1-1-  پیشگفتار

از دهه‌ی گذشته تا به امروز پلیمر مسلح شده به الیاف[1] FRP به عنوان جایگزینی مناسب برای فولادِ مسلح‌کننده‌ی بتن در صنعت ساخت پذیرفته شده است. در اوایل 1990 میلادی زوال سازه‌های زیر بناییِ آمریکا به خصوص پل‌ها به علت خوردگی[2] فولاد به کار رفته در آن‌ها مهندسان سازه را ملزم به پیدا کردن ماده‌ی مسلح‌کننده‌ی دیگری در بتن کرد. استفاده از میلگرد FRP به عنوان جایگزین برای فولاد مسلح‌کننده‌ی بتن راه‌حلی قابل قبول برای حل این مشکل بود، زیرا به علت دارا بودن ویژگی‌های بارزی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و خستگی[3]، میرایی مناسب[4] در بارهای دینامیکی، نسبت مقاومت به وزن بسیار عالی و خنثی بودن مغناطیسی[5] برای مصارف سازه‌ای بسیار مناسب بوده و هست[[i]].
امروزه مزیّت‌های بتن مسلح‌شده با FRP[6] (FRP-RC)، بر کسی پوشیده نیست. سازه‌های عمرانی از جنس بتن مسلح‌شده با فولاد[7] (Steel-RC)، دارای حساسیتی بالا به عوامل طبیعی می‌باشند که این عوامل باعث شروع یک فرآیند الکتروشیمیایی در فولاد شده که نتیجه‌ی آن خوردگی فولاد است. برای حفظ عمر مفید این سازه‌ها نگهداری[8] و تعمیرات[9] زیادی لازم است. به عنوان مثال از مهمترین دلایل خرابی عرشه‌ی پل‌ها[10] می‌توان به در معرض مستقیم بودن با محیط، ضد یخ‌های شیمیایی[11] و افزایش حجم ترافیکی اشاره کرد[1]. اما استفاده از میلگرد FRP به عنوان مسلح‌کننده‌ی عرشه‌ی پل‌ها و شاهتیر‌ها پتانسیل بالایی را برای افزایش عمر سازه، صرفه‌جویی اقتصادی و پاکی محیط‌زیست به ارمغان آورده است[[ii]].
همانطور که از نام FRP پیداست از الیاف مسلح‌کننده[12]‌، رزین[13] و مواد افزودنی[14] ساخته شده‌ است. الیاف مسلح‌کننده دارای مقاومت و سختی بسیار بالا و عضو اصلی در تحمل بار می‌باشد. رزین مقاومت فشاری خوبی را از خود نشان می‌دهد و وظیفه‌ی اصلی آن

 ایجاد زمینه‌ای[15] به منظور یکپارچه‌سازی الیاف‌ها می‌باشد. افزودنی‌ها نیز به ارتقای خواص مکانیکی و فیزیکی FRP برای کارایی بهتر کمک می‌کنند [[iii]]. انواع بسیار متداول الیاف مورد استفاده در صنعت ساختمان شیشه[16] G، کربن[17] C و آرامید[18] A می‌باشد. GFRP [19] دارای کمترین مقاومت، سختی و CFRP [20] دارای بالاترین پایداری، سختی، و مقاومت می‌باشد. AFRP[21] دارای پایداری و مقاومت بهتری نسبت به GFRP می‌باشد، ولی به علت قیمت بالا در صنعت ساختمان بسیار کم استفاده می‌شود.

