بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

پایان ­نامه کارشناسی ارشد

عنوان پایان­نامه:

بهینه سازی عملکرد بیوفیلتر جذب کننده سولفید هیدروژن از گاز دفنگاه

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 146  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

فهرست مطالب

عنوان                                           صفحه

فصل اول

مقدمه…………………………………… 2

1-1-اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه……… 3

1-2-اهداف……………………………… 5

1-3-نوآوری پایان نامه…………………… 5

فصل دوم

کلیات و تئوری…………………………… 7                                                              

2-1- تاریخچه لندفیل…………………….. 7

2-2- لندفیل های جدید…………………… 11

2-3- ساختار لندفیل…………………….. 14

2-4- بیوگاز لندفیل…………………….. 16

2-5- استفاده از گاز لندفیل……………… 17

2-5-1- روش های فیزیکی-شیمیائی…………. 23

2-5-2- روش های بیولوژیکی……………… 23

2-5-3- اصول روش تصفیه با بیوفیلتر……… 26

2-6- تصفیه گاز لندفیل………………….. 33

2-7- بررسی مدل­های بیوفیلتر……………… 33

2-7-1- شرح تئوری مدل Ottengraf…………… 34

2-7-2- شرح تئوری مدل Zarook……………. 38

2-7-3- بررسی مدل Hodge ……………….. 39

2-7-4- بررسی مدل Li…………………… 42

2-7-5- تئوری و آنالیز مدل Deshusses …….. 45

2-7-6- پارامترهای طراحی………………. 49

فصل سوم

پیشینه تحقیق……………………………. 54            ……………………………………………

3-1- مروری بر پژوهش های انجام شده……….. 54            …………………………………………..

فصل چهارم

مواد و روش کار………………………….. 67            ……………………………………………              ………………………………………..

4-1- مواد و روش­های اندازه­گیری…………… 67            ………………………………………              ………………………………………

4-1-1- روش‌های اندازه‌گیری……………… 82

4-2- روش انجام آزمایش………………….. 83            …………………………………………..

فصل پنجم

نتایج و بحث…………………………….. 85

فصل ششم

نتیجه گیری و پیشنهادات………………….. 104

6-1- نتیجه گیری……………………….. 104

6-2- پیشنهادات………………………… 105

منابع ………………………………… 106             …………………………………………………           …………………………………………….

فهرست شکل­ها

عنوان                                                            صفحه

شکل 2-1- تولید بیوگاز متان در لندفیل………. 12

شکل 2-2- انتقال بیوگاز لندفیل به نیروگاه و تولید برق    14

شکل 2-3- نمونه ای از ساختار بیوفیلتر ساده … 26

شکل 2-4- شماتیک مفهوم مدل بیوفیلم در یک مقطع عرضی در طول ستون بیوفیلتر……………………………….. 35

شکل 2-5- مدل بیوفیزیکی برای بیوفیلتر………. 39

شکل 2-6- ساختار کلی مدل برای موازنه جرم ….. 46

شکل 2-7- توضیح شماتیک مدل برای یک بخش ستون .. 46

شکل 4-1- رشد باکتری در محیط کشت مایع………. 70

شکل 4-2- کلنی های باکتری در محیط کشت جامد…. 72

شکل 4-3- کمپرسور استفاده شده……………… 75

شکل 4-4- بیوفیلتر استفاده شده…………….. 76

شکل 4-5- سکوی سیمانی ساخته شده……………. 77

شکل 4-6- نصب اتاقک فلزی………………….. 77

شکل 4-7- اتاقک فلزی نصب شده ……………… 78

شکل 4-8- استقرار بیوفیلتر در داخل اتاقک فلزی 78

شکل 4-9- خروجی بیوگاز از چاه (شیر سمت راست) و اتصال به شبکه (شیر میانی)…………………………………. 79

شکل 4-10- اتصال خروجی بیوگاز از چاه به کمپرسور 79

شکل 4-11- اتصال پمپ آب از طریق شیر تنظیم به ستون    80

شکل 4-12- پمپ آب استفاده شده جهت چرخش آب درون ستون 80

شکل 4-13- لوله تخلیه شیرابه از درون چاه ….. 81

شکل 14-4- ثبت غلظت سولفید هیدروژن ستون با دستگاه سنسور 81

شکل 4-15- سنسور گاز سولفید هیدروژن……….. 82

شکل 4-16- pH متر ……………………….. 83

شکل 5-1- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن خروجی ستون بیوفیلتر بر حسب دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250………………………… 87

