فهرست مطالب

مصالح و سازه های بتنی - پیاپی 2 (پاییز و زمستان 1395)

نشریه مصالح و سازه های بتنی
پیاپی 2 (پاییز و زمستان 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/12/18
  • تعداد عناوین: 8
|
  • مقاله پژوهشی
  • محمدکاظم شربتدار، مهدی علیزاده نوذری صفحات 5-18
    در مطالعه ی حاضر، یک روش مقاوم سازی براساس مدفون کردن نوارهای پلیمری کربنی چسبیده در نزدیک سطح در پوشش بتن به منظور بهبود ظرفیت خمشی ستون ها ناشی از بارهای جانبی رفت و برگشتی استفاده شده است. در این روش، از بروز پدیده جدا شدن جلوگیری شده که قادر به استفاده از ظرفیت کامل نوار است و همچنین حفاظت بالاتر در برابر آتش سوزی فراهم می شود. از روش المان محدود جهت مشاهده و بررسی رفتار خمشی ستون بتنی تقویت شده با روش نزدیک سطح استفاده شده است. بدین منظور از مدل های رفتاری بتن و فولاد چند خطی در نرم افزار اپنسیس استفاده شدند و پس از اعتبارسنجی، نتیجه ی مدل سازی با نتایج تجربی آزمایشگاهی تطبیق بسیار خوبی داشتند. پارامترهای مدل سازی مانند قطر میلگرد مدفون ، مقاومت فشاری بتن و تعداد نوارهای پلیمری در ساخت مدل های عددی در نظر گرفته شدند. نتایج حاصل از تحلیل نمونه های تقویت شده تحت بارگذاری چرخه ای جانبی نشان داد که افزایش قابل توجهی در ظرفیت باربری ستون ها با استفاده از روش بکاربردن المان در نزدیک سطح در حالت های مختلف بدست می آید. نتایج عددی با نتایج مطالعه تحلیلی براساس سازگاری کرنش مقایسه شد که تطبیق قابل قبولی بین دو نتایج مشاهده شد.
    کلیدواژگان: روش نزدیک سطح، ستون بتن مسلح، الیاف پلیمری کربن، ظرفیت خمشی
  • علی حیدری، شیوا توکلی، داود توکلی صفحات 19-33
    قاب های میان پر باعث افزایش چشمگیر سختی، مقاومت و همچنین تغییر در شکل پذیری سازه نسبت به سازه بدون میانقاب می شوند. در نتیجه موجب تغییر در پاسخ لرزه ای اینگونه سازه ها می شوند. با این وجود هنوز در کشور ما عملا توجه چندانی به تاثیر میانقاب ها بر روی رفتار لرزه ای سازه ها نمی شود و معمولا سازه ها بدون در نظر گرفتن اثرات میانقاب ها بر رفتار لرزه ای آن ها طراحی می شوند. دلیل این امر را می توان نبود ضوابط آئین نامه ای لازم و همچنین عدم شناخت اکثر مهندسین از نحوه اثرگذاری مزبور دانست. در این تحقیق برای ارزیابی دقیق رفتار ساختمآن های با قاب بتنی و میانقاب بنایی به بررسی اثر ضخامت میانقاب (با مدلسازی پنج تیپ نمونه با ضخامت بین 200 تا 310 میلیمتر)، تعداد دهانه و طبقات دارای میانقاب (با مدلسازی هفت تیپ نمونه مختلف) بر میزان سختی اولیه، مقاومت نهایی دیوار، مود خرابی، تنش های حداکثر در دیوار و زمان تناوب پرداخته شده است. نتایج این مدل ها با یکدیگر مقایسه شده و بصورت جداول و نمودارهایی نشان داده شده است. در مقایسه مدل ها با یکدیگر ملاحظه می گردد که درسازه های دارای میانقاب پریودکاهش یافته است. بنابراین سازه های دارای میانقاب دارای سختی بیشتری نسبت به سازه بدون میانقاب هستند. بعلاوه با افزایش ضخامت، اندکی مقاومت سازه و ظرفیت باربری سازه افزایش می یابد.
