مدل سازی عددی تیرهای بتنی تقویت شده با CFRP انعطاف پذیر در دماهای بالا

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

2 دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)

چکیده

مدتی است که استفاده از پلیمر های مسلح شده با الیاف کربن (CFRP)، بعنوان یک روش کارآمد برای مقاوم سازی سازه‌‌ها رایج شده است. در پژوهش حاضر برای مدل سازی تیرهای مقاوم شده با CFRP انعطاف پذیر در دماهای بالا، از روش المان محدود، و برای مدل سازی عددی، از نرم‌افزار المان محدود آباکوس استفاده شده است. نتایج بدست آمده از روش المان محدود با نتایج آزمایش‌های پیشین انجام شده توسط نویسندگان مقایسه شده اند. مطالعه نمونه‌ها با آزمایش چهار نقطه خمشی تیرهای بتنی مقاوم شده با CFRP انعطاف پذیر با سه مقاومت بتنی متفاوت در دماهای 20، 50 و 80 درجه سانتی‌گراد انجام گرفت. مدل سازی نمونه‌ها، همانند روند آزمایشگاهی، در دو مرحله متوالی انجام گرفته است. در مرحله اول، نمونه ها تا دماهای مورد نظر گرم شده و در مرحله بعد تحت همان دمای بالا، تحت بارگذاری مکانیکی تا گسیختگی، قرار گرفتند. نتایج مدل سازی با توجه به مقدار بارنهایی، روند منحنی‌های بارنهایی- جابجایی و الگوی ترک خوردگی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید که نشان از تطابق خوب روند مکانیکی با مدل های عددی بود. همچنین تاثیر کرنش های حرارتی نسبت به کرنش های ناشی از بار مکانیکی خارجی، مورد بررسی قرار گرفته و مشخص شد که نقش عدم تناسب ضریب انبساط حرارتی ،کمتر از نقش کاهش مشخصات مکانیکی در اثر حرارت بوده است. در نهایت نتایج المان محدود با مدل های تحلیلی ارائه شده برای محاسبه کرنش در CFRP، تنش برشی و نرمال در بتن ناشی از تغییر دما مقایسه و تطابق قابل قبولی مشاهده شد.
.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical modelling of the Concrete Beams Strengthened with externally bonded CFRP Fabrics at High Temperatures

نویسندگان [English]

  • mahmood naderi 1
  • Siamak Esmealizadeh 2
1 Professor, Engineering Faculty,Imam Khomeini International University, Qazvin,Iran
2 Engineering Faculty,Imam Khomeini International University Qazvin
چکیده [English]

The use of externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) has been proven to be an effective and efficient method to strengthen deficient concrete components and structures. This paper presents numerical investigations on the de-bonding behavior of concrete beams strengthened with externally bonded CFRP fabrics, at elevated temperatures. The numerical study was carried out, using the commercial package, “Abaqus”, for finite element analysis. The simulation was validated against laboratory four point bending tests of nine plain concrete beams previously performed by the authors. The behavior of concrete beams with three different design concrete strength of 20, 30 and 40 MPa which were externally bonded by CFRP fabrics were investigated at -20, +20, +50 and +80 Degree Celsius. Linear elastic isotropic and orthotropic models were used for the CFRP layer and a cohesive bond model was used for the concrete – CFRP interface. A plastic damage model was also used for the concrete. In the finite element analysis, similar to the laboratory tests, the specimens were first heated up to the elevated temperatures, and then loaded up to failure. The results show good agreement with the experimental data, regarding the failure loads, load–displacement response, and crack patterns. The finite element results of thermal strains in CFRP and stresses in the concrete are also compared with the thermal strains and stresses, determined by the analytically models.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CFRP
  • Numerical modelling
  • High Temperatures
  • Concrete Beams
  • Plastic Damage Model