شکل 5-2- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن خروجی ستون بیوفیلتر بر حسب دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350………………………… 89

شکل 5-3- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250………………………… 90

شکل 5-4- تغییرات ظرفیت حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350………………………… 91

شکل 5-5- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 92

شکل 5-6- تغییرات راندمان حذف بر حسب بار جرمی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 93

شکل 5-7- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 94

شکل 5-8- تغییرات راندمان حذف بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 95

شکل 5-9- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 96

شکل 5-10- تغییرات راندمان حذف بر حسب دبی ورودی با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 97

شکل 5-11- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 250…………………. 98

شکل 5-12- تغییرات غلظت خروجی بر حسب زمان ماند با غلظت سولفید هیدروژن ورودی حدودppm 350…………………. 99

شکل 5-13- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 1 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان………………. 99

شکل 5-14- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 2 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان……………… 100

شکل 5-15- تغییرات غلظت سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی 3 لیتر بر دقیقه بر حسب زمان……………… 101

شکل 5-16- تغییرات راندمان حذف سولفید هیدروژن ستون بیوفیلتر با دبی ورودی متفاوت بر حسب لیتر بر دقیقه…….. 102

فهرست جدول­ها

عنوان                                           صفحه

جدول 2-1- نمونه­ای از ترکیب گاز دفنگاه……… 15

جدول 2-2- مشخصات سه سیستم بیولوژیکی……….. 24

جدول 2-3- نمونه­ای از بسترهای استفاده شده در بیوفیلتراسیون گازها………………………………………. 29

جدول 2-4 خصوصیات مهم برخی از باکتری‌ها که در تجزیه سولفید هیدروژن و دیگر ترکیبات گوگرددار استفاده شده‌اند 32

جدول 2-5- پارامترهای عملیاتی بیوفیلتر……… 52

جدول 4-1- محیط کشت استفاده شده برای باکتری Thiobacillus thioparus  69

جدول 5-1- ترکیب گاز دفنگاه شهر شیراز در منطقه برمشور    85

جدول 5-2- ترکیب ورمی­کمپوست بر اساس گزارش آزمایشگاه  86

فهرست نشانه­های اختصاری

ضریب نفوذ مؤثر

ضخامت لایه بیولوژیکی

k          ثابت سرعت واکنش درجه صفر

عدد Thiele

مختصه بی­بعد طول

m         ضریب تقسیم

h          ارتفاع بستر بیوفیلتر

سطح لایه بیولوژیکی

سرعت ظاهری گاز

غلظت آلاینده در فاز گاز

غلظت آلاینده در فاز بیوفیلم

ماکزیمم سرعت رشد ویژه

ثابت سینتیکی

غلظت اکسیژن در بیوفیلم

ضریب پراکندگی

V    سرعت درون شبکه­ای محوری

تخلخل ماده فیلتر

ثابت سرعت بیولوژیکی

جرم دی­اکسید کربن به جرم سوبسترا

L    طول بیوفیلتر

متوسط غلظت ورودی آلاینده

H    ثابت هنری

ضریب انتقال فیلم گاز-بیوفیلم

سطح نفوذ مؤثر به ازای واحد حجم بستر

زمان اقامت

تخلخل بستر بیوفیلتر

R    شعاع متوسط ماده پکینگ بیوفیلتر

قابلیت نفوذ در فاز بیوفیلم

G    دبی کل گاز

W    تعداد کل لایه­ها

J    شار نفوذ

سرعت تجزیه بیولوژیکی

N    تعداد کل زیربخش­های بیوفیلم

ثابت بازدارندگی

EC   ظرفیت حذف

فصل اول

مقدمه

مهمترین هدف از تشکیل حوزه های دفن زباله شهری و جمع آوری بیوگاز تولیدی آنها، جلوگیری از تصاعد ‏گازهای گلخانه ای مانند متان و نیز استفاده از انرژی تجدیدپذیر موجود در بیوگاز آن می باشد. ‏امروزه در اغلب کشورهای جهان، دفن زباله به علت ارزان بودن، نسبت به دیگر روشهای موجود مانند سوزاندن ‏زباله و یا تبدیل آن به کود و غیره، ترجیح داده می شود . اما در گذشته مقررات خاصی در مورد مکان دفن زباله ها ‏وضع نشده بود و لندفیل ها مکانهایی بدبو و بدون پوشش بودند که معضلات زیست محیطی فراوانی ایجاد می ‏کردند. با رشد آگاهی نسبت ‏به تأثیر سوء لندفیل های غیرمهندسی بر روی محیط زیست و وضع قوانین و مقررات خاص، دفن در گودال ‏های بدون پوشش را رها شده و به تشکیل لندفیل های مهندسی با رعایت قوانین و مقررات محیط زیست پرداخته ‏شده است.

