پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

بررسی اثر الیاف میکرو و ماکرو بر پارامتر چقرمگی شکست بتن در نمونه‌های تیر خمشی شیاردار در وضعیت‌های بارگذاری متقارن، پادمتقارن و ترکیبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه راه و ترابری- عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
2 دانش آموخته کارشناسی ارشد، گروه عمران، دانشکده فنی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران
3 استادیار، گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه هرمزگان، ایران
چکیده
در طول چند دهه‌ی گذشته، انواع مختلفی از الیاف به صورت وسیع، جهت مسلح کردن بتن مورد استفاده قرار گرفته‌اند. با توجه به خواص بتن مسلح شده الیافی، تولید و کاربرد الیاف در کشورهای صنعتی جهان از طیف وسیعی برخوردار شده و در حال حاضر انواع الیاف با مشخصات فنی و موارد کاربرد گوناگون به‌صورت صنعتی تولید انبوه می‌گردد. با درنظر گیری ضرورت توسعه تولید و استفاده از تکنولوژی بتن الیافی، در تحقیق حاضر با توجه به تنوع الیاف از لحاظ جنس، شکل، اندازه و ... به بررسی تاثیر الیاف فلزی و مصنوعی (پلی‌پروپیلن) به صورت میکرو و ماکرو، به یکی از مهم‌ترین پارامتر‌های شکست بتن یعنی چقرمگی شکست در نمونه‌های تیر خمشی شیاردار در ابعاد 100میلی‌متر در 100میلی‌متر در 500میلی‌متر در وضعیت‌های بارگذاری به‌صورت متقارن (I)، پادمتقارن (II) و نیز حالت ترکیبی (I/II) به صورت متقارن-پادمتقارن پرداخته‌شد. همچنین با توجه به عملکرد مطلوب الیاف میکرو بر افزایش مدول گسیختگی بتن و همچنین عملکرد مطلوب الیاف ماکرو در بهبود شکل پذیری و افزایش قدرت باربری بتن در ناحیه پس-ترک‌خوردگی بتن، با استفاده همزمان از این دو نوع الیاف اثر برهم نهی آنها بر مشخصات شکست بتن در مودهای مختلف بارگذاری (مود کششی، مود برشی و مود ترکیبی) مورد ارزیابی قرار‌گرفت. ازین‌رو با استفاده از الیاف‌های فلزی و مصنوعی به صورت میکرو و ماکرو با درصدهای حجمی به ترتیب 0.2 درصد و 0.5 درصد، به بررسی احتمال شکست نمونه‌ها پرداخته‌شد. با استفاده از توزیع آماری دو‌پارامتری ویبول مشاهده گردید که استفاده از الیاف هم به صورت میکرو و هم به صورت ماکرو اثر مطلوبی در احتمال شکست نمونه‌ها بر اساس چقرمگی شکست بدست آمده‌ی آزمایشگاهی نمونه‌ها دارد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigating the Effect of Micro and Macro Fibers on the Fracture toughness of Concrete in Notched Bending Beam Specimens under Symmetric, Ant Symmetric and Combined Loading Conditions

نویسندگان English

Behrooz Shirgir 1
Hamid Gorji 2
Hamed Rooholamini 3
1 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Engineering Faculty, Kharazmi, Tehran, Iran.
2 M.Sc., Grad., Department of Civil Engineering, Engineering Faculty, Kharazmi, Tehran, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Hormozghan University, Hormozghan, Iran.
چکیده English

During the last few decades, various types of fibers have been widely used to reinforce concrete. Considering the properties of fiber-reinforced concrete, the production and use of fibers in the industrialized countries of the world have a wide range, and currently all types of fibers with technical specifications and various applications are mass-produced industrial. Considering the need to develop the production and use of fiber concrete technology. In this research, considering the variety of fibers in terms of material, shape, size, etc., to investigate the effect of metal and synthetic fibers (polypropylene) in micro and macro form, to one of the most important fracture parameters of concrete, i.e., fracture toughness, was studied in 100 mm x 100 mm x 500 mm Single-Edge Notched Bending (SENB) beam samples under symmetrical (I), antisymmetric (II) and combined (I/II) loading conditions. Also, considering the favorable performance of micro fibers on increasing the modulus of rupture of concrete and also the desired performance of macro fibers in improving the concrete rupture module and increasing the bearing capacity of concrete in the post-cracking area of concrete, by using these two types of fibers simultaneously, their superposition effect on the characteristics concrete failure was evaluated in different loading modes (tensile mode, shear mode and combined mode). To analyze the failure probability of the samples, we used metal and synthetic fibers in micro and macro form, with volume percentages of 0.2% and 0.5%, respectively. Using two-parameter Weibull statistical distribution, it was observed that the use of fibers in both micro and macro form has a agreeable effect on the probability of failure of the samples based on the fracture toughness of the samples obtained in the laboratory.

کلیدواژه‌ها English

Polypropylene Fibers
Steel Fibers
Synthetic Fibers
Two-Parameter Weibull Statistical Distribution
Fracture Mechanics
-Al. B. e., (1990). Micro-Reinforced Cementitious Materials, Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol. 211, Boston.
-Al. S. e., (1997). Optimization of fracture mechanical behavior of low content hybrid fibre reinforced concrete, Technical Report. (Faculty of Civil Engineering, Section of Mechanics and Structures, Delft University of Technology).
-Aliha, (2015). Determination of mode III fracture toughness for different materials using a new designed test configuration.
-Aliha, (2015). Numerical analysis of a new mixed mode I/III fracture test specimen.
-Aliha, (2018). Fracture study of concrete composites with synthetic fibers additive under modes I and III using ENDB specimen. Construction and Building Materials.
-Anderson, (2005). Fracture mechanics: fundamentals and applications. International Standard Book No.13. 978-1-4200-5821-5.
-Bentur, (2007). Fibre Reinforced Cementitious Composites. Modern Concrete Technology Series, Department of Civil Engineering.
-Brandt, A., (2008). Fibre reinforced cement-based (FRC) composites after over 40 years of development in building and civil engineering. Composite Structures, 86(1), 3-9.
-De Oliveira LAP, C. G. J., (2011). Physical and mechanical behaviour of recycled PET fibre reinforced mortar. Constr Build Mater; 25(4), 1712–1717.
-Hasan, M., (2011). An experimental investigation on mechanical behavior of macro synthetic fibre reinforced concrete. Int J Civil Environ Eng IJCEE-IJENS, 11(03),18–23.
-Hsie, e. a. (2008). Mechanical properties of polypropylene hybrid fiber-reinforced concrete.
-Huang, Y. H., (2004). Pavement Analysis and Design.
-Mojiri, (2010). Numerical Analysis of CohesiveCrack Growth Using ExtendedFinite Element Method (X-FEM). Engineering Fracture Machines.
-Rooholamini, H., (2022). Numerical and experimental study on the fracture properties of concrete in mode I/II using four point bending specimen.
-Soroushian P, P. J., (2003). Assessment of reinforcing effects of recycled plastic and paper in concrete. ACI Mater J. 100(3), 203–207.
-Wallin, (1984). The scatter in KIC-results. Eng. Fract. Mech. 19, 1085–1093.
-Yin, S. e., (2015). Use of macro plastic fibres in concrete. a review. Construction and Building Materials, 93, 180-188.