نسبت پواسون

ضریب الاستیسیته
Gpa

۷۸۵۰

۰.۳

۲۰۰

۳-۳-۲-۳ تاریخچه بارگذاری وشرایط مرزی

در اینجا جهت دستیابی به یک تاریخچه بارگذاری مناسب در هر قسمت فشار ناشی از بار انفجار انفجار با در دست داشتن نتایج آزمایشگاهی به صورت تعداد گام های مناسب بارگذاری فشار-زمان به دال اعمال می شود. شکل(۳-۴۵) نحوه اعمال بارنشان داده شده است.

شکل۳-۴۵ نحوه اعمال بار

۳-۳-۲-۴ شبکه بندی

در این مدل شبکه بندی بتن مسلح به صورت دستی انجام گرفت. شبکه بندی دستی نتایج دقیق تری نسبت به استفاده از قابلیت شبکه بندی خودکار توسط نرم افزار حاصل می کند. مدل شبکه بندی شده نمونه مذکور در شکل(۳-۴۶) نمایش داده شده است.

شکل۳-۴۶ مدل شبکه بندی شده نمونه

۳-۳-۲-۵ نتایج تحلیل

در شکل(۳-۴۷) تاریخچه زمانی تغییرمکان وسط دهانه(برحسب میلیمتر) حاصل از آزمایش و نیز منحنی متناظر که از روابط تحلیلی به روش تفاضل محدود(توسط Wu و همکاران) حاصل شده نشان داده شده است. همچنین در شکل(۳-۴۸) نمودار بدست آمده از مدل اجزا محدود در آباکوس نمایش داده می شود.
از مقایسه دو شکل(۳-۴۷) و(۳-۴۸) مشاهده می­ شود تطابق بسیار خوبی بین دو مدل هم از نظر مقادیر حداکثر تغییرمکان و هم از نظر رفتار دال در طول زمان وجود دارد. بطوری که حداکثر نیروی اندازه گیری شده در آزمایش۲ میلیمتر و مقدار متناظر در مدل اجزامحدود ۲.۲۴ میلیمتر بوده است که کاملاً به یکدیگر نزدیک است.
این نتیجه حکایت از تطابق قابل قبول و صحت مدل­های انتخابی برای بتن مسلح و آرماتور دارد. .

شکل۳-۴۷ تاریخچه تغییرمکان حاصل از آزمایش و منحنی متناظر که از روابط تحلیلی [۱۶]
شکل ۳-۴۸ نتایج حاصل از مدل اجزا محدود
فصل چهارم
تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق

۴-۱ مقدمه

در فصل سوم نحوه مدلسازی اعضای مربوط به مدلهای در نظر گرفته شده در این پایان نامه، یعنی تیر بتن مسلح، میلگرد و کامپوزیت های(FRP) در نرم افزار آباکوس به طور مبسوط شرح داده شد. همچنین، جهت اطمینان از فرضیات مدلسازی اجزا محدود، چند نمونه آزمایشگاهی شبیه سازی شد تا از صحت فرضیات و مدلهای مورد استفاده، اطمینان حاصل گردد.
در این فصل نتایج مطالعات پارامتریک انجام گرفته به کمک تحلیل اجزامحدود با بهره گرفتن از نرم­افزار آباکوس(ورژن ۶.۱۰.۱) بر روی دال­های مختلف با آرایش های گوناگون(FRP) جهت مقاوم­سازی آن، ارائه می گردد. هدف از این بخش دستیابی به یک هندسه مناسب و بهینه از نوارهای(FRP) جهت ارتقای عملکرد دالهای بتن مسلح می باشد. برای دستیابی به این هدف مجموعه ای از دال های بتنی(با استناد به مدل مبنای صحت سنجی شده در فصل سوم) با نسبت های مختلف طول به عرض(که این نسبت از ۱ یعنی مربعی تا ۴ می تواند تغییر کند) و نیز وضعیت های هندسی مختلف ماده کامپوزیت مورد بررسی قرار می گیرد. منظور از وضعیت های هندسی مختلف، حالت های مختلفی است که نوارهای(FRP) می توانند در بالا و پایین نصب شوند. در این پایان نامه کلیه مدل ها با فرض نوار ۵۰ سانتی(FRP) ایجاد شده اند تا امکان مقایسه بین مدل های مختلف فراهم شده باشد. با توجه به اینکه سعی شده در انتخاب آرایش های ممکن برای تقویت دال ملاحظات اجرایی نیز در نظر گرفته شود و از آرایش های غیر معمول و از نظر اجرایی سخت و غیر ممکن اجتناب شود لذا نتایج این بخش می تواند بطور گسترده در مقاوم سازی دال ها مورد استفاده قرار گیرد. همچنین در بخش دیگری از این فصل با بررسی میزان مصرف نوار کامپوزیت، پیشنهاداتی جهت استفاده از یک میزان مناسب(FRP) که هم از نظر هزینه به صرفه باشد و نیز عملکرد سازه ای مطلوبی را نتیجه دهد ارائه خواهد شد. این کار با ارزیابی مدل های با تعداد لایه های مختلف و آرایش هندسی گوناگون(FRP) و مقایسه نتایج حاصله انجام می گیرد. در نهایت به بررسی تاثیر زاویه فیبرهای کربنی به عنوان عنصر اصلی باربر در(FRP) پرداخته خواهد شد. در واقع در این بخش هدف دستیابی به یک امتداد بهینه برای فیبرهای تشکیل دهنده(FRP) است تا در فرایند ساخت این کامپوزیت ها مورد توجه قرار گیرد.