لندفیل مهمترین روش برای دفع پسماند جامد شهری است که در مورد بیش از 80% از مقدار کل پسماندها در چین به کار می‌رود. بوهای نامطبوع در لندفیل عمدتاً توسط ترکیبات گازی خروجی از لندفیل که در طول فعالیت‌های شیمیایی و فیزیکی برای تجزیه مواد زائد ایجاد می‌شوند مانند سولفید هیدروژن H₂S، متیل مرکپتانز و متیل سولفید و یکی از موارد عمده شکایات توسط افراد ساکن در اطراف لندفیل است. بیش از 100 ترکیب به عنوان منابع اصلی ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل شناخته شده است. H₂S بعنوان عامل اصلی در ایجاد بوی نامطبوع در لندفیل در غلظت‌های کمتر‌ از 1% در لندفیل‌ها موجود است. سولفید هیدروژن نه تنها باعث رنجش مردم می‌گردد، بلکه در غلظت‌هایی حدود ppm200-100 موجب مرگ می‌گردد. تکنولوژی‌های مختلفی برای کاهش H₂S خروجی توسعه داده شده است که شامل جذب توسط کربن فعال اکسیداسیون به وسیله ازن، بیوفیلترها و لجن فعال است (1).

1-1- اهمیت موضوع و لزوم انجام مطالعه

مشکل انرژی امروزه یکی از مشکلات اساسی تمامی کشورهای جهان بخصوص کشورهای در حال توسعه می ‏باشد. سوخت رسانی به روستاهای دور افتاده حتی در کشوری مانند ایران که منابع غنی انرژی را در اختیار دارد ‏بسیار مشکل و هزینه بر می باشد. استفاده از انرژی های تجدید پذیر و محلی یکی از راه حلهایی می باشد که ‏امروزه پیشنهاد می گردد. بیوگاز یکی از این انرژی های تجدید پذیر می باشد که علاوه بر تولید انرژی باعث ایجاد ‏کودهای کشاورزی و افزایش سطح بهداشت عمومی جامعه و کنترل بیماریها می شود و یک راه حل مناسب برای ‏دفع مواد زائد جامد می باشد. فاضلاب و مواد زائد جامدی که توسط صنایع و جوامع تولید می گردد باعث آلودگی ‏شدید محیط می شود که می توان با استحصال بیوگاز خطرات ناشی از این مواد را به شدت کاهش داد و از انژی و ‏کود تولیدی نیز استفاده نمود. استحصال بیوگاز را می توان از فرایند های بی هوازی تصفیه فاضلاب‏ ‏و همچنین از محل های دفن زباله نیز انجام داد و بخشی از هزینه های مصرفی را جبران نمود. بطور مثال یکی از ‏مشکلاتی که دامداریها با آن دست به گریبان هستند، کنترل فضوات دامها برای کاهش میزان بو و فرآورده هایی می ‏باشد که باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی می گردد. بیوگاز می تواند ما را در مواجهه با این مشکلات یاری ‏دهد. منافع زیست محیطی سیستمهای بیوگاز فراتر از سیستمهای تصفیه مرسومی است که تاکنون مورد استفاده ‏قرار می گرفتند (همانند مخازن ذخیره ، برکه ها ولاگون ها). این منافع زیست محیطی شامل کنترل بو، بهبود ‏کیفیت آب و هوا، بهبــود ارزش غذایی کــود تولیدی، کاهش میزان انتشار گازهای گلخــانه ای و دست یابی به ‏بیوگاز به عنوان یک منبع انرژی می باشد (2و3).

