ایستاسازه
En Ar

خانه - کتابخانه - Behavior of Fiber-Reinforced Polymer Composite Piles Under Vertical Loads

دانلود Behavior of Fiber-Reinforced Polymer Composite Piles Under Vertical Loads

یک آزمایش مقیاس کامل شامل آزمایش های بارگذاری استاتیکی و دینامیکی بر روی شمع های پلیمری مسلح شده با الیاف (FRP) در تأسیسات بندر الیزابت در نیوجرسی با همکاری و پشتیبانی دپارتمان مهندسی آن و دپارتمان حمل و نقل ایالت نیویورک انجام شد. کاربرد مهندسی شمع های باربر FRP نیازمند ارزیابی عملکرد میدانی و توسعه و ارزیابی روش های آزمایش قابل اطمینان و روش های طراحی برای ارزیابی مشخصات کوتاه مدت مصالح کامپوزیت، پاسخ بارگذاری-نشست، ظرفیت باربری محوری، قابلیت کوبش و ساخت شمع کامپوزیتی، اندرکنش بین خاک و شمع، انتقال بار در امتداد شمع نصب شده و رفتار خزش شمع های کامپوزیتی FRP تحت بارهای عمودی است.

توجه

این سند تحت حمایت اداره ی حمل  و نقل آمریکا منتشر شده است و هدف از ارائه ی آن تبادل اطلاعات در مورد شمع های پلیمری مسلح شده است. مقامات مرتبط با انتشار این راهنما مسئولیتی در قبال استفاده ی اشتباه از اطلاعات موجود در این توصیه نامه بر عهده ندارند. این راهنما یک آیین نامه و یا استاندارد نیست.

FHWA اطلاعات با کیفیت بالایی را برای استفاده در صنعت و به صورتی عمومی ارائه می دهد. استانداردها و سیاست هایی استفاده شده اند تا کیفیت، هدف، قابلیت استفاده و یکپارچگی اطلاعات دارای کیفیت بالایی باشد.  FHWA به صورت دوره ای کیفیت موارد را بررسی کرده و در صورت نیاز تغییراتی برای بهبود استفاده از آن ها اعمال می کند.

چکیده

شمع های کامپوزیتی عمدتاً برای شمع های حائل، موانع ساحلی و شمع های باربر برای سازه های سبک استفاده شده است. در سال 1998 شرکت توسعه امپایر استیت، یک پروژه احیای ساحل به نام پارک رودخانه هادسون را انجام داد. هدف این پروژه جایگزین کردن 100000 شمع باربر برای سازه های سبک بود. خوردگی فولاد، خرابی بتن و آسیب پذیری شمع های چوبی باعث شد که شرکت توسعه امپایر استیت مصالح کامپوزیت مانند پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) را به عنوان جایگزینی برای شمع ساخته شده از چوب، بتن یا فولاد در نظر بگیرد. هم زمان مدیریت بزرگراه های فدرال (FHWA) یک پروژه تحقیقاتی در مورد استفاده از شمع های کامپوزیتی مسلح شده به عنوان شمع های باربر عمودی آغاز کرد. یک آزمایش مقیاس کامل شامل آزمایش بارگذاری دینامیکی و استاتیکی (SLT) بر روی شمع های FRP، در محل تأسیسات بندر الیزابت در نیوجرسی اجرا شد. این پروژه شامل موارد زیر است:

