زلزله به عنوان یک پدیده مخرب در اکثر مناطق دنیا ایمنی سازه­ها و زندگی ساکنان آن را در معرض تهدید قرار داده است، به طوری که کاهش خسارات جبران­ناپذیر پدیده زلزله همواره هدف نهایی محققین و دانشمندان علم مهندسی زلزله بوده است. عامل زلزله موجب اهمیت طراحی سازه­ها در کشورهای لرزه­خیز می­باشد. اصولاً طرح لرزه­ای سازه­ها بدون داشتن درک درستی از نحوه­ خرابی‌های ایجاد شده توسط زلزله، غیر ممکن است. طرح لرزه­ای فقط عبارت از تحلیل، محاسبه و برآورده کردن شرایط آیین­نامه نیست بلکه پارامترهای متنوع دیگری نیز در آن دخالت دارند. آگاهی دقیق از رفتار ساختمان­ها در زلزله موضوع اساسی در علم مهندسی زلزله است. بررسی انواع خرابی‌های ایجاد شده بر اثر زلزله­های گذشته، همواره یکی از زمینه ­های مهم در مهندسی زلزله بوده است. دلایل این امر عبارتند از روزآمد کردن آیین­نامه­ های طراحی و نیز آموختن درس­هایی که مانع از خسارت­های مشابه در زلزله­های بعدی شود. وقوع زمین لرزه آزمونی طبیعی برای رفتار سازه بوده و همواره به عنوان مهمترین رخداد در زمینه مهندسی زلزله مورد توجه مهندسان بوده است. آشنایی و توجه دقیق به مکانیزم­ های مختلف خرابی و شکست، یکی از ابزار عمده برای روزآمد کردن آیین­نامه­ های طراحی است. از این آزمایش طبیعی می­توان برای طراحی و ساخت بهینه سازه­ها استفاده کرد.
ایران نیز به دلیل قرارگیری بر روی کمربند زلزله آلپ-­هیمالیا جزء کشورهای لرزه­خیز محسوب می­ شود که هر چند سال یکبار زلزله­ای ویرانگر در نقاط مختلف کشور رخ می­دهد. در بین سال­های 1900 تا 2010 میلادی 13655 زلزله با بزرگای بیش از 4 ریشتر در ایران رخ داده که از این تعداد 117 زلزله با بزرگای بیشتر از 6 ریشتر بوده است. ممکن است گاهی این تصور پیش آید که زلزله قاتل جان انسان­هاست. اما واقعیت چیز دیگری است: این زلزله نیست که جان انسان­ها را می­گیرد، بلکه سازه­های ضعیف مسبب آن هستند. بنابراین باید رفتار سازه­ها را در زلزله بیشتر شناخت و آیین­نامه­ ها و روش­های اجرایی را بهبود بخشید.
در اثر زلزله، انرژی زیادی از درون زمین آزاد شده که این انرژی باعث تکان خوردن صفحات پوسته می­گردد. لرزش و تکان زمین باعث به وجود آمدن پارامترهای زمین (جابجایی، سرعت و شتاب) می­ شود. در مورد زلزله آنچه که باعث حرکت سازه می­ شود تکان­های زمین بوده و هیچ نیروی خارجی به سازه وارد نمی­ شود. پس از تکان زمین، ابتدا پی و سپس ستون­ها و در نهایت سقف­ها تکان می­خورند بنابراین انرژی زلزله به صورت جابجایی به پی سازه وارد می­ شود و چون سازه­ دارای جرم قابل ملاحظه­ای می­باشد، این جرم سازه است که منجر به ایجاد شتاب، حرکت سازه و نیروی اینرسی در سازه می­گردد. با تکان پی، جابجایی به اندازه Δ در سازه ایجاد می­ شود که ابتدا ستون­ها و سپس سقف­ها دچار این جابجایی می­شوند.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
شکل 1-1: نحوه انتقال انرژی زلزله به سازه [22]
 
