بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق از بتن لایهای که دارای چندین لایه مصالح با مقاومتهای متفاوت میباشد جهت ساخت نمونههای بتنی با هدف بررسی رفتار آنها تحت اثر ضربهی گلوله استفاده شده است. نمونههایی از پانلهای بتنی شامل لایههایی با ضخامتهای یکسان و مقاومتهای متفاوت بعد از ساخت و عملآوری در وضعیتهای متفاوت تحت اصابت پرتابههای فلزی از فاصلهی 30 متری قرار گرفته است. به همراه بتنهای لایهای - دو لایه و سه لایه - ، پانلهایی با ابعاد و ضخامتهای مشابه اما به صورت یک لایه و با مقاومتهای متفاوت نیز ساخته و پس از عملآوری تحت آزمایش یکسان قرار گرفتند. نتایج حاکی از آن است که ساختار لایهای در پانلهای بتنی باعث کاهش میزان نفوذ گلوله و خسارت وارده شده است. همچنین با افزایش تعداد لایهها تا سه عدد، رفتار مناسبتری مشاهده شد.
1 مقدمه
تحقیقات آزمایشگاهی بر روی بتن یکی از سرفصلهای اصلی کنگرههای مهندسی عمران و مقالات علمی مرتبط میباشد. این تحقیقات به دو شاخهی تکنولوژی بتن و مقاوم سازی معطوف میگردد، که در این راستا مباحث تکنولوژی بتن از گستردگی بیشتری برخوردار است. تحقیقات صورت گرفته در قالب تکنولوژی بتن برای برطرف نمودن نقاط ضعف بتن ازجمله مقاومت کششی پایین، وجود ریز ترکها به علت جمع شدگی، انتشار ریز ترکها تحت بارگذاری، ضعف در برابر ضربه و خرد شدگی در برابر انفجار، کاهش مقاومت و عدم دوام لازم در برابر برخی از عوامل محیطی مانند چرخههای یخ زدن و ذوب شدن، قرار گرفتن در محیطهای اسیدی، سولفاتی و حاوی نمک و ... میباشد.
با گسترش و پیشرفت تسلیحات نظامی و افزایش قدرت تخریب جنگ افزارها از طرفی، و عملیات نظامی و حملات تروریستی در سراسر جهان از طرف دیگر، بهکارگیری و توسعهی محافظتهای پدافندی در سیاست دفاعی اکثر کشورها، بیشتر از گذشته احساس میشود. یکی از این سیاستهای دفاعی، مقاوم سازی سازهها در برابر ضربههای ناشی از برخورد گلولههای سبک و سنگین میباشد.
در این راستا برای جلوگیری از خسارات مالی و جانی ناشی از برخورد گلوله، افزایش مقاومت سازهها، به خصوص سازههایی مانند: ساختمانهای دولتی، تجهیزات و انبارهای نظامی، کارخانجات شیمیایی، نیروگاههای سوختی، نیروگاههای اتمی، پلهای استراتژیک، ترمینالهای حمل و نقل و مراکز پر جمعیت ضروری به نظر میرسد.
از میان مصالح پرکاربرد، بتن با دارا بودن خصوصیاتی چون: مقاومت فشاری بالا، قالب پذیری آسان، مقاومت در برابر آتش و قابلیت جذب انرژی بالا، اقتصادی بودن نسبت به سایر مصالح، به عنوان یکی از پر اهمیتترین مصالح مورد توجه قرار گرفته است و به صورت گسترده برای ساخت سازهها به کار گرفته میشود .
.2 تاریخچه ی تحقیقات انجام شده
بهدلیل نبود استاندارد و آیین نامهی مشخص برای انجام آزمایشها، از وسایل و دستگاههای مختلف تاکنون استفاده شده است، که از آن جمله می-توان به بررسی مقاومت بتنها در برابر ضربات ناشی از انفجار 717، شلیک گلولههای جنگی، سقوط چکش یا وزنههایی با جرم و اشکال مختلف، برخورد گلولههای غیر جنگی با انواع تفنگهای بادی، استفاده از میله با بهکارگیری مولد نیرو و انتقال ضربهی آن به نمونههای مورد آزمایش، اشاره کرد
مشخصات هندسی نمونههای استفاده شده در تحقیقات قبلی بر اساس نوع آزمایشها و ترکیبات مصرفی، بسیار متفاوت میباشد، برای مثال، در تعدادی از تحقیقات آزمایشگاهی از نمونههای استوانهای با قطرها و ارتفاعهای مختلف، دالهای تخت مکعبی با ابعاد متفاوت و لایهها و شبکههایی با جنس و ابعاد متغیر، دیوارهای بزرگ بتنی و ... استفاده شده است، همچنین در بررسی آزمایشهای پیشین تفاوتهای بسیاری در استخراج نتایج قابل مشاهده است، این تفاوتها در مقایسهی نتایج مدل سازیهای عددی و تستهای آزمایشگاهی صورت گرفته در بسیاری از مقالات، دیده میشود.