۴-۲ بررسی تاثیر لایه چینی های مختلف FRP بر عملکرد دال ها

۴-۲-۱ مقدمه

همانطور که در فصل ۳ بحث شد کامپوزیت ها مصالحی با خواص مختلف در جهات سه گانه افقی، عرضی و در امتداد ضخامت می باشند که به مصالح ارتوتروپیک معروف هستند. در مکانیک مصالح کامپوزیت ویژگی های این ورقه ارتوتروپیک ^[۱۷] مشخص شده است. اما اگر از چند لایه ورقه کامپوزیت که الزاما هم در یک راستا قرار ندارند استفاده می شود ویژگی های کامپوزیت کلی حاصل با خواص یک ورقه تنها متفاوت خواهد بود.
یکی از مهمترین دلایل استفاده گسترده از کامپوزیت های پلیمری در صنایع مختلف، فراهم کردن مقاومت و سختی بالا و در عین حال چگالی و در نتیجه سبکی زیاد نسبت به فلزهای رایج است. یک مزیت مهم در سازه های ساخته شده از کامپوزیت ها توانایی آنها در تامین مقاومت و سختی در معرض یک مسیر بار بخصوص و یا یک امتداد خاص می باشد. به این ترتیب یکی از مهمترین کاربردهای کامپوزیت ها یعنی استفاده از آنها به عنوان لایه های روی هم(Lamination) مطرح شده است که جهت افزایش مقاومت اعضای باربر در برابر خمش داخل صفحه و بارهای محوری، می توان از وضعیت های مختلف کامپوزیت بهره جست(شکل۴-۱). این کار با قرار دادن لایه های تک جهته(فیبرها در یک امتداد قرار دارند) روی یکدیگر و استفاده از لایه ها در جهات گوناگون انجام می گیرد. ویژگی های موثر یک کامپوزیت لایه ای^[۱۸] با توجه به جهت، ضخامت و ترتیب لایه چینی لایه تک جهته تغییر می کند. دستیابی به مدول الاستیسته و مدول برشی و حتی ضریب پواسن زیاد و بسیاری از خواص دیگر از جمله مهمترین کاربردهای کامپوزیت های لایه ای می باشد [۲۱].
کاربردهای بسیاری برای این نوع کامپوزیت ها وجود دارد که هر کدام به خواص کامپوزیت مورد نظر وابسته است.
معمولاً ترجیح طراحان بر این است که از لایه چینی متقارن نسبت به لایه مرکزی استفاده نمایند. فرض می شود که لایه های تک جهته همگن، ارتوتروپیک(سه بعدی) و یا ایزوتروپ جانبی(دو بعدی) می باشند که در فصل سوم در مورد آن صحبت گردید. لازم به ذکر است در اینجا فرض شده که لایه های مختلف کاملا به یکدیگر چسبیده شده اند.

شکل۴-۱ استفاده از لایه های کامپوزیت در جهات گوناگون
برای کامپوزیت های لایه ای وضعیت های هندسی متنوعی بصورت زیر پیشنهاد شده است [۱۵]:

• لایه­چینی بصورت عمود بر هم با زوایای صفر و نود درجه^[۱۹]: کامپوزیتهایی هستند که تنها لایه­ های با امتداد فیبرهای ۰ و ۹۰ درجه دارند. برای مثال در شکل ۲(الف) یک نمونه از این کامپوزیت ها مشاهده می شود که بصورت  مشخص می گردد. یک کامپوزیت با زاویه صفر درجه (فیبرها در راستای محور اصلی عضو خمشی، X) و یک لایه با زاویه ۹۰ درجه نصب شده مجدداً لایه با زاویه صفر درجه ادامه یافته است.

• لایه چینی بصورت زاویه­ای^[۲۰]: کامپوزیتهایی هستند که دارای تعداد مساوی لایه­ های با زوایای مساوی و قرینه می­باشند. برای مثال کامپوزیت  دارای ۸ لایه با زاویه ۳۰ درجه است که اولین لایه با زاویه ۳۰ درجه و لایه زیر آن با زاویه ۳۰- نسبت به افق چیده شده، لایه ­ها مجددا تکرار و در نهایت یک لایه­چینی متقارن خواهیم داشت.

• ترکیبی از حالت های ۰-۹۰ و زاویه ای: در این مورد لایه چینی مرکب از دو وضعیت اخیر خواهد بود یعنی در لایه ها هم می توان لایه های با فیبر در جهات عمود بر یکدیگر و هم فیبر با زوایای خاص داشت. در شکل۲ (ب) یک لایه چینی از این نوع با نام  دیده می شود.

• لایه های شبه ایزوتروپ^[۲۱]:

کامپوزیتهایی که پاسخ الاستیک درون صفحه آنها ایزوتروپیک است. کلیه لایه های متقارن با تعداد لایه های بزرگتر مساوی ۳ و با ضخامت یکسان بطوری که اختلاف زاویه بین لایه ها از رابطه  بدست آید در این دسته قرار می گیرند. دقت شود در این حالت کامپوزیت در صفحه خود نسبت به بارهای محوری و رفتار محوری ایزوتروپ است و نسبت به خمش داخل صفحه ایزوتروپ نیست. یعنی مدول سختی (E) در هر جهت و نیز مدول برشی صفحه ای در هر جهتی یکسان است اما انحناها الزاما یکسان نمی باشند.