حال با توجه به این که زلزله­ها همواره در هنگام وقوع، به دنبال نقاط ضعف ساختمان هستند و اثر آنها بر روی این قسمت ­ها می ­تواند مشکل ساز شود، باید این نقاط ضعیف که معمولاً در اثر تغییرات سریع در سختی، مقاومت و یا شکل­پذیری به وجود می­آیند به طور کامل شناسایی شوند. آنچه که در این پایان نامه به بررسی اثر آن پرداخته شده است تغییرات سریع در سختی یک طبقه است. مطابق تعریف ویرایش چهارم آیین­نامه 2800 منظور از سختی طبقه جمع سختی جانبی اعضای قائم باربر جانبی است. برای محاسبه این سختی­ها می­توان تغییر مکان جانبی واحدی را در سقف طبقه مورد نظر وارد کرد در حالتی که کلیه طبقات زیرین بدون حرکت باقی بمانند. اگر پس از جابجایی پی به اندازه Δ درستون­های یک طبقه، سختی طبقات دیگر آن قدر زیاد باشد که ستون­ها نتوانند سقف­های بالا و پایین را با خود همراه سازند، آنگاه در ابتدا و انتهای محل اتصال ستون­ها به طبقه یا طبقه ­های سخت در اثر جابجایی­های رفت و برگشتی ناشی از زلزله، مفصل پلاستیک ایجاد شده و به علت ایجاد لنگرهای خمشی بزرگ در این مفاصل، طبقه یا دچار تغییر شکل ماندگار و یا دچار ریزش می­ شود که در بعضی مواقع ریزش طبقه منجر به پیچش سازه و ریزش کامل سازه نیز می­ شود.
 
شکل 1-2: ایجاد تغییر مکان جانبی ماندگار 6 درجه­ای در اثر پدیده نرم.[6]
شکل 1-3: نمونه ­ای از خرابی ناشی از پدیده طبقه نرم در ژاپن. [4]
 
شناخت و درك رفتار سازه­های مختلف تحت اثر بارگذاری­های
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

توانایی سرویس دهی و افزایش ظرفیت باربری مصالح سازه­ای از دیر باز به عنوان یک مسئله­ مهم اقتصادی محسوب می­شده است.
بتن به عنوان یک ماده­ی سازه­ای پر کاربرد, امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می­گیرد. از سال 1992 تا 1993 میلادی، تنها در کشور آمریکا 63 میلیون تن سیمان پرتلند برای تولید 500 میلیون تن بتن مصرف شده است؛ که این خود پنج برابر تولید فولاد، به صورت وزنی در مدت مشابه است. در اغلب کشور­های جهان نسبت مصرف بتن به فولاد از 10 به 1 نیز فراتر رفته است[1]. تا کنون تعاریف زیادی از بتن ارائه شده است. بر اساس این تعاریف, بتن از سه ماده­ی اصلی تشکیل شده است. این مواد عبارتند از: مواد سیمانی, آب که مواد سیمانی با آن واکنش داده و خاصیت چسبندگی پیدا می­ کنند؛ و مواد پر کننده­ که حجم قابل توجهی از بتن را تشکیل می­دهند.
با وجود ویژگی­های قابل توجه این ماده از جمله شکل­پذیری بالا, مقاومت و عمر زیاد, در دسترس و ارزان قیمت بودن, بتن ماده­ای ترد است و تحت بارهای خمشی و کششی به شدت ضعیف عمل می­ کند.
آرماتور­های فولادی, بتن را تحت کشش مسلح می­ کنند؛ ولی تقریباً اثری بر روند گسترش ترک ندارند. به عبارت دیگر با رسیدن انتهای ترک به موقعیت آرماتورهای کششی، نرخ افزایش باز­شدگی دهانه­ی ترک و هم­چنین انتشار ترک کاهش یافته و سپس با عبور ترک از آرماتور، توسعه­ ترک با نرخ بیشتری افزایش می­یابد. علاوه بر آن وجود آرماتور در نواحی خاص کششی، بتن را از حالت همگن و یکنواخت خارج کرده و فرض همگنی بتن در روش­های آنالیز را با اشکال مواجه می­ کند ]1[.
به طور کلی خرابی و انهدام بتن به شدت به تشکیل ترک­ها و ریز ترک­ها بستگی دارد. با افزایش بار­گذاری, ریز ترک­ها به هم متصل شده و ترک­ها را تشکیل می­ دهند [2]. به‌منظور رفع این مشکل و همچنین ایجاد شرایط همگن، در چند دهه اخیر از یک سری رشته‌های نازک که در تمام حجم بتن گسترده شده، استفاده می‌شود؛ که به آن­ها الیاف گفته می­ شود.