تحقیقات گستردهی آزمایشگاهی، تئوری و عددی برای تقویت سازههای بتنی در برابر ضربات ناشی از برخورد گلولهها با ابعاد، فواصل و پارامتر-های مختلف اشاره کرد .[8-5 ] مطالعات انجام شده نشان میدهد که، استفاده از الیاف در تولید کامپوزیتهای بتنی، باعث کرنش پذیری و افزایش طاقت بتن در برابر ضربه میشود
علاوه بر الیاف، استفاده از بتن کامپوزیتی با ساختار لایهای نیز میتواند افزایش انعطاف پذیری و در نتیجه افزایش طاقت و جذب انرژی قطعات بتنی را به دنبال داشته باشد.[10 ] بتنهای کامپوزیتی با ساختار لایهای با توجه به خواص متفاوت لایهها، نحوهی لایهبندی، محل قرار گیری و اولویت برخورد گلوله با لایه، تنظیم و اجرا میشوند.
کارهای انجام شده را میتوان به دو روش، اجزای محدود - FEM - و روش آزمایشگاهی تقسیم کرد. برای آشنایی با روشهای اجزای محدود در مدل نمودن مقاومت بتن در برابر ضربه گلوله می توان به مقالهی محقق دانشگاهی در توکیو اشاره نمود .
در این تحقیق، یک روش تحلیلی برای ارزیابی آسیب محلی به سازه های بتن آرمه تحت اثر بار ضربه ناشی از برخورد موشکهایی با صلبیت بالا با استفاده از روش المان گسسته - DEM - ، از طریق شبیه سازی و تجزیه و تحلیل آزمونهای ضربه، پیشنهاد شد. علاوه بر این، ویژگی های مختلف پاسخ ضربه و مکانیزم شکست، نیروهای ضربه، رفتار نفوذ، کاهش سرعت موشک و انتقال انرژی، مورد بررسی قرار گرفت.
در مقالهای دیگر با موضوع مرتبط، محقق مصری با استفاده از روش تجربی و روش اجزای محدود تاثیر ضربه ناشی از برخورد پرتابه فولادی به قطر 23 میلیمتر و جرم 175 گرم، با سرعت 980 متر بر ثانیه به بلوک هایی از جنس بتن معمولی را مورد بررسی قرار داد. پس از مقایسه نتایج روش آزمایشگاهی و روش عددی استخراج شده از نرمافزار AUTODYN ، نتایج روش شبیهسازی عددی به وسیلهی آزمایشات تجربی مورد تایید قرار گرفتند.
در سال 2005 میلادی [10] با انجام آزمایش جامع بر روی نمونه-هایی به ابعاد 500×500 میلیمتر با ساختار لایهای با ضخامتهای مختلف و ترتیببندی متفاوت لایهها در هر پانل به نتایج قابل توجهی دست یافتند. آزمایش مذکور با شلیک گلولههایی با حداکثر سرعت 890 متر بر ثانیه بر روی پانلهایی از جنس بتن الیافی با مقاومت بالا - HSFRC - و لایههایی از جنس بتن سبک و بتنهایی با دانهبندی درشت، خرده سنگ سرامیکی - سرامیک - ، سنگ شیشه مرمری و گلولههای فلزی با ابعاد مختلف و همچنین قطعاتی از شیشههای بازیافت شده به عنوان لایه جذب کننده انرژی و لایه-ی مقاوم در برابر نفوذ جهت افزایش انعطافپذیری و افزایش مقاومت در برابر ضربه به همراه لایههایی از بتن سبک در لایههای داخلی، انجام گردید.
نتایج نشان داد که حداقل 60 میلیمتر ضخامت بتن الیافی با مقاومت بالا - HSFRC - جهت تحمل ضربه در پانلها لازم میباشد، همچنین نتایج بهدست آمده نشان میدهد که استفاده از مواد نرم و انعطافپذیر در لایهی اول پانلها، کاهش قابل توجه مقاومت در برابر ضربه را به دنبال دارد. استفاده از بتن با دانهبندی درشت - NFC - در لایهی اول باعث انحراف گلوله در لحظه ورود به پانل و جذب بخش عمدهای از انرژی شد .[10] همچنین در سال 2011 میلادی [6] با توجه به عدم وجود آزمایش استاندارد برای ضربه، بر روی 10 تیر بتنی به ابعاد مقطع 150×150 و طول 710 میلیمتر 710×150×150 - میلیمتر - آزمایش ضربهی ناشی از سقوط چکش با وزن ثابت و از ارتفاعهای مختلف 300-500 - میلیمتر - انجام دادند.
در این تحقیق پنج نمونهی شاهد از بتن با مقاومت معمولی - NSC - و پنج نمونه دیگر از بتن با مقاومت بالا - HSC - ساخته شده بود. علاوه بر آزمایش تجربی نمونهها، از نرمافزار ABAQUS برای مدلسازی نیز استفاده شد. نتایج بهدست آمده به دو روش تجربی و تئوری - عددی - نشان میدهد که عملکرد بتن - HSC - بهطور قابلتوجهی نسبت به عملکرد - NSC - در برابر ضربه ناشی از سقوط چکش مناسبتر میباشد.
.3 مواد به کار رفته در تحقیق حاضر - مشخصات مصالح به کار رفته در طرح اختلاط -
نمونههای بتنی با سیمان پرتلند تیپ2 سپاهان و برای رسیدن به مقاومت فشاری 28روزهی 20، 30 و 40 مگاپاسکال ساخته شدند. طرح اختلاط بتن در جدول 1 نشان داده شده است.
جدول:1 نسبت وزنی مصالح در طرح اختلاط
ویژگیهای سیمان پرتلند تیپ2 سپاهان مطابق با استانداردهای ASTM-&150 و ,6,5,389 و ریزدانه و درشت دانه مصرفی به ترتیب در جداول 2، 3 و 4 نشان داده شده است.
