بررسی رفتار و مقاومت ستون های بتنی مسلح تقویت شده با frp در برابر بارگذاری انفجاری با استفاده از شبیه سازی عددی

یکی از موارد مهم در طراحی ظرفیت باربری المان های یک سازه همچون ستون ها و دال ها، مقاومت آن ها در برابر بارهای انفجاری می باشد. طراحی ستون ها در مقابل این نوع از بارها از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا با گسیختگی یک ستون امکان افزایش تخریب ها و یا وقوع تخریب پیش رونده افزایش می یابد، به همین دلیل بارهای انفجاری و نحوه عملکرد سازه ها در برابر این نوع از بارها در سالیان اخیر مورد توجه واقع شده و به دنبال آن مهندسین، اصول طراحی و مقاوم سازی المان های سازه ها، جهت فراهم نمودن شرایط ایمن در آن ها در برابر بارهای انفجاری را در اولویت تحقیقات و بررسی های خود قرار داده اند. در این پایان نامه تغییر مکان های ایجاد شده و میزان آسیب وارده به ستون های بتنی مسلح در برابر این نوع از بارها مورد بررسی قرار گرفته و به دنبال آن خسارت حاصل در این ستون ها با پیش بینی های آیین نامه ها مقایسه می گردد، در ادامه با تقویت این ستون ها با استفاده از الیاف کامپوزیت در چند حالت مختلف، پارامترهای مورد نظر در ستون های بتنی مسلح تقویت شده با الیاف کامپوزیت نیز مورد بررسی قرار گرفته و اثرات حاصل از کاربرد این الیاف بر روی رفتار و مقاومت ستون ها در برابر این نوع از بارها بررسی می گردد. به منظور بررسی رفتار و مقاومت این ستون ها در برابر بارگذاری انفجاری به کمک شبیه سازی عددی، از نرم افزار autodyn استفاده شده است. در شبیه سازی عددی انجام شده از مدل ماده rht concrete جهت مدل نمودن رفتار بتن و از مدل ماده johnson cook جهت مدل نمودن رفتار فولاد و همچنین جهت تعریف شرایط مرزی میان ماده ها از فرض چسبندگی کامل میان بتن با فولاد و بتن با الیاف کامپوزیت استفاده شده است. به منظور بررسی صحت روند شبیه سازی انجام شده، ابتدا نتایج حاصل از شبیه سازی یک ستون بتنی مسلح در برابر بارگذاری انفجاری با نتایج تجربی ارائه شده توسط وودسن و بایلوت مقایسه می گردد و پس از کالیبره نمودن تحلیل عددی اولیه با نتایج تجربی (که انطباق خوبی بین آن ها وجود دارد) مطالعات پارامتری بر روی رفتار ستون های بتنی مسلح همراه با الیاف کامپوزیت و یا بدون وجود این الیاف در برابر بارهای انفجاری انجام گرفته است. با توجه به این موضوع که در آیین نامه ها فواصل مختلف ماده منفجره تا ستون در بررسی اثرات حاصل از انفجار بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، در این پایان نامه نیز تغییر مکان و آسیب های حاصل از انفجار در ستون ها با توجه به مقادیر مختلف فاصله مقیاس شده مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات پارامتری انجام شده در رابطه با تغییر مکان های ایجاد شده در این ستون ها در برابر بارهای انفجاری نشان می دهد که با افزایش فاصله مقیاس شده به دلیل خواص ترمودینامیکی گازها و ضربه حاصل از آن، تغییر مکان های حاصل نیز در محدوده ای مشخص از این فواصل افزایش می یابد و نحوه عملکرد الیاف به منظور توزیع آسیب، باعث عدم برابری این محدوده مکانی در ستون های بتنی مسلح با ستون های بتنی مسلح تقویت شده با الیاف کامپوزیت می گردد. دقت در روند کاهش تغییر مکان های ایجاد شده در ستون ها پس از تقویت آن ها با الیاف کامپوزیت در چندین حالت، مشخص می نماید که وجود الیاف در راستای محور طولی ستون با افزایش مقاومت آن، تأثیر بالاتری در کاهش این تغییر مکان ها در ستون ها دارد. با ادامه این مطالعات در رابطه با میزان آسیب ایجاد شده در ستون ها در برابر این نوع از بارها، مشخص می گردد که ستون های بتنی مسلح در برابر بارهای انفجاری دچار آسیب های موضعی شده و وجود الیاف به منظور تقویت آن ها، باعث توزیع نسبتاً یکنواخت آسیب در تمامی سطوح ستون گشته و به دنبال آن باعث کاهش بیشتر تغییر مکان از مقدار بیشینه خود به مقدارماندگار می گردند. استفاده از چندین حالت مختلف جهت تقویت ستون با الیاف کامپوزیت نشان می دهد که افزایش سختی ستون همراه با افزایش تعداد لایه های الیاف باعث انتقال گسیختگی به تکیه گاه ها و عدم همپوشانی الیاف در نواحی تغییر راستای الیاف باعث ایجاد آسیب های موضعی در این نواحی می گردد. بررسی آسیب های ایجاد شده در تکیه گاه ها نیز مشخص می نماید که پس از انتشار امواج در داخل ستون و برخورد با سطوح مقید تکیه گاه، مقدار تنش حاصل از این برخورد در آن سطح بیشتر شده و به دنبال آن میزان آسیب در آن تکیه گاه افزایش می یابد و در انتها نیز با مقایسه میان نتایج حاصل از شبیه سازی های انجام شده با یک رابطه تئوری، مشخص می گردد که این روابط در توصیف رفتار ماده تحت تغییر شکل های بزرگ قادر به ارائه نتایج مناسبی از میزان آسیب وارده به ستون ها نمی باشند.