوایا پس از کمانش جانبی

(18)

(19)

روسازی مرکب 5 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 5

روسازی مرکب

روسازی مرکب (Composite Pavement) به روسازی‌ای اطلاق می‌شود که شامل دو نوع روسازی، یعنی روسازی آسفالتی (Asphalt Concrete Pavement) به عنوان لایه انعطاف‌پذیر و روسازی بتنی (Portland Cement Concrete Pavement) به عنوان لایه صلب باشد.

در برخی موارد از یک لایه میانی جدا کننده بین لایه‌های آسفالتی و بتنی استفاده می‌گردد. استفاده از مصالح بتنی به عنوان لایه زیرین و در نقش لایه اساس، و مصالح آسفالتی به عنوان لایه رویه، ترکیب متداولی است که ویژگی‌هایی همچون مقاومت و سطح هموار را ارائه کرده و بهره‌برداری از یک روسازی ایده‌آل را ممکن می‌سازد. استفاده از مصالح بتنی در نقش لایه رویه و مصالح آسفالتی در نقش لایه اساس گزینه‌ای است که در صورت خرابی کامل لایه آسفالتی مقرون به صرفه خواهد بود. با توجه به هزینه اولیه بالای اجرای این نوع از روسازی‌ها، ساخت آنها به طور محدود صورت گرفته و بیشتر برای رفع معایب روسازی‌های بتنی موجود و به منظور ارتقای کیفیت سطح راه و تأمین سرویس، به صورت روکش آسفالتی بر روی روسازی‌های بتنی موجود به کار می‌روند. روسازی‌های مرکب (لایه انعطاف پذیر بر روی لایه صلب) معمولاً در روسازی‌های قدیمی دیده می‌شود. در این موارد باید روکشی مانند آسفالت گرم، روکش با دانه‌بندی باز، یا آسفالت پلیمری بر روی روسازی‌های بتنی درزدار (Jointed Plane Concrete Pavement- JPCP) یا روسازی‌های بتنی مسلح پیوسته (Continuously Reinforced Concrete Pavement- CRCP) اجرا شود.

 دلایل اجرای روسازی مرکب

از آنجا که تاریخچه روسازی‌های مرکب به سال‌‌های اخیر باز می‌گردد، فقط برخی کشورها مزایای چنین طرحی را تجربه کرده‌اند. در حال حاضر، استفاده از روسازی‌های مرکب به جاده‌های با ترافیک سنگین مانند بزرگراه‌ها و شریان‌های اصلی متمرکز شده است. عموماً انتخاب روسازی مرکب تحت تأثیر یکی از عوامل زیر می‌باشد:

1- به علت ترکیب یک لایه بتنی با یک لایه آسفالتی، ظرفیت باربری زیاد و مقاومت در برابر تغییر شکل در اثر عبور زیاد وسایل نقلیه را در کنار بهبود مشخصات سطح و آسان شدن تعمیر و نگهداری روسازی خواهیم داشت؛

2- کم شدن صدای چرخ وسیله نقلیه در حرکت روی جاده با بهره‌گیری از ویژگی‌های آسفالت متخلخل،

3- اجتناب از تعمیر و نگهداری درز آب‌بند در روسازی‌های بتنی یا به حداقل رساندن آن،

4- کاهش نفوذ آب و در نتیجه بهتر شدن رفتار بلند مدت سازه روسازی،

5- تعمیر یا ارتقای کیفیت سطح رو به زوال روسازی بتنی،

6- کاهش هزینه‌های اضافی در طول طرح برای مسئولان نگهداری راه و استفاده‌کنندگان.

گاهی اوقات نیز برای مطابقت دادن لایه موجود با لایه جدید مثلاً هنگام تعریض، افزایش تعداد خطوط در مجاورت یک روسازی انعطاف پذیر، یا اجرای یک لایه روکش انعطاف پذیر بر روی لایه صلبی که هنوز از نظر سازه‌ای سالم است، می‌توان از روسازی مرکب استفاده کرد.

 مقاطع روسازی

در صورت استفاده از روکش آسفالتی بر روی روسازی بتنی موجود، بخش عمده باربری از طریق لایه بتنی انجام می‌شود. از این رو می‌توان برای طراحی لایه بتنی از تئوری صفحات استفاده کرد. اگر بتوان فرض نمود که چسبندگی لایه آسفالتی به لایه بتنی به طور کامل صورت گرفته است، می‌توان با در نظر گرفتن مقطع معادل از تئوری صفحات به منظور تعیین تنش خمشی دال بتنی بهره جست. در صورتی که محل بار چرخ در نزدیکی لبه یا درز (Joint) لایه بتنی در نظر گرفته شود، روش تئوری صفحات به تنهایی جوابگو است و اگر بار چرخ در وسط و به دور از لبه‌ها یا درزها وارد شود، می توان از تئوری لایه‌ها و یا صفحات برای استفاده نمود. روسازی بتنی می‌تواند به صورت بتن غیر مسلح درزدار، بتن مسلح درزدار و یا بتن مسلح پیوسته باشد.

