فهرست مطالب

مصالح و سازه های بتنی - سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، پاییز و زمستان 1396)

نشریه مصالح و سازه های بتنی
سال دوم شماره 2 (پیاپی 4، پاییز و زمستان 1396)

  • تاریخ انتشار: 1397/01/17
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • مروارید حاجیان*، سید علیرضا فاطمی، ایرج محمودزاده کنی صفحات 5-19
    بتن پرمقاومت به علت خصوصیات بهبودیافته ی خود به طور گسترده ای در چند دهه ی اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. از بتن پرمقاومت در صفحات تخت نیز استفاده می شود. صفحات تخت به علت عمق محدودشان مستعد شکست تحت برش سوراخ کننده هستند. اکثر آیین نامه های طراحی بتن، برپایه ی آزمایشات روی نمونه های ساخته شده با بتن معمولی تدوین شده اند. حال آن که بتن پرمقاومت در مقایسه با بتن معمولی مکانیزم های گسیختگی متفاوتی دارد. ازین رو ضروری است تا روابط آیین نامه ها درخصوص بتن پرمقاومت ارزیابی شوند. هدف این مقاله بررسی اثرات استفاده از بتن پرمقاومت در روابط طراحی و یافتن مناسب ترین رابطه برای تخمین مقاومت برش سوراخ کننده ی صفحات تخت با ستون داخلی می باشد. روابط طراحی مورداستفاده در این پژوهش شامل روابط آیین نامه های طراحی ACI 318، Eurocode2، BS 8110، DIN 1045 و شش رابطه ی پیشنهادی توسط محققین برای بتن پرمقاومت می باشند. برای بررسی صحت روابط طراحی، از 50 نتیجه ی آزمایشگاهی برگفته از ادبیات فنی روی نمونه های دال ساخته شده با بتن پرمقاومت استفاده شده است و بهترین رابطه برای تخمین ظرفیت برش سوراخ کننده پیشنهاد می شود.
    کلیدواژگان: بتن پرمقاومت، مقاومت برشی سوراخ کننده، صفحات تخت، محل تقاطع دال و ستون داخلی
  • محمدعلی عباسی، غلامرضا عاطفت دوست * صفحات 20-31
    در سازه های بتن آرمه به طور خاص با سیستم قاب خمشی، اتصالات تیر- ستون نقش کلیدی در استهلاک انرژی زلزله دارند . در زلزله های گذشته آسیب پذیر بودن این اتصالات بارها گزارش شده است لذا در سازه های آسیب پذیر بهسازی عملکرد لرزه ای این اتصالات می تواند به بهبود عملکرد کل سازه کمک کند . بهسازی لرزه ای اتصالات به کمک الیاف FRP در سالهای اخیر به طور وسیعی مورد توجه قرار گرفته است . تحقیقات گذشته نشان داده که آرایش یا چیدمان ورقهای FRP می تواند در بازدهی این روش مقاومسازی تاثیرگذار باشد .
    در این تحقیق پنج آرایش از ورقهای FRP بر روی یک اتصال کناری مورد بررسی قرار گرفت و نمودار هیسترزیس بار جابه جایی ومقادیر نیاز لرزه ای 4 گانه اعم از استحکام ،شکل پذیری ، استهلاک انرژی ، سختی اولیه اتصال و همچنین مکانیزم های شکست مورد بررسی قرار گرفت که در نهایت آرایش بهینه پیشنهاد گردید . بهینه ترین آرایش تقویت به ازاء کلیه مقادیر چندگانه نیاز لرزه ای ، آرایش ضربدری می باشد که بیشترین تاثیر در بهبود عملکرد لرزه ای اتصال تقویت نشده را نسبت به سایر آرایشها دارد . کلیه مدل ها به روش عددی اجزا محدود در نرم افزار آباکوس ایجاد گردیده و در کلیه حالات، بارگذاری به صورت سیکلیک اعمال شده است .
