بررسی عددی رفتار دال‌های ضعیف یک‌طرفه مقاوم‌سازی شده با استفاده از ورقه‌های بتن توانمند الیافی تحت بار انفجار

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار،گروه مهندسی عمران، دانشگاه لرستان

2 کارشناس ارشدسازه، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان

چکیده

بتن توانمند الیافی به دلیل ماهیت شکل‌پذیری و جذب انرژی بیشتر نسبت بتن معمولی، کاربردهای زیادی در زمینه‌ی پدافند غیرعامل دارد. این مصالح توانمند می‌توانند در بسیاری موارد نظیر بهسازی لرزه‌ای اعضای ساختمانی به کار رود. مقاوم‌سازی می‌تواند با افزایش سختی و یا افرایش مقاومت انجام شود. در این بررسی کاربرد ضد انفجاری بتن توانمند الیافی در جهت حفاظت از اجزای سازه به‌صورت خاص دال، موردبررسی قرار داده‌شده است. در این مقاله چهار نمونه دال ضعیف یک‌طرفه که در نواحی مختلف مقاوم‌سازی شده‌اند، موردمطالعه قرارگرفته‌اند. بررسی به‌صورت مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار ABAQUS/Explicit صورت گرفته است. برای تعریف رفتار غیرخطی بتن در این نرم‌افزار از مدل ترکیبی پلاستیک-خسارت بتن (CDPM) که پیچیده‌ترین و پرکاربردترین مدل رفتاری است، استفاده ‌شده است.. نتایج این بررسی نشان می‌دهد که مقاوم‌سازی در ناحیه کششی تا میزان 7 برابر جذب انرژی را نسبت به سایر روش‌های مطرح‌شده جهت مقاوم‌سازی، افزایش‌یافته است. استفاده از بتن توانمند الیافی تأثیر بسزایی در افزایش میزان ظرفیت باربری، شکل‌پذیری دال یک‌طرفه دارد. به‌عبارت‌دیگر، استفاده از بتن توانمند الیافی به‌عنوان یک روش در مقاوم‌سازی اجرای سازه‌ای ازجمله دال‌ها، در بهبود رفتار سازه‌ای دال‌های یک‌طرفه بخصوص در زمینه پدافند غیرعامل مؤثر خواهد بود. همچنین حداکثر بار انفجار قابل تحمل در نمونه های مقاوم سازی در ناحیه فشاری، کششی و فشاری-کششی به ترتیب 3/1، 85/0 و 12/1 برابر نمونه مرجع بوده است. نتایج این بررسی نشان می دهد، استفاده از ورقه‌های بتن توانمند الیافی به‌صورت هم‌زمان در تمامی نواحی دال موجب افزایش چشم‌گیر سختی آن و کاهش خیز نمونه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study on Strengthening of Weak One-Way Slabs with HSC Laminates Subjected to Blast Load

نویسندگان [English]

  • Fereydoon Omidinasab 1
  • Mohammad Afrooznia 2
1 civil, engineering, lorestan university, khorramabad, iran
2 Department of Structural Engineering, Faculty of Civil Engineering, University of Semnan, Semnan, Iran.
چکیده [English]

High-performance reinforcement concrete due to its ductility and higher energy absorption has many applications in the field of passive defence than the normal concrete. These high-performance materials can be used in many cases, such as seismic improvement of building members. In some cases the structural capacity is increased, which is called strengthening. Strengthening can be carried out by increasing the toughness and increase of resistance. In this study, the use of Explosion Proof concrete in order to protect the structural components (in this study: Weak-one Slabs). In this paper, four weak-one way slab that were strangled in various zones have been studied. The numerical modelling is proceeding in Abaqus / explicit. For modelling the behaviour of concrete, CDMP method has been used. The results of this study show that the energy absorption in the strengthened slab in the tense region has increased to seven times compare to other zone of strengthening. The use of fiber reinforced concrete has a significant effect on the increase of bearing capacity and the ductility of a one-way slab. In other words, the use of high-performance fiber reinforced concrete as a method for the strengthening of structural elements such as slabs will be effective in improving the behaviour of them, especially in the field of passive defence. Also, the maximum tolerable explosive load in compression, tensile and compression-tensile strengthed zone specimens was 1.3, 0.85 and 1.21 times compare with the reference specimen. The results of this study show that the use of high-performance fiber concrete laminates in all zones of the slab simultaneously, increase stiffness and reduce the deflection of the specimen.

