نوع جدیدی از ستون مرکب متشکل از پروفیل کامپوزیت، بتن و الیاف پلیمری (FRP) ارائه شده و توسط تست آزمایشگاهی و مدل عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق طراحی یک ستون بتنی کامپوزیتی بدون استفاده از مصالح فولادی اما با وزن نسبتا کم می باشد. مشکلات رایج خرابی بتن به دلیل انبساط و زنگ زدگی اعضای تقویت کننده اجتناب ناپذیر است. با استفاده از مقاطع سازه ای کامپوزیتی I شکل FRP بجای فولاد تقویت کننده در بتن می توان به این هدف رسید. ستون مرکب با استفاده از استوانه FRP با الیاف شیشه پروفیل کامپوزیت را احاطه نموده و پس از آن مقطع با بتن پر شده است. استوانه GFRP بعنوان یک قالب درجا عمل می کند، علاوه براین محصورشدگی بتن را نیز تامین می کند. لذا سه عدد ستون در برنامه آزمایشگاهی تحت بارگذاری فشاری محوری مونوتونیک مورد آزمایش قرار گرفته اند. ظرفیت نهایی هریک از ستون های مرکب کامپوزیتی آزمایش شده با ظرفیت تئوری مدل عددی پیشنهادی برنامه ANSYS مقایسه شده اند، نتایج نمونه های آزمایشگاهی و آنالیز عددی سازگاری و توافق خوبی داشته اند.

معمول ترین روش مقاوم سازی ستون ها با FRP، محصور کردن محیط خارجی آن ها است. محصور کنندگی برای اعضای فشاری موثراست و به منظور افزایش ظرفیت تحمل بار، یا افزایش شکل پذیری استفاده می شود. هدف اصلی در این تحقیق، بررسی مقاوم سازی ستون های بتن مسلح دایروی با کامپوزیت های FRP چند جهته می باشد. برای این منظور، ابتدا سه نمونه آزمایشگاهی موجود، عینا در نرم ا فزار ABAQUS مدل سازی شدند؛ بدین ترتیب با مقایسه و نزدیک بودن نتایج نرم افزاری و آزمایشگاهی، صحت مدل سازی ها به اثبات رسید. سپس با در نظر گرفتن متغیرهایی مانند جنس الیاف، جهت لایه های کامپوزیت و درصد فولاد طولی مقطع ستون، 18 نمونه تحلیلی تعریف و در نرم افزار ABAQUS مدل سازی شدند. نمونه های تحلیلی به دو گروه، نیمی با میزان فولادی طولی 2 درصد و نیمی دیگر با میزان فولاد 4 درصد تقسیم شدند. در هر گروه، یک نمونه بدون تقویت، چهار نمونه محصور شده با ورق های CFRP و چهار نمونه تقویت شده با ورق های GFRP در نظر گرفته شد. هم چنین نمونه های هر گروه با لایه های کامپوزیت در جهات مختلف 0،0، 0 درجه و 90، 0، 90 درجه و 45-، 45، 0 درجه و 45-، 45، 90 درجه تقویت شدند. نتایج به دست آمده از تحلیل مدل های اجزای محدود این نمونه ها نشان داد که کامپوزیت های FRP چند جهته، ظرفیت باربری محوری ستون های تقویت شده را 1.43 تا 2.77 برابر و شکل پذیری آن ها را 5.5 تا 13 برابر افزایش می دهند. مقاوم-سازی به وسیله کامپوزیت های FRP با لایه های در جهت 0 و45 و45- درجه، راه کار خوبی برای افزایش شکل پذیری ستون های بتن مسلح است. هم چنین اثر مقاوم سازی روی نمونه های با فولاد مقطع دو درصد، 8 الی 16 درصد بیش از نمونه های با فولاد مقطع چهار درصد می باشد.