    کلیدواژگان: اتصال تیر، ستون، ورق FRP، نیاز لرزه ای، چیدمان ورق FRP و آرایش بهینه
  • امیر طریقت، یاقوت مدرس * صفحات 32-43
    نفوذ یون های سولفات به داخل مواد سیمانی منجر به تشکیل فازهایی همچون گچ و اترینگایت می شود که انبساط و خرابی بتن را به دنبال دارند. در این مقاله از مدل سازی ترمودینامیکی، برای درک بهتر رفتار خمیر سیمان سخت شده طی حمله سولفات خارجی، استفاده شده است. این مدل بر اساس روش به حداقل رساندن انرژی آزاد گیبس می باشد. با کمک این مدل سازی علاوه بر بررسی نوع و حجم فازهای تشکیل شده طی حمله ی سولفاتی، عوامل تاثیرگذار بر آن همچون نوع و غلظت محلول های سولفاتی مختلف، شیمی سیمان، اثر سرباره و درصد بهینه جایگزینی آن موردمطالعه قرارگرفته است. نتایج مدل-سازی نشان می دهد که در میان محلول های سولفاتی، محلول سولفات منیزیم اثر خرابی بیشتری دارد؛ تجزیه ژل سیلیکاتی نیز که عمده مقاومت در نمونه را تامین می نماید با توجه به میزان گچ و بروسیت تولیدی و همچنین حفظ تعادل برای بالا بردن pH، در این محلول بیشتر اتفاق می افتد. در مورد سرباره، جایگزینی زیر 40 درصد به علت افزایش فازهای مضر مانند منوسولفات و اترینگایت مطلوب نیست و در بالای 60 درصد جایگزینی عملکرد مناسبی از خود نشان داده است. به طور کلی نتایج حاصل از این مدل سازی با مطالعات و نتایج آزمایشگاهی که ریزساختار را بررسی نموده اند تطابق خوبی دارد.
    کلیدواژگان: حمله سولفاتی، مدلسازی، ترمودینامیک، سیمان پرتلند، سرباره
  • سید محمد فرنام *، فریدون رضایی صفحات 44-53
    در این پژوهش با تکیه بر اصول مکانیک شکست در بتن مسلح، رفتار شکست در تراورس بتنی پیش تنیده B70 به روش عددی و آزمایشگاهی تحلیل شده است. در بخش عددی این پژوهش، مدل غیرخطی خرابی پلاستیک با استفاده از نرم افزار Abaqus و در بخش آزمایشگاهی، روش های رپلیکاگیری و تحلیل عکس استفاده شده است. تراورس ها با طول پیش ترک از صفر تا 45 میلی متر و عرض پیش ترک از صفر تا 8 میلی متر تحت بار سه نقطه ای لنگر خمشی منفی وسط دهانه قرار گرفته اند. در این پژوهش میزان کاهش مقاومت قطعه ی تراورس پیش ترک دار در ایجاد ترک و ناپایداری ترک (شکست) برآورد است. نتایج نشان می دهند که وجود پیش ترک آن هم با عرض های بسیار کوچک باعث کاهش مقاومت های بسیار زیاد در نتایج آزمایش های 28 روزه تراورس می شوند که در طرح های مقاومت مصالحی اصلا دیده نشده است. در نتیجه طرح مقاومت مصالحی موجود برای طراحی قطعه ی تراورس تا زمانی پاسخ گو است که هیچ آسیب یا پیش ترکی در قطعه وجود نداشته باشد. همچنین به نظر می رسد برای تحلیل و طراحی یک قطعه ی بتن پیش تنیده ای مانند تراورس احتیاج به بازرسی های دقیق در مورد وجود عیب در آن وجود دارد تا در صورت نیاز با تحلیل مکانیک شکست به همراه تحلیل مقاومت مصالحی ظرفیت قطعه و به طبع آن عمر قطعه تخمین زده شود.