سیستمهای بیوگاز از فرآیندی که هضم بی هوازی نامیده می شود ، استفاده می نمایند. در طی فرآیند هضم بی هوازی باکتریها کود را در یک محیط خالی از اکسیژن تجزیه ‏می نمایند . یکی از فرآورده های طبیعی هضم بی هوازی تولید بیوگاز می باشد که این گاز به طور معمول حاوی ‏‏60 تا 70 درصد گاز متان و 30 تا 40 درصد گاز دی اکسیدکربن می باشد. مقداری از گازهای دیگر نیز مانند سولفید هیدروژن در ‏بیوگاز شناسایی شده اند. ‎بیوگاز حاصله می تواند برای تولید حرارت، آب گرم، الکتریسیته (با قیمت ارزان تر) از سایر سوختهایی همانند ‏گاز طبیعی، پروپان و نفت سیاه به کار رود، حتی در صورت عملی نبودن بازیابی انرژی بیوگاز این سیستم در ‏کنترل بو به شدت مؤثر می باشد . سوزاندن و یا استفاده از بیوگاز می تواند باعث کاهش اثرات سوختهای فسیلی ‏مرسوم می گردد. تولیـد متان از هاضم های بی هوازی باعث ایجاد شرکتهای تعاونی تولید برق روستایی می شود ‏که منبع انرژی آنها دوستار طبیعت می باشد. این شرکت ها برق تولیدی خود را به افرادی که متقاضی برق تولید ‏شده با منابع تجدیدپذیر هستند می فروشند. بیوگاز همچنین می تواند به عنوان یک منبع انرژی روستایی برای ‏کمک در برق تولید و توزیع شده توسط سایر روشهای تولید برق مفید باشد.‏ به علت کاهش اتلاف نیتروژن در تجزیه بی هوازی کود تولیدی در فرآیند بیوگاز دارای ارزش بالایی از لحاظ ‏نیتروژن برای پرورش گیاهان می باشد. در کود حاصل از بیوگاز به علت عدم انجام فرایند نیتریفیکاسیون که تنها در ‏حضور اکسیژن به مقدار کافی انجام می شود نیتروژن به صورت یون امونیوم در کود وجود دارد که که جذب آن ‏برای گیاه ساده تر می باشد. پیش از انقلاب صنعتی، زباله­ها عمدتاً شامل خاکستر، چوب، استخوان، لاشه حیوانات و ضایعات سبزیجات بود. این مواد در خاک دفن می­شدند و به عنوان کمپوست[1] عمل کرده و به تقویت خاک کمک می­کرده­اند. در گذشته هر آنچه که قابل استفاده مجدد بوده به کار گرفته می­شد، جمعیت انسان­ها کم بود و مردم در گروه­های متمرکز کوچک زندگی می­کرده­اند، بنابراین تولید زباله مسئله مهمی محسوب نمی­شد ولی با تحول زندگی انسان­ها از دوره­ی چادرنشینی به زندگی کشاورزی رها کردن زباله­ها در محیط زندگی انسان تبدیل به مشکلی در حال رشد شد. بنابراین با افزایش جمعیت شهرها فضای کافی برای دفع زباله­ها کاهش یافت و جوامع به فکر توسعه سیستم­های دفع ضایعات افتادند. بدین ترتیب دفنگاه[2] که ساختاری با طراحی دقیق، در زیر زمین یا روی خاک، برای جداسازی زباله و ضایعات از محیط اطراف می­باشد، ساخته شد (4).

بهمراه تعداد رفرنس بالا

و......

بررسی پاسخ دینامیکی یک دال بتن مسلح تقویت شده با مصالح FRP تحت اثر بار انفجار به روش اجزاء محدود

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد رشته: عمران(M.Sc)

گرایش: سازه

عنوان:

پاسخ دینامیکی یک دال بتن مسلح  تقویت شده با مصالح FRP تحت اثر بار انفجار به کمک روش اجزاء محدود

با فرمت قابل ویرایش word

تعداد صفحات: 158  صفحه

تکه های از متن به عنوان نمونه :

عنوان                                                                                                                                      صفحه

