بررسي آزمايشگاهي و عددي تاثير الياف فولادي بر رفتار بتن اليافي تحت تنش چند ‌محوري

Experimental and numerical investigation of the effect of steel fiber on fiber reinforced concrete under multiaxial compression

بتن يكي از پركاربردترين مصالح ساختماني در جهان به شمار مي‌آيد و استفاده از بتن اليافي در سازه‌ها براي افزايش مقاومت كششي و بهبود رفتار آن، در دهه‌هاي اخير توسعه زيادي يافته است. براي بررسي عددي رفتار بتن اليافي، بايد معادلات ساختاري آن تعيين گردد. اين معادلات بايستي شامل روابطي جهت اعمال اثرات الياف در رفتار بتن اليافي باشد. در اين تحقيق، رفتار بتن‌هاي با الياف فولادي حاوي مقادير متفاوت الياف، تحت فشار سه‌محوري با مقادير فشار محصور‌كننده متفاوت، به دو صورت تجربي و عددي، بررسي مي‌شود. در آزمايش‌هاي سه‌محوري از سلول هوك استفاده مي‌گردد. در بررسي عددي، معادلات ساختاري با معيار گسيختگي پنج پارامتري ويليام- وارنكه ، تابع سخت‌شدگي و نرم‌شدگي ايزوتروپيك و پلاستيسيته غير‌همبسته استفاده شده و براي انتگرال‌گيري از معادلات ساختاري، روش انتگرال‌گيري گامك به‌كار مي‌رود. براي اعمال اثر الياف بر سطح تسليم، ضريبKt با استفاده از نتايج آزمايش‌هاي دومحوري روي نمونه‌هاي بتن با الياف فولادي تعيين مي‌شود. معادلات ساختاري با استفاده از سابروتين UMAT در نرم افزار ABAQUS كد‌نويسي شده و نمونه‌هاي آزمايشگاهي مدل‌سازي مي‌شوند. مقايسه نتايج به‌دست آمده از مدل‌سازي عددي به صورت منحني تنش-كرنش و مقاومت حداكثر نمونه‌هاي SFRC با نتايج آزمايشگاهي انطباق قابل قبولي را نشان مي‌دهد. در نهايت با توجه به انطباق نتايج عددي و آزمايشگاهي، نتيجه گرفته شد كه مي توان با اطمينان قابل قبولي از مدل عددي براي پيش بيني رفتار نمونه‌هاي SFRC استفاده كرد.

Concrete is one of the most widely used building materials in the world and the use of fiber-reinforced concrete (FRC) in structures to increase its tensile strength and improve its behavior has been extensively developed in recent decades. It is necessary to determine the constitutive equations of FRCs when the numerical investigation of their behavior is running. These equations should be including relations to handle the effect of steel fibers on the behavior of FRC. In this study, the behavior of FRCs with a different percent of steel fiber under triaxial compression, with different values of confining pressure, is experimentally and numerically investigated. Hoek cell is used in triaxial tests. In the numerical simulation, five-parametric constitutive equations with Willam-Warnke (W-W) failure criterion, isotropic hardening/softening function and non-associated plasticity were used and substepping integration method was carried out for integration of constitutive equations. For applying the effect of steel fibers on the failure surface, Kt coefficient was determined from the results of biaxial experimental tests on SFRCs. The constitutive equations are implemented with UMAT subroutine in ABAQUS and specimens are simulated in ABAQUS. By the comparison of the experimental (maximum strength) results and the numerical (stress-strain curve) results, an acceptable agreement was seen between them. Finally, based on the consistency between experimental and numerical results, it was concluded that the numerical model could be used, with enough confidence, to predict the behavior of SFRCs specimens.