    کلیدواژگان: طراحی مقاومت مصالح، طراحی مکانیک شکست، تراورس بتنی پیش تنیده، درصدکاهش مقاومت
  • سید روح الله حسینی واعظ*، محمدرضا رضایی صفحات 54-75
    طراحی بهینه اقتصادی یکی از اهداف اصلی مهندسی عمران می باشد. امروزه جهت تقویت مقاطع بتنی ستون ها از الیافی تحت عنوان الیاف FRP استفاده می شود. این الیاف در سه نوع کربنی، شیشه و آرامید در بازار موجود است. در این مطالعه از الگوریتم فراابتکاری آموزش و یادگیری برای تعیین ابعاد مقطع ستون و میلگردهای ستون و همچنین تعداد لایه های FRP مورد نیاز جهت تقویت استفاده شده است. الگوریتم فراابتکاری مورد نظر با توجه به محدودیت ها و قیدهایی که برای طراحی درنظر گرفته شده است، ابعاد مقطع بتنی و میلگردها را تعیین می کند و سپس ظرفیت مقطع را بررسی کرده چنانچه به مقاوم سازی نیاز داشته باشد، از تعدادی لایه FRP برای تقویت مقطع استفاده می کند. تابع هزینه شامل هزینه بتن، میلگرد و FRP مصرفی جهت تقویت است، که به عنوان تابع هدف معرفی گردیده است. ضوابط طراحی و محدودیت های طراحی بر مبنای آیین نامه ACI 440-08 و ACI 318-14، به صورت قید پیاده سازی و فرمول نویسی شده است. بنابراین مجموعه تابع هدف و قیدها به نحوی با هم در ارتباط هستند تا کمترین هزینه بر مبنای تابع هدف با برقراری تمام قیود (طرحی قابل قبول)، در نقطه ای به نام طرح بهینه حاصل شود. با توجه به نتایج حالت های مختلف، در صورت استفاده از ابعاد و تعداد میلگرد های معرفی شده توسط الگوریتم استفاده از الیاف کربنی با صرفه اقتصادی بیشتری رو به رو می شود.
    کلیدواژگان: الیاف FRP، الیاف کربنی، سازه های بتنی، تقویت ستون ها، بهینه سازی، الگوریتم TLBO
  • جعفر سبحانی*، مهدی چینی صفحات 79-88
    امروزه روش طیف نگاری امپدانس الکتروشیمیایی که به عنوان یکی از روش های کلیدی در الکتروشیمی و علم مواد مطرح است، بطور گسترده ای برای تعیین خواص الکتریکی انواع بتن و به ویژه لایه مرزی میلگرد و بتن مورد استفاده قرار گرفته است. در این مقاله، ضمن معرفی این روش، طیف امپدانس نمونه های بتن مسلح ساخته شده به صورت مخلوط های سه جزئی و دو جزئی حاوی زئولیت و سرباره مس مورد مطالعه قرار گرفته است. علاوه بر این، مدار های الکتریکی مناسبی که قابلیت شبیه سازی چنین طیف هایی را داشته باشند برای تحلیل رفتار لایه مرزی بین فولاد و این نوع بتن ها ارائه شده است. نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان می دهد که استفاده از زئولیت و سرباره مس، شاخص های دوام بتن شامل نفوذ آب و یون کلراید را تا حد زیادی بهبود داده است. همچنین با ارائه مدل الکتریکی و تعیین مقاومت پلاریزاسیون و محاسبه سرعت خوردگی با استفاده از رابطه استرن-گری، مشخص شد که استفاده از این مواد با افزایش مقاومت پلاریزاسیون، شدت جریان خوردگی را تا حدود 65 درصد کاهش می دهد.
