چکیده
بتن مسلح به فولاد، مصالحی است که بنا به دلایلی همچون مقاومت فشاری مناسب، هزینه تهیه پایین و در دسترس بودن مصالح خام، بطور گسترده در سازه‌های مهندسی عمران بکار برده می‌شود. اما بتن مسلح تهیه شده از خمیر سیمان، سنگدانه‌های معمولی، و میلگرد‌های فولادی دارای نقاط ضعفی مانند وزن زیاد، خوردگی فولاد، و ترک‌های ناشی از جمع شدگی است که کاربرد آن را در مواردی محدود می‌کند. برای جبران این ایرادات، بتن‌های خاصی ابداع شده‌اند که در آنها از سنگدانه‌های سبک و تکه‌های مجزا و کوچک الیاف استفاده می‌شود و به جای میلگردهای فولادی، در جهت رفع مشکل خوردگی در مناطق ساحلی، از میلگردهای کامپوزیت پلیمری الیافی، استفاده می شود. از آن جا که استفاده از بتن‌های خاص با توجه به مزایای غیر قابل انکار آنها در حال گسترش بوده و نیز کاربرد آنها در کشوری مانند ایران در بسیاری از موارد توجیه و ضرورت دارد، لازم است مطالعات کافی در مورد جنبه‌های مختلف کاربردی آنها انجام گیرد.
در تحقیق حاضر با تهیه یک برنامه آزمایشگاهی، به بررسی رفتار خمشی تیرهای بتنی ساخته شده از بتن سبک الیافی، مسلح به میلگردهای طولی از جنس کامپوزیت پلیمری شیشه (GFRP) پرداخته شده است. برای این منظور، تعداد 9 تیر بتنی با مقطع مستطیل در سه گروه طراحی و ساخته شده است. گروه اول شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک، گروه دوم شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک بهمراه الیاف فولادی و گروه سوم شامل سه تیر بتنی سنگدانه سبک بهمراه الیاف پلی‌پرو‌پیلن می‌باشد. در هر گروه میلگردهای کامپوزیت به میزان صد در صد، دویست درصد، و سیصد درصد تقویت بالانس در هر تیر تعبیه گردید. تیرها بصورت گام به گام و تدریجی تحت بار افزایشی قرار گرفته و این عمل تا گام نهایی، یعنی تخریب تیرها ادامه یافت. در هر گام مقادیر جابجایی، کرنش، و عرض ترک در محل‌های مناسب برروی تیرها، به همراه نیروی اعمالی ثبت گردید. با پردازش داده‌های بدست آمده خصوصیاتی از تیرها مانند رفتار نیرو – تغییرمکان، ظرفیت خمشی، چگونگی ایجاد و گسترش ترک‌ها مورد مطالعه قرار گرفت.
نتایج حاصله حاکی از آنست که نمودار نیرو- تغییرمکان تیرهای مسلح با میلگردهای کامپوزیت تا مرحله نهایی تقریباً خطی بوده و در تمامی تیرها در یک کرنش ثابت، درصد میلگرد بیشتر باعث تحمل بار بزرگتری از تیرهای با درصد میلگرد کمتر شده است. همچنین مقایسه ظرفیت تجربی تیرها با روابط آیین نامه‌ای نشان می‌دهد که این روابط نتایج محافظه کارانه‌ای بدست می‌دهند. همچنین تیرهای دارای الیاف در بارهای کمتر شروع به ترک خوردگی نمودند، ولی مقاومت در برابر بار و ایجاد تغییر شکل های بیشتر در آن ها آشکارتر است.
 
کلمات کلیدی:
میلگردهای GFRP، بتن سبک سازه ای ، بتن الیافی، رفتار خمشی.
 
