ساختمانهای بتن آرمه به دلیل ویژگیهایی همچون ارزانی و سهولت اجرا همواره نظر سازندگان را برای بهکارگیری آن در ساختوساز جلب کرده است. در سالهای اخیر بهسازی و تقویت ساختمانهای موجود از موضوعات اصلی صنعت ساختمان و همچنین تحقیقات دانشگاهی به شمار رفته است. هدف از مقاوم سازی میتواند افزایش مقاومت، شکلپذیری و یا کاهش اثرات حرارت بر روی المان باشد. مقاومسازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی FRP روش نسبتاً جدیدی به شمار میرود. مصالح FRP خواص فیزیکی مناسبی دارند که میتوان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم آنها اشاره کرد. در ستونهای بتنی استفاده از FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مد گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکلپذیری را به میزان قابلتوجهی افزایش میدهد. دور پیچی اعضای فشاری با الیاف FRP باعث افزایش مقاومت فشاری آنها نیز میشود. این امر همچنین باعث افزایش شکلپذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی میشود. در این مقاله میخواهیم اثرات FRP را بر روی رفتار ستون بتن آرمه بررسی کنیم. موارد بررسی شده نشان میدهد که استفاده از FRP تأثیر به سزایی در مقاومت و همچنین شکلپذیری دارد.
حالتهای شکست یک ستون بتنآرمه
به طور کل دو حالت برای شکست ستون بتن آرمه در حالت حد نهایی باربری در نظر گرفته شده است:
شکست فشاری ستون
در این حالت ستون با خرد شدن بتن شروع به شکست میکند و سپس با افزایش فشار، فولادهای مقطع نیز تسلیم میشوند و در نهایت شکست کامل میگردد.
شکست کششی ستون
در این وضعیت نیز شکست مقطع ستون با تسلیم قسمتی از فولادهای مقطع در کشش در یک طرف مقطع آغاز شده و سرانجام با خرد شدن بتن در وجه دیگر ستون تکمیل میشود.
وقوع هریک از حالت شکست به نسبت لنگر خمشی به بار محوری وارد بر ستون بستگی دارد؛ به طوری که در یک ستون با فولادگذاری متفاوت و در یک محدودهی وسیع تغییر خروج از مرکزیت از e=0 تا e=? ، شکست مقطع به طور تدریجی از شکست فشاری تا شکست کششی تغییر خواهد کرد. حالتهای مختلف شکست ستون در ادامه بحث شده است.
الف) بارمحوری خالص
در این حالت فرض میگردد بار محوری بدون کوچکترین خروج از مرکزیتی بر ستون اعمال گردد. این امر سبب میشود که لنگر خمشی بسیار ناچیز شود و همهی نقاط مقطع همزمان به برسد. در این حالت فولادهای مقطع نیز به تنش تسلیم میرسند.
ب) لنگر خمشی خالص
این وضعیت درست بر خلاف وضعیت قبلی است. در این حالت مقدار خروج از مرکزیت بینهایت در نظر گرفته میشود و عملاً کل مقطع به کشش در میآید. گسیختگی در این حالت کاملاً کششی است.
ج) حالت بالانس
در این حالت ترکیب بار محوری و لنگر خمشی به گونهای است که قسمتی از مقطع تحت کشش قرار گرفته است و درست در همان لحظهای که بتن در قسمت فشاری به کرنش نهایی 0.003میرسد، فولادهای کششی نیز به کرنش تسلیم میرسند. این حالت یک حالت مرزی بین شکست فشاری و شکست کششی محسوب میشود.
شکل 1 : منحنی اندرکنش بار محوری و لنگر خمشی در ستون