منصة الرسائل والاطاريح: التحليل غير الخطي باستخدام طريقة العناصر المحددة للعتبات الخرسانية المسلحة المقواة انحنائيا بألواح البوليمر المسلحة بالألياف الكاربونية

الخلاصة

تتضمن هذه الدراسة أنموذجاً لاخطياً ثلاثي الأبعاد للعناصر المحددة ملائماً لتحليل العتبات الخرسانية المسلحة المقواة أنحنائياً بألواح البوليمر المسلحة بالألياف الكاربونية تحت تأثير أحمال ساكنة باستخدام برامج الحاسوب (ANSYS). وهو عبارة عن مجموعة برامج خاصة بطريقة العناصر المحددة قادرة على تحليل أي نوع من المنشآت في حالة السكون والحركة بتصرف خطي أو لا خطي تحت مختلف حالات التحميل. تم استخدام العنصر الطابوقي ذو ثمانية عقد لتمثيل اللب الخرساني وتم تمثيل حديد التسليح الداخلي بمحدد أضافي منتشر موزع خلال العنصر الخرساني حسب الاتجاه المحدد. وكذلك تم تمثيل ألواح البوليمر المسلحة بالألياف الكاربونية بعنصر قشري أو صدفي ذو أربعة عقد ولكل عقدة ثلاث درجات حرية للحركة. تم افتراض وجود ترابط تام بين العناصر. لقد أخذ بنظر الاعتبار التصرف اللاخطي للمواد والتي تشمل التشقق والتهشم للخرسانة والخضوع للحديد. اعتبر تصرف الخرسانة تحت تأثير اجهادات الانضغاط تصرفاً مرن ثم مرن- لدن يتبعه تصرف لدن تام ينتهي بتهشم الخرسانة. أما تصرف الخرسانة تحت اجهادات الشد تمثل باستخدام أنموذج التشقق المنتشر الثابت (Fixed Smeared Crack Model)مع الأخذ بنظر الاعتبار انتقال قوى القص بعد التشقق. تم حل معادلات التوازن اللاخطية باستخدام طريقة-تزايدية-تكرارية(Incremental-Iterative-Method) تعمل تحت أحمال مسيطرة واستخدمت في الحل طريقة نيوتن-رافسن المعدَلة, أجريت التكاملات العددية باستخدام قواعد كاوس للتكامل ذات ثمن نقاط للعنصر الطابوقي وأربع نقاط للعنصر القشري أو الصدفي. تم استخدام برنامج ANSYS في تحليل أنواع مختلفة من العتبات المكبة من ألواح البوليمر المسلحة بالألياف الكاربونية والخرسانة وتمت مقارنة النتائج المستحصلة لمنحنيات الحمل-الهطول على طول العتبة المفحوصة مع النتائج المختبرية المتوفرة. بشكل عام تم الحصول على توافق بين النتائج المستحصلة من طريقة العناصر المحددة والنتائج المختبرية المتوفرة بنسبة اختلاف (2%). كذلك تم تقصي تأثير مجموعة من المتغيرات الخاصة بالمادة على تصرف منحنيات الحمل-الهطول. تضمنت هذه المتغيرات دراسة تأثير فعالية طريقة التقوية، تأثير سمك، عرض وموقع ألواح البوليمر المسلحة بالألياف الكاربونية، تأثير كمية حديد التسليح الطولية، تأثير كمية حديد التسليح العرضية، تأثير طول مسافة القص، تأثير حالة الإسناد ونمط التشقق لحالات مختلفة من التحميل. وقد وجد فعالية طريقة التقوية الانحنائية بألواح البوليمر المسلحة بالألياف الكاربونية للعتب الخرساني المسلح حيث تتراوح الزيادة في مقدار التحمل الأقصى بين (30%-45%). من خلال دراسة التغيرات وجد أن سمك (CFRP) ذو تأثير واضح على تصرف منحني الحمل-الهطول للعتب الخرساني المركب حيث بزيادة السمك 50%، 100%، 200% سوف يزداد التحمل الأقصى للعتب المركب بنسبة 9%، 13%، 17.2% على التوالي. وكذلك وجد أن عرض (CFRP) يؤثر على التصرف الكلي لمنحني الحمل-الهطول للعتب المركب حيث وجد أن زيادة العرض من 100% إلى 300% سوف يزداد التحمل الأقصى من 17% إلى 26%. وكذلك نلاحظ زيادة جيدة بالتحمل الأقصى للعتب المركب بزيادة كمية التسليح الطولي إلى (1.5-2) مرة من كمية حديد التسليح الطولية المتوفرة في الدراسة العملية. أن الزيادة تتراوح من (9% ألي 30%).