بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به اهمیت قاب های خمشی در سازه های بتنی، تقویت قاب های خمشی با الیاف های توانمند بسیار مؤثر خواهد بود. مصالح بتن مسلح کامپوزیتی الیافی توانمند - HPFRCC - تحت بار کششی، رفتار سخت شوندگی کرنش را نمایش داده و می توانند در بهسازی لرزه ای اعضای ساختمانی به کار روند. هدف از این تحقیق ارزیابی عملکرد لرزه ای بتن توانمند و مقایسه آنها با قاب های بتنی و ترکیبی بوده که برای این کار با کمک نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS و با استفاده از تحلیل عددی، به مدل سازی یک قاب بتنی خمشی تحت بارگذاری های مختلف پرداخته شد.
نتایج تحقیق، نشان داد که با افزایش نیروی قائم وارد بر قاب، تغییر مکان جانبی متناظر جاری شدن در قابهای بتن مسلح بین 13 تا 41 درصد، در قابهای ترکیبی بین 24 تا 41 درصد و در قابهای HPFRCC بین 17 تا 34 درصد کاهش و ظرفیت باربری جانبی در قابهای بتن مسلح بین 1 تا 2 درصد، در قابهای ترکیبی بین 1 تا 4 درصد و در قابهای HPFRCC بین 2 تا 7 درصد کاهش یافته است.
.1 مقدمه
کامپوزیت های سیمانی مسلح الیافی - FRCC - در سال های اخیر شاهد پیشرفت های چشمگیر و زیادی بوده اند. عمدهی این پیشرفت ها به سبب توسعه ی هرچه بیشتر ملات، گونه های مختلف الیاف، اندرکنش ملات- الیاف، پروسه تولید کامپوزیت، درک مناسب تر در خصوص مکانیزم های اصلی، کنترل رفتار و بهبود مستمر میزان هزینه های اجرایی می باشد. در این تحقیق، واژه توانمند به رده خاصی از مصالح بتن الیافی اطلاق می شود که دارای رفتار سخت شوندگی کرنش تحت کشش پس از بروز اولین ترک خوردگی ها هستند که با شکل گیری ترک های چندگانه و رسیدن به کرنشهای نسبتاً زیاد همراه است.
استفاده از مصالح توانمند به جای مصالح متداول، از مدت ها پیش مدنظر پژوهشگران قرارگرفته و مطالعات بسیاری را به خود اختصاص داده است. این مصالح علاوه برافزایش ظرفیت سازه ها در برابر زلزله، به تأمین پایایی بیشتر سازه ها در برابر عوامل مضر محیطی نیز کمک می کنند. یکی از این مصالح توانمند که در سالیان اخیر، پیشرفت چشمگیری داشته، کامپوزیت های سیمانی مسلح الیافی توانمند - HPFRCC - می باشد.
نعمان و رینهارت در سال 2003 مصالحی را معرفی کردند که جدا از بتن های الیافی - FRC - طبقه بندی می شدند و شامل یک بخش سخت شوندگی کرنش کششی در منحنی تنش - کرنش کششی خود بودند و در رده مصالح توانمند با نام کامپوزیتهای سیمانی مسلح الیافی توانمند - HPFRCC - قرار گرفتند .
اوزیلدیریم و ویرا در سال 2008، به بررسی اکتشافی بتن مسلح کامپوزیتی الیافی توانمند برای کنترل ترک خوردگی پرداختند. این تحقیق، بتن مسلح کامپوزیتی الیافی توانمند را ارزیابی می کند که مخلوط ملات با الیاف مصنوعی و فولاد است
جیری و پتر در سال 2015 تحقیقات آزمایشگاهی در مورد دال های بتن مسلح الیافی توانمند - تأثیر تماس و فاصله انفجارها - انجام داده اند .
یوآ و همکاران در سال 2011 به مباحثه در خصوص تقویت الیاف HRBF500 و کامپوزیتهای سیمانی مسلح الیافی با عملکرد بالای C100 در جریان دفاع غیرنظامی هوایی پرداختند
آدهیکاری و پتنایک - - 2012 به بررسی کاربردهای بالقوه بتن مسلح الیاف فولادی در بهبود رفتار لرزه ای سازه های قاب پرداختند .[5] همتی و همکاران - 2016 - به بررسی رفتار انعطاف پذیر قاب های بتن کامپوزیتی الیافی توانمند - HPFRCC - پرداختند
مایا و البجر - 2012 - به بررسی اتصالات تیر-ستون برای اجرای قابهای بتنی با استفاده از بتن مسلح کامپوزیتی الیافی توانمند پرداختند
ماهری - 2005 - به بررسی پیشرفت های اخیر در بهسازی لرزه ای قابهای بتن مسلح پرداخت . تایل و همکاران در سال 2004 تحقیقات آزمایشگاهی زیادی در مورد اثر بازشوها بر خیز دالها صورت دادند. نتایج نشان می دهند هرچه ابعاد بازشوها بزرگتر باشد، تغییرمکان ایجاد شده بزرگتر می شود .
.2 مشخصات مدلسازی
.1-2 نرم افزار مورد استفاده
برای انجام کار تحلیلی از نرم افزار ABAQUS استفاده شده است . این نرم افزار غیرخطی اجزای محدود با دارا بودن المانهای متعدد، قابلیت مدلسازی بتن، میلگردهای فولادی، بتن مسلح، FRP و کامپوزیتهای سیمانی را دارا می باشد. برای مدلسازی بتن شیوه ها و گزینه های مختلفی در این نرم افزار موجود است که با توجه به رفتار کششی ویژه کامپوزیت HPFRCC از گزینه Concrete Damage Plasticity استفاده می شود. در این گزینه امکان وارد نمودن نقاط مختلف منحنی تنش-کرنش بتن و کامپوزیت در کشش و فشار وجود دارد. در این نرم افزار دو مکانیزم برای انهدام بتن پیش بینی شده است. مکانیزم اول، ترک خوردگی تحت کشش است و مکانیزم دوم، خردشدگی تحت فشار می باشد. در شکل - 1 - منحنی تنش-کرنش بتن معمولی مورد استفاده در نرم افزار نشان داده شده است.
الف - تحت کشش ب - تحت فشار شکل :1 منحنی تنش-کرنش بتن معمولی
از آنجا که در این مقاله مصالح HPFRCC تحت بارگذاری افزاینده در یک جهت قرار داشته و بارگذاری رفت و برگشتی به آن اعمال نمی شود، منحنی های نشان داده شده در شکل - - 2 در نرم افزار وارد می گردند. این منحنی ها که به عنوان منحنی پوش شناخته می شوند، از به هم پیوستن نقاط دارای تنش حداکثر در تاریخچه بارگذاری تشکیل می گردند.
الف- فشار ب- کشش شکل :2 منحنی تنش-کرنش HPFRCC
منحنی تنش-کرنش استفاده شده برای میلگردها نیز بصورت دوخطی مطابق شکل - - 3 وارد می شود.
شکل: 3 منحنی تنش کرنش فولاد
برای مدل سازی بتن و کامپوزیتهای سیمانی از المان مکعبی 20 گرهی Solid که در شکل - 4 - نیز نشان داده شده، استفاده می شود.
شکل : 4 المان مکعبی 20 Solid گرهی