  • توسعه و ارزیابی تجربی یک روش آنالیز مهندسی برای تعیین ویژگی های مکانیکی معادل مصالح کامپوزیت. این ویژگی ها شامل مدول الاستیسیته برای بارگذاری اولیه فاز شبه خطی، مقاومت فشاری محوری، ممان اینرسی و بار بحرانی کمانش است. مصالح کامپوزیتی استفاده شده در این مطالعه شامل پلاستیک بازیافتی مسلح شده با میلگرد فایبرگلاس، پلاستیک بازیافتی مسلح شده با میلگردهای فولادی و پلاستیک بازیافتی مسلح شده با فایبرگلاس با توزیع تصادفی (Trimax) است. (فصل دوم سند حاضر در این مورد صحبت می کند.)
  • آزمایش های بارگذاری استاتیکی بر روی شمع‌های FRP مجهز شده. طرح های کلی ابزار دقیق به طور ویژه برای اندازه گیری کرنش طراحی شده است. نتایج تجربی با آیین نامه های فعلی طراحی و هم چنین روش هایی که معمولاً برای ارزیابی ظرفیت نهایی، ظرفیت باربری نوک و مقاومت اصطکاکی محور در امتداد شمع ها استفاده می شود مقایسه شد. در نتیجه، توصیه های اولیه برای طراحی شمع های FRP پیشنهاد شده است. (فصل سوم سند حاضر به بررسی این موضوعات می پردازد.)
  • نتایج آزمایش آنالیز کوبش شمع (PDA) و آزمایشگر یکپارچگی شمع (PIT) با استفاده از برنامه های CAPWAP و GRLWEAP برای تعیین خواص دینامیکی شمع های FRP آنالیز شد. همچنین PDA برای ارزیابی امکان نصب شمع های FRP با استفاده از تجهیزات استاندارد کوبش شمع استفاده شد. ظرفیت های باربری شمع با برنامه CAPWAP و با استفاده از داده های مکانیکی اندازه گیری شده با PDA ارزیابی شد و ظرفیت های محاسبه شده با نتایج آزمایش های بارگذاری استاتیکی بر روی چهار شمع  FRP مقایسه شد. (فصل چهارم این سند به بررسی و مطالعه این موضوعات می پردازد.)

مقدمه

عمدتاً شمع ها برای نگه داشتن سازه ها تحت بارهای جانبی و عمودی استفاده می شوند. ظرفیت باربری عمودی شمع ها عمدتاً به شرایط محل، ویژگی های خاک، خواص مصالح شمع، ابعاد شمع و روش اجرای شمع بستگی دارد. انواع شمع را بر اساس روش اجرا می توان به دو دسته تقسیم کرد:

  • دسته اول شامل شمع های کوبشی است که خاک را جابه جا و دست خورده می کند.
  • دسته دوم شامل شمع هایی است که بدون ایجاد جابجایی در خاک اجرا شده است (شمع های درجا).

شمع های فولادی، بتنی پیش ساخته، چوبی و پلیمری مسلح شده با الیاف متعلق به دسته اول هستند و در دسته دوم، خاک با حفاری برداشته شده و بتن برای تشکیل شمع در گمانه ریخته می شود.

برای ارزیابی ظرفیت محوری شمع، مقاومت نوک و اصطکاک محور در طول شمع می توان از روش های تحلیلی و آیین نامه های مختلف طراحی استفاده کرد. روش های دینامیکی می تواند بر اساس اندازه گیری های کوبش شمع برای پیش بینی ظرفیت استاتیکی محوری شمع های کوبشی و ارزیابی قابلیت کوبش و دوام شمع ها در حین نصب استفاده شود. با این حال باید قبل از انجام آزمایش دینامیکی چندین خاصیت مصالح و داده تعیین شود که شامل طول شمع، سطح مقطع، وزن مخصوص، سرعت موج و مدول الاستیسیته دینامیکی است. ارزیابی روش های دینامیکی برای پیش بینی پاسخ مجموعه بار و ظرفیت استاتیکی نهایی شمع ها باید با مقایسه نتایج تجزیه و تحلیل روش دینامیکی و آزمایش بار استاتیکی (SLT) به دست آیند. با توجه به کاربرد مهندسی شمع های کامپوزیتی مسلح شده با الیاف ضروری است تا آزمایش های مهندسی ذکر شده برای ارزیابی رفتار این شمع ها تحت بارهای محوری، انجام شده و روش های طراحی قابل اطمینانی برای ارزیابی کوتاه مدت و بلند مدت رفتار شمع های کامپوزیت پلیمری مسلح شده ایجاد شود.

هدف

هدف اصلی تحقیق حاضر، ارزیابی امکان  استفاده از شمع های کامپوزیتی FRP برای شالوده بزرگراه ها و تأسیسات مربوطه، جایگزینی مصالح سنتی مانند چوب، بتن یا فولاد، به ویژه در ساختن سازه های ساحلی در محیط های دریایی مهاجم بود. ممکن است به دلیل اضمحلال سریع مصالح سنتی و متداول در محیط های تهاجمی، کاربرد مهندسی FRP جایگزینی رقابتی برای مصالح سنتی شمع معرفی شود. علاوه بر این، اصلاح شیمیایی شمع های چوبی به دلیل طبیعت سمی مواد اصلاحی شیمیایی متداول، دشوارتر است. برای ارزیابی امکان استفاده از شمع های کامپوزیت FRP به عنوان شمع های باربر عمودی، آزمایش های آزمایشگاهی و آزمایش مقیاس کامل شامل آزمایش بارگذاری دینامیکی و استاتیکی روی شمع های FRP انجام شد.