1-2-      بتن الیافی

با توجه به تعریف ACI 544.2R-89 [3], بتن الیافی بتنی است كه با سیمان هیدرولیكی, مصالح سنگی ریزدانه و درشت­دانه ساخته شده و به ­وسیله­ الیاف تقویت می­ شود.
كاربرد گسترده­ی بتن الیافی از اواسط سال 1960 برای روسازی جاده­ها، كف سالن­های صنعتی، جداره­ی كوره­ها و غیره, آغاز گردید [4]. مهمترین مشخصه­ی بتن الیافی, خاصیت جذب انرژی و انعطاف پذیری آن است. به همین دلیل امروزه این بتن نقشی بسیار جدی در پیشرفت تکنولوژی بتن ایفا می­ کند.
در کل از بتن الیافی می­توان انتظار ارتقای پارامتر­های مرتبط با ضرایب باربری نظیر مقاومت فشاری، کششی، خمشی، برشی و مقاومت در برابر خزش، سایش و فرسایش را داشت.

1-3-      الیاف مورد استفاده در بتن

همان­طور که گفته شد, با رسیدن تنش­های وارده به حداکثر مقاومت ملات, ترک­ها تشکیل می­شوند. در نهایت تجمع این ترک­ها در یک ناحیه باعث انهدام بتن می­ شود. در این شرایط استفاده از الیاف باعث جلوگیری از گسترش ترک­ها و اتصال آنها به یکدیگر می­ شود.
استفاده از الیاف در بتن از حدود 50 سال پیش شروع شد و روز­ به ­روز بر استفاده از این ماده در طرح­های اختلاط بتن افزوده می­ شود. مزایای گوناگون كاربرد الیاف در بتن نظیر افزایش مقاومت خمشی, افزایش مقاومت برشی, افزایش مقاومت كششی, افزایش مقاومت در برابر بارهای ضربه­ای, افزایش میزان جذب انرژی و افزایش مقاومت مقطع در مقابل ترک خوردگی, باعث شده که از الیاف در تقویت و مرمت انواع سازه­های بتنی استفاده شود [5].
انتخاب نوع الیاف، تعیین کننده­ خواص کامپوزیت­ها است. امروزه به منظور تقویت بتن از الیاف مختلفی منجمله الیاف فولادی, الیاف پلی­پروپیلن, الیاف آرامید (کولار), الیاف کربن و الیاف شیشه استفاده می­ شود (شکل 1-1).
الیاف مورد استفاده در بتن را می­توان از نظر جنس به 4 گروه زیر تقسیم کرد [6]:

• مواد مصنوعی آلی مانند پلی­پروپیلن و کربن

• مواد مصنوعی غیر آلی مانند فولاد و شیشه

• مواد طبیعی آلی مانند سلولز

• مواد طبیعی غیر آلی مانند آزبست

شکل ‏1‑1– انواع الیاف کامپوزیتی؛ الف) الیاف شیشه؛ ب) الیاف کربن؛ ج) الیاف پلی­پروپیلن؛ د) الیاف فولاد

