ارزيابي عددي رفتار شكست تيرهاي شكافدار بتني مقاوم شده با ورق CFRP

Numerical analysis of Fracture behavior of CFRP Sheet–Strengthened notched Concrete Beams

از آنجا كه پارامترهاي مؤثر بر نحوه تقويت تيرهاي ترك خورده و رفتار شكست آن‌ها پس از مقاوم سازي از اهميت بسزايي برخوردار مي-باشد، اين تحقيق به بررسي عددي رفتار شكست تيرهاي بتي ترك خورده كه با ورقCFRP مقاوم سازي شده اند، اختصاص يافته است. تيرهاي مورد بررسي داراي ترك اوليه در وسط دهانه مي‌باشند و با يك لايه CFRP در زير تير تقويت شده‌اند. با استفاده از روش عددي اجزاي محدود و تحليل استاتيكي غير خطي، ظرفيت باربري نمونه‌ها، جداشدگي ورق، رشد و بازشدگي دهانه ترك مورد ارزيابي قرار گرفته است. ابتدا مدل عددي صحت سنجي شده كه جهت ارزيابي صحت مدلسازي، نتايج حاصل با داده‌هاي بدست آمده از كار آزمايشگاهي موجود، مقايسه گرديد و پس از اطمينان از درستي مدلسازي، اثر تغيير پارامترهاي مختلف از جمله ضخامت ورق، مشخصات مكانيكي بتن، طول ترك اوليه و مقاومت چسب، بر رفتار شكست مورد بررسي قرارگرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه نمودارهاي بار-بازشدگي دهانه ترك داراي دو نقطه حداكثر بار مي‌باشند كه نقطه حداكثر اول و دوم با افزايش مقاومت بتن، مقاومت چسب و ضخامت ورق، بيشتر شده و در اثر افزايش طول ترك اوليه، نقطه حداكثر اول كاهش مي‌يابد در حالي كه نقطه حداكثر دوم تقريباً بدون تغيير باقي مي‌ماند.

The serviceability and safety of building and bridge structures may gradually degrade due to long term use, natural environmental deterioration, poor initial design and/or construction, increased design loads, extreme events such as earthquakes, and/or lack of maintenance. It is needed to use materials that are not susceptible to the same causes that trigged the deterioration in the first instance. Since the rebuilding of old infrastructure is very expensive and time consuming, cost-efficient and durable techniques of strengthening/rehabilitating are needed. There is a growing interest in the use of Fiber Reinforced Polymer (FRP) composite materials for the strengthening and retrofitting of concrete beams. Also it is too important to know the influence of effective parameters on the fractural behavior and strengthening of cracked concrete beams, so the present study is dedicated to numerical analysis of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheet-strengthened notched concrete beams. The bearing capacity, CFRP debonding and crack mouth opening displacement (CMOD) of notched beams were evaluated with nonlinear finite element method. Numerical results have been compared with experimental results of other researches. After validation the numerical modeling of CFRP plated notched beams, parametric studies reveal quantitatively the effects of various factors such as; thickness of CFRP sheet, compressive strength of concrete, initial crack length and interfacial bond strength on the CMOD curve of mentioned beam, which is found to be characterized by two peak loads. The first and second peak loads increase with the increase in concrete strength, the thickness of CFRP sheet and the interfacial bond strength. It is also found that increasing the initial crack length decreases the first peak load but no exerts on the second peak load.