بررسی میان مقیاس رفتار بتن الیافی در معرض بارهای دینامیکی در قالب روش اجزاءمحدود

تعیین بسیاری از مشخصات و رفتار بتن تابع اجزای تشکیل دهنده ی آن می باشد. و برای اینکه بتوانیم نحوه ی ترک خوردگی و تأثیر مشخصات مکانیکی و هندسی اجزای بتن را روی رفتار آن مدل کنیم لازم است که بتن را بصورت غیرهمگن مدلسازی کنیم. غیرهمگنی بتن را در مقیاس های مختلف ماکروسکوپی، میکروسکوپی و یا میان مقیاس قابل بررسی است. در یک بررسی میان مقیاس بتن به عنوان یک ماده غیر همگن سه فازه مشتمل بر سه فاز سنگدانه، خمیرسیمان و ناحیه انتقال ( itz ) در نظر گرفته می شود. بتن دارای دو نقطه ضعف عمده است: مقاومت کششی پایین و شکنندگی بالا، که باعث وقوع فروریختگی بتن در زمان کوتاهی پس از شکل گیری اولین ترکها می شود. از اینرو کاربرد بتن در مواجهه ی با بارگذاری های ضربه ای، لرزه ای و خستگی دارای محدودیت های بسیار زیادی است. یک روش مناسب برای رفع این دو نقیصه و دست یافتن به یک جایگزین تقویت کننده ی مناسب، افزودن الیاف های گسسته ی کوتاه است، که به صورت رندوم در نمونه توزیع میشوند. بسیاری از سازه های بتنی ممکن است تحت تأثیر بارگذاری های ناگهانی مانند ضربات ناشی از پرتابه های گوناگون، موج های تنشی در اثر انفجار و سایر منابع بارگذاری با نرخ کرنش بالا قرار گیرند. رفتار دینامیکی بتن با رفتار استاتیکی و شبه استاتیکی آن تفاوت دارد، و مقاومت دینامیکی آن به نرخ بارگذاری بستگی دارد. در این تحقیق، بتن به صورت ماده ای سه فازه مدلسازی می شود و پس از آن الیاف های فولادی به عنوان فاز چهارم تشکیل دهنده بتن به آن افزوده می شوند. در میان مدلهای میان مقیاس موجود جهت مدلسازی بتن، از مدل تیر مشبک که یک مدل المان گسسته است استفاده شده است. مدل تشکیل شده تحت بارگذاری های استاتیکی و دینامیکی قرار می گیرد و روند شکل گیری ترک ها و همچنین نمودار نیرو-تغییرمکان بدست آمده با کارهای آزمایشگاهی موجود مقایسه می شوند. نتایج بدست آمده حاکی از تأثیر قابل توجه الیاف ها در روند شکل گیری ترک ها و افزایش شکل پذیری بتن دارد. همچنین با افزایش نرخ بارگذاری مقاومت نهایی نمونه های بتنی افزایش می یابد.