دانلود رایگان ترجمه مقاله اعضای بتن مسلح تحت تاثیر افت وزن – 2009

مقاله انگلیسی رایگان (PDF)

ترجمه فارسی رایگان (PDF)

خرید ترجمه با فرمت ورد

بخشی از ترجمه فارسی مقاله:

1- مقدمه
سازه های بتن مسلح ممکن است در بعضی مواقع در معرض برخی از شرایط بارگذاری دینامیکی دشواری قرار گیرند. نمونه های رایج شامل سازه های حمل و نقل که در معرض ضربه ناشی از تصادف وسیله نقلیه می باشند، سازه های دریایی و ساحلی که در معرض ضربات یخ یا سقوط شیء از کشتی های در حال عبور باشند، سازه های محافظتی تحت ضربات موشک و یا هواپیما هستند و سازه های عمرانی که تحت تاثیر بقایای خراب شده قرار دارند. در سال های اخیر ارزیابی عملکرد و آسیب پذیری سازه های بتن مسلح تحت تاثیر بارهای ضربه ای به موضوع مهمی تبدیل شده است. 1 مهندسان به طور مداوم به مدل های عددی برای اجرای طرح ها، ارزیابی ها و بررسی های ایمنی دست می یابند و هم چنین برای کمک به اعتبارسنجی این مدل ها به داده های با کیفیت از آزمون های فیزیکی مورد نیاز است.
هنگامی که اعضای سازه تحت بار ضربه ای قرار می گیرند، این اعضا رفتار متفاوتی را نسبت به اعضایی که تحت بار استاتیکی هستند از خود نشان می دهند که این به دلیل الگویی متداول و اغلب محلی بارگذاری ضربه ای می باشد. خواص دینامیکی مواد نیز می تواند نسبت به موادی که تحت اثر بارگذاری استاتیکی هستند، متفاوت باشد. تحقیقات 2-4 نشان داده اند که هر دو بتن و فولاد دارای نرخ کرنش/تنش حساسی هستند: هر دو مقاومت کشش و فشاری و مدول یانگ می تواند افزایش یابد، در صورتی که مقدار نرخ کرنش و تنش نیز افزایش یابد. مطالعات متعددي در مورد تأثيرضربه بر روي اعضای بتن مسلح انجام شده است، بويژه تست هايی در مورد کاهش وزن تيرهاي بتني تقويت شده و پيش تنیده صورت گرفته است. کیشی و همکارانش آزمایشهایی در مورد ضربات افتان وزنی را انجام دادند که در آن یک تیر در هر دو حالت خمشی یا برشی دچار شکست شد.5و6 نیروهای ضربه ای، واکنشها و تغییرشکل های تیرها اندازه گیری شدند و انرژی جذب شده یک تیر نیز با استفاده از نیروهای واکنشی موجود در تکیه گاه ها و تغییرشکل های پسماند تیر در اواسط دهانه اندازه گیری شد. سپس فرمول های تجربی بر اساس ظرفیت خمشی استاتیکی یا برشی و جابه جایی پسماند مورد نیاز نیز طراحی گشت. با توجه به ماهیت دینامیکی سازه های بتنی مقاوم در برابر ضربه، میزان پراکندگی را می توان از بین نتایج آزمایش ها و نتایج حاصل از پیش بینی های انجام گرفته توسط فرمول های طراحی به دست آورد.
یک سری آزمایش های جامع برروی تیرهای بتن مسلح تک دهانه، با استفاده از افتان وزن، توسط هیوز و سفیر7 انجام شد. این تأثیرات به بالای تیرها و در وسط دهانه از طریق تخته سه لا یا فولادی اعمال شد، به طوری که سختی منطقه ضربه می تواند متفاوت باشد. در اکثر این آزمایش ها، این تیر در یک حالت خمشی شکست خورد و ترکهای خمشی نیز در پایین تیر و به سمت میانه دهانه و در بالای تیر در فاصله 1/5 و 5/6 پدیدار گشت. در برخی از آزمایشها ترک های اریبی(وتری) نیز در ناحیه ضربه و ترك های برشی در 1/3 و 2/3 دهانه و بر روی تیر دیده شد. درنهایت مشخص شد که سختی ناحیه ضربه، که تابعی از ضربه گیر، پد و سختی موضعی تیر است، در مقایسه با تاثیر شرایط تکیه گاهی در پاسخ تیر، بسیار چشمگیر و قابل اهمیت بوده و هنگامی که منطقه تاثیر سخت