تحلیل و طراحی تونل پوشش‌دار با قطعات مرکب بتن مسلح الیافی: مطالعه‌ی موردی تونل خط 7 متروی تهران

استفاده از قطعات بتنی در تونل‏سازی همواره با ترک‌های عریض ناشی از ضربه جک تراست دستگاه مکانیزه حفاری در طول نصب قطعات و یا نیروهای به وجود آمده در مرحله انتقال همراه است. از سوی دیگر، به دلیل هزینه‌های نیروی انسانی و زمان ساخت طولانی، امروزه استفاده از بتن الیافی مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از الیاف، خواص مکانیکی قطعه بتنی بهبود یافته و در مقابل تنش‌های کششی بسیار زیاد، عملکرد قابل قبولی از خود نشان می‌دهد. تحقیق حاضر، با هدفتجزیه و تحلیل اثر جایگزینی الیاف فولادی با آرماتور در قطعه های بتن مسلح تونل سازی با استفاده از روش مبتنی بر فاصله انجام شده است. در این پژوهش، ابتدا به بررسی آئین‌نامه‌ها و استانداردهای طراحی قطعه‌های بتن الیافی مورد استفاده در تونل پرداخته شده است. سپس، با استفاده از شبیه‏سازی عددی، قطعه‌های بتن مسلح در نرم افزار اجزای محدود آباکوس‌ تحت بارگذاری قرار گرفته اند. قطعه‏های مدل‏سازی شده شامل سه نوع قطعه بتن مسلح با آرماتور و قطعه مسلح شده با آرماتور و الیاف، از طریق جایگزینی آرماتور با الیاف به میزان 0.5 و 1.0 درصد حجمی بتن است. در نهایت، با توجه به خواص مکانیکی نظیر ظرفیت فشاری، کششی و خمشی و همچنین، تحلیل اقتصادی صورت گرفته بر مبنای روش مبتنی بر فاصله، قطعه طراحی شده با بتن ‌الیافی 1.0 درصد نسبت به دو نوع قطعه دیگر 33 درصد برتری دارد.

Analysis of the effect of replacing steel fibers with bars in reinforced concrete tunneling segments by DBA method

Application of the concrete segments used in tunneling always lead to extensive cracks due to the impact of trust jack or forces created in the transportation stage. On the other hand, use of fiber reinforced concrete is of great interest because of reducing labor costs. Inclusion of fibers in concrete segments improves the mechanical properties and results in resisting high tensile stress. The purpose of this investigation is analysis of the replacement effect of steel fibers with bars in reinforced concrete segments applied in tunneling by using DBA method. Firstly, requirements and standards of fiber reinforced concrete segments were studied. Then, reinforced concrete segments simulated by ABAQUS finite element software were loaded. One of the reinforced concrete segments included reinforced concrete segment with steel bars. Also, to evaluate the replacement effect of steel fibers with bars, two steel fiber reinforced concrete segments with 0.5 and 1.0 percentage of volume content were simulated. Finally, the results obtained from DBA method considering compressive, tensile, and flexural capacity and cost showed that the reinforced concrete segment with 1.0% volume content of steel fiber was the most optimal among all reinforced concrete segments.