مصالح و سازه های بتنی

مصالح و سازه های بتنی

بررسی آزمایشگاهی و عددی پوشش‌های بتن مسلح‌شده با الیاف پلی‌پروپیلن برای حفاظت از خطوط لوله زیردریایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی عمران، واحد تهرا ن جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار گروه مهندسی عمران، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
وابستگی روزافزون به خطوط لوله زیردریایی در عملیات نفت و گاز فراساحلی، نیاز به سامانه‌های حفاظتی مؤثر و بادوام در برابر بارهای مکانیکی خارجی را افزایش داده است. پوشش‌های بتنی متداول که با قفسه‌های فولادی مسلح می‌شوند، اغلب با محدودیت‌هایی از جمله دوام، کنترل ترک، حساسیت به خوردگی و مشکلات اجرایی مواجه هستند. این پژوهش به بررسی قابلیت استفاده از بتن مسلح به الیاف پلی‌پروپیلن به‌عنوان یک پوشش محافظ جایگزین برای خطوط لوله زیردریایی می‌پردازد. برای این منظور، سه نوع نمونه شامل لوله فولادی بدون پوشش (SP)، لوله دارای پوشش بتن معمولی (PCP) و لوله دارای پوشش بتن مسلح به الیاف (FCP) ساخته شده و تحت بارگذاری جانبی مورد ارزیابی آزمایشگاهی قرار گرفتند. پاسخ‌های بار–جابجایی ثبت شد و میدان‌های کامل جابجایی و کرنش با استفاده از تکنیک همبستگی تصویر دیجیتال (DIC) اندازه‌گیری گردید. همچنین یک مدل اجزای محدود (FE) توسعه یافت و با استفاده از نتایج آزمایشگاهی مورد اعتبارسنجی قرار گرفت .نتایج نشان داد که لوله‌های دارای پوشش بتن مسلح به الیاف FCP در مقایسه با لوله‌های فولادی بدون پوشش، حدود 147 درصد ظرفیت باربری بیشتر و در مقایسه با نمونه‌های دارای پوشش بتن معمولی PCP، حدود 20 درصد ظرفیت باربری بالاتری از خود نشان دادند. علاوه بر این، نمونه‌های FCP رفتار نرم‌تر و تدریجی‌تری پس از رسیدن به بار اوج از خود نشان دادند که بیانگر شکل‌پذیری بیشتر و شکنندگی کمتر آن‌ها است. ظرفیت کل جذب انرژی در این نمونه‌ها در مقایسه با نمونه‌های SP حدود 162 درصد و در مقایسه با نمونه‌های PCP حدود 65 درصد افزایش یافت. آزمایش‌های تکمیلی تعیین خواص مصالح شامل مقاومت فشاری، مقاومت کششی غیرمستقیم و مقاومت خمشی نیز تأیید کرد که افزودن الیاف پلی‌پروپیلن موجب بهبود خواص مکانیکی بتن، به‌ویژه عملکرد کششی و خمشی آن می‌شود. همچنین نمونه‌های مسلح به الیاف رفتار بهتری پس از ترک‌خوردگی از خود نشان دادند که بیانگر نقش مؤثر الیاف در پل‌زنی ترک‌ها و افزایش چقرمگی بتن است.

یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که پوشش‌های بتن مسلح به الیاف پلی‌پروپیلن می‌توانند به‌عنوان جایگزینی مؤثر برای پوشش‌های متداول بتن مسلح به فولاد مورد استفاده قرار گیرند و با فراهم کردن ظرفیت جذب انرژی بیشتر، دوام بالاتر و قابلیت اجرای بهتر، مزایای بالقوه‌ای برای حفاظت مقاوم در برابر ضربه از خطوط لوله زیردریایی ارائه دهند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Experimental and Numerical Investigation of Polypropylene Fiber-Reinforced Concrete Coatings for Protection of Subsea Pipelines

نویسندگان English

Amir Shokri 1
Ata Hojatkashani 2
Hassan Abbasi 2
Mohammadreza Adib Ramezani 2
1 PhD Candidate, Department of civil engineering, Islamic Azad University south Tehran branch, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Department of civil engineering, Islamic Azad University south Tehran branch, Tehran, Iran
چکیده English

The growing reliance on subsea pipelines in offshore oil and gas operations has increased the need for effective and durable protection systems against external mechanical actions. Conventional concrete coatings reinforced with steel cages often suffer from limitations related to durability, crack control, corrosion susceptibility, and constructability. This study investigates the potential of polypropylene (PP) fiber-reinforced concrete (FRC) as an alternative protective coating for subsea pipelines. Three types of pipe specimens, including bare steel pipes (SP), plain concrete-coated pipes (PCP), and FRC-coated pipes (FCP), were fabricated and experimentally evaluated under lateral loading. Load–displacement responses were recorded, while full-field displacement and strain distributions were measured using Digital Image Correlation (DIC). A finite element (FE) model was developed and validated against the experimental results. The results indicate that FRC-coated pipes exhibited approximately 147% higher load-bearing capacity than bare steel pipes and 20% higher capacity than PCP specimens. In addition, FCP specimens demonstrated a more gradual post-peak response, reflecting enhanced ductility and reduced brittleness. The total energy absorption capacity increased by approximately 162% compared with SP specimens and 65% compared with PCP specimens. Complementary material characterization tests, including compressive, indirect tensile, and flexural strength tests, confirmed that the incorporation of polypropylene fibers improved the mechanical properties of concrete, particularly its tensile and flexural performance. Furthermore, fiber-reinforced specimens exhibited superior post-cracking behavior, highlighting the effectiveness of fibers in crack bridging and toughness enhancement. The findings demonstrate that polypropylene fiber-reinforced concrete coatings can provide an effective alternative to conventional steel-reinforced concrete coatings, offering enhanced energy absorption capacity, durability, and constructability, with potential benefits for impact-resistant subsea pipeline protection.

کلیدواژه‌ها English

: Subsea pipelines
Polypropylene fibers
Fiber-reinforced concrete
Concrete coatings
Digital Image Correlation (DIC)

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 آبان 1405

  • تاریخ دریافت 01 تیر 1405
  • تاریخ بازنگری 30 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 13 آبان 1405