کلیدواژه‌ها [English]

  • One-Way Slab Strengthening
  • High-Performance-Fiber Concrete
  • Strengthening with HSC
  • Passive Defense
  • Blast load
[1] Brandt, AM. (2008). Fibre Reinforced Cement-based (FRC) Composites after over 40 Years of Development in Building and civil Engineering. Compos. Struct, 86, 3–9
[2]Ågårdh, L. (1997). Fe-Modelling of Fibre Reinforced Concrete Slabs Subjected to Blast Load. J. Phys. IV Colloq. 7, 723-728
[3] Curbach, M.; Jeese, F. (1999). High-performance Textile-reinforced Concrete. Struct. Eng. Int. 9, 91–289
[4] Reinhardt, W.;Krüger M.; H,GroBe C.; U. (2003). Concrete Restressed with Textile Fabric. Adv. Conc. Technol. 1, 9–231
[5] Hemmati, A.; Kheyroddin, A.; Sharbatdar, MK. (2013). Using HPFRCC for Increasing the Capacity of a R.C. Frame. Sci. J. Manag. Syst. 29–2(3), 97–106
[6] Banthia, N.; Zanotti, C.; Sappakittipakorn, M. (2014). Sustainable Fiber Reinforced Concrete for Repair Applications. Constr. Build. Mater. 67, 12–405
[7] Chi, Y.; Xu, L.; Yu, H. (2014). Constitutive Modelling of Steel-Polypropylene Hybrid Fiber Reinforced Concrete Using a Non-associated Plasticity and its Numerical Implementation. Compos. Struct.111, 497–509
[8] Hossain, KMA.; Lachemi, M.; Sammour, M.; Sonebi, M. (2013). Strength and Fracture Energy Characteristics of Self-Consolidating Concrete Incorporating Polyvinyl Alcohol, Steel and Hybrid Fibres. Constr. Build. Mater. 45, 9–20
[9]Yau, Sh.; Zhang, D.; Chen, X.; Lu, F.; Wang, W. (2016). Experimental and Numerical Study on the Dynamic Response of RC Slabs under Blast Loading. Eng. Fail. Anal. 66, 9–120
[10] Feng, J.; Zhou, Y.; Wang, P.; Wang, B.; Zhou, J.; Chen, H.; Fan, H.; Jin, F. (2017). Experimental Research on Blast-Resistance of one-Way Concrete Slabs Reinforced by BFRP Bars Under Close-in Explosion. Eng. Struct. 150, 61–550
[11]Yao, Sh.; Zhang, D.; Chen, X.; Lu, F.; Wang, W. (2017). Finite Element Modelling of Steel-Polypropylene Hybrid Fiber Reinforced Concrete Using Modified Concrete Damaged Plasticity. Eng. Struct. 148, 23–35
[12] Manual ABAQUS. (2016). Getting Started with ABAQUS.
[13]SoroushNia, S.; Najafi, H.; Mamghani, M.; Mehrvand, M. (2014). The Most Complete Practical Reference of ABAQUS (Civil Special). 3rd Edition; Negarande Danesh Press, Tehran, Iran.
[14] Afrooznia, M. (2016) Experimental Study on Strengthening of Weak One-Way Slabs with Precast High-Performance Fiber Concrete Laminates. M.Sc. Thesis, Semnan University, Semnan, Iran.
[15] Bassuni Othmna, H.A. (2016). Performance of Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete Plates under Impac Loads. Ph.D. Thesis, Ryerson University, Toronto, Canada.
[16] Park, R.; Paulay, T. (1975), Reinforced Concrete Structures. John Wiley and Sons.
[17] Bedirhanoglu, I.; Ilki, A.; Kumbasar, N. (2013). Precast Fiber Reinforced Cementitious Composites for Seismic Retrofit of Deficient RC Joints – A Pilot Study. Eng. Struct. 52, 192–206.
[18] Alaee, F.J.; Karihaloo, B.L. (2003). Retrofitting of Reinforced Concrete Beams with CARDIFRC. J. Compos. Constr. 7
[19]. Safdar, M.; Matsumoto, T.; Kakuma, K. (2016). Flexural Behaviour of Reinforced Concrete Beams Repaired with Ultra-High Performance Fiber Reinforced Concrete (UHPFRC). Compos. Struct. 157, 60–448
[20] Martinola, G.; Meda, A.; Plizzari, GA.; Rinaldi, Z. (2010). Strengthening and Repair of RC Beams with Fiber Reinforced Concrete. Cement Concrete Comp. 32, 9–731
[21]Shahbazi, R.; YekrangNia M. (2015). Practical Guide of ABAQUS Along with Structural and Geotechnical Problems. 3rd Edition, Elme Omran Press, Tehran, Iran.
[22] TM5-1300. (1990). Structures to Resist the Effect of Accidental Explosions. USA.
[23] Kheyroddin, A.; Anvari, A.M. (2014). Loading of Structures. 3rd Edition, Semnan University Press, Semnan, Iran.
[24] Y.S. Tai, T.L. Chu, H.T. Hu, J.Y. Wu (2011). Dynamic response of a reinforced concrete slab subjected to air blast load. Theoretical and Applied Fracture Mechanics. 56(3), 140-147