اتصالات تیر به ستون بتنی در شکل پذیری سازه، جذب انرژی و به تاخیر انداختن خرابی نقش مهمی را ایفا می کنند. در این پژوهش به تاثیر کامپوزیت های سیمانی مهندسی حاوی نانو الیاف کربن (CNF-ECC) بر روی رفتار اتصال تیر به ستون بتنی تحت بارگذاری چرخه ای پرداخته شده است. رفتار سخت شوندگی کرنش تحت کشش از کامپوزیت های سیمانی مهندسی (ECC) یک مصالح توانمند با قابلیت جذب انرژی بالا و قابلیت ترک خوردگی های زیاد قبل از شکست، ساخته است. از آنجایی که ECC یک مصالح نسبتا جدید است، عمده پژوهش های انجام گرفته، بر روی شناخت ماهیت این مصالح، ترکیبات مختلف آن، نسبت های مختلف اختلاط مصالح، روابط حاکم بر منحنی تنش-کرنش، ابداع کامپوزیت های جدید و سایر موارد مشابه متمرکز بوده است. تحقیقاتی نیز بر روی کاربردهای عملی آن در سازه ها انجام گرفته است. اما این مطالعات به اندازه تحقیقات مربوط به شناخت رفتار خود مصالح، گسترده نبوده و نیازمند انجام کارهای تحلیلی و آزمایشگاهی فراوان است. در این پژوهش 3 اتصال بتنی مورد آزمایش قرار گرفت که یکی از اتصالات به عنوان نمونه مرجع و در 2 اتصال دیگر، در طول ناحیه بحرانی اتصال تیر به ستون با ECC و CNF-ECC جایگزین گردید. پارامترهای اصلی درنظر گرفته شده شامل منحنی های هیسترزیس لنگر-تغییر مکان نسبی، ظرفیت جذب انرژی و توزیع ترک ها است. نمونه های آزمایشگاهی تحت بارگذاری چرخه ای در انتهای تیر با کنترل تغییر مکان قرار گرفتند. بارگذاری تا زمانی که کاهش بار به بیش از 30 تا 40 درصد حداکثر بار وارده می رسید، ادامه می یافت. نتایج آمایشگاهی نشان داد که با استفاده از این مصالح توانمند، شکل پذیری و جذب انرژی این اتصالات به صورت موثری بهبود یافت و ترک ها ایجاد شده در چشمه اتصال به صورت یک شبکه متراکم از ریز ترک ها با عمق و عرض بسیار کم ظاهر گردید

در سال های اخیر استفاده از قاب های خمشی مرکب متشکل از ستون های بتنی و تیر های فولادی (RCS) مورد توجه زیادی قرار گرفته است. این سیستم با ترکیب بهینه عناصر سازه ای فولادی و بتنی از محاسن هر دو سیستم بهره می برد. در این نوع سازه ها شناخت رفتار ناحیه اتصال تیر به ستون و مکانیسم شکست در اتصالات اهمیت عمده ای دارد. جایگزین نمودن بتن ستون در این اتصالات با بتنی توانمند و انعطاف پذیر همچون بتن مهندسی شده (ECC) قادر است عملکرد لرزه ای این نوع از سازه ها را بهبود دهد. در این تحقیق دو نمونه از این اتصالات با تیر میان گذر، در نرم افزار المان محدود ABAQUS مدل سازی و با نمونه آزمایشگاهی موجود صحت سنجی شد. رفتار غیر خطی هشت مدل از اتصالات تیر فولادی، ستون بتنی با استفاده از بارگذاری استاتیکی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که عملکرد این اتصالات با محصورشدگی بتن ناحیه اتصال رابطه مستقیم دارد. در ادامه جهت تسهیل جزییات اتصال و ارتقاء رفتار آن، بتن ECC در دو حالت متفاوت، در گره اتصال و کل ستون، جایگزین بتن معمولی در اتصالات گردید. در پایان پس از مقایسه نتایج عملکرد این نوع از اتصالات، یک مدل پیشنهادی اولیه با بتن ECC ارایه شد که علاوه بر افزایش ظرفیت این اتصالات، رفتار بسیار پایدارتر و مطلوب تری از خود نشان می دهد.

هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند. هدف از این تحقیق، تولید کامپوزیت زمینه آلیاژهای مس تقویت شده با ذرات الماس میکرونی و بررسی خواص مکانیکی این کامپوزیت است. از مهم ترین مسائل ساخت این نوع کامپوزیت ، بهینه سازی استحکام ذرات الماس در زمینه فلزی و خواص سایشی مد نظر این نوع کامپوزیت است. پودرهای کامپوزیتی با استفاده از آسیابکاری پرانرژی (سایشی) و به روش سینتر پرس داغ تولید شدند. به منظور بررسی استحکام خمشی، سختی و خواص سایشی، نمونه ها با اضافه کردن فلزات مختلف به زمینه، شرایط مختلف آسیابکاری و پارامترهای مختلف فشار داغ، ساخته شدند.

