تحليل عددي و آزمايشگاهي تيرهاي I- شكل سراسري پس‌كشيده (بدون پيوستگي) مقاوم‌سازي شده با الياف CFRP داراي اَبَر بتن خودتراكم

Numerical and Experimental Analysis of CFRP Strengthened Unbonded Post-tensioned Indeterminate I-Beams Consisting UHSSCC

پيش­تنيدگي اعضاي بتني، بمنظور غلبه بر ضعف ذاتي كششي بتن و با هدف به كارگيري كل ظرفيت فشاري بتن و بهبود شرايط بهره­برداري سازه معرفي شد. در چنين سازه­ هايي، نياز به بتن‌هاي با مقاومت بالاتر نسبت به سازه­هاي بتن­ آرمه، بدليل افت كمتر نيروي پيش­تنيدگي، تشخيص داده شده است. تحقيقات بسيار اندكي در مورد كاربرد اَبَربتن­ هاي خودتراكم (مقاومت فشاري بيش از 80 مگاپاسكال)، در چنين اعضايي در اختيار است. در تحقيق حاضر روش­هاي مدل­سازي عددي اجزا محدود، شامل فنر و فرمول­بندي تماس در اعضاي پس­كشيده با كابل بدون پيوستگي، مورد بررسي قرار گرفت. سپس در مقياس واقعي، تير I- شكل پس­كشيده، دو دهانه با يك عدد كابل بدون پيوستگي و خروج از مركزيت متغير داراي اَبَربتن خودتراكم مقاوم‌سازي شده با الياف CFRP در دو ناحيه ممان منفي و مثبت، ساخته و در حين آزمايش بارگذاري، بكمك انواع حسگرهاي نصب شده بر آن، پايش شد. مقايسه نتايج مدل­سازي عددي به روش فرمول­بندي تماس و پايش تير مزبور براي الگوي ترك­خوردگي و انواع شكل­پذيري­ها (كه در نواحي زلزله خيز حائز اهميت است)، مورد ارزيابي قرار گرفته و اين نتايج حاصل شد: با استفاده از مدل­سازي انجام شده و با مش بندي بهينه بدست آمده، آناليز حساسيت نسبت به زاويه اتساعانجام گرفت كه زاويه اتساع 36 درجه بهترين تطابق را براي نتايج عددي و آزمايشگاهي تير مزبور، بدست داد. عليرغم عدم پيوستگي تاندون در طول دو دهانه تير مقاوم‌سازي شده، الگوي ترك­خوردگي آزمايشگاهي و عددي در مراحل مختلف بار­گذاري تا مرحله تخريب عضو، از تطابق بسيار مطلوبي برخوردار است.

The prestressed concrete was first introduced to predominance the concrete tension weakness and use the concrete compressive capacity to improve the serviceability state of such members. In these members the need of utilization of concrete with higher strength due to their lower prestressed losses have been recognized. There are very little investigations on prestressed members consisting of ultra high strngthed concrete, UHSC (concret with a compressive strength higher than 80MPa). This has led to concrete constructions with posttensioned ultra-high strength self-consolidating concrete, UHSSCC, which is relatively new category of concrete. Over the last two decades, numerous studies (experimentally and theoretically) have been conducted on the behavior of simply-supported and continuous reinforced concrete (RC) beams, that were strengthened with fiber reinforced polymer (FRP) composites. This paper investigates the finite element methods for modeling the unbounded posttensioned concrete beams. This objective is achieved by conducting flexural testing of unbonded post-tensioned UHSSCC continuous (full scale) I-beam strengthened by carbon fiber reinforced polymer, CFRP sheets in sagging and hogging regions. The numerical results was compared with experimental results in terms of crack pattern and different ductility indexes (which are significant is seismic zones) and the following results were drawn: Considering the optimized mesh density and the sensitivity analysis to dilation angle, a dilation angle of 36 yielded the best results comparing the numerical and experimental results. Despite the the application of unbounded tendon along the two span of the beam, the numerical and experimental crack pattern at different load steps were reasonably matched.