تمرکز این تحقیق بر روی استفاده از میلگرد‌های FRP به عنوان عضو مسلح‌کننده‌ در بتن می‌باشد. در این مطالعه از اطلاعات آماری[22] پارامترهای مقاومتی میلگرد FRP و بتن برای ارزیابی احتمالاتی[23] سازه‌های FRP-RC استفاده و در انتهای آن پیشنهاداتی برای بهبود ضرایب کاهش مقاومت[24] موجود در آیین‌نامه‌ی ACI440 ارائه شده است. گفتنی است که تاکنون بیشتر تحقیقات انجام شده با موضوعیت استفاده از میلگردهای FRP به عنوان مسلح‌کننده‌ی بتن، با روش‌های قطعی[25] که عدم قطعیتِ ذاتیِ[26] همراه با طراحی را نادیده می‌گیرند، صورت گرفته است. به دلیل وجود چنین نقصی تکنیک‌های براساس قابلیت اعتماد سازه‌ها[27] که مناسب برای لحاظ عدم قطعیت در طراحی می‌باشند در این تحقیق انتخاب شده‌اند.
پیشرفت شاخه‌ی قابلیت اعتماد در چهار دهه‌ی گذشته بستری منطقی را برای آیین‌نامه‌های طراحی آماده کرده است، زیرا که هدف اصلی در آنالیز قابلیت اعتماد تعیین کردن سطح ایمنی سازه‌ها[28] با در نظر گرفتن عدم قطعیت همراه با پارامترهای متناظرِ مقاومت و بارها می‌باشد[[iv]].
مقاومت سازه‌ باید به طور موثری از تاثیرات بار‌های وارد بر آن بیشتر باشد. پارامترهای تعیین کننده‌ی مقاومت و بار از نوع متغیرهای تصادفی و شامل چندین درجه عدم قطعیت می‌باشند. به همین دلیل ایمنی را معمولا در پارامتری به نام اندیس قابلیت اعتماد[29] که از آنالیز قابلیت اعتماد بدست می‌آید و بر اساس تئوری احتمالات می‌باشد، خلاصه می‌کنند. برای انجام یک آنالیز قابلیت اعتماد نیاز است مدل‌های مقاومت و بار مشخص شوند و پارامترهای احتمالاتی آنها مانند میانگین، انحراف معیار و تابع توزیع احتمالاتی تعیین شده باشند.
این تحقیق بر روی آنالیز قابلیت اعتماد رفتار خمشی و برشی تیرهای FRP-RC تمرکز کرده است. به این صورت که ارزیابی احتمالاتی را با روش‌های مونت کارلو، FOSM و FORM برای اعضای FRP-RC به ثمر می‌رساند و پیشنهاداتی را برای اصلاح و بازبینی روابط ارائه شده در ACI 440.1R-06 ارائه می‌کند.
[1] Fiber Reinforced Polymer (FRP)
[2] Corrosion
[3] Fatigue
[4] Damping resistance
[5] Electromagnetic transparency
[6] FRP Reinforced Concrete (FRP-RC)
[7] Steel Reinforced Concrete (Steel RC)
[8] Maintenance
[9] Repairing
[10] Bridge deck
[11] Deicing salt
[12] Fiber
[13] Resin
[14] Additives
[15] Matrix
[16] Glass
[17] Carbon
[18] Aramid
[19] Glass Fiber Reinforced Polymer
[20] Carbon Fiber Reinforced Polymer
[21] Aramid Fiber Reinforced Polymer
[22] Statistical properties
[23] Probabilistic assessment
[24] Strength reduction factor
[25] Deterministics methods
[26] Inherent uncertainty
[27] Structural reliability methods
[28] Safety level of structures
[29] Reliability index
فهرست مراجع
[[i]]      ACI 440 Committee. (2006). Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars (ACI 440.1 R-06). American Concrete Institute, Detroit, Michigan.
[[ii]]     Kulkarni, S. (2006). Calibration of flexural design of concrete members reinforced with FRP bars (Doctoral dissertation, Faculty of the Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science in Civil Engineering in The Department of Civil and Environmental Engineering By Sujata Kulkarni BE, University of Pune, India).
[[iii]]    Du Béton, F. I. (2001). Externally bonded FRP reinforcement for RC structures.Bulletin, 14, 138.
[[iv]]   Haldar, A., & Mahadevan, S. (2000). Probability, reliability, and statistical methods in engineering design. John Wiley & Sons, Incorporated.