اسم الباحث : سلام حسين مدلول
اسم المشرف : أ.م.د زينب محمد رضا عبد الرسول ;أ.م.د مشتاق صادق راضي
الكلمات المفتاحية : CFRP reinforcement .GFRP reinforcement bilayer .concrete beam. multilayer concrete beam. hybrid concrete beam .hybrid reinforcement.
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : الهندسة المدنية هندسة البنى التحتية
سنة نشر البحث : 2025
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
تُعد العتبة الخرسانية ثنائية الطبقة عنصراً إنشائياً متخصصاً يتكوّن من طبقتين مختلفتين من الخرسانة، وقد صُممت هذه البنية لتحسين الكفاءة الإنشائية من خلال تعزيز مقاومة الانثناء، والمتانة، والقدرة النهائية على التحمل تحت ظروف تشغيلية متعددة. وقد أثبت الجمع بين التسليح بالألياف الزجاجية والكربونية المدعّمة بالبوليمر (GFRP, CFRP)، والتسليح الفولاذي، والتسليح الهجين في العتبات الخرسانية ثنائية الطبقة أنه بديل مناسب للتسليح الفولاذي التقليدي، لما يتمتع به من نسبة عالية بين المقاومة والوزن، بالإضافة إلى تحسين الأداء الانثنائي ومقاومة التشقق. يهدف هذا البحث إلى تقييم الأداء الانثنائي (القدرة على التحمل، انتشار التشققات، والانحراف) للعتبات الخرسانية ثنائية الطبقة والمسلحة بأنواع مختلفة من قضبان التسليح (حديد، CFRP، GFRP، أو تسليح هجين)، وذلك من خلال الدراسة التجريبية والتحليل العددي تحت حمل نقطتين. تم تصنيع خمسة عشر نموذجاً بأبعاد (150×200×1400 ملم) في الموقع، حيث شملت ستة نماذج بطبقة خرسانية واحدة، بينما تكوّنت التسعة الأخرى من طبقتين خرسانيتين. استُخدمت الخرسانة الاعتيادية المقاومة (NSC) في منطقة الشد، بينما وُظّفت الخرسانة عالية المقاومة (HSC) في منطقة الضغط بهدف تحسين خصائص المادة والسلوك الإنشائي. تم تصنيف النماذج إلى أربع مجموعات اعتماداً على نوع التسليح المستخدم: قضبان (الحديد، CFRP، GFRP، والتسليح الهجين). وقد تم تمثيل السلوك غير الخطي للعتبات باستخدام برنامج ABAQUS للتحليل العددي. أظهرت النتائج تقارباً جيداً بين النماذج العددية والقياسات المختبرية، بمتوسط الفرق في الحمل الأقصى حوالي 2.1% وفي هبوط اقصى 4.93%. كما بينت النتائج أن النماذج ثنائية الطبقة سجلت تحسناً في الحمل الأقصى بنسبة 12.77%، وفي حمل التشقق الأول بنسبة 30.95% مقارنة بالنماذج أحادية الطبقة. كذلك، أظهرت النماذج ذات التسليح الهجين زيادة في المطيلية بنسبة 7.3% مقارنة بتلك المسلحة بنوع واحد من القضبان. تُشير هذه النتائج إلى أن التصاميم الهجينة المقترحة تُحسّن الأداء الإنشائي، وتقدّم حلاً واعداً لبناء منظومات خرسانية أكثر استدامة وكفاءة.
Flexural Performance of Bilayer Concrete Beams Reinforced with Different Types of Rebars
Abstract
A bilayer concrete beam is a specialized structural element composed of two types of concrete layers. This configuration is designed to improve structural efficiency by providing enhanced flexural strength, durability, and ultimate load capacity throughout different operating situations. However, combining glass, carbon fiber reinforced polymer (GFRP, CFRP), steel, and hybrid reinforcement in bilayer concrete beams was a suitable substitute for standard steel reinforcing due to its impressive ratio of strength to weight and improved flexural performance and crack resistance. This study aims to experimentally and numerically evaluate the flexural performance (load capacity, crack propagation, and deflection) of bilayer concrete beams reinforced with different types of rebars (steel, CFRP, GFRP, or hybrid) under two-point loading. Fifteen models measuring (150, 200, and 1400) mm were fabricated on-site, six models consisted of a single layer of concrete, whereas nine models were constructed from bilayers of concrete. Normal-strength concrete (NSC) generally used in the tension zone, whereas high-strength concrete (HSC) applied in the compression zone to enhance material performance and structural behavior. The subjects were planned to be classified into four sections according to the reinforcement employed: steel, CFRP, GFRP, and different type of rebars. The nonlinear beam behavior was modeled using ABAQUS numerical analysis. An average difference in a maximum load of 2.1% and a maximum deflection of 4.93% showed that the numerical model matched experimental measurements. The findings indicated that the bilayer concrete system models exhibited an enhancement in ultimate load and the magnitude of the first crack load by 12.77% and 30.95%, respectively, compared to models built with a single layer of concrete. The hybrid reinforcement models exhibit a 7.3% greater ductility than those reinforced with a one type of rebar. The suggested hybrid designs improved structural performance, presenting a feasible method for sustainable and robust concrete structures.