چکییده………………………………………………….1

فصل اول: کلیات تحقیق

1-1 مقدمه…………………………………………………………………………………………………………….   3

1-2 سازه های مقاوم در برابر انفجار …………………………………………………………………………………..4

1-3 مقاوم سازی با استفاده از الیاف مسلح پلیمری(FRP) ……………………………………..6

فصل دوم: مروری بر تحقیقات انجام شده

2-1  خلاصه ای از تحقیقات پیشین……………………………………………………………………………………8

فصل سوم:روش اجرای تحقیق

3-1 مبانی مدل سازی عددی……………………………..13

3-1-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………13

3-1-2 معرفی نرم افزار Abaqus…………………………………………………………………………………….13

3-1-3  مشخصات مصالح……………………………………………………………………………………………..14

3-1-3-1 رفتار بتن…………………………………………………………………………………………………………14

        3-1-3-1-1 رفتار تک محوری بتن در فشار………………………………………………………..15

        3-1-3-1-2 رفتار تک محوری بتن در کشش……………………………………………….17

        3-1-3-1-3 سخت شدگی کششی بتن………………………………………………………..19

3-1-4 مدلسازی فولاد………………………………………………………………………………………………….21

3-1-4-1  سخت شوندگی…………………………………………………………………………………………………21

3-1-4-2  سطح تسلیم فن میسز……………………………………………………………………………………………………………23

3-1-5  مدلسازی کامپوزیت های(FRP)…………………………………………………………………………………………………..25

3-1-5-1 مدلسازی(FRP) در نرم افزار آباکوس……………………………………………………………………………………26

3-1-6  تحلیل اجزا محدود سازه های بتنی به کمک نرم افزار Abaqus……………………………………………………….27

3-1-6-1 مدل  بتن ترک خورده…………………………………………………………………………………………………………..28

3-1-6-2 مدل بتن شکننده………………………………………………………………………………………………………………….28

3-1-6-3 مدل بتن آسیب دیده پلاستیک………………………………………………………………………………………………29

         3-1-6-3-1 روابط تنش کرنش…………………………………………………………………………………………………………..30

          3-1-6-3-2 آسیب و کاهش سختی بتن………………………………………………………………………………………………32

          3-1-6-3-3 تابع تسلیم……………………………………………………………………………………………………………………..33

          3-1-6-3-4 قانون جریان…………………………………………………………………………………………………………………..36

3-1-6-4  نحوه تعریف مدل ساختاری در آباکوس…………………………………………………………………………………38

3-1-6-5  مشخصات تحلیل اجزا محدود………………………………………………………………………………………………39

3-1-6-5-1 مدل سازی دال های بتن مسلح در این تحقیق………………………………………………………………………42

3-1-6-6  روش حل مسائل…………………………………………………………………………………………………………………46

3-2 بارگذاری انفجار ومشخصات مصالح تحت اثر بار انفجار……………………………………………………………………………..47

      3-2-1 تعریف انفجار…………………………………………………………………………………………………………47

3-2-1-1 موج ضربه…………………………………………………………………………………………………………………………..49

3-2-1-2 موج فشار……………………………………………………………………………………………………………………………50

3-2-1-3 انتشار موج انفجار………………………………………………………………………………………………………………..50

3-2-2 سطح بار انفجار……………………………………………………………………………………………………………………………51

3-2-3  طبقه بندی بارهای انفجاری بر اساس مبحث 21 از مقررات ملی ساختمان………………………………………….51

3-2-4  انفجار در هوا……………………………………………………………………………………………………………………………..53

3-2-4-1 فشار مبنای انفجار( )………………………………………………………………………………………………………53

3-2-4-2 فشار دینامیکی( )……………………………………………………………………………………………………………..55

3-2-4-3 بازتاب(انعکاس) موج انفجار و فشارهای ناشی از آن……………………………………………………………….56

3-2-4-4 پارامترهای مهم موج انفجار در هوا………………………………………………………………………………………..56

3-2-5 سازه های بتن آرمه مناسب در برابر انفجار………………………………………………………………………………………58

3-2-6 مقاومت دینامیکی بتن مسلح تحت اثر انفجار…………………………………………………………………………………..59

3-2-6-1 ضریب افزایش مقاومت (SIF)……………………………………………………………………………………………..61

3-2-6-2 ضریب افزایش دینامیکی (DIF)…………………………………………………………………………………………..61

3-2-6-3 تنش تسلیم در سازه های مقاوم در برابر انفجار……………………………………………………………………….63

3-3 مدل سازی عددی و اطمینان از صحت نتایج……………………………………………………………………………………………..63

3-3-1 نمونه اول……………………………………………………………………………………………………………………………………63

3-3-1-1 آزمایش دال بتنی در اثر بار انفجار…………………………………………………………………………………………64

          3-3-1-1-1 مشخصات هندسی و مصالح دال و شرایط مرزی……………………………………………………………….64

          3-3-1-1-2بارگذاری ……………………………………………………………………………………………65

3-3-1-2 مدل سازی دال بتنی آزمایش شده در اثر بار انفجار………………………………………………………………….66