تر می شود، حالات ارتعاشی نیز بیشتر تحریک می شود. از تجزیه و تحلیل نظری که بر اساس یک مدل ارتعاش کششی از تیرها می باشند برای تعیین تاریخچه زمانی- نیروی ضربه و محدودیت جابجایی تیر استفاده می شود. در حالی که این تجزیه و تحلیل می تواند مقادیر قابل قبولی از نیروهای ضربه و دامنه جابجایی تیر را در اختیار بگذارد، نتیجه گیری شد که تجزیه و تحلیل های دقیق تر برای توجه به ترک خوردگی ها، خرد شدن ها، تسلیم تقویت ها و تاثیر نرخ کرنش مناسب تر هستند.
آگارد و همکاران، 8 مقاومت ضربه ای تیرهای بتن مسلح دارای مقاومت بالا را مورد بررسی قرار دادند. کرنش سنج هایی به سطح میلگردهای تقویت نصب شد تا بتوان میزان کرنش تقویت ها را مورد بررسی قرار داد.درنهایت نیز میزان کرنش 102 / ثانیه در تقویت ثبت گشت. کرنش سنج نصب شده بر روی اتصال بین میلگرد ها و بتن اطراف تاثیر می گذارد. به همین دلیل ارائه نتایج دقیقی که در آن بتوان فهمید در کدام منطقه ترک خوردگی رخ می دهد کاری دشوار بوده و این سنجنده ها نیز به راحتی آسیب می بینند که این مساله نیز در آزمون های آگارد نیز مشاهده شد.
شمار زیادی از تحقیقات نیز به بررسی و مطالعه دالهای بتنی تقویت شده تحت تاثیرضربه انجام شد. 9-10 دراین تحقیقات اثرات پارامترهای مختلف از جمله اندازه دال ها، نسبت تقویت ها، شکل ضربه گیر و سرعت ضربه مورد بررسی قرار گرفت. برای آزمایش دال ها تحت ضربات با سرعت کم (تا 10 متر بر ثانیه) از دو دستگاه افتان وزن و ماشین آلات تست هیدرولیکی استفاده شد. 11، 12
الگوهای شکستی که در این آزمایش ها یافت شدند عبارتند از تکه تکه شدن، نفوذ، پوسته پوسته شدن، وجود سوراخ و شاخه های برشی 13.با توجه به پیچیدگی رفتار ضربه ای که در سازه های بتن مسلح دیده می شود، اعضای سازه ای در معرض ضربه به طور کلی با استفاده از فرمول های تجربی مورد ارزیابی قرار می گیرند تا بتوان میزان آسیب های ناشی از ضربه، مانند عمق نفوذ، امکان پوسته پوسته شدن یا سوراخ کردن برای دال ها 14 و ظرفیت بار برای تیر 5.6را بررسی کرد.
با پیشرفت امکانات محاسباتی مدرن و نظریه های المان محدود، جزئیات بیشتری از پاسخ دینامیکی اعضای سازه ای را می توان به دست آورد. 15-18 اخیرا، روشهای محاسباتی مبتنی بر روش های پیوسته / ناپیوسته (المان محدود / گسسته) برای شبیه سازی رفتار ضربه ای تیرهای بتونی تقویت شده ، 19به خصوص در محدوده غیر خطی یعنی زمانی که ترک خوردگی گسترده بتن همراه با تسلیم فولاد تقویت شده رخ می دهد، ایجاد شده است.
کار آزمایشی که در مقاله حاضر توصیف شده است، ناشی از کمبود نتایج آزمون های با کیفیتی است که مانع توسعه و ارزیابی چنین تکنیک های شبیه سازی محاسباتی شده می شود. در این مقاله هدف بر این است که هر دو داده ورودی لازم برای محاسبه و نتایج را فراهم کرد تا بتوان پیش بینی های عددی را ارزیابی نمود. این استراتژی به گونه ای طراحی شده است که فرض بر این می باشد که با انجام یک سری از مطالعات آزمایشی کنترل شده، میزان نهایی آسیب ضربه به نمونه ها همراه با توسعه مکانیزم شکست در زمان را می توان ثبت کرد. مورد دومی شامل نظارت بر نیروی ضربه گذرا، تغییر شکل ها / شتاب ها، کرنش ها و پیشرفت ترک خوردگی، ریزش و پوسته پوسته شدن در طول تست ها است. همچنین نتایج حاصل از این مطالعه منجر به درک بیشتری از رفتار ضربه ای ساختارهای بتن مسلح می گردد.