شناسایی آسیب در سازه ها از اهداف اولیه ی پایش سلامتی سازه ها است. امروزه استفاده از ستون های کامپوزیت C F S T در صنعت ساختمان، به ویژه سازه های ساختمانی بلندمرتبه، رو به افزایش است. در ستون های کامپوزیت C F S T، جداشدگی هسته ی بتنی از جداره ی فولادی به عنوان رایج ترین نوع آسیب مطرح است، که در نوشتار حاضر به تأثیر آن بر خواص دینامیکی مودال و همچنین، شناسایی منطقه ی آسیب جداشدگی پرداخته شده است. جداشدگی به عمق 3 میلی متر به صورت کاهش سختی بتن در اتصال با جداره ی فولادی تعریف و ستون تحت تحلیل بسامدی واقع شده است. تفاوت در مقادیر بسامدی و همچنین، میزان همبستگی مودال کمتر از 1 به دلیل وجود آسیب مشاهده شده است. برای شناسایی ناحیه ی جداشدگی، شاخصی بر مبنای ضرایب جزئیات حاصل از تحلیل موجک گسسته ی شکل های اولیه و ثانویه ی مودهای ارتعاشی پیشنهاد شده است. نتایج نشان می دهد که مقادیر بیشینه و کمینه ی نسبی شاخص آسیب در تمامی مودها در موقعیت های جداشدگی اتفاق افتاده است.

در این تحقیق ستون های فولادی قوطی شکل توخالی که در سطح خارجی بوسیله ورقهای CFRP دور پیچ شده و تحت فشار محوری قرار گرفته، بررسی شده اند. روشهای متداول مقاوم سازی از جمله استفاده از ورقهای فولادی ضمن اینکه وزن سازه را افزایش می دهد در بعضی موارد دشوار و حتی غیر ممکن است. تحقیق حاضر در دو مرحله، به صورت تست آزمایشگاهی و مدل سازی به روش اجزای محدود و به کمک نرم افزار ANSYS انجام شده است. به منظور تعیین میزان افزایش بار نهایی فشاری ستون های فولادی قوطی شکل توخالی، تعداد 7 نمونه قوطی توخالی به ابعاد 90x90x2.5 mm که با CFRP تقویت شده بودند، و دو نمونه شاهد مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از نرم افزار با نتایج آزمایشگاهی صحت سنجی گردید. سپس نمونه ها با استفاده از نرم افزار ANSYS شبیه سازی شد. نتایج نشان داد، وقتی که پوشش لایه های CFRP کامل نباشد، CFRP تاثیری در افزایش بار محوری فشاری ستون ها ندارد. همچنین نتایج نشان داد که، موقعیت قرارگیری، تعداد، جهت و درصد پوشش لایه های CFRP در افزایش ظرفیت فشاری ستون های فولادی قوطی شکل توخالی موثر می باشند.

در رفتار اتصال های خارجی تیر به ستون تحت بارگذاری چرخه یی پرداخته شده است. در پژوهش حاضر، سه اتصال بتنی آزمایش شدند که یکی از آن ها به عنوان نمونه ی مرجع و در 2 اتصال دیگر، ناحیه ی مفصل خمیری تیر به ستون با ECC و CNT-ECC جایگزین شده است. پارامترهای اصلی درنظر گرفته شده، شامل: منحنی های هیسترزیس لنگر تغییرمکان نسبی، ظرفیت جذب انرژی و توزیع ترک ها بوده است. نمونه های آزمایشگاهی تحت بارگذاری چرخه یی در انتهای تیر با کنترل تغییرمکان قرار گرفتند. بارگذاری تا زمانی که کاهش بار به بیش از 30 الی 40 درصد بیشینه ی بار وارده می رسید، ادامه یافت. نتایج آمایشگاهی نشان می دهد که با استفاده از مصالح توانمند ذکر شده، شکل پذیری و جذب انرژی اتصال های خارجی تیر به ستون به صورت موثری بهبود می یابد.