1-3-1-      الیاف طبیعی

الیاف طبیعی مانند نارگیل، سیسال، تفاله­ی نیشکر، بامبو، کنف، کتان، چوب و الیاف گیاهی جهت تشخیص خصوصیات مهندسی و احتمال استفاده از آن­ها در ساختمان­سازی در 40 کشور مورد آزمایش قرار گرفتند. هرچند نتایج دلگرم کننده بود, اما به دلیل فعل و انفعال بین ملات سیمان و الیاف, ضعف­هایی در دوام آن­ها مشاهده گردید. الیاف گیاهی استحکام بالایی ندارد و در اثر افزایش بارهای وارده با پارگی الیاف و یا با بیرون کشیده شدن آن­ها از درون ملات بتن، شکست در سازه بتنی ایجاد می­ شود [9].
 

1-3-2-      الیاف فولادی

امروزه الیاف فولادی به منظور بهبود بخشیدن به خواص مکانیکی بتن، کاربرد وسیعی را در سازه‌های بتنی و بتن الیافی پیدا کرده ­اند. بتن مسلح شده با الیاف فولادی می ­تواند به­ طور موضعی و یا کلی جایگزین بتن مسلح شده با میلگرد­های فولادی گردد.
الیاف فولادی دارای اشکال متفاوتی می­باشند و به طور معمول بر اساس روش تولید, این الیاف را به 4 دسته تقسیم می­ کنند [10]:

• کشیدن و بریدن سیم­های فولادی (الیاف سیمی)

• نورد و برش ورق­های فولادی (الیاف برشی یا نواری)

• استخراج شده از حالت مذاب (الیاف ریخته­گری)

• تراشیدن سطح ورق­های فولادی (الیاف ماشینی)

از جمله­ موارد استفاده از الیاف فولادی عبارتند از: روکش جاده ها، شمع­ها, پی ماشین آلات, پوشش تونل­ها و سازه­های دریایی [11].
شکل ‏1‑2– استفاده از بتن مسلح به الیاف فولادی در ساخت تونل CTRL در شهر لندن [12]

1-3-3-      الیاف آرامید

آرامید نوعی الیاف مصنوعی از مواد پلیمری است که دارای مدول الاستیسیته­ی بالا است. استفاده از الیاف آرامید به سال 1970 بر­می­گردد. این الیاف اولین بار توسط دوپنت در کشور آلمان با نام کولار ساخته شد [13].
الیاف آرامید تركیب آلی حلقوی از كربن, هیدروژن، اكسیژن و نیتروژن می­باشد. دانسیته­ی کم و مقاومت کششی بالای این الیاف, موجب تشکیل یک ساختار مقاوم در مقابل ضربه می­ شود. مدول کششی و استحکام این الیاف با الیاف شیشه قابل مقایسه است. اما به طور معمول دانسیته­ی الیاف آرامید در حدود نصف دانسیته­ی الیاف شیشه می­باشد. بنابراین می­توان از این الیاف به عنوان جایگزین مناسبی برای الیاف شیشه ­ای که وزن پایین­تری برای آن مد نظر است, استفاده کرد [14].

1-3-4-      الیاف کربن

الیاف کربن از جمله­ الیاف مصنوعی است که از سال 1959 به صورت صنعتی تولید شد. از آن زمان تا به امروز, این الیاف در زمینه­­های مختلف مورد استفاده قرار گرفته است. این الیاف به دلیل وزن مخصوص کم, مقاومت بالا در محیط­های قلیایی, مقاومت حرارتی بالا و …., به عنوان یکی از اجزای مهم در تولید مواد کامپوزیت در صنعت هوا فضا, مورد استفاده قرار می­گیرد [15].

