دانلود مقاله بررسی عملکرد ستون های بتن مسلح پوشیده شده با بتن معمولی و بتن ژئوپلیمری

چکیده
     هدف این تحقیق این است که مطالعه ای تجربی از رفتار ستون های بتن مسلح (RC) تقویت شده با استفاده از RC و پوشش بتن ژئوپلمیری (GPC) از طریق قرار دادن آنها در معرض بارگذاری محوری انجام دهد. نتایج تجربی با استفاده از مدل اجزای محدود (FEM) اعتبارسنجی تحلیلی می شوند. برای این بررسی، شش ستون بتن معمولی درجه M25 در معرض بیش از 75% بار نهایی قرار می گیرند. سپس سه ستون با استفاده از RC درجه M40 پوشش داده می شوند و سه ستون دیگر با استفاده از GPC درجه M40 پوشش داده می شوند. رفتار سطحی ستون RC معمولی و ستون های GPC پوشانده شده بررسی و مقایسه می شوند. از خطی سه بعدی و FEM برای اندازه گیری اثر ستون های RC معمولی و ستون های ژاکت GPC با در نظر گرفتن پلاستیسیته آسیب بتن (CDP) و مدلهای کشسانی-خمیری با سخت شوندگی ایزوتروپیک تحت افزایش بار استفاده می شود. نتایج معتبر در مقابل نتایج آزمایشی دقت 90% مدل تحلیلی را تایید کردند. 

1. مقدمه
     سازه های بتنی مسلح به دلیل چرخه های خیس شدن و خشک شدن، چرخه های انجماد و ذوب، خوردگی، حمله کلرید، مناطق جزر و مدی و سایر علل شیمیایی دیگر به روش های مختلف دچار تخریب می شوند. بنابراین، نیاز به ابتکار عمل برای سازه های موجود وجود دارد تا شرایط دقیق طراحی برآورده شوند. ترمیم و مقاوم سازی ساختاری سازه ها در سراسر دنیا مورد توجه زیاد قرار گرفته اند [1،2]. روش های مورد استفاده برای ترمیم سازه های آسیب دیده بسته به نوع خرابی تغییر می کنند [3]. برخی روش هایی که به صورت گسترده برای تقویت سازه های بتن سیمانی مسلح (RCC) استفاده می شوند، عبارت از ترمیم وصله، بتن پاشیده، پیش تنیدگی داخلی یا خارجی، غلاف بندی توسط بتن و فولاد و تقویت پلاستیک مسلح فیبری با پیوند خارجی هستند [4].
     اینطور برآورد می شود که کار ترمیم و نگهداری حدود 85% کل هزینه های ساخت و ساز را در سراسر جهان در بر می گیرد و همیشه نیاز مداومی برای ارتقای زیرساخت های موجود به منظور برآورده کردن نیازهای سخت طراحی وجود دارد. بنابراین، ترمیم و تقویت سازه ای مورد توجه زیاد محققان قرار گرفته است [5]. تخریب زودرس اعضای سازه بتنی مسلح باعث بحرانی ترین مشکلات در زیرساخت عمرانی می شود. هنگامی که بارگذاری سرویس باعث انحراف و ترک خوردگی زیاد می شود، اجزای بتن مسلح نیاز به ترمیم یا تقویت دارند. نیاز به افزایش عمر سرویس اجزای RC وجود دارد و تغییرات پارامترهای طراحی را شامل می شود تا محدودیت های سخت گیرانه مربوط به سرویس دهی و قدرت نهایی را مطابق با کدهای فعلی برآورده کند. جایگزینی چنین اعضای سازه ای ناقصی به مقدار زیادی مواد تولید شده از منابع طبیعی نیاز دارد، که این موضوع از نظر زیست محیطی شدنی نیست. همچنین بناهای مهم تاریخی باید حفظ شوند. در این موارد، تقویت اعضای سازه ای موجود بسته به نوع ساخت و شرایط آسیب ضروری است [6].

