مهندسی سازه و ساخت

مهندسی سازه و ساخت

ارزیابی عملکرد سازه‌ای و ظرفیت جذب انرژی پوشش‌های بتن مسلح‌شده با الیاف پلی‌پروپیلن برای خطوط لوله زیردریایی

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22065/jsce.2026.592361.4077
چکیده
پوشش‌های بتنی مسلح به شبکه فولادی برای کاهش آسیب‌های خطوط لوله زیردریایی به کار می‌روند، اما خوردگی شبکه فولادی و قابلیت محدود بتن معمولی در کنترل ترک ممکن است عملکرد انها را کاهش دهد. در این پژوهش، بتن مسلح به الیاف پلی‌پروپیلن (PFRC) به‌عنوان پوشش جایگزین، به روش آزمایشگاهی و عددی بررسی شد. برنامه آزمایشگاهی شامل ۹ نمونه لوله‌ای در سه پیکربندی بود: لوله فولادی بدون پوشش (SP)، لوله دارای پوشش بتن معمولی (PCP) و لوله دارای پوشش بتن مسلح به الیاف پلی‌پروپیلن (FCP). پوشش بتنی ۴۰ میلی‌متر ضخامت داشت و مخلوط PFRC حاوی ۲ کیلوگرم الیاف در هر مترمکعب بتن بود. خواص مکانیکی نمونه‌های استاندارد بتنی با استفاده از آزمایش‌های مکانیکی تعیین شد و میدان کرنش سطحی آنها با روش همبستگی تصویری دیجیتال (DIC) بررسی شد. نمونه‌های لوله‌ای تحت بارگذاری عرضی شبه‌استاتیکی با کنترل جابه‌جایی قرار گرفتند و پاسخ سازه‌ای آنها با استفاده از منحنی‌های نیرو–جابه‌جایی ارزیابی شد. سپس، مدل غیرخطی اجزای محدود اعتبارسنجی‌شده برای تحلیل ضربه در سطوح انرژی ۴۵۰ تا ۵۰۰۰ ژول به‌کار رفت. نتایج ازمون‌های بارگذاری عرضی شبه‌استاتیکی نشان داد که بار بیشینه FCP به‌ترتیب حدود ۲۰ و ۱۴۷ درصد بیشتر از PCP و SP بود. ظرفیت جذب انرژی FCP نیز نسبت به PCP حدود 1/66 درصد افزایش یافت. تحلیل DIC بیانگر تاخیر در آغاز ترک و توزیع گسترده‌تر کرنش در بتن الیافی بود. بیشترین اختلاف نتایج عددی و آزمایشگاهی برای بار بیشینه و جابه‌جایی متناظر به‌ترتیب 31/6 و 21/5 درصد محاسبه شد. در انرژی ضربه ۵۰۰۰ ژول، FCP نسبت به PCP حدود ۴۷ درصد جابه‌جایی بیشینه کمتر و 4/89 درصد نیروی مقاوم متوسط بیشتری نشان داد. نتایج نشان می‌دهد PFRC می‌تواند ظرفیت باربری، کنترل ترک، رفتار پس از ترک‌خوردگی، جذب انرژی و مقاومت در برابر تغییرشکل خطوط لوله زیردریایی را تحت بارگذاری شبه‌استاتیکی و ضربه‌ای با سرعت پایین بهبود دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Assessment of Structural Performance and Energy Absorption of Polypropylene Fiber-Reinforced Concrete Coatings for Subsea Pipelines

نویسندگان English

Amir Shokri 1
Ata Hojatkashani 2
Hassan Abbasi 2
Mohammadreza Adib Ramezani, 2
1 PhD Candidate, Department of civil engineering, Islamic Azad University south Tehran branch, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of civil engineering, Islamic Azad University south Tehran branch, Tehran, Iran
چکیده English

Protective concrete coatings are used to reduce damage to subsea pipelines; however, corrosion of steel mesh and the limited crack-control capability of conventional concrete may reduce their performance. In this study, polypropylene fiber-reinforced concrete (PFRC) was experimentally and numerically investigated as an alternative protective coating. The experimental program comprised nine pipeline specimens in three configurations: uncoated steel pipes (SP), plain concrete-coated pipes (PCP), and polypropylene fiber-reinforced concrete-coated pipes (FCP). The concrete coating was 40 mm thick, and the PFRC mixture contained 2 kg of polypropylene fibers per cubic meter of concrete. The mechanical properties of standard concrete specimens were determined through mechanical testing, and their surface strain fields were investigated using Digital Image Correlation (DIC). The pipeline specimens were subjected to displacement-controlled transverse quasi-static loading, and their structural responses were evaluated using force–displacement curves. Subsequently, a validated nonlinear finite element model was used to analyze impact behavior at energy levels ranging from 450 to 5000 J. The quasi-static transverse loading tests showed that the peak load of FCP was approximately 20% and 147% higher than those of PCP and SP, respectively. The energy absorption capacity of FCP was also approximately 66.1% higher than that of PCP. DIC analysis indicated delayed crack initiation and a more distributed strain field in fiber-reinforced concrete. The maximum discrepancies between the numerical and experimental results were 6.31% for peak load and 5.21% for the corresponding displacement. At an impact energy of 5000 J, FCP exhibited approximately 47% lower maximum displacement and 89.4% higher average resisting force than PCP. The results indicate that PFRC can improve the load-carrying capacity, crack control, post-cracking behavior, energy absorption, and deformation resistance of subsea pipelines under transverse quasi-static and low-velocity impact loading.

کلیدواژه‌ها English

fiber-reinforced concrete
Subsea pipelines
Polypropylene fibers
Energy absorption
Digital Image Correlation (DIC)

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 12 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 27 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 08 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 12 مرداد 1405