    کلیدواژگان: زئولیت طبیعی، سرباره مس، رفتار الکتروشیمیایی، مدار معادل، دوام بتن
  • محمدرضا نبی زاده شهربابک، مصطفی خانزادی *، سید رضا باقری، ولی الله قلعه نوی صفحات 89-98
    امروزه استفاده از مواد دورریز مفید و پوزولان های طبیعی در راستای کاهش هزینه های جاری و همچنین کاهش یا حذف مشکلات زیست محیطی به یکی از مباحث مورد علاقه اکثر محققین تبدیل شده است و از طرفی استفاده از این مواد علاوه بر کمک به بهبود خواص بتن به یکی از بحث های مهم در زمینه توسعه پایدار نیز تبدیل شده است. در این پژوهش امکان استفاده از زئولیت به عنوان یک پوزولان طبیعی که خواص پوزولانی از خود نشان می دهد در بتن خودمتراکم بررسی گردید. برای این منظور اثر جایگزینی زئولیت با درصدهای مختلف برروی خواص بتن تازه و مقامت فشاری بتن سخت شده بررسی گردید. نتایج آزمایشات نشان داد که زئولیت باعث بهبود عملکرد بتن خودتراکم در حالت تازه می-شود، زئولیت چسبناکی و پایداری بتن را افزایش و آب انداختگی را کاهش می دهد. ضمن اینکه زئولیت در سنین اولیه سبب کاهش مقاومت بتن سخت شده می شود. اما در سنین 28 و 90 روز مقاومتی برابر و حتی بیشتر از بتن پایه را کسب می کند.
    کلیدواژگان: بتن خود متراکم پوزولانی، زئولیت، کارائی بتن خود متراکم، توسعه پایدار
  • امیررضا طغرلی پور*، علی اکبر مقصودی صفحات 99-109
    در تحقیق حاضر، چهار ستون بتن آرمه کوتاه با مقطع دایره ای در آزمایشگاه ساخته شده است که در یک گروه دسته بندی شده است. این گروه دارای ستون هایی با فولاد گذاری عرضی در تمام ارتفاع ستون بر طبق ضوابط آیین نامه بتن ایران (آبا) است. همچنین در این گروه، دو ستون در وسط و پایین آن دارای وصله اورلپ و دو ستون دیگر دارای میلگردهای فورج شده می باشد. پایش (Monitoring) مصالح شامل: جابجایی، تنش و کرنش فولاد های طولی (در سه محل مختلف در ارتفاع ستون) و عرضی و بتن در هر مرحله از اعمال بار محوری بکمک حسگرهای مختلف نصب شده بر آنها، صورت گرفته است. مقادیر آزمایشگاهی (پایش) قرائت شده با نئوری مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج پایش و تخریب ستون ها، خصوصا در مناطق زلزله خیز، حاکی از عملکرد رضایت بخش وصله اورلپ نسبت به فورجینگ دارد. هرچند در تنش های خدمت و تحلیل های خطی عملکرد دو روش بسیار بهم نزدیک است.
    کلیدواژگان: پایش، ستون بتن آرمه، وصله اورلپ میلگرد، فورجینگ، بار محوری
|
  • Morvarid Hajian *, Seyed Alireza Fatemi, Iraj Mahmoudzadeh Kani Pages 5-19
    High strength concrete (HSC) has been used widely over the last decade due to its improved characteristics. HSC has also been widely used in flat plates. Flat plates due to their limited depth are sensitive to punching shear. Most of the current design codes are based on empirical researches conducted on normal strength concrete (NSC) specimens. HSC has different fracture mechanisms compared to NSC. Therefore, it is essential to re-examine codes equations in order to be proper for HSC members. The aim of this paper is to investigate the effect of using HSC on current design relationships and find the most convenient formula for predicting the punching shear capacity of interior slab-column connections. Design formulas used in this research consist of four design codes, ACI 318, Eurocede2, BS 8110, DIN 1045 and six proposed formulas by other researchers for HSC flat plates. For checking the accuracy of these design methods, 50 test results from the literature conducted on HSC slab specimens are elected to compare with formulas.
    Keywords: high strength concrete, punching shear strength, flat plates, interior slab-column connections
  • Mohammad Ali Abbasi, Gholam Reza Atefat Doost * Pages 20-31
    In reinforced concrete structures and especially those involving bending frame systems, beam-column joints have a key role in seismic energy dissipation. In past earthquakes, the vulnerability of these joints has been reported several times. Hence, in vulnerable structures, seismic performance improvement of these joints can help improve the overall structural performance. Seismically retrofitted joints using FRP has been widely under focus in recent years. Past researches have shown that the type of FRP sheets and their arrangements can influence the efficiency of this method of retrofitting.