لیست علائم و اختصارات

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ارتفاع بلوك تنش مستطیلی	mm	a
مساحت مؤثر كششی بتن تقسیم بر تعداد میلگردها برحسب میلی‌مترمربع	(mm)2	A
سطح مقطع آرماتور كششی مقطع از جنس FRP	(mm)2	Af
سطح مقطع آرماتور كششی مقطع از جنس FRP در حالت متعادل	(mm)2	Afb
حداقل آرماتور كششی در مقطع از جنس FRP	(mm)2	Afmin
عرض مقطع	mm	b
عرض جان مقطع	mm	bw
ارتفاع تار خنثی	mm	C
ارتفاع تار خنثی در حالت متعادل	mm	Cb
ضریب كاهش شرایط محیطی	بدون بعد	CE
عمق موثر مقطع	mm	d
قطر آرماتور FRP	mm	db
ضخامت موثر محافظ بتنی كه برابر با دورترین تار كششی تا مركز نزدیك‌ترین میلگرد به آن درنظر گرفته می‌شود	mm	dc
مدول الاستیسیته آرماتور FRP	Mpa	Ef
مقاومت فشاری بتن	Mpa	fc
نیروی كششی آرماتور FRP	N	ff
مقاومت كششی آرماتور FRP	Mpa	ffu
مقاومت كششی ارائه شده توسط كارخانه سازنده آرماتور FRP	Mpa
مقاومت تسلیم آرماتور فولادی	Mpa	fy
ممان اینرسی مقطع ترك‌خورده	(mm)4	Icr
ممان اینرسی موثر مقطع	(mm)4	Ie
ممان اینرسی مقطع ترك‌نخورده	(mm)4	Ig
فاصله میان دو بار متمركز اعمالی بر تیرها	mm	l
مقاومت خمشی اسمی (لنگر اسمی)	N-mm	Mn
مقاومت خمشی اسمی در حالت استفاده از آرماتور FRP	N-mm	Mnf
مقاومت خمشی نهایی (مقاومت خمشی مورد نیاز)	N-mm	Mu
مقاومت خمشی مقطع در سطح سرویس	N-mm	Mser
لنگر ترك‌خوردگی مقطع	N-mm	Mcr
لنگر اعمالی بر مقطع	N-mm	Ma
نسبت مدول الاستیسیته FRP به بتن	بدون بعد	nf
عرض ترك	mm	w
نسبت فاصله دورترین تار كششی از تار خنثی به فاصله مركز ثقل میلگردهای كششی تا تار خنثی	بدون بعد	b
ضریب تبدیل به بلوك تنش مستطیلی	بدون بعد
كرنش در دورترین تار فشاری	بدون بعد	ec
كرنش حداكثر بتن در دورترین تار فشاری	بدون بعد	ecu
كرنش در تار كششی بتن هم سطح با آرماتور كششی	بدون بعد	et
كرنش آرماتور FRP	بدون بعد	ef
كرنش نهایی آرماتور FRP	بدون بعد	efu
درصد آرماتور مقطع	بدون بعد	r
درصد آرماتور متعادل مقطع	بدون بعد
درصد آرماتور مقطع در حالت استفاده از FRP	بدون بعد
درصد آرماتور متعادل مقطع در حالت استفاده از آرماتور FRP	بدون بعد
تغییرمكان تیر زیر بار متمركز	mm

Abstract
Reinforced concrete is a composite material that is used widely in civil engineering constructions because of appropriate compressive strength, low cost, and availability of raw materials. However, because of disadvantages such as high density, steel corrosion, and shrinkage cracking, usage of conventional reinforced concrete made with cement paste, normal aggregates, and steel rebar’s is limited in some situations. Special concretes containing lightweight aggregates, FRP rebar’s, and fibers have been developed to overcome these deficiencies. Usage of these special concretes is growing due to their undeniable benefits in many countries including Iran. Thus, more studies should be done over different aspects of their utilization.
In the present study, an experimental work has been done to study the bending behavior of lightweight aggregate concrete beams containing fibers, reinforced with longitudinal GFRP rebar’s. A total of nine beams with rectangular cross sections in three different groups have been designed and constructed. The first group includes three lightweight aggregate concrete beams, the second group includes three lightweight aggregate concrete beams containing steel fibers, and the third group includes three lightweight aggregate concrete beams containing polypropylene fibers. In each group, the GFRP reinforcement ratio was 100%, 200%, and 300% of balance reinforcement for each one of beams. Using four points bending test setup, the