مطالعه تأثير نوع و ميزان الياف فولادي و قطر پرتابه بر رفتار ضربه اي UHPSFRC

Study of Effects of Type and Amount of Steel Fibers and Diameter of Projectile on Behavior of UHPSFRC

بسياري از سازه ها در معرض بارهاي حاصل از ضربه و نفوذ پرتابه ها) كه مي تواند ناشي از تهديدات تصادفي، نظامي و يا خرابكارانه باشند)، قرار دارند. بنابراين بررسي و مطالعه رفتار و آسيب پذيري مصالح و اعضاي سازه اي و غيرسازه اي در مقابل اين نوع بار و همچنين تهيه مصالحي با رفتار بهتر و آسيب پذيري كمتر، از اهميت بسزايي برخوردار است. بتن فوق توانمند مسلح با الياف فولادي، از جمله مصالحي است كه مي تواند رفتار بسيار مناسب تري را نسبت به بتن معمولي در مقابل اين نوع بار داشته باشد و از عوامل اصلي و بسيار تاثيرگذار در آن نيز مي توان به مشخصات و ميزان الياف مسلح كننده اشاره نمود. هدف اصلي در اين تحقيق، مطالعه تاثير ميزان الياف فولادي در محدوده مقدار معمول و اقتصادي بر رفتار ضربه اي بتن فوق توانمند است. مطالعه در برابر ضربه با سرعت كم، با آزمايش هاي سقوط وزنه و در برابر ضربه و نفوذ پرتابه هاي سرعت بالا با شبيه سازي هاي عددي صورت پذيرفت و اعتبار روش شبيه سازي ارائه شده بر اساس نتايج آزمايش ها تاييد شد. آزمايش هاي تعيين خصوصيات مكانيكي مورد نياز براي مدلسازي بتن ها نيز انجام شد. همچنين تاثير قطر پرتابه و مشخصات الياف فولادي به ترتيب به روش هاي عددي و آزمايشگاهي مطالعه شد. نتايج نشان مي دهد كه با افزايش ميزان ميكرو الياف از يك درصد به دو درصد حجم بتن، تعداد ضربه هاي وزنه لازم براي گسيختگي نهايي نزديك به دو برابر شده و سطح آسيب ديدگي نيز كمتر مي شود. همچنين افزايش ميزان الياف به دو درصد منجر به افزايش طاقت اهداف بتني و كاهش عمق نفوذ و قطر حفره ناشي از برخورد پرتابه سرعت بالا مي گردد. افزايش قطر پرتابه (كه منجر به افزايش جرم آن مي شود)، با ثابت بودن سرعت برخورد سبب افزايش نيروي ضربه و در نتيجه افزايش عمق نفوذ و قطر حفره در بتن هاي فوق توانمند با هر دو مقدار درصد الياف مي شود. اما ميزان اين افزايش در بتن با يك درصد الياف به طور قابل ملاحظه اي بيشتر است. استفاده از ماكرو الياف به جاي ميكرو الياف، به لحاظ فني و اقتصادي براي مسلح كردن بتن در مقابل بارهاي ضربه اي توجيه ندارد كه اين موضوع، به دليل خرد شدن بتن و جدا شدن الياف از بتن در هنگام گسيختگي است.

In this study, firstly the impact behavior of a kind of ultra-high performance steel fiber reinforced concrete (UHPSFRC) with one and two percent steel fiber by concrete volume are investigated under drop-weight test by using of constraint and simple supports condition. The results of tests show that fiber content has a significant effect on impact behavior of UHPFRCs, so that by increase of fiber content from one percent to two percent, the numbers of drops required to final failure of concrete targets are becoming nearly two times. Then, impact and penetration of high velocity projectile on UHPSFRC targets has been simulated by using of LS-DYNA software based on erosion algorithm. In this study, Elastic-Plastic Hydrodynamic material model has been used to modeling the behavior of concrete. This material model is able to consider the softening behavior of material due to post-yield damage by getting tabulated effective stress and effective plastic strain. Comparison between numerical and experimental results shows that the hydrodynamic model is able to describe the responses of UHPSFRC under impact loading. Besides, by adding of more fibers, concrete targets can obtain greater toughness due to higher residual strength and greater strains. It leads to reduce the penetration depth and the diameter of the cavity that are created in target due to impact of the projectile and spread of stress waves.