3-3-1-2-1 المان بتن مسلح و اطلاعات ورودی نرم افزار……………………………………………………………………..66

3-3-1-2-2 مشخصات مصالح……………………………………………………………………………………………………………66

3-3-1-2-2-1 مشخصات مصالح بتن………………………………………………………………………………………………….66

3-3-1-2-2-2 مشخصات مصالح آرماتور فولادی…………………………………………………………………………………68

3-3-1-2-2-2 مشخصات مصالح ((CFRP……………………………………………………………………………………….69

        3-3-1-2-3 تاریخچه بارگذاری و شرایط مرزی……………………………………………………………………………………69  

         3-3-1-2-4 شبکه بندی…………………………………………………………………………………………………………………..70

         3-3-1-2-5 نتایج تحلیل………………………………………………………………………………………………………………….70

3-3-2  نمونه دوم…………………………………………………………………………………………………………………………………74

3-3-2-1 آزمایش دال بتنی در اثر بار انفجار………………………………………………………………………………………..74

          3-3-2-1-1 مشخصات هندسی و مصالح دال و شرایط مرزی………………………………………………………………74

          3-3-2-1-2 شرایط مرزی………………………………………………………………………………………………………………..75

          3-3-2-1-3 بارگذاری……………………………………………………………………………………………………………………..76

          3-3-2-1-4 تاریخ جابه جایی………………………………………………………………………………………………………….76

3-3-2-2 مدل سازی دال بتنی آزمایش شده در اثر بار انفجار…………………………………………………………………77

3-3-2-2-1 المان بتن مسلح و اطلاعات ورودی نرم افزار…………………………………………………………………….77

3-3-2-2-2 مشخصات مصالح………………………………………………………………………………………………………….77

3-3-2-2-2-1 مشخصات مصالح بتن………………………………………………………………………………………………..77

3-3-2-2-2-2 مشخصات مصالح آرماتور فولادی……………………………………………………………………………….79

3-3-2-3  تاریخچه بارگذاری وشرایط مرزی………………………………………………………………………………………79

3-3-2-4  شبکه بندی………………………………………………………………………………………………………………………80

3-3-2-5  نتایج تحلیل……………………………………………………………………………………………………………………..81

فصل چهارم:تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق

4-1 مقدمه…………………………..………………………………………………………………………………………………84

4-2 بررسی تاثیر لایه چینی های مختلف FRP بر عملکرد دال ها……………………………………………………………………85

4-2-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………….85

4-2-2 مدل های مورد مطالعه………………………………………………………………………………………………………………..88

4-2-3  نتایج دالهای با یک لایه دو طرفه…………………………………………………………………………………………………92

4-2-4 بررسی تنش در دال با توجه به نوع لایه چینی(FRP)…………………………………………………………………..103

4-3  بررسی تعداد لایه های در رفتار دال های مقاوم سازی شده…………………………………………………………………….104

4-3-1 مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..104

4-3-2 بررسی دالهای با دو لایه……………………………………………………………………………………………………………105

4-3-3  بررسی نتایج مربوط به دال های با تعداد لایه های مختلف و بحث روی نتایج………………………………..112

4-4 بررسی امتداد فیبرها در میزان باربری سیستم………………………………………………………………………………………….117

4-4-1 بررسی امتداد فیبرها در لایه های سرتاسری…………………………………………………………………………………121

4-4-2 بررسی امتداد فیبرها در آرایش بهینه 20deg……………………………………………………………………………….122

فصل پنجم:بحث و تفسیر و نتیجه گیری و جمع بندی

5-1 نتایج………………………………………………………………………………………………………………………………………………..126

5-2 پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………………..128

 منابع:

منابع فارسی…………………………………………………………………………………………………………………………………………….129

منابع انگلیسی………………………………………………………………………………………………………………………………………….129

پیوست

چکییده انگلیسی ………………………………………………………………………………………………………………………………….131

مقدمه

به منظور تقویت ساختمان در برابر انفجار، باید با استفاده از مصالح ساختمانی باعملکرد بالا مثل الیاف مسلح پلیمری(FRP) تغییر مکان و مقاومت کافی فراهم شود. برای اینکه مصالح ساختمانی اصلاح شده، اثربخش باشد، لازم است طراحی به طور دقیق مبتنی بر پاسخ های دینامیکی مصالح تحت بارهای انفجار مورد ارزیابی قرارگیرد [17].

