دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی عمران

  آقای مهندس مهدی شریفی، دانشجوی دوره دکتری دانشکده مهندسی عمران گرایش سازه، دهم اسفندماه سال جاری از رساله خود با عنوان « بررسی خواص رئولوژی بتن های خودتراکم و رفتار آن در اعضا خمشی تحت اثر بارهای رفت و برگشت» دفاع خواهد نمود.

  چکیده این رساله که راهنمایی آن را دکتر پرویز قدوسی و دکتر رسول احمدی بر عهده دارند، به شرح زیر می‌باشد.

  بتن و استفاده آن در سازه های عمرانی، به عنوان یکی از مصالح محبوب و رایج در صنعت ساختمان در قرن اخیر به شمار می‌آید که روند استفاده آن در دهه‌های اخیر رو به افزایش بوده است. بتن معمولی دارای ضعف‌های ذاتی در شکل‌پذیری و مسائل اجرائی است. امروزه در اغلب کشورهای پیشرفته، بیشتر سازه‌های زیربنائی از بتن‌های خاص ساخته می‌شوند‌. "بتن خود تراکم الیافی" از این دسته بتن‌ها به شمار می‌آید. در این رساله خواص رئولوژی بتن خودتراکم الیافی و رفتار آن در اعضای خمشی تحت اثر بار رفت و برگشتی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. گستره این مطالعه در برگیرنده دو حوزه تکنولوژی بتن و حوزه سازه می‌باشد.

  برای انجام این رساله، ابتدا بر اساس شرایط صنعت و متناسب با نیاز کشور تهیه بتن خودتراکم با مقاومت Mpa 60 مد نظر قرار گرفته است. سپس با استفاده از روش‌ها و توصیه های موجود طرح اختلاط، اقدام به تهیه نسبت اختلاط بهینه و عملی شده است. در ادامه برای تهیه نسبت اختلاط در بتن خودتراکم الیافی با هدف حفظ کارائی مناسب، با استفاده از نظریه ضخامت خمیر سیمان یک مدل ریاضی جهت تخمین سنگدانه‌ی مورد نیاز بتن الیافی خودتراکم ارائه شده است.

  در ادامه با استفاده از این مدل، طرح‌های اختلاط بتن الیافی با استفاده از یک نوع الیاف فولادی و دو نوع الیاف پلی پروپیلنی تهیه شده و آزمایش‌های طاقت برای انتخاب طرح اختلاط بهینه برای ساخت المان سازه‌ای صورت گرفته است. نتایج بدست آمده در این قسمت نشان می‌دهد که الیاف فولادی اثر بیشتر و قابل ملاحظه‌تری در افزایش طاقت و بهبود رفتار خمشی بتن دارند، لذا در ساخت المان سازه‌ای مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا میزان الیاف در بتن 75/0% حجمی انتخاب شده است تا شرایط خودتراکمی در بتن حفظ گردد.

  در ادامه جهت ارزیابی و تفسیر نتایج بدست آمده از نتایج آزمایش طاقت بین بتن معمولی و بتن پرمقاومت آزمایش بیرون کشیدن الیاف صورت گرفته است. در این راستا پس از طراحی و ساخت دستگاه کشش الیاف، نمونه‌های مورد نظر ساخته شده و مورد آزمایش قرار گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده در این مرحله در الیاف فولادی قلاب‌دار، تغییر مقاومت بتن پایه تاثیر زیادی بر روی منحنی نیرو- لغزش ندارد و این نشان می‌دهد که اثر مهاری قلاب‌ها در برابر چسبندگی در این الیاف حائز اهمیت می‌باشد. همچنین نتایج نشان می‌دهند که بتن‌های الیافی که از اصلاح کننده لزجت در طرح اختلاط آنها استفاده می شود، دارای منحنی نیرو- لغزش پائین تری نسبت به بتن های خودتراکمی اند که از مواد معدنی در طرح اختلاط آنها استفاده می شود.

