مطالعه عددی عملکرد تیرهای بتن مسلح دارای هسته توخالی تحت بار پیچشی به روش اجزاء محدود

پیچش در اجزای سازه‌ای بخصوص با مقاطع غیردایروی به دلیل ایجاد اعوجاج می‌تواند به عنوان یک بار بحرانی جهت ایجاد خرابی‌های اندک یا گسترده به حساب آید. امروزه صرفه‌جویی در مصالح مصرفی جزو اولویتهای اول مهندسی به حساب می‌آید و تیرها به عنوان یکی از اجزای اصلی و پرتکرار در سیستم باربری سازه‌ها می‌توانند نقش مهمی در پایداری سازه و در عین حال قیمت تمام شده سازه ایفا نمایند. در این راستا استفاده از تیرهای دارای هسته توخالی می‌تواند ما را به این مقصود نایل سازد. گاهاً می‌توان جهت حفظ پایداری یا مقاومتِ جز سازه‌ای با داشتن هسته توخالی از الیاف تقویت‌کننده استفاده کرد. الیاف frp به عنوان مصالح جدید رشد‌یافته به‌طور برجسته‌ای با نسبت مقاومت به وزن بالا و دوام در محیط‌های خوردگی قابل توصیف هستند، که کاربرد آنها را به خصوص در سازه‌های فضایی و صنایع دریایی قابل توجه کرده است. در این پژوهش بعد از صحت‌سنجی نمونه آزمایشگاهی و اطمینان از نتایج بدست آمده، به مدل‌سازی 7 نمونه تیر بتنی با سوراخ دایره‌ای و مربعی با ورق cfrp تحت اثر نیروی پیچشی در حالات مختلف پرداخته شده است. نتایج بدست آمده نشان می‌دهند که نمونه‌هایی که در آنها از ورق‌های cfrp جهت بهبود عملکرد تیر بتنی استفاده گردیده، عملکرد یکسانی در ناحیه الاستیک داشته که با ادامه بارگذاری و تغییر شیب منحنی و وارد شدن نمونه‌ها به ناحیه پلاستیک شاهد افزایش اختلاف در بین نمونه‌ها بوده‌ایم. همچنین مقادیر تنش و کرنش پلاستیک در محل‌هایی که از ورق cfrp استفاده شده است از مقدار و شدت کمتری برخوردار بوده و همچنین در طول کمتری گسترش یافته است. به‌طوریکه در نمونه با ورق‌های cfrp در ابتدا و انتهای تیر مقدار تنش و کرنش توزیع شده در طول بیشتری ایجاد شده است. از نتایج قابل توجه این مطالعه اینکه ظرفیت تیر با هسته توخالی مربعی نسبت به دایروی با مساحت مقطع یکسان 15.71 درصد و نیز ظرفیت تیر با چهار دایره توخالی در مقطع نسبت به یک دایره در مساحتی برابر معادل 12.15 درصد افزایش ظرفیت پیچشی از خود نشان می‌دهد.

numerical study of performance of reinforced concrete beams with hollow core under torsional loading by finite element method

twisting in structural components, especially with non-circular sections due to distortion, can be considered as a critical load to cause small or extensive failures. nowadays, the saving of consumable materials is considered among the first priorities of engineering, and beams, as one of the main and frequent components in the load-bearing system of structures, can play an important role in the stability of the structure and at the same time the cost price of the structure. in this regard, the use of beams with a hollow core can help us achieve this goal. frp fibers can be described as new developed materials outstandingly with high strength-to-weight ratio and durability in corrosive environments, which has made their application especially significant in space structures and marine industries. in this research, after validating the laboratory sample and confirming the obtained results, the modeling of 7 samples of concrete beams with circular and square holes with cfrp sheets under the effect of torsional force in different situations was done. the obtained results show that the samples in which cfrp sheets were used to improve the performance of the concrete beam had the same performance in the elastic region, and with the continuation of loading and changing the slope of the curve and entering the plastic region of the samples, we have seen an increase in the difference between the samples. also, the values of stress and plastic strain in the places where cfrp sheets were used were of lower value and intensity and also spread in a shorter length. so, in the sample with cfrp sheets at the beginning and end of the beam, the amount of stress and strain distributed in a larger length is created. one of the significant results of this study is that the capacity of a beam with a square hollow core shows a 15.71% increase in torsional capacity compared to a circle with the same cross-sectional area, as well as a 12.15% increase in the capacity of a beam with four hollow circles in the cross-section compared to a circle with an equal area.