عموما بتن در مقایسه با دیگر مصالح، به عنوان مصالح ساختمانی با مقاومت بالا در برابر بارگذاری انفجار در نظرگرفته می شود. با وجود این سازه های بتنی برای بارهای بهره برداری با کرنش نرمال طراحی می شود که به اصلاح ویژه نیاز دارد تا مقاومت سازه ها را در برابر بارگذاری انفجار افزایش دهد. روش تقویت ساختمان به صورت اتصال اجزاء سازه ای یا تکیه گاههای زیاد برای افزایش مقاومت در برابر انفجار، به دلیل افزایش هزینه و از بین رفتن فضای قابل استفاده غیرمطلوب است. همچنین اینکار معمولا مقاومت کلی سازه را در برابر بار انفجار خیلی افزایش نمی دهد. بنابراین ورقه ها و صفحه ای پلیمر مسلح شده که ارزان تر و مناسب تر هستند به عنوان اتصالات سطحی برای اصلاح مناطق ویژه ی اجرای سازه ای استفاده می شود. اتصالات سطحی بدون از بین بردن فضای قابل استفاده و بدون نیاز به زمان طولانی برای ساخت و ساز که در نتیجه باعث صرفه جویی پول می شود، مقاومت سازه را در برابر بار انفجار به طور قابل توجهی افزایش می هد. برای اصلاح سازه های بتنی برای مقاومت در برابر انفجار انتخاب نوع(FRP) ، از اهمیت برخوردار است. (FRP) انتخاب شده باید سخت شدگی، مقاومت و تغییر شکل پذیری سازه ی اصلاح شده را بهبود بخشد تا مقاومت قابل اطمینان مورد نیاز در برابر انفجار را فراهم کند و انرژی انفجار را جذب کند که به موجب آن مود گسیختگی سازه ای تغییرکرده و به جای اینکه سازه بشکند، تغییر شکل می دهد [17].

به منظور تحلیل و طراحی سازه های مسلح شده با(FRP) تحت بارهای انفجار، هم مطالعات آزمایشگاهی لازم است و هم مطالعات عددی، اخیرا به منظور بهبود روشهای تحلیلی ساده شده، مطالعاتی در زمینه روشهای تحلیل دقیق انفجار به کمک مدل های مصالح صحیح و مدل های المان محدود برای برآورد رفتار سازه بتنی، درستی نتایج تحلیل را پیگیری می کند [29]. تحلیل ها اگر معتبرباشد، به عنوان جایگزینی برای آزمایشات پرهزینه ی انفجار سازه استفاده می شود. به علاوه حتی وقتی تسهیلات آزمایش ویژه و منابع مرتبط در دسترس باشد، از طریق چنین آزمایشات عملی برخی شرایط و آمار آسانتر به دست می آید. به همین دلایل ایجاد ابزارهای اثربخش تحلیل برای سازه های بتنی اصلاح شده و نوساز تحت بارگذاری انفجار برای پیش بینی رفتارهای سازه ای، انتخاب مصالح اصلاح شده بهینه و اطمینان ازمکانیسم های گسیختگی مطلوب، ضروری می باشد [29].

شکل 1-1  نمای خارجی گسیختگی دیوار خارجی ساختمان federal [30].

1-2 سازه های مقاوم در برابر انفجار

سازه های بتنی معمولا به عنوان ساختمان های محافظ مورد استفاده قرار می گیرند یکی از بحث های مهمی که در سازه های بتنی وجود دارد، چگونگی تاثیر امواج انفجاری بر روی این سازه ها، حجم تخریب آن ها بر اثر انفجار و مقدار نفوذ موج انفجاری در سازه می باشد.

ساختمان ها و سازه ها در برابر انفجاری به شکل های مختلفی تخریب و فرو می ریزد. که این امر بستگی به ویژگی های بارگذاری دارد، که مهمترین این ویژگی ها شامل:

الف) شدت و قدرت انفجار   ب) میزان فاصله انفجار تا هدف است.

این دو مشخصه تا حدود زیادی شکل مودفروپاشی و تخریب سازه را برای طراح ساختمان امن معین می کند.

