مطالعه تمركز تنش در اطراف گشايش هاي پوسته هاي گنبدي مسلح شده با CFRP

در اين مقاله تاثير وجود گشايش ها در پديده تمركز تنش و ميزان تغييرات ضريب آن، در صفحات و پوسته هاي گنبدي كه با CFRP تقويت گرديده مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به كاربرد فراوان مصالح نوين در صنعت، بر آن شديم تا از FRP ها در اين سازه ها استفاده نماييم FRP ها با توجه به مقاومت بسيار بالا، كاربرد آسان، ضخامت كم، عدم محدوديت در اجرا و نيز قيمت مناسب گزينه مناسبي جهت تقويت اين سازه ها به شمار مي روند. لذا استفاده از FRP ها در صفحات و پوسته ها، مورد مطالعه تئوري و آزمايشگاهي قرار گرفت. به همين منظور، نمونه هايي از پوسته هاي گنبدي مسلح با CFRP و نيز نمونه فاقد آن (به عنوان نمونه شاهد) در آزمايشگاه تهيه گرديد و روند تغييرات ضريب تمركز تنش در اين پوسته هاي مسلح شده با CFRP (با ضخامت و تعداد لايه هاي مختلف بررسي شد. بدين جهت در ابتدا ضريب تمركز تنش در اين پوسته ها با استفاده از روابط تحليلي از روش تفاضلات محدود و اجزاء محدود با نرم افزار Ansys استخراج گرديد. اين مساله به ازاي قطر هاي مختلف گشايش و ضريب انحناءهاي مختلف (كه بزرگي پوسته شامل شعاع، ضخامت، جنس آن وهمچنين بزرگي گشايش به آن وابسته است) در حالتهاي تك سوراخه ، تحت اثر بارگذاري هاي مختلف بررسي گرديد. اين بررسي ها نشان مي دهد كه در تمامي پوسته هاي مسلح شده، با افزايش شعاع سوراخ به ميزان تمركز تنش افزوده مي شود. همچنين نتايج بيانگر آن است كه در تمامي پوسته هاي داراي گشايش، مقدار ضريب تمركز تنش در لبه گشودگي پوسته هاي گنبدي ، با افزايش شعاع گشودگي، تشديد مي گردد. تجزيه و تحليل تنش ها مويد اين مطلب است كه با استفاده FRP ها به ازاي ضريب انحنا كمتر از يك، تنشهاي خمشي بوجود آمده اهميت كمتري نسبت به تنشهاي غشايي دارد، البته با افزايش ضريب انحنا، بر اهميت تنش هاي خمشي افزوده خواهد شد در پوسته هاي دو سوراخه نيز، روند تغييرات ضريب تمركز تنش شديدتر و پيچيده تر مي گردد كه در شكل ها و نمودارها خواهد آمد. البته اين اثر متقابل سوراخ ها بر هم، از فاصله اي معين به بعد، بي تاثير مي گردد . همچنين تنش هاي خمشي (مخصوصا در سازه هايي با انحنا زياد) نسبت به پوسته هاي تك سوراخ، اهميت بيشتري مي يابد. با مطالعه اطراف سوراخ و بدست آوردن مناطق بحراني تمركز تنش در اطراف گشايش، (با توجه به اينكه تقويت كل سازه با FRP اقتصادي نيست)، حداقل مساحت مناطقي از اطراف گشايش هاي صفحات و پوسته ها كه به FRP نياز دارد و بايد تقويت شود، نيز معين گرديد. همچنين تاثير كاربرد FRP ها (در انواع گوناگون و با ضخامت هاي مختلف، به صورت پله اي، حلقه اي و...) بر روند تغييرات تمركز تنش و كاهش آن، علي الخصوص در اطراف گشايش ها، در نمودار ها به نمايش در خواهد آمد و نتايج تقويت، با مصالحي چون فولاد مقايسه خواهدگرديد و مزاياي FRP بررسي خواهد شد. در پايان، نحوه تقويت اين سازه ها جهت كاهش تمركز تنش، براي هر پوسته (به ازاي ضرايب مختلف انحناء) تعيين گرديد كه مساحت ناحيه تقويت ، نوع FRP ضخامت FRP و تعداد لايه آن در جداول ارائه خواهد شد.