خرابی ایجاد شده در شمع‌ها در محیط‌های مهاجم - ایستاسازه
خرابی ایجاد شده در شمع‌ها در محیط‌های مهاجم

           وضعیت فعلی عملکرد شمع های FRP

تحقیقات در مورد رفتار مهندسی شمع های FRP عمدتاً بر روی عملکرد این شمع ها تحت بارگذاری جانبی به عنوان شمع های حائل تمرکز دارد. به طور کلی، تحقیقات و کاربردهای فعلی شمع های FRP به موارد زیر پرداخته اند:

  • رفتار مکانیکی شمع های FRP. در مورد رفتار مکانیکی شمع های FRP تحقیقاتی که تاکنون انجام شده است عمدتاً شامل آزمایش های آزمایشگاهی روی رفتار مکانیکی، رفتار خمشی و مقاومت کمانشی مصالح شمع FRP است.
  • مشاهدات میدانی و پروژه های تجربی در مورد عملکرد مهندسی شمع های FRP.
 شمع های حائل
شمع های حائل

نیازهای تحقیق و توسعه در مورد شمع های FRP

کاربرد مهندسی شمع های باربر FRP نیازمند ارزیابی عملکرد میدانی، توسعه و ارزیابی آزمایش های قابل اطمینان و روش های طراحی است. کاربردهای مهندسی شمع های FRP به عنوان شمع های باربر نیاز به تحقیق و توسعه را ایجاب می کند. نیازهای تحقیق و توسعه در این زمینه شامل موارد زیر است:

  1. قابلیت کوبش و ساخت شمع های کامپوزیتی
  2. کنترل کیفیت در طی ساخت و نصب شمع ها
  3. پاسخ بارگذاری- نشست و ظرفیت باربری محوری
  4. اندرکنش بین شمع و خاک و انتقال بار در امتداد شمع اجرا شده
  5. ویژگی های کوتاه مدت مصالح کامپوزیتی
  6. خزش و اثر زمان بر رفتار بلندمدت شمع
  7. مکانیسم های خرابی فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی مصالح

آزمایش بارگذاری دینامیکی و استاتیکی انجام شده بر روی شمع های FRP این پروژه نشان داد که این شمع ها می توانند به عنوان یک راه حل مهندسی جایگزین برای پی های عمیق مورد استفاده قرار گیرند. آنالیز مهندسی نتایج آزمایشگاهی و آزمایش های میدانی مبنای اولیه را برای ارزیابی روش های آزمایش فراهم می کند تا ویژگی های دینامیکی شمع‌های FRP، یکپارچگی و قابلیت کوبش آن ها تعیین شود. معیارهای طراحی برای تنش های فشاری و کششی مجاز در این شمع ها با در نظر گرفتن معادله تعادل نیروی محوری برای مصالح کامپوزیتی و با فرض لایه لایه نشدن بین اجزای آن ارائه شد. با این حال، استفاده مهندسی گسترده از شمع های FRP نیاز به آزمایش میدانی و آزمایش مقیاس کامل بیشتری برای ایجاد پایگاه داده عملکردی مرتبط برای توسعه و ارزیابی روش آزمایش و روش های طراحی قابل اطمینان دارد.

سایر مقاله ها

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW چیست ؟ (Multichannel Analysis of Surface Waves)

آزمایش تحلیل چند کاناله امواج سطحی یا MASW یکی از [...]


بیشتر بخوانید

خاک های رمبنده (Collapsible Soil)

در طبیعت خاک هایی هستند كه تحت تنش یكسان، با [...]


بیشتر بخوانید

ظرفیت باربری پی (Bearing Capacity of Foundation)

خاک باید بدون آنکه دچار گسیختگی برشی شود، توانایی تحمل [...]


بیشتر بخوانید

نشست غیر یکنواخت (Differential Settlement)

پی (شالوده یا فونداسیون) یک سازه وزن زیادی دارد و [...]


بیشتر بخوانید