5. نتیجه گیری
     در این تحقیق دو مجموعه ستون RC درجه پایین تقویت می شوند، یک مجموعه با پوشش بتنی درجه بالا و مجموعه دیگر با پوشش GPC. رابط بین بتن و ژاکت با بسته FEA موجود6.14  ABAQUS  تحلیل می شود. این مدل برای پیش بینی انبیق ستون RC درجه پایین با RC درجه بالا و ژاکت های GPC برنامه ریزی می شود. یک روش المان محدود غیرخطی سه بعدی برای توضیح واکنش فشاری ستون بتن درجه پایین با محدود کردن بیرونی ژاکت RC درجه بالا ارائه شده است. استنباط های زیر از مطالعات تحلیلی بدست می آیند:
     1. ظرفیت حمل بار نهایی RC محدود درجه بالا و ژاکت GPC در یک ستون RC درجه پایین نسبت به ستون طبیعی RC مطابق با نتایج تحلیلی تا 3.0 و 3.5 برابر بهبود می یابد. در تحلیل تجربی، ظرفیت حمل بار نهایی RC محدود درجه بالا و ژاکت RC در یک ستون RC درجه پایین نسبت به ستون RC تا 3.25 و 3.72 برابر بهبود می یابد. مقایسه ستون RC با ستون پوششی اهمیت کمتری دارد. اما ستون پوششی GPC در مقایسه با ستون پوششی RC 1.1 برابر ظرفیت حمل بار بیشتر را نشان می دهد.
2. با استفاده از روش المان تعبیه شده که در آن ضریب اصطکاک در 1.55 ثابت می شود، میانگین جابجایی 0.6 میلی متر در سطح خارجی ستون و 0.66 میلی متر در سطح ژاکت داخلی بدست می آید. 
3. از مرحله اولیه بارگذاری تا مرحله نهایی بارگذاری، حداکثر تنش برشی رابط 2.1 MPa است و حداکثر لغزش رابط 0.6 میلی متر برای سطح خارجی ستون و 0.68 میلی متر برای سطح داخلی ژاکت RC است.
4. مفهوم چسبندگی/لغزش سطحی را در فشار تماسی در مقابل فضای تنش برشی توصیف می کند که در آن نقطه تغییر از چسبندگی به لغزندگی تغییر می کند. نسبت زیر خط در تنش فشاری در مقابل تنش برشی ناحیه لغزش/چسبندگی را نشان می دهد.
5. ژاکت GPC در تحقیقات آزماشی 12.5% انحراف کمتر، 14.28% نیروی واکنش بیشتر و 28.6% سختی بیشتر را نسبت به ژاکت RC معمولی نشان می دهد. ژاکت GPC در بررسی تحلیلی 15.2% انحراف کمتر، 14.11% نیروی واکنش بیشتر و 28.6% سختی بیشتر را نسبت به ژاکت RC معمولی نشان می دهد. 
     نتایج اعتبارسنجی در برابر نتایج آزمایش تجربی درستی 90% مدل تحلیلی را تایید کردند. مزیت تقویت ستون ها با استفاده از ژاکت های GPC و RC توزیع یکنواختی مقاومت و سختی ستون را افزایش می دهد.

Abstract

     The objective of this investigation is to experimentally study the behaviour of reinforced concrete (RC) columns strengthened using RC and geopolymer concrete (GPC) jacketing by subjecting them to axial loading. The experimental results were analytically validated by the finite element model (FEM). For this investigation, six columns of M25-grade conventional concrete were subjected to more than 75% of the ultimate load. Then three columns were jacketed by using M40-grade RC and another three columns were jacketed by using M40-grade GPC. The interfacial behaviour of the conventional RC column and jacketed GPC columns was studied and compared. The 3D linear and FEM was employed to measure the effect of conventional RC and GPC-jacketed columns under increasing load by considering the concrete damage plasticity (CDP) and elastoplastic models with isotropic hardening. The validation against the experimental results confirmed 90% accuracy of the analytical model.

1. Introduction

     Reinforced concrete structures undergo deterioration in a variety of ways due to wetting and drying cycles, freezing and thawing cycles, corrosion, chloride attack, tidal zones and other physical/- chemical causes. Therefore, there is a need to improvise the existing structures to meet the precise design requirements. Structural repair and strengthening of the structures have received worldwide attention [1,2]. Depending upon the type of distress, the techniques applied for the repair of damaged structures vary [3]. Some of the methods extensively used for strengthening of reinforced cement concrete (RCC) structures are patch repair, shotcrete, internal or external prestressing, jacketing by concrete and steel and externally bonded fibre-reinforced plastic (FRP) reinforcement [4].

     Maintenance and repair work is estimated to account for about 85 % of the total expenditure in construction worldwide and there is always an increased need for upgrading the existing infrastructure to meet stern design necessities. Therefore, structural repair and strengthening have received considerable attention from researchers [5]. The premature deterioration of reinforced concrete structural members leads to the most critical problems in civil infrastructure. Reinforced concrete elements require repairs or strengthening when service loading causes excessive deflections and cracking. There is a necessity to enhance the service life of the RC element and incorporate the changes of design parameters to satisfy the stringent limits on serviceability and ultimate strength in accordance with the current codes. The replacement of such deficient structural members requires a huge amount of materials produced from natural resources, which is not environmentally feasible. Also, buildings of historical importance need to be preserved. In these cases, it becomes essential to strengthen the existing structural member depending on the type of construction and the condition of damage [6].