معمولا انفجار های نزدیک و مماس به هدف موجب ایجاد حفره و سوراخ بر روی عنصر مربوطه و حالت تورق را دراطراف آن ایجاد می کند. این دو مکانیسم تخریب، موجب تضعیف آن قسمت شده و ناحیه مشارکت بین تورق و حفره به راحتی فرو می ریزد. قابلیت مواد و مصالح مختلف در برابر سوراخ شدن و یا حالت تورق، و در نهایت نفوذ موجب تعیین ضخامت مورد نیاز برای حفظ یکپارچگی آن المان می شود.

معمولا نوع و شکل رفتار مواد و مصالح، روش و حالت تغییر شکل و درنتیجه مود فروپاشی را تعیین می کند. برخی از مصالح و مواد از نظر مقاومت کششی بسیار ضعیف هستند و در هنگام قرارگرفتن در برابر نیروی کششی شدید که بیش از حد توان آن آماده باشد گسیخته می شود. نمونه ای از این مصالح که دارای کاربرد بسیار فراوان در ساختمان است مصالح بتنی می باشد. مقاومت کششی بتن بسیار کمتر از مقاومت فشاری آنهاست و برای رفع این نقیضه و افزایش مقاومت بتن در برابر انفجار، از آرماتور در بتن استفاده می شود. آرماتورهای فولادی باعث افزایش مقاومت برشی و مقاومت کششی بتن می شود. حال اگر میزان و قدرت انفجار بیش ازمقاومت عضو بتن مسلح شود آنگاه گسیختگی بوجود می آید.

طراحی یک قسمت برای مقاومت در برابر آثار انفجارمحلی و شدید شاید همواره کاری معقول نباشد، به خصوص وقتیکه محل دقیق انفجار مشخص نیست. بدین ترتیب باید مفهوم تخریب محدود و محلی مورد توجه قرار گیرد.

شکل 1-2 نمای خارجی گسیختگی دیوار خارجی برج ها  khobar[30]

1-3 مقاوم سازی با استفاده از الیاف مسلح پلیمری(FRP)

استفاده از(FRP) در مقاوم سازی سازه های بتنی طی چند سال اخیر توسعه بسیاری یافته است. مقاوم سازی به منظورهای مختلف از جمله تقویت خشمی، تقویت برشی، افزایش محصور شدگی، ترمیم آسیب های ناشی از خوردگی و مانند آن ها با استفاده از این مصالح صورت می گیرد. (FRP) به دلیل وزن کم، سهولت اجرا، مقاومت کششی بالا در برابر شرایط محیطی سخت، تا حدود زیادی جایگزین فولاد که دارای مشکلات زیادی از جمله سنگینی، سختی اجرا و خوردگی می باشد، شده است. در مقاوم سازی دال های بتن آرمه، استفاده از(FRP) بیشتر به منظور تقویت خشمی صورت می گیرد. این تقویت با چسباندن(FRP) به وجه کششی دال در ناحیه دارای لنگر ماکزیمم صورت می گیرد، که باعث افزایش چشم گیری در ظرفیت جذب انرژی دال می شود. لیکن استفاده از(FRP) در تقویت برشی دال ها کمتر مورد توجه قرار گرفته و به تحقیقات محدودی منحصر شده است. امروز استفاده از(FRP) جهت افزایش ظرفیت خشمی سازه ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است و تحقیقات بر روی آن ادامه دارد. با توجه به محدودیت­ها و مشکلات مربوط به انجام مطالعات آزمایشگاهی از جمله محدودیت مربوط به ابعاد نمونه­ ها، مشکلات نصب و اجرا، هزینه و زمان بالا و …، با انجام تحلیل های عددی صحیح می توان نتایج آزمایشگاهی را به محدوده صحیحی از سازه ها که امکان آزمایش عملی برای آنها وجود ندارد تعمیم داد. لذا در این پایانامه، سعی خواهد شد با انجام مطالعات پارامتریک عددی با استفاده از مدل­های اجزامحدود، تأثیر(FRP) بر رفتار خمشی دالها با ابعاد هندسی مختلف ارزیابی و با ارائه راهکارهایی جهت ارتقای عملکرد این کامپوزیت­ها اطلاعات وسیعتری نسبت به آنچه که تاکنون از آزمایشهای انجام گرفته حاصل شده بدست آورد. با استفاده از لایه چینی­های مختلف و بررسی وضعیت سازه تحت بارگذای انفجاری در نهایت، یک هندسه مناسب برای بکارگیری این ورقه­ها پیشنهاد می­گردد.

بهمراه تعداد رفرنس بالا

و......