    In this research, five arrangements of FRP sheets on a side joint have been examined and the load–displacement chart and seismic demand values such as strength, ductility, energy absorption and primary stiffness as well as failure mechanisms are examined and finally the optimal arrangement is offered. The most optimal strengthening arrangement against all values of seismic demands is observed to be the crosswise arrangement which is the most effective to improve the seismic performance of non-strengthened joint in comparison with the other arrangements. All models are made in the ABAQUS software through the finite element method scheme and in all simulations cyclic loads are used.
    Keywords: beam to column joint, FRP sheet, quake demand, FRP sheet arrangement, optimal arrangement
  • Amir Tarighat, Yaghout Modarres * Pages 32-43
    Sulfate attack is a series of physico-chemical reactions between hardened cement paste and sulfate ions. Sulfate ion penetration into the hydrated cement results in the formation of voluminous and deleterious phases such as gypsum and ettringite which are believed to cause deterioration and expansion of concrete. However, there is no direct relationship between Ettringite or solids formation during sulfate attack and amount of expansion. Concrete deterioration due to sulfate attack depends on many parameters, however, in experimental studies, the implementation of the parameters and obtaining the results in a short time are too difficult. Therefore, the significance of theoretical and software modeling along with experimental studies, reducing the time and cost, increases insight of the obtained results. Thermodynamic modeling, in this paper, is employed according to the method of minimizing Gibbs free energy in order to have better understanding of the external sulfate attack on the cement paste; It is done by the GEM software which is able to calculate the stable phase as a function of reactants, temperature and pressure.
    Type and volume of phases formed during the sulfate attack and factors affecting that such as sulfate solution with different concentrations were studied using the thermodynamical modeling. Hardened cement paste at 20 ° C and water-cement ratio of 0.5 were assumed in the modeling. Potassium/Sodium/Magnesium sulfates, among other sulfate solutions, with concentrations of 4, 44, 50, and 60 grams per litre were used. Since the slag systems generally exhibit appropriate behaviour in the high level of substitution, slag substitution up to 80 percent is examined. A replacement rate of slag lower than 40 percent, due to the increase of deleterious phases such as monosulfate and ettringite, is not optimum, however, the function of the slag replacement rate above 60% is satisfactory. According to the type and volume of formed products in sulfate solutions, we can conclude that magnesium sulfate solution has higher deterioration effect. Generally, the results correspond to existing studies agree with the experimental results.
    Keywords: Sulfate attack, Modeling, Thermodynamic, Portland cement, Slag
  • Seyed Mohammad Farnam*, Freydoon Rezaie Pages 44-53
    In this research, the principles of fracture mechanics in concrete, pre-stressed mono block concrete sleeper of B70 is analyzed with numerical and experimental method. Plastic damage nonlinear analysis with Abaqus software and Replica test and image analysis are research methods in numerical and experimental study, respectively. To evaluate fracture mechanics parameters, a pre-stressed concrete sleeper with an initial crack length from 0 to 45 mm and crack width from 0 to 8 mm is being loaded under three-point bending test and has been modeled in FE software, simultaneously. In this study, strength decrease of notched sleeper is evaluated in initial and unstable crack. The results show that notch with small width (sharp notch) is caused strength decrease that it doesn’t show in the strength of materials design. As a result, the strength of materials design as long as responsive that there aren’t any fault or notch in the element. Also, for analysis and design of pre-stressed concrete element like sleeper, it needs accurate inspections about fault or notch existence to estimate capacity and life of sleeper with the fracture mechanics analysis together the strength of materials design.
