رفتار مکانیکی عرشۀ کامپوزیتی متشکل از FRP و هستۀ فولادی

مهندسی عمران فردوسی

مقاله 7، دوره 26، شماره 2، شهریور 1394، صفحه 99-116   

نوع مقاله: پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/civil.v26i2.21182

نویسندگان

الهام علیزاده؛ مهدی دهستانی^* ؛ بهرام نوائی نیا

دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

طراحی عرشه ی پل ها به‌منظور حفظ مقاومت، دوام و پایایی در طول عمر مفید آن ها از چالش های فراروی مهندسان سازه به‌حساب می آید. برای فائق شدن بر این چالش ها راه حل های مختلفی ارائه گردیده است که یکی از آن ها استفاده از سیستم ترکیبی متشکل از مصالح متداول نظیر بتن و فولاد به‌همراه صفحات FRP می باشد که تحت عنوان عرشه های کامپوزیتی نیز شناخته می شود. از آن جایی که این عرشه ها نسبتاً جدید است عملکرد آن ها برای حالت های مختلف کاملاً شناخته شده نمی باشد. تحقیق حاضر به بررسی عرشه ی کامپوزیتی متشکل از هسته ی فولادی و صفحات GFRP اختصاص یافته است. عرشه ی مورد بررسی شامل لایه های فوقانی و تحتانی از جنس GFRP و چندین جعبه ی سلولی فولادی در مرکز است. با استفاده از روش اجزای محدود و تحلیل استاتیکی غیرخطی رفتار این عرشه ها مورد ارزیابی قرار گرفته است در وهله ی اول با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه و پس از اطمینان از صحتِ مدل سازی عرشه ی کامپوزیتی، تغییر پارامترهای مختلف نظیر ابعاد هندسی، شکل هسته ی فولادی و خواص مکانیکی مصالح صورت پذیرفته است. نتایج نشان می دهد که الگوی گسیختگی عرشه ی مورد مطالعه به‌دلیل تسلیم هسته ی فولادی، نسبت به عرشه های ساخته شده از FRP مطلوب تر است و با افزایش ضخامت و تغییر هندسه ی هسته ی فولادی، می توان ظرفیت باربری عرشه را افزایش داد. هم‌چنین افزایش مدول الاستیسیته ی لایه ی Grid که بیشترین ضخامت را در بین لایه های GFRP دارد، سبب افزایش ظرفیت باربری عرشه می گردد.

کلیدواژه‌ها

عرشۀ کامپوزیتی؛ FRP؛ هسته فولادی؛ سیستم شبکه ای؛ روش اجزاء محدود

مراجع

Kim. H.Y, Jeong. Y. J, "Experimental investigation on behaviour of steel–concrete composite bridge decks with perfobond ribs", Journal of Constructional Steel Research, Vol. 62, pp.463-471, (2006).

2. Brown. D. L, Berman. J. W, "Fatigue and Strength Evaluation of Two Glass Fiber-Reinforced Polymer Bridge Decks", Journal of bridge engineering, ASCE,Vol 14, pp. 493-503, (2010).

3. Versace. J, Ramirez. J, "Implementation of Full-Width Bridge Deck Panels, A Synthesis", Publication FHWA/IN/JTRP, Joint Transportation Research program, Indiana Department of Transportation and Purdue University, Paper 116, (2004).

4. Kim. H.Y, Jeong. Y. J, "Ultimate strength of a steel-concrete composite bridge deck slab with profiled sheeting", Engineering Structures Elsevier, (2009).

5. Ji. H. S, Son. B. J, Ma. Z, "Evaluation of Composite Sandwich Bridge Decks with Hybrid FRP-Steel Core", Journal of Bridge Engineering, Vol. 14, No. 1, (2009).

6. Gan. L. H, Ye. L, Mai. Y. W, "Design and evaluation of various section profiles for pultruded deck panels", Composite Structures 47, Elsevier, pp.719-725, (2000).

7. Reising. R, Shahrooz. B, "Close Look at Construction Issues and Performance of Four Fiber-Reinforced Polymer Composite Bridge Decks", Journal of Composite for Construction, (2004).

8. Kim. H. Y, Hwang. Y. K, Park. K, "Fiber reinforced plastic deck profile for I-girder bridges", Journal of Composite Structures 67, pp. 411–416, (2005).

9. Jeong. J, Lee. Y. H, Park. K, "Field and laboratory performance of a rectangular shaped glass fiber reinforced polymer deck", Journal of Composite Structures 81, Vol 81, pp. 622–628, (2007).

10. Brown. D. L, Berman. J. W, "Fatigue and Strength Evaluation of Two Glass Fiber-Reinforced Polymer Bridge Decks", Journal Of Bridge Engineering Asce, (2010).

11. Ji. H. S, Song. W, Ma. Z. J," Design, test and field application of a GFRP corrugated-core sandwich bridge", Journal of Engineering Structures Elsevier, Vol. 32, pp. 2814-2824, (2010).

12. Hillman, J. R., and Murray, T. M., "Innovative floor systems for steel framed buildings", International Association for Bridge and Structural Engineering, Zurich, Switzerland, Vol 60, pp. 672– 675, (1990).

13. Bakeri, P. A., and Sunder, S. S., "Concepts for hybrid FRP bridge deck systems" Serviceability and Durability of Construction Materials; Proc., 1st Materials Engineering Congress , ASCE, New York, 2, pp. 1006 –1015, (1990).

14. Saiidi, M., Gordaninejad, F., and Wehbe, N., "Behavior of graphite/epoxy concrete composite beams", J. Struct. Eng, pp. 2958 –2976, (1994).

15. Deskovic. N, Meier. U, "Innovative design of FRP combined with concrete", Journal of Structural Engineering, Vol. 121, No. 7, July 1995, pp. 1069-1078, (1995).

16. Kitane. Y, Aref. A. J, Lee. G, "Static and Fatigue Testing of Hybrid Fiber-Rein forced Polymer –Concrete Bridge", Superstructure Journal of Composite for Construction, Vol. 8, No. 2, pp. 182-190, ASCE, (2004).

17. Warn. G. P, Aref. A. J, "Sustained-Load and Fatigue Performance of Hybrid FRP-Concrete Bridge Deck System", Journal of Composites for Construction, Vol. 14, No. 6, December, (2010).

18. He. J, Liu. Y, Chen. A, Dai. L, "Experimental investigation of movable hybrid GFRP and concrete bridge deck", Journal of Construction and Building Materials, Vol. 26, pp. 49–64, (2012).

19. Ji. H. S, Byun. J. K, Lee. C. S, "Structural performance of composite sandwich bridge decks with hybrid GFRP–steel core", Journal of Composite Structures 93, Vol. 93, pp. 430–442, (2011).

20. Ministry of Construction and Transportation (MOCT), "Standards specifications for highway bridge", 2nd Ed., South Korea, (2000).

21. ANSYS 2012, ANSYS Help.

22. جاهد مطلق. ح، نوبان. م، اشراقی. م،" اجزای محدود ANSYS "، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ پنجم، (1390).