تقوية العوارض الخرسانية المطاطية المسلحة بواسطة تقنية NSM-CFRP التي تتعرض لأحمال متكررة

رسالة ماجستير

اسم الباحث : شهد عدنان عبد الكاظم

اسم المشرف : ا.م.د علي غانم عباس

الكلمات المفتاحية : NSM,CFRP,Repeated loads,Rubberized,Strengthening

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2025

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تتناول هذه الدراسة سلوك العتبات الخرسانية المسلحة المعززة بالمطاط عند تعرضها لأحمال متكررة، والمعززة باستخدام قضبان وألواح البوليمر المقوى بالألياف الكربونية (CFRP) المرفقة بالقرب من السطح (NSM). تهدف الدراسة إلى معالجة القضية البيئية المتزايدