عنوان پایان‌نامه
کاربرد بتن الیافی در جایگزینی تسلیحات متداول در پوشش های قطعات پیش ساخته ی تونل های حفاری شده با دستگاه TBM
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 2212;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 73882
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- محمد عابدی
- استاد راهنما
- محمدصادق معرفت, عبدالله حسینی
- چکیده
- بتن به دلیل قیمت نسبی کم و قابلیت تغییر در خصوصیات آن برای رسیدن به مشخصات مورد نیاز، به یقین یکی از پرکاربردترین مواد در صنعت ساخت می‌باشد. ویژگی‌های بتن را می‌توان با اضافه کردن مواد افزودنی در حین و یا قبل از مرحله اختلاط، تغییر داد. در این راستا، الیاف جهت بهبود مقاومت کششی و خمشی بتن معرفی، و این نوع بتن به نام بتن الیافی شناخته شد. جنس الیاف و اندازه آن‌ها به نوع کاربرد و مقاومت کششی بتن بستگی دارد. الیاف می‌تواند الیاف شیشه‌ای، الیاف فلزی و الیاف پلیمری باشد و اندازه آن‌ها معمولا 3 الی 20 میلی‌متر است. امروزه با استفاده از انواع مختلف الیاف تولید انواع بتن‌های کامپوزیتی در کاربردهای مختلف صنعتی ممکن گردیده است. استفاده از الیاف در تولید قطعات پیش‌ساخته تونل به تازگی رواج یافته است. به این دلیل که تونل یکی از زیرساخت‌های مهم هر کشور بشمار می‌رود و کشور ایران نیز یکی از کشورهای درحال‌توسعه است ضرورت احداث تونل جهت حمل‌ونقل عمومی، انتقال آب و دیگر موارد در این کشور بسیار موردتوجه می‌باشد. به این دلیل که این صنعت بخش قابل‌توجهی از درآمد ملی را مصرف می‌کند، ضرورت انجام تحقیقات بیشتر در مورد کاهش هزینه‌های ساخت و افزایش بهره‌وری احساس می‌شود. پایان‌نامه حاضر به بررسی تأثیر الیاف فولادی با یک اندازه و به صورت ترکیبی از دو اندازه مختلف (میکرو و ماکرو) بر روی عملکرد سازه‌ای تیرهای تحت بارگذاری می‌پردازد. این پژوهش در راستای بهبود صنعت قطعات پیش‌ساخته مورد استفاده در ساخت پوشش تونل‌ها می‌باشد. بدین منظور پایان‌نامه از دو بخش تحقیقات آزمایشگاهی و مدل‌سازی عددی تشکیل شده است. در بخش نخست میزان تأثیر مشخصات الیاف با انجام آزمایش‌های خمش سه نقطه‌ای و چهار نقطه‌ای بررسی شده و با بتن بدون الیاف مقایسه گردیده است. در بخش دوم نیز به مدل‌سازی رفتار این نوع بتن در نرم‌افزارهای المان محدود پرداخته و نحوه مدل‌سازی این بتن‌ها در این نرم‌افزارها به صورت پارامتری محاسبه شده است. نتایج آزمایشگاهی بدست آمده نشان داد که الیاف تأثیر محسوسی بر کاهش عرض ترک و افزایش انرژی جذب شده داشته و از میان الیاف مورد آزمایش، ترکیب الیاف فولادی با 5/0 درصد الیاف ماکرو و 5/0 درصد الیاف میکرو بهترین عملکرد را داشته است. نتایج حاصل از مدل‌سازی نشان داد که استفاده از این الیاف سبب بهبود عملکرد قطعات تونل در برابر بارهای فشاری ناشی از جک‌های پیش برنده ماشین خود حفار تمام مقطع می‌شود.
- Abstract
- Concrete is probably the most vastly used material in the construction industry worldwide, which is mainly due to its relatively low cost and the ability to alter its properties to meet the specific needs of a wide variety of applications. The properties of a concrete mix can be altered by adding various additives or components, before or during the mixing process. In this regard, fibers have been introduced to improve the tensile and bending performance of hardened concrete, commonly known as Fiber Reinforced Concrete (FRC). Type and length of fibers depend on the application and tension strength of concrete. Fibers could be made of glass, steel, or polymer, with lengths varying between 3 to 20 millimeters. Nowadays, with the usage of different kinds of fibers, construction of composite concretes for various applications has become possible. Recently, employing fibers for the construction of precast tunnel lining segments has become prevalent. Tunnels are one of the main and most important infrastructures of any country, especially for developing countries like Iran, thus the importance of tunnel construction for public transport, water transmission and other applications is significant. Since, a considerable portion of the national budget is spent in the tunnel industry sector, more research is needed to investigate ways for decreasing construction cost and increasing efficiency in this regard. In this thesis, the effects of incorporating single type steel fibers, and the combination of two different steel fibers on the structural performance of concrete beams, under flexural loading, is investigated. The focus of thesis is to improve the construction of precast tunnel linings. In order to achieve this purpose, the present thesis is organized in two parts: experimental investigation and numerical modeling. In the first part, the effect of fiber properties are studied experimentally using three point and four points bending tests and compared with plain concrete. The second part deals with modeling fiber reinforced concrete in finite element software, i.e. developing and verifying proposed material models using experimental data and employing them for modeling FRC tunnel segments in finite element software packages. The experimental results show that fibers have a significant effect on reducing crack width and increasing energy absorption. Among the different mixes, the hybrid concrete mix, comprised of 0.5% micro and 0.5% macro fibers yielded the best performance. The results from numerical modeling show that using hybrid fiber reinforcement improved the segment’s performance under the compression load from the thrust force of TBM jacks.
