اثر ترك بر باربري تراورس بتني پيش‌تنيده B70 با استفاده از تحليل مكانيك شكست

Crack effect on pre-stressed concrete sleeper B70 with fracture mechanics analysis

در اين پژوهش با تكيه بر اصول مكانيك شكست در بتن مسلح، رفتار شكست در تراورس بتني پيش‌تنيده B70 به روش عددي و آزمايشگاهي تحليل شده است. در بخش عددي اين پژوهش، مدل غيرخطي خرابي پلاستيك با استفاده از نرم‌افزار Abaqus و در بخش آزمايشگاهي، روش‌هاي رپليكاگيري و تحليل عكس استفاده شده است. تراورس‌ها با طول پيش‌ترك از صفر تا 45 ميلي‌متر و عرض پيش‌ترك از صفر تا 8 ميلي‌متر تحت بار سه نقطه‌اي لنگر خمشي منفي وسط دهانه قرار گرفته‌اند. در اين پژوهش ميزان كاهش مقاومت قطعه‌ي تراورس پيش‌ترك‌دار در ايجاد ترك و ناپايداري ترك (شكست) برآورد است. نتايج نشان مي‌دهند كه وجود پيش‌ ترك آن‌هم با عرض‌هاي بسيار كوچك باعث كاهش مقاومت‌هاي بسيار زياد در نتايج آزمايش‌هاي 28 روزه تراورس مي‌شوند كه در طرح‌هاي مقاومت‌مصالحي اصلا ديده نشده است. در نتيجه طرح مقاومت مصالحي موجود براي طراحي قطعه‌ي تراورس تا زماني پاسخ‌گو است كه هيچ آسيب يا پيش‌تركي در قطعه وجود نداشته باشد. همچنين به نظر مي‌رسد براي تحليل و طراحي يك قطعه‌ي بتن پيش‌تنيده‌اي مانند تراورس احتياج به بازرسي‌هاي دقيق در مورد وجود عيب در آن وجود دارد تا در صورت نياز با تحليل مكانيك شكست به‌همراه تحليل مقاومت مصالحي ظرفيت قطعه و به‌طبع آن عمر قطعه تخمين زده شود.

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. كليدواژه‌ها [English]