1-3-5-      الیاف شیشه

الیاف شیشه به عنوان مشهورترین تقویت کننده­ مورد استفاده در بتن شناخته می­ شود. كاربرد این الیاف از سال 1950 در شوروی و انگلستان به‌طور همزمان آغاز شد [16]. به دلیل مقاومت کششی بالا, وزن مخصوص کم, جذب آب پایین, مدول الاستیسیته و وزن بالا, این الیاف از پتانسیل بالایی برای استفاده در بتن برخوردار است. با توجه به کاربرد­های مختلف الیاف شیشه, این الیاف را به 4 دسته­ی A-GLASS, E-GLASS, S-GLASS و AR-GLASS تقسیم می­ کنند [17].
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

اضافه کردن بتن تازه به روی لایه‌ی بتن قدیمی یک روش معمولی برای تعمیر یا تقویت سازه است. تعمیر بتن شامل حذف بتن ضعیف و جایگزینی آن با بتن جدید است، و یکی از اساسی ترین فاکتورهای این عمل وجود مقاومت اتصال خوب بین بتن اضافه شده و سطح قدیمی در طول عمر مفید سازه است. وقتی عمل تعمیر انجام می شود فاکتور های زیادی از جمله زبری سطح ،وجود ترک های ریز، تراکم بتن و عمل‌آوری آن و همچنین تفاوت در مشخصات مصالح از جمله مدول الاستیسیته، حرکات گرمایی و خزش در مقاومت و توزیع تنش موثرند. این سیستم را می‌توان شامل سه فاز سطح اولیه بتن،بتن اضافه شده ومحیط اتصال در نظر گرفت. منظور از محیط اتصال صفحه‌ی اتصال و اطراف آن است. این محیط باید توانایی مقابله در برابر تنش های وارده را داشته باشد . این محیط معمولا با اضافه کردن یک عامل چسبنده یا افزایش زبری و گاهی هر دوی ان ها خواهند بود. هر چند این روش ها تجربی اند و کارایی عامل چسبنده هنوز اثبات نشده است. از نتیجه‌ی این مطالعه طراحان می‌توانند مقاومت بتن مورد استفاده برای اتصال ،نوع زبری ایجاد شده و مقاومت طراحی را برای یک طراحی اقتصادی انتخاب کنند.
 
1-2- عوامل چسبنده:
1-2-1- اپوكسی¹
 
 
[1]

                                               
یکی از عوامل چسبنده‌ی مورد نظر در این پایان نامه اپوکسی است. رزین‌های اپوکسی با ایجاد حرارت داخلی عمل‌آوری می‌شوند. این سیستم‌ها شامل دو بخش رزین و سخت‌کننده هستند که پس از اختلاط با یکدیگر فعال شده و سخت می‌شوند.
رزین‌های اپوکسی در سطوحی مانند استایروفوم، چوب قرمز، چوب‌های سخت، بعضی سطوح پلاستیکی و سطوح فلزی و بتنی می‌توانند استفاده شوند. رزین‌های اپوکسی مقاومت خمشی، برشی و کششی مناسبی دارند، از جذب آب بسیار پایین و سختی بسیار زیادی برخوردارند و زمان گیرش بین 5 تا 7 روز دارند.
رزین‌های اپوکسی، پریپلیمرهای با وزن مولکولی کم یا پلیمرهایی با وزن مولکولی بالا هستند که معمولاً حداقل دارای 2 بخش مجزا (شکل1-1) که باید ابیدا ترکیب و سپس استفاده شوند، هستند. این دو بخش معمولاً از گروه گلیسیدیل[2] یا اکسایرن[3] هستند. بخش وسیعی از اپوکسی‌ها در صنایع تولید می‌شوند و مواد خام آن‌ ها از مشتقات نفت بدست می‌آید. مانند دیگر مواد پلیمری که با حرارت عمل‌آوری می‌شوند, ترکیب درجه[4] های مختلف رزین‌های اپوکسی یا اضافه کردن افزودنی، مواد پلاستیکی یا فیلرها برای رسیدن به پروسه یا نتیجه‌ی نهایی مطلوب و یا برای کاهش هزینه‌ی تولید یک امر معمولی است. به این عملیات دست‌کاری در فرمول نیز می‌گویند که به طور رایج در کارخانجات تولید اپوکسی در ایران انجام می‌شود.
1-2-1-1- انواع اپوکسی ]12[
نوع 1) برای موارد غیر باربر برای اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده یا مصالح دیگر
نوع 2) برای موارد غیر باربر برای اتصال بتن تازه به بتن سخت شده
نوع 3) برای اتصال مصالح ضدلغزش به بتن سخت شده و به عنوان اتصال‌دهنده در بتن اپوکسی[5] که در                    سطوح تحت بار ترافیکی (گرما یا حرکات مکانیکی) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نوع 4) برای موارد باربر برای اتصال بتن سخت شده به بتن سخت شده یا مصالح دیگر
نوع 5) برای موارد باربر برای اتصال بتن تازه به بتن سخت شده
نوع 6) برای اتصال و پوشش مقاطع پیش‌ساخته یا پیش‌تنیده و برای اتصال قطعه قطعه وقتی پیش کشیدگی موقتی انجام می‌گیرد.
نوع 7) برای پوشش غیرباربر قطعات المان پیش ساخته وقتی پس‌کشیدگی موقتی در اتصال قطعه به قطعه اعمال نشده است.
 