بخشی از مقاله انگلیسی:

1. INTRODUCTION

Reinforced concrete structures might be exposed sometime in their lives to some extreme dynamic loading conditions owing to impacts. Typical examples include transportation structures subjected to vehicle crash impact, marine and offshore structures exposed to ice impact or dropped object impact from passing ships, protective structures under projectile or aircraft impact and civil structures impacted by tornado-borne debris. In recent years the assessment of the performance and vulnerability of concrete reinforced structures under an impact load has become more important.1 Increasingly engineers are resorting to numerical models to carry out designs, assessments and safety checks, and there is a requirement for high-quality data from physical tests to assist in validation of these models. When subjected to an impact load, structural members can behave differently compared with those under a static load, owing to the transient and usually localised pattern of impact loading. The dynamic properties of materials can also be different to those under static loading. Investigations2–4 have shown that both concrete and steel are stress/strain rate sensitive: both the tensile and compressive strengths and Young’s modulus can increase if there is an increase in the stress/strain rate. There have been a number of studies of impact on reinforced concrete members, in particular drop-weight impact tests on reinforced and prestressed concrete beams. Kishi and his coworkers conducted drop-weight impact tests in which a beam failed in either a bending or shear failure mode.5,6 The impact forces, reactions and deflections of the beams were measured, and the absorbed energy of a beam was determined using the reaction forces at the supports and residual deflection of the beam at mid-span. Empirical design formulae were then proposed based on the static bending or shear capacity of a beam and required residual displacement. Given the dynamic nature of impact-loaded reinforced concrete structures, a degree of scatter was found between the test results and the predictions from the proposed design formulae. A comprehensive series of tests on single-span reinforced concrete beams, using a drop-weight impact facility, was conducted by Hughes and Speirs.7 The impacts were imposed to the top of the beams at mid-span through a plywood or steel pad, in order that the stiffness of the impact zone could be varied. In the majority of the tests the beam failed in a flexural mode, with flexural cracks at the bottom of the beam concentrated towards the mid-span, and at the top of the beam at 1/5 and 5/6 span. Diagonal cracks were observed in the impact zone and shear cracks at 1/3 and 2/3 span on the beam in some of the tests. It was found that the stiffness of the impact zone, which was a function of the impactor, the pad and the local stiffness of the beam, had a more significant influence than the support conditions on the response of the beam and that high vibration modes were more likely to be excited as the impact zone became stiffer. A theoretical analysis, based on an elastic vibration model of beams, was used to determine impact force–time history and limits of beam displacement. While the analysis gave a reasonable predication of impact forces and extents of beam displacement, it was concluded that a more accurate analysis would be beneficial in order to account for cracking, crushing, yielding of the reinforcement and strain rate effects, if there are any. Agardh et al. 8 investigated the impact resistance of highstrength concrete reinforced concrete beams. Strain gauges attached to the surface of reinforcing bars were used to measure the reinforcement strains. A strain rate of 102/s in the reinforcement was reported to have been recorded. Strain gauges installed in this way are considered to affect the bond between the bars and surrounding concrete. It is therefore difficult for the gauges to provide accurate results where a crack occurs and they are easily damaged, as occurred with some of the gauges in Agardh’s tests. A vast number of investigations into reinforced concrete slabs under impacts have also been carried out.9,10 The effects of various parameters were studied, including size of slabs, ratio of reinforcement, shape of impactors and impact velocities. Both drop-weight and hydraulic testing machines were used to test slabs under low-velocity impacts (up to 10 m/s).11,12 The failure patterns found in the tests included spalling, penetration, scabbing, perforation and shear plugs.13 Owing to the complexity of the impact behaviour of reinforced concrete structures, impacted structural members have been generally evaluated using empirical formulae to provide estimates on the extent of any impact damage, such as penetration depth, the possibility of scabbing or perforation for slabs14 and the load capacity for beam.5,6 With the advancement of modern computing facilities and finite-element theories, more details of the dynamic response of structural members can be accounted for.15–18 Recently, computational techniques based on combined continuum/discontinuum (finite/discrete element) methods have been developed for simulating the impact behaviour of reinforced concrete beams,19 especially within the nonlinear range when extensive cracking of the concrete can take place in conjunction with yielding of the steel reinforcement. The experimental work described in the current paper has been motivated by a lack of high-quality test results that has hampered the development and appraisal of such computational simulation techniques as mentioned above. The objective was to provide both the necessary input data for computation and results with which to appraise the numerical predictions. The strategy has been devised as that under the assumption that, by undertaking a controlled series of experimental studies, the final extent of the impact damage to the specimens together with the development of the failure mechanism in time can be recorded. The latter included monitoring the transient impact force, deformations/ accelerations, strains and the progress of cracking, spalling and scabbing during the tests. The findings from the study should also help to gain further insights into the impact behaviour of reinforced concrete structures.