    کلیدواژگان: میانقاب مصالح بنایی، زمان تناوب، قاب خمشی، روش اجزاء محدود
  • هادی حائری، وهاب سرفرازی، علیرضا خالو، محسن فرازمند صفحات 34-46
    در این مقاله با استفاده از کد جریان ذره دو بعدی و تست های آزمایشگاهی چقرمگی مود بازشونده ترک در بتن توسط آزمایش دیسک برزیلی درزه دار تعیین و نتایج مدلسازی و یافته های آزمایشگاهی مقایسه شدند. به این منظور دو نمونه دیسکی بتنی به قطر mm 54 و ضخامت mm 27 آماده شد. این نمونه دارای یک درزه مرکزی به طول mm 20 و بازشدگی mm 1 است. نمونه ها از ترکیب آب، شن ریزدانه و سیمان با نسبت 1-5/0-1ساخته می شود. نمونه دیسکی شکل تحت بارمحوری قرار می گیرد. شبیه سازی عددی توسط کد جریان ذره دوبعدی نیز برای اعتبار سنجی نتایج آزمایشگاهی انجام شد. نتایج نشان می دهد که ترک از نوک درزه ایجاد شده و به موازات بارگذاری رشد کرده و به لبه نمونه متصل می شود. این الگوی رشد ترک در تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی است. چقرمگی شکست بدست آمده از دو روش آزمایشگاهی و عددی نیز با یکدیگر مشابه هستند.
    کلیدواژگان: چقرمگی شکست مود بازشونده، دیسک برزیلی شیاردار، کد جریان ذره
  • حسین نادرپور، پویان فخاریان، امیرحسین رفیعیان، احسان یورتچی صفحات 47-59
    امروزه مواد پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) به عنوان یکی از سیستم های بهسازی رایج در سازه های موجود در نظر گرفته شده است. در مواردی مانند ناسازگاری این مصالح با ساختمان های تاریخی و میراث فرهنگی که در آن ها مصالحی نظیر FRP محدودیت هایی از خود بروز می دهند، نسل جدیدی از الیاف تقویت کننده ابداع شده است. پژوهشگران مصالح تقویت شده با الیاف (FRM) را به عنوان تقویت کننده های خارجی مورد بررسی قرار داده اند. یکی از مطلوب ترین کاربردهای این دسته از مصالح، به تقویت مقاومت برشی درون صفحه ای دیوارهای بنایی مربوط می شود. این تحقیق قصد دارد تا با مطالعه فرآیند و مکانیزم این مصالح، با استفاده از روش محاسبات نرم ANN-GMDH و با 48 داده آزمایشگاهی که بر روی دیوار بنایی مسلح شده با مصالح FRM کار شده است، رابطه ای را برای تخمین ظرفیت برشی این نوع دیوارها ارائه دهد. مدل پیشنهادی دارای ضریب همبستگی 0.95 است که نشان دهنده کارایی بالای مدل ارائه شده است.