  در مرحله بعد مطالعه جهت شناسائی رفتار الیاف مورد استفاده،یک مدل تئوری بر پایه معیارهای نیروئی جهت پیش بینی رفتار بیرون کشیدن الیاف فولادی قلاب دار ارائه شده است. در این راستا ابتدا اثرات انحنا و قلاب‌ها در توزیع تنش و نیرو در طول الیاف، با استفاده از روابط مکانیک سازه بررسی شده است. سپس با استفاده از نظریه "تنش مهاری و لغزش بین بدنه الیاف و ماتریس مجاور آن" بعنوان رفتار نیرو – لغزش الیاف و ماتریس مجاور آن (در سه فاز مهار کامل، مهار نسبی و لغزش الیاف ماتریس- الیاف) مدل ریاضی تهیه شده است. اعتبار سنجی این مدل با استفاده از نتایج آزمایشگاهی سایر محققان صورت گرفته است . این مدل، اولین مدل نیروئی جهت پیش بینی رفتار نیرو- لغزش الیاف فولاد قلاب دار می‌باشد.

  در ادامه کار، با تغییر دو فرض پایه در مدل فوق شامل فرض رابطه ساده‌تر برای نیرو- لغزش الیاف و توزیع یکنواخت تنش در راستای طول الیاف، یک مدل ساده و کاربردی برای پیش‌بینی رفتار بیرون کشیدن الیاف تهیه شده است. این مدل ضمن دقت مناسب، پیچیدگی‌های عددی و وقت‌گیر بودن مدل کامل را بر طرف می‌نماید. این مدل نیز با نتایج آزمایشگاهی سایر محققان و آزمایشات صورت گرفته اعتبار سنجی شده است.

  در مرحله بعد با توجه به نیاز به ایجاد ارتباط بین نتایج آزمایشات تکنولوژی با سازه، پس از بررسی تحقیقات صورت گرفته و مشاهده پیچیدگی و وقت‌گیر بودن روش‌های ارائه شده، برای پیش‌بینی رفتار خمشی بتن الیافی خودتراکم – یا به عبارت دقیق تر دست‌یابی به رابطه تنش – بازشدگی بتن در منطقه کششی ترک خورده – با استفاده از یکسری فرضیات منطقی بین پارامترها در مقطع ترک خورده و همچنین پیشنهاد یک مدل ریاضی که رابطه تنش – بازشدگی در مقطع ترک خورده را نشان می‌دهد، یک مدل صریح با راه حلی ساده برای پیش‌بینی رفتار خمشی بتن الیافی پیشنهاد گردیده است. این مدل با استفاده از نتایج آزمایشگاهی برخی از تحقیقات صورت گرفته اعتبار سنجی و دقت آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این مرحله حساسیت سنجی مدل نسبت به برخی از پارامترها نیز صورت گرفته و نتایج بدست آمده در آزمایش‌های طاقت تفسیر شده است.

  در ادامه برای صحه‌گذاری مدل فوق، مدلی با دقت بیشتر با روش حل عددی جهت پیش‌بینی رفتار خمشی بتن الیافی پیشنهاد شده است. این مدل نیز با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود اعتبار سنجی شده و حساسیت سنجی نیز برای آن صورت گرفته است. نتایج بدست آمده نشان دهنده دقت مناسب مدل صریح می‌باشد.

  در نهایت با جمع‌بندی از مطالعات بالاو مطالعات صورت گرفته در زمینه ارزیابی اعضای سازه‌ای، جهت شناخت رفتاری اقدام به تهیه دو عضو تیر – ستون گوشه با ابعاد واقعی گردیده است. نمونه اول با بتن خودتراکم و نمونه دوم با بتن خودتراکم الیافی ساخته شده است. این نمونه‌ها بر اساس ضوابط شرایط شکل‌پذیری ویژه مبحث نهم مقررات ملی ساختمان طراحی شده‌اند. نتایج بدست آمده نشان دهنده رفتار بهتر نمونه الیافی در بالابردن مقاومت نمونه، افزایش شکل‌پذیری، توسعه و تعداد ترک‌ها و ارضا معیارهای آئین‌نامه‌ای می‌باشد. این نتایج نشان می‌دهد که استفاده از الیاف فولادی می‌تواند راهی جهت کاهش ضوابط سخت‌گیرانه آئین‌نامه برای نیل به شرایط شکل‌پذیری باشد. در انتها روابط تئوری جهت محاسبه لنگر خمشی در مقطع مسلح بتن الیافی ارائه گردیده است.