علاوه بر انواع فوق، روسازی‌های مرکب می‌توانند شامل روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت شده یا تثبیت نشده نیز باشند. برای روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت نشده، تنش و کرنش بحرانی به صورت کششی است و در زیر لایه آسفالتی قرار دارد؛ در حالی که در روسازی‌های آسفالتی با اساس تثبیت شده موقعیت تنش بحرانی در زیر لایه اساس در نظر گرفته می‌شود.

نحوه طراحی روسازی مرکب با توجه به ترکیب لایه‌ها و نوع مقطع متفاوت خواهد بود. معمولاً لایه آسفالتی مستقیماً بر روی اساس بتنی اجرا نمی‌شود. یکی از معایب اجرای روکش به این روش، انتشار ترک‌های انعکاسی در لایه آسفالتی است که علت آن وجود درز و ترک در اساس بتنی است. شکل (1) دو مقطع متفاوت که در بیشتر کشورها به عنوان مقطع متداول اجرا می‌گردد را نشان می‌دهد. در صورتی که مانند مقطع (الف) از یک لایه آسفالتی با دانه‌بندی باز مابین لایه آسفالتی و بتنی استفاده گردد، می‌توان ترک‌های انعکاسی را کاهش داد. مقطع (ب) روش متداول دیگری را نشان می‌دهد که در آن برای جلوگیری از انعکاس ترک‌ها از یک لایه ضخیم مصالح دانه‌بندی شده میان دو لایه آسفالتی و بتنی استفاده شده است. در صورت اجرای این روش می‌توان لایه رویه را در دو بخش آسفالت سطحی به ضخامت 40 میلی‌متر و لایه بیندر به ضخامت 50 میلی‌متر اجرا نمود.

وظیفه رویه انعطاف پذیر، عمل کردن به عنوان روکش حرارتی و رطوبتی برای کاهش گرادیان حرارتی و رطوبتی در لایه صلب است تا از این طریق تغییر شکل‌های دال بتنی (curling and warping) کاهش یابد. به علاوه لایه انعطاف پذیر از ساییده شدن لایه صلب در اثر تماس با چرخ خودروها جلوگیری می‌کند.

 روسازی صلب بر روی لایه انعطاف پذیر

از آنجا که حداقل ضخامت مورد نیاز برای لایه صلب 7/0 فوت است، تمامی روسازی‌های دارای سطح صلب بر اساس ضوابط و روش‌های مربوط به روسازی‌های صلب طراحی می‌شوند. 

 معایب روسازی‌های مرکب

دلیل اینکه از روسازی‌های مرکب کمتر استفاده می‌شود این است که این روسازی‌ها، ترکیبی از معایب روسازی‌های صلب (هزینه اولیه بالاتر) و روسازی‌های انعطاف پذیر (نیاز به نگهداری بیشتر) را دارا هستند.

گاهی از لایه‌های انعطاف پذیر نازک (روکش‌ها) برای بهبود اصطکاک و کیفیت تردد لایه صلب استفاده می‌شود. از آنجا که اصطکاک و کیفیت تردد با خراشاندن سطح لایه صلب موجود نیز امکان پذیر است، باید مطالعات اقتصادی انجام گیرد تا مشخص شود که کدام روش کم هزینه‌تر است.

 خواص روسازی‌های مرکب

خواص روسازی‌های صلب و انعطاف پذیر باید برای روسازی‌های مرکب نیز در نظر گرفته شود. در انتخاب مصالح برای لایه انعطاف پذیر باید دقت شود تا از انتشار ترک‌های انعکاسی لایه صلب جلوگیری کرده، همچنین اجرای لایه انعطاف پذیر که معمولاً نازک می‌باشد نیز تسهیل شود.

فاکتورهای عملکردی

لایه‌های انعطاف پذیری که بر روی لایه‌های صلب اجرا می‌شوند باید به نحوی طراحی و از مصالحی ساخته شوند که الزامات زیر را برآورده کنند:

1- ترک‌های انعکاسی: درزها و ترک‌های لایه صلب زیرین نباید در طی زمان بهره‌برداری بر روی لایه انعطاف پذیر اثر بگذارند.

2- همواری: لایه انعطاف پذیر باید طوری طراحی شود که دارای IRI اولیه برابر 63 اینچ در مایل بوده ودر طول زمان بهره‌برداری تا حداکثر IRI برابر با 170 اینچ در مایل نگه‌داشته شود.

3- چسبندگی: اصلی‌ترین عامل در عملکرد و طول عمر لایه انعطاف پذیر، وضعیت چسبندگی بین لایه انعطاف پذیر و لایه صلب است. در حالت چسبندگی خوب بین لایه انعطاف پذیر و لایه صلب، ضخامت لایه انعطاف پذیر نقش مهمی در طول عمر آن ایفا نمی‌کند. از این رو، در کارهای عملی اگر از نظر سازه‌ای به لایه انعطاف پذیر نیاز نباشد، حداقل ضخامت مورد نیاز برای لایه انعطاف پذیر بر اساس مشخصات مصالح از قبیل ساختمان و دانه‌بندی سنگدانه‌ها، نوع بیندر و ... تعیین خواهد شد.