    Keywords: The strength of materials design, the fracture mechanics analysis, pre-stressed concrete sleeper, strength decrease percent
  • S.R. Hoseini Vaez *, Mohammad Reza Rezaei Pages 54-75
    Optimum economic design is one of the main goals of civil engineering. Today, reinforced concrete the columns reinforced fibers called FRP fibers. The fiber is available in three types of carbon, glass, and aramid. In this study, the teaching and learning metaheuristic algorithm used to determine the dimensions of the column and steel bars, as well as the number of FRP layers needed for reinforcement. Considering the limitations and constraint that are intended for design, the algorithm determines the dimensions of the concrete cross-section and the bars, and then examines the cross-sectional strength and, if required for reinforcement, a number of FRP layers to reinforce the cross-sectional will use. The cost function includes the cost of concrete, reinforcing, and the FRP, which has been introduced as a target function. Design criteria and design constraints are implemented and formulated in accordance with the ACI 440-08 and ACI 318-14. Therefore, the set of target functions and constraints are related to each other so that the lowest cost based on the objective function is achieved by establishing all constraints (acceptable design) at a point called the optimal design. According to the results, using the dimensions of the column and number of bars represented by the algorithm, CFRP use is more cost effective.
    Keywords: FRP Fiber, carbon fiber, RC buildings, strengthen of columns, Optimization, TLBO algorithm
  • Mehdi Chini, Jafar Sobhani * Pages 79-88
    Recently, the electrochemical impedance spectrometry (EIS) has been found as a key method in the field of materials science and electrochemistry for determination of electrical behavior of concrete and especially the interfacial zone of steel-concrete layer. In this paper, EIS of reinforced concretes made with binary and ternary combination of zeolite and copper slag as supplementary cementitious material were examined in an experimental research. Moreover, equivalent electrical circuits fitted for evaluation of steel/concrete interface of such concretes. The results showed that zeolite and copper slag enhanced the durability properties of concrete including the water and chloride permeability indexes. Also, with aid of electrical models and determining the polarization resistance with stern- geary equation, it was found that these martials increased the polarization resistance leading to the decrease of corrosion rate up to 65%.
    Keywords: Natural zeolite, copper slag, electrochemical behavior, equivalent circuit, concrete durability
  • Mohammad Reza Nabizadeh Shahrbabak, Mostafa Khanzadi *, Seyyed Reza Bagheri, Valiollah Ghalehnovi Pages 89-98
    Nowadays, the use of waste materials and natural pozzolans in order to reduce costs as well as reduce or eliminate environmental problems has become one of the topics of interest to the majority of researchers. In addition to improvement of concrete properties and characteristics, usage of these waste materials also plays a great rule in sustainable development.
    In this study, the possibility of using zeolite as a natural pozzolan in SCC was evaluated. For this purpose, the effect of substitution of zeolites with different percentages on the properties of fresh concrete and hardened concrete compressive resistance was evaluated. The results showed that zeolite can improve the performance of SCC in the fresh state, increases the viscosity and stability of concrete and reduces segregation. While the zeolite reduces the strength of concrete at early ages, but in the ages of 28 and 90 days, resistance against the base concrete gets even more.
    Keywords: Pozzolanic SCC, Zeolite, Workability of self-compacting concrete, sustainable development
  • Amirreza Toghroli Pour *, Aliakbar Maghsoudi Pages 99-109
    In this paper, four short reinforced comcrete (RC) columns with circular section has been built at university lab that are classified in one group. The group consists of columns with stirrups along their height related to Iran Concrete Code (ABA). In this group, two columns consist of forge welded steel bars at mid-height and their bottom, and two others contain overlap spliced at the same locations. To record displacements, tension and strain of steel bars and concrete for ever step of uniaxial loading, different types of gauges has been installed at different places. For monitoring purpose, the gauges are connected to Data Logger and computer for further analysis. The results of monitoring and the theoretical works are shown that, specially in earthquake zones, overlap splice acts satisfactorily in compare to forge welded steel bars although, both methods of forge and splicing have same behavior in service loads.
    Keywords: Monitoring, RC columns, Overlap splice, forging, Uniaxial load