1-2-1-2- درجه
سه گرید متفاوت با توجه به مشخصات جاری شدن اپوکسی ها داریم:
ویسکوزیته کم (1 درجه
ویسکوز متوسط (2 درجه
غیر قابل جاری شدن [7] (3 درجه
1-2-1-3- کلاس های اپوکسی
کلاس‌های اپوکسی مشخص‌کننده‌ی دمای مناسب برای عمل گیرش چسب هستند.
کلاس A) برای استفاده در دمای زیر 4 درجه (کمترین دمای ممکن برای عملکرد اپوکسی)*

A: T < 4
کلاس B) برای استفاده بین دمای 4 تا 15 درجه                                   B: 4 < T < 15
کلاس C) برای استفاده در دمای بیش از 15 درجه                                        C: T > 15
کلاس D) برای دمای بین 4 تا 18 درجه                                            D: 4 < T < 18
کلاس E) برای دمای بین 15 تا 30 درجه                                         E: 15 < T < 30
کلاس F) برای دمای بین 25 تا 30 درجه                                           F: 25 < T < 30
*دمای اشاره شده مربوط به دمای سطح بتنی مورد نظر است نه دمای محیط. برای مثال چسب کلاس A در دمای اتاق به خوبی گیرش می‌کند.
1-2-2- لاتکس
لاتکس هم می‌تواند طبیعی و هم مصنوعی باشد. لاتکس طبیعی یک سیال شیری است (شکل 1-2 و 2-2) که در 10٪ همه‌ی گیاهان گل‌دار وجود دارد مرکبی از امولسیون پروتئین، شبه قلیا، نشاسته، شکر، روغن، رزین، جوهر مازد و صمغ که در معرض هوا سفت می‌شود و معمولاً با تخریب پوسته‌ی گیاه ترشح می‌کند. لاتکس مصنوعی با پلیمریزه کردن یک مونومر مانند استایرن که با مواد فعال در سطح[9] امولسیونه شده باشد, به وجود می آید.

1-2-2-1- انواع لاتکس ]15[
نوع 1 ) متفرق شدنی[10]- محدود برای استفاده‌ی داخلی و غیرقابل استفاده در شرایط مرطوب
نوع 2 ) متفرق نشدنی[11]- قابل استفاده در شرایط مرطوب
 
1-2-2-2- ضوابط انتخاب چسب
1) شرایط هنگام اعمال چسب
آلودگی سطح – دمای سطح تماس – رطوبت سطح – دسترسی به سطح
2) نوع و بزرگی بار
جهت (فشار، کشش برش، تغییر عکس)، مدت زمان، نرخ (استاتیک، دینامیک) – فرکانس بار
1 Epoxy
[2] Glycidyle
[3] Oxirane
[4] Grade
[5] Epoxy concrete
[6] Grade
[7] Non Sagging Viscosity
[8] Latex
[9] Surfactant
[10] Redispersible
[11] Non Redispersible
(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)