5. Conclusion

     In this research, two sets of low-grade RC columns were strengthened, one set with high-grade concrete jacketing and another set with GPC jacketing. The interface between the concrete and the jacket was analysed with a commonly available FEA package ABAQUS 6.14. The model was projected to forecast the compressive retort of low-grade RC column with high-grade RC and GPC jackets. A 3D nonlinear finite element method was advanced to explain the compressive response of low-grade concrete column by externally confining the high-grade RC jacket. The following inferences are drawn from the analytical studies:

     1. The ultimate load-carrying capacity of the confined high-grade RC and GPC jacket in a low-grade RC column improves by 3.0 and 3.5 times than the normal RC column as per the analytical results. In the experimental analysis, ultimate load-carrying capacity of the confined high-grade RC and GPC jacket in a low-grade RC column improves by 3.25 and 3.72 times than the RC column. The comparison of RC column with jacketed column is less important. But compared to the RC-jacketed column, the GPC-jacketed column shows 1.1 times more loadcarrying capacity.

2. Using the embedded element technique in which the coefficient of friction was fixed at 1.55, an average displacement of 0.6 mm in column’s outer surface and 0.66 mm in inner jacket’s surface is obtained.

3. From the initial to the final stage of loading, the maximum interface shear stress is 2.1 MPa and the maximum interface slip is 0.6 mm for the column’s outer surface and 0.68 mm for RC jacket’s inner surface.

4. The stick/slip concept describes a surface in the contact pressure versus shear stress space in which there is a point of shift from sticking to slipping. The portion below the line in the pressure versus shear stress graph depicts the slip/stick region.

5. In the experimental investigation, the GPC jacket shows 12.5 % less deflection, 14.28 % more reaction force and 28.6 % more stiffness than the conventional RC jacket. In the analytical investigation, the GPC jacket shows 15.2 % less deflection, 14.11 % more reaction force and 28.6 % more stiffness than the conventional RC jacket.

     The validation against the experimental test results confirmed 90 % accuracy of the analytical model. The advantage of strengthening the columns using GPC and RC jackets will increase the uniform distribution of strength and stiffness of the column.

(جهت بزرگ نمایی روی عکس کلیک نمایید)

چکیده
1. مقدمه
2. تحقیقات تجربی
2.1. مصالح
2.2. نمونه آزمایشی و طرح ترکیبی
2.3. آزمون مقاومت فشاری
2.4. راه اندازی آزمایشی و ابزار دقیق
2.5. ترمیم و تقویت با پوشش بتنی
3. بررسی تحلیلی
3.1. ویژگی های مصالح
3.2. هندسه و شرایط مرزی
3.3. اثر متقابل
3.4. المان ها و اندازه مِش
3.5. بارگذاری
4. نتایج و بحث
4.1. آزمایش اولیه بر روی ستون RC
4.2. آزمون نهایی بر ستون های RC و پوشش داده شده با GPC
4.3. نمودار تنش برشی رابط - لغزش رابط
4.4. نمودار تنش برشی معادل- فشار تماسی
5. نتیجه گیری
منابع

Abstract
1. Introduction
2. Experimental studies
2.1. Materials
2.2. Test specimen and mix design
2.3. Compressive strength test
2.4. Testing setup and instrumentation
2.5. Repair and strengthening by concrete jacketing
3. Analytical investigation
3.1. Material properties
3.2. Geometry and boundary conditions
3.3. Interaction
3.4. Elements and mesh size
3.5. Loading
4. Results and discussion
4.1. Initial test on the RC column
4.2. Final test on RC and GPC-Jacketed columns
4.3. Interface shear stress versus interface slip graph
4.4. Equivalent shear stress vs contact pressure graph
5. Conclusion
Declaration of Competing Interest
References

این محصول شامل پاورپوینت ترجمه نیز می باشد که پس از خرید قابل دانلود می باشد. پاورپوینت این مقاله حاوی 23 اسلاید و 5 فصل است. در صورت نیاز به ارائه مقاله در کنفرانس یا سمینار می توان از این فایل پاورپوینت استفاده کرد.

در این محصول، به همراه ترجمه کامل متن، یک فایل ورد ترجمه خلاصه نیز ارائه شده است. متن فارسی این مقاله در 10 صفحه (1880 کلمه) خلاصه شده و در داخل بسته قرار گرفته است.

علاوه بر ترجمه مقاله، یک فایل ورد نیز به این محصول اضافه شده است که در آن متن به صورت یک پاراگراف انگلیسی و یک پاراگراف فارسی درج شده است که باعث می شود به راحتی قادر به تشخیص ترجمه هر بخش از مقاله و مطالعه آن باشید. این فایل برای یادگیری و مطالعه همزمان متن انگلیسی و فارسی بسیار مفید می باشد.

بخش مهم دیگری از این محصول لغت نامه یا اصطلاحات تخصصی می باشد که در آن تعداد 45 عبارت و اصطلاح تخصصی استفاده شده در این مقاله در یک فایل اکسل جمع آوری شده است. در این فایل اصطلاحات انگلیسی (تک کلمه ای یا چند کلمه ای) در یک ستون و ترجمه آنها در ستون دیگر درج شده است که در صورت نیاز می توان به راحتی از این عبارات استفاده کرد.