    کلیدواژگان: دیوار برشی بنایی، ANN-GMDH، FRM، مقاومت برشی
  • محمد اسمعیل نیا عمران، سمیه ملایی صفحات 60-72
    امروزه انفجار در مراکز شهرها و مناطق مسکونی خطری است که تمام ساختمان ها را تهدید می کند. انفجار در داخل و یا در نزدیکی ساختمان می تواند منجر به آسیب دیدگی ناگهانی قاب های ساختمانی شود. تحلیل و طراحی سازه ها تحت بارهای انفجاری نیازمند درک دقیق پاسخ دینامیکی اعضا و سیستم های سازه ای تحت این بارگذاری است. در این مقاله، پاسخ قاب های خمشی بتن مسلح 1 تا 3 طبقه تحت بارگذاری جانبی انفجار مورد مطالعه قرار گرفته و با سیستم دیوار برشی مقایسه شده است. جابجایی، تنش، نحوه ی آسیب دیدگی و انرژی کرنشی در دو سیستم تحت بارگذاری انفجار با یکدیگر مقایسه شده است. مطابق با مهم ترین نتایج حاصل، آسیب پذیرترین نقاط قاب های خمشی تحت بار انفجار ستون ها و اتصالات طبقه همکف می باشد. در سیستم دیوار برشی، آسیب ها در تیرها، ستون ها، اتصالات و هم چنین دیوار برشی توزیع شده است. هم چنین، میزان جذب انرژی در سیستم دیوار برشی نسبت به قاب مشابه با سیستم قاب خمشی، بالاتر است. البته برای تصمیم گیری قطعی در این مورد و بررسی تخریب پیش رونده باید قاب های ساختمانی به صورت 3 بعدی (در هر 2 جهت) و با درنظر گرفتن دیوارهای پرکننده در قاب مدل سازی گردد.
    کلیدواژگان: بار انفجار، قاب بتن مسلح، دیوار برشی، روش اجزای محدود
  • میلاد بادران، حمید وارسته پور صفحات 73-82
    اتصال پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP)توسط چسب اپوکسی به عنوان یک تکنولوژی مقاوم سازی پیشرفته برای تعمیر و تقویت سازه های بتن آرمه پدید آمده است. اگرچه اتصال ورق های FRP توسط لایه چسب دارای مزایای بسیاری است اما بیشتر حالات گسیختگی تیرهای تقویت شده با این روش به صورت ترد و با کمی (یا بدون نشانه) رخ می دهد که به این پدیده گسیختگی زودرس می گویند. شایع ترین حالت این گسیختگی های زودرس (DEBONDING)شکافته شدن پوشش بتن و جداشدگی سطح مشترک بتن و صفحه تقویتی گزارش شده اند. در این تحقیق تیرهای بتنی علاوه بر تقویت به روش کلاسیک (تقویت توسط الیاف فقط زیر تیر بصورت یکسره) با الیاف CFRP و همچنین تقویت به روشL شکل (تقویت توسط الیاف که قسمتی زیر تیر و ادامه آن بصورت اورلب در کناره های تیر) با الیافCFRP وGFRP ، تحت آزمایش خمش چهار نقطه ای قرار گرفتند که منجر به تعویق این پدیده در تیرهای تقویت شده به روش Lشکل نسبت به روش کلاسیک شد.
    کلیدواژگان: الیاف مسلح شده، جداشدگی زودرس، تقویت خمشی تیر بتن آرمه
  • حسین اینانلو عربی شاد، فرهنگ سرشکی، محمد عطایی، سعید بزرگمهر، لیلا اکبری نسب صفحات 83-102
    بتن خود تراکم، بتنی است که بدون اعمال هیچگونه انرژی خارجی و تحت اثر وزن خود متراکم می گردد. این بتن که ماده ای بسیار سیال و روان و مخلوطی همگن است، بررسی اثر موادمعدنی بر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی بتن خود تراکم به عنوان یکی از موارد با اهمیت در سال های اخیر مورد مطالعه قرار گرفته شده است. از آنجایی که کشور ایران دارای مناطق فراوانی از ذخایر عظیم سنگ آهن است، بنابراین در این تحقیق خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و خصوصیات شکست بتن خود تراکم حاوی مگنتیت مورد مطالعه قرار گرفت. در این مطالعه از ذرات مگنتیت با اندازه 0 تا 2 میلی متر به میزان 2، 5 و 10 درصد وزنی سیمان به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی، فیزیکی،نحوه و پارامترهای موثر بر شکست بتن خود تراکم استفاده شد. آزمایش های مقاومت فشاری ، مقاومت کششی، مقاومت خمشی و سرعت انتشار امواج اولتراسونیک برای بررسی خصوصیات مکانیکی نمونه ها مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش درصد مگنتیت، خصوصیات مکانیکی و فیزیکی بتن خود تراکم در سنین پایین کاهش می یابد ولی با افزایش سن نمونه ها این خصوصیات جبران خواهد شد. همچنین خصوصیات مکانیکی نمونه ها در مقدار 2 درصد تفاوت چندانی با نمونه های شاهد فاقد مگنتیت نشان نمی داد. در بررسی خصوصیات شکست بتن خود تراکم مشخص شد که با افزایش درصد مگنتیت شکست های فرادانه ای کاهش و شکست های بین دانه ای و درون دانه ای به دلیل کاهش چسبندگی سیمان و دانه های مصالح و موجب افزایش تخلخل و به دنبال آن سبب کاهش جذب آب می شود.
