اثر ترک بر باربری تراورس بتنی پیش‌تنیده B70 با استفاده از تحلیل مکانیک شکست

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

مهندسی عمران- مهندسی- بوعلی سینا- همدان- ایران

چکیده

در این پژوهش با تکیه بر اصول مکانیک شکست در بتن مسلح، رفتار شکست در تراورس بتنی پیش‌تنیده B70 به روش عددی و آزمایشگاهی تحلیل شده است. در بخش عددی این پژوهش، مدل غیرخطی خرابی پلاستیک با استفاده از نرم‌افزار Abaqus و در بخش آزمایشگاهی، روش‌های رپلیکاگیری و تحلیل عکس استفاده شده است. تراورس‌ها با طول پیش‌ترک از صفر تا 45 میلی‌متر و عرض پیش‌ترک از صفر تا 8 میلی‌متر تحت بار سه نقطه‌ای لنگر خمشی منفی وسط دهانه قرار گرفته‌اند. در این پژوهش میزان کاهش مقاومت قطعه‌ی تراورس پیش‌ترک‌دار در ایجاد ترک و ناپایداری ترک (شکست) برآورد است. نتایج نشان می‌دهند که وجود پیش‌ ترک آن‌هم با عرض‌های بسیار کوچک باعث کاهش مقاومت‌های بسیار زیاد در نتایج آزمایش‌های 28 روزه تراورس می‌شوند که در طرح‌های مقاومت‌مصالحی اصلا دیده نشده است. در نتیجه طرح مقاومت مصالحی موجود برای طراحی قطعه‌ی تراورس تا زمانی پاسخ‌گو است که هیچ آسیب یا پیش‌ترکی در قطعه وجود نداشته باشد. همچنین به نظر می‌رسد برای تحلیل و طراحی یک قطعه‌ی بتن پیش‌تنیده‌ای مانند تراورس احتیاج به بازرسی‌های دقیق در مورد وجود عیب در آن وجود دارد تا در صورت نیاز با تحلیل مکانیک شکست به‌همراه تحلیل مقاومت مصالحی ظرفیت قطعه و به‌طبع آن عمر قطعه تخمین زده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Crack effect on pre-stressed concrete sleeper B70 with fracture mechanics analysis

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Farnam
  • Freydoon Rezaie
Civil engineering- Engineering- Bu Ali Sina University- Hamadan-IRIN
چکیده [English]

In this research, the principles of fracture mechanics in concrete, pre-stressed mono block concrete sleeper of B70 is analyzed with numerical and experimental method. Plastic damage nonlinear analysis with Abaqus software and Replica test and image analysis are research methods in numerical and experimental study, respectively. To evaluate fracture mechanics parameters, a pre-stressed concrete sleeper with an initial crack length from 0 to 45 mm and crack width from 0 to 8 mm is being loaded under three-point bending test and has been modeled in FE software, simultaneously. In this study, strength decrease of notched sleeper is evaluated in initial and unstable crack. The results show that notch with small width (sharp notch) is caused strength decrease that it doesn’t show in the strength of materials design. As a result, the strength of materials design as long as responsive that there aren’t any fault or notch in the element. Also, for analysis and design of pre-stressed concrete element like sleeper, it needs accurate inspections about fault or notch existence to estimate capacity and life of sleeper with the fracture mechanics analysis together the strength of materials design.

کلیدواژه‌ها [English]

  • The strength of materials design
  • the fracture mechanics analysis
  • pre-stressed concrete sleeper
  • strength decrease percent

 

[1] Gustavson, R. 2000. “Static and dynamic finite element analysis of concrete sleepers”. Licentiate of Engineering Thesis. Department of Structural Engineering, Chalmers University of Technology, Sweden.

[2] Anthony, J., & Wolanski, B. S. 2004. “Flexural behavior of reinforced and prestressed concrete beams using finite element analysis”. A Thesis submitted to the Faculty of the Graduate School, Marquette University, in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science Milwaukee, Wisconsin.

[3] Kaewunruen, S., & Remennikov, A. M. 2006. “Nonlinear finite element modelling of railway prestressed concrete sleeper”. Proceedings of the 10th East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction. 3-5 August, Bangkok, Thailand, pp. 323-328.

[4] Kaewunruen , S. & Remennikov, A. M. 2007. “Experimental and numerical studies of railway prestressed concrete sleepers under static and impact loads”. Civil Comput, Vol. 3: 25-28.

[5] Rezaei, F., Shiri, M. R. & Farnam, S. M. 2012. “Experimental and numerical studies of longitudinal crack control for pre-stressed concrete sleepers”. Eng Fail Anal, Vol. 26: 21-30.

[6] Rezaei, F. & Farnam, S. M. 2015. “Fracture mechanics analysis of pre-stressed concrete sleepers via investigating crack initiation length”. Eng Fail Anal, Vol. 58: 267-280.

[7] Farnam, S. M. & Rezaei, F. 2016. “Part A- Experimental: Experimental analysis of crack propagation in pre-stressed concrete sleepers by fracture mechanics”. Int J Transport Eng, Vol. 4 (3): 163-177.

[8] Farnam, S. M. & Rezaei, F. 2016. “Part B- Analysis: Experimental analysis of fracture and damage mechanics of pre-stressed concrete sleepers B70”. Int J Transport Eng, Vol. 5 (1): 17-29.

[9] Thai DK, Kim SE. Damage analysis of reinforced concrete walls under impact loading using the finite element approach. Eng Fail Anal 2014;45:252-277.

[10] Azad, A., Mirza, M., Chan, P., 1989. Fracture energy of weakly reinforced concrete beams [J]. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures 12 (1), 9–18.

[11] Ruiz, G., Elices, M., Planas, J., 1998. Experimental study of fracture of lightly reinforced concrete beams [J]. Materials and Structures 31 (214), 683–691.

[12] Ferro, G., Carpinteri, A., Ventura, G., 2007. Minimum reinforcement in concrete structures and material structural instability [J]. International Journal of Fracture 146 (4), 213–231.

[13] Shaowei, Hu., Jun, Lu., Xiaoqing, Zhong, 2011. Study on characteristics of acoustic emission property in the normal concrete fracture test [J]. Advanced Materials Research 189–193, 1117–1121.

]14[ مشخصات فنی عمومی روسازی راه‌آهن، 1384. نشریه 301. معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رئیس جمهور (سازمان مدیریت سابق).

[15] ASTM 416/A416M – 06, “Standard specification for steel strand, uncoated seven-wire for prestressed concrete”. 2006.

[16] EN 13230-1, “Railway Applications – Track - Concrete sleepers and bearers, Part 1: General Requirements”. 2014.