    کلیدواژگان: پودر مگنتیت، خواص مکانیکی بتن خود تراکم، خصوصیات شکست
  • محمدرضا آرم، حسنا نوروزبیگی صفحات 103-121
    در سالهای اخیر استفاده از مواد کامپوزیت در صنایع و رشته های مختلف توسعه یافته است. یکی از زمینه های جدید و پر کاربرد در مهندسی عمران، استفاده از مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) به منظور تقویت و بهسازی سازه های بتن مسلح می باشد. مقاوم سازی سازه های بتن مسلح توسط این مواد با هدف افزایش مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت خمشی صورت می گیرد.
    در این مقاله، دو ستون مربعی شکل بتن مسلح محصور نشده و محصور شده با کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) توسط نرم افزار اجزای محدود ABAQUS مدلسازی شده اند و تحت بار محوری ثابت و بار جانبی رفت و برگشتی قرار گرفته اند. به منظور بررسی صحت مدلسازی، نتایج حاصل از مدلسازی ها با نتایج بدست آمده از آزمایشهای تجربی و همچنین روابط آیین نامه ای مقایسه شده و تطابق بسیار خوب بین نتایج بدست آمده است.
    مقاوم سازی ستون با نوارهای FRP تاثیر قابل توجهی در کاهش مقدار تغییر مکان ستون، در راستای جانبی و طولی در محل مفصل خمیری، به میزان 50 درصد و افزایش ظرفیت خمشی مقطع تا 5 برابر داشته است. همچنین به سازی با این نوارها منجر به افزایش مقاومت فشاری ستون به میزان 30 درصد و افزایش ظرفیت چرخشی در محل اتصالات تا 6 برابر شده است.
    مطابق با نتایج حاصله، تقویت ستون ها به این روش منجر به تغییر مود گسیختگی ستون از مود برشی زودرس به مود خمشی، کاهش تغییر مکان ستون در راستای طولی و جانبی در محل تشکیل مفصل خمیری، افزایش ظرفیت خمشی مقطع، افزایش شکل پذیری ستون، افزایش مقاومت فشاری و کرنش محوری ستون، افزایش ظرفیت چرخشی در محل اتصالات می گردد. همچنین به منظور جلوگیری از مصرف غیر ضروری این مواد کامپوزیت توصیه می شود کاربرد آن در ناحیه مفصل پلاستیک ستون بهینه تر باشد.
    کلیدواژگان: به سازی لرزه ای، FRP، محصور شدگی، ستون بتن مسلح، الیاف کربن، بار رفت و برگشتی
|
  • Mehdi Alizadenozari Pages 5-18
    In this paper, a strengthening method based on embedded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) strips in near surface on concrete cover was applied for improving flexural capacity of reinforced concrete columns with low strength compressive concrete subjected lateral cyclic loads. The debonding phenomena is prevented in this suggested method and the strip capacity is completely used and there is more protection against fire. In order to investigate the flexural behavior of near surface mounted (NSM) strengthened RC columns, a finite element method is sued. poly-linear behavior of concrete and steel was used. There was good similarity between finite element and experimental results that indicates suggested model was calibrated. The new models consisting of different variables such as embedded steel bar diameter, concrete strength, and the numbers of CFRP strips were considered. The test results show that by using the NSM technique, the flexural strength and lateral load capacity of the columns increase significantly. The numerical results were also compared with the results obtained from the analytical study that was conducted based on strain compatibility. A good agreement between analytical and experimental results was observed.
    Keywords: NSM method, RC column, Carbon fiber reinforced polymer, OpenSess, Flexural capacity
  • Ali Heidari, Shiva Tavakoli, Davoud Tavakoli Pages 19-33
    Infilled frames significantly increase the stiffness, strength, and also change in ductility of structures compared to non-infill structures. Therefore, they cause changes in the seismic response of these structures. However, in our country, not enough attention is paid to the effect of infill on the seismic behavior of structures yet. So, structures are usually designed without considering the effects of infill on their seismic behavior. The reason could be the absence of the required procedural rules and also a lack of knowledge about the mentioned effect. In this study, for conducting a detailed assessment of the behavior of buildings with concrete frame and masonry infill, we studied the effect of infill thickness (by modeling of five types of samples with thicknesses of 200 to 310 mm), the number of spans and floors (by modeling of seven types of different samples) on the amount of initial stiffness, ultimate strength of the wall, mode of failure, and the maximum stresses in the wall. The results of these models are compared and shown in the tables and graphs. These comparisons show that the period is reduced to structures with infill. Therefore, structures with infill have a higher stiffness compared to non-infill structures. Moreover, by increasing the thickness, the strength and the bearing capacity of the structure will slightly increase.
    Keywords: Masonry Infill, Period, Flexural Frame, Finite element method
  • Hadi Haeri, Vahab Sarfarazi, Alireza Khaloo, Mohsen Farazmand Pages 34-46
    In this paper, a simultaneous experimental and numerical analysis of opening mode toughness in The Pre-joined Brazilian disc using Brazilian tests are carried out. These numerical results are compared with the existing experimental results. For this purpose, two concrete disc specimens of 54 mm diameter and 27 mm thick were prepared. These specimens have a central joint of 20 mm in length and an opening in mm 1. Specimens are made from a mixture of water, fine sand, and cement with a ratio of 1-5 / 0-1. The same specimens are numerically simulated by a two-dimensional particle flow code (PFC).The results indicate that the crack formed from the tip of the joint and grows parallel to the load and connects to the edge of the specimen. The Fracture toughness obtained from the numerical method is in good agreement with experimental results.
    Keywords: Opening-Mode Fracture Toughness, Pre-Cracked Brazilian disk, Code Particle Flow (PFC)
  • Hosein Naderpour, Pouyan Fakharian, Amir Hossein Rafiean, Ehsan Yourtchi Pages 47-59
    Fiber reinforced polymers (FRP) are one of the most commonly used materials for rehabilitation and retrofit of structures. In some cases like the improvement of ancient buildings, these materials do not play a good role and show some defect in their performance. Fiber Reinforced Mortars (FRM) is a new generation of reinforcing materials is invented as external structural and seismic reinforcement. One of the most desirable functions of this type of materials is related to the in-plane shear strength of masonry walls. This paper aims to propose a formula for estimating the shear strength capacity of this kind of walls by using computational intelligence methods, ANN-GMDH was used for this purpose. This approach used 48 experimental dataset results to propose a model to be able to predict the shear strength of FRM strengthened masonry. The proposed model has a correlation coefficient of 0.95, which represents the high efficiency of the model.
    Keywords: Masonry shear wall, ANN-GMDH, FRM, Shear Strength
  • Mohammad Esmaeilnia Omran, Somayeh Mollaei Pages 60-72
    Nowadays explosion in city centers and residential building areas is a dangerous threat to all buildings. Bomb explosion within or nearby a building can cause catastrophic damage to the buildings external and internal structural frames. The analysis and design of structures subjected to blast loads require a detailed understanding of blast phenomenon and the dynamic response of various structural elements subjected to blast loads. Comparison between response and behavior of reinforced concrete frame and shear wall systems under blast loading is rare in literature. In this paper, response of the RC frames subjected to lateral blast loads is investigated using explicit finite element (ABAQUS). This paper also examines the response of RC moment frames subjected to lateral blast loads and compares it with concrete shear wall system. A nonlinear finite element program is used to model 1 to 3 stories RC moment frames and concrete shear walls. In this study, displacement, stress, damage type and strain energy in the models under blast loading are compared. According to the main results, damage pattern of moment frames is concentrated in base columns and beam to column joints. In the shear wall models damage is distributed through beams, columns, joints and shear walls. Also, energy absorption in shear wall system is much more than moment frame.
    Keywords: Blast load, Reinforced concrete frame, Shear wall, Finite element method
  • Milad Baderan, Hamid Varaste Poor Pages 73-82
    attachment fiber reinforcd polymers (FRP) with epoxy has emerged as an advanced reinforcement technology for repairing and reinforcing concrete structures. Although the bonding of FRP layers with epoxy has many advantages,but most of the rupture modes of the reinforced beams occur with this method in a crisp way (or without a sign), which is called a premature rupture. The most prevalent condition of these premature rupture (DEBONDING) is the breakdown of concrete cover and the joint detachment of concrete and reinforcement layers.
    In this research, concrete beams, in addition to the reinforcement of the classical method (reinforced solely by the fibers under the beam as a whole) with CFRP fibers, as well as L-shaped reinforcement (strengthened by fibers at the bottom of the beams and continued to the edges of the beam) with CFRP fibers And GFRP, were subjected to a four-point bending test, which delayed this phenomenon in L-shaped reinforced beams compared to the classical method.
    Keywords: DEBONDING, CFRP, GFRP
  • Saeed Bozorgmehr Pages 83-102
    Self-compacting concrete is a concrete that compresses without applying any external energy under its own weight. This concrete, which is a very fluid and fluid mixture, has been studied in recent years to study the effect of minerals on the physical and mechanical properties of self-compacting concrete.Since the country has vast areas of large reserves of iron ore, so in this study, the physical, mechanical and concrete properties of self-compacting magnetite density were studied.In this study, 2, 5 and 10 wt% cement magnetite particles with size 0 to 2 mm were used to determine the mechanical, physical, behavioral and effective parameters of self-compacting concrete. The compressive strength tests, tensile strength, flexural strength and ultrasonic emission velocity were used to study the mechanical properties of the samples.The results showed that with increasing magnetite percentage, the mechanical and physical properties of self-compacting concrete decreased in the early ages, but with the age of the samples, these properties would be compensated. Also, the mechanical properties of the specimens in the 2% difference were not significantly different with the control samples without magnetite.In studying the properties of self-compacting concrete, it was determined that with increasing magnetite percentage, the loss of metadata fractures and the loss of biodiversity and inundations due to reduced adhesion of cement and aggregates and increased porosity and subsequently reduced water absorption.
    Keywords: Magnetite, mechanical properties of self-compacting concrete, fracture properties
  • Mohammad Reza Aram, Hosna Noroozbeigy Pages 103-121
    In recent years the use of composite materials in various industries has been developed. A new and useful field in civil engineering is to apply of fiber reinforced polymer composite materials for strengthening and retrofitting of the reinforced concrete structures. Retrofitting of reinforced concrete columns by these materials causes to increase strength, ductility and flexural capacity. In this paper, both unconfined and confined concrete columns with composite carbon fiber reinforced polymer (CFRP) have been modeled by ABAQUS finite element software under constant axial loading and cyclic lateral loading.The FE results have been compared with the experimental results and analytical equations and a very good correlation has been obtained. Retroffited columns in this way resulted in a change in early shear mode to the flexural mode, reducing of column displacement in longitudinal and lateral directions in the plastic hinge region of the column, increasing of flexural capacity, increasing of ductility, increasing of axial compressive strength, increasing of column axial strain and increasing of rotational capacity at the joints.
    Keywords: Seismic Retrofitting, FRP, Confinement, Reinforced Concrete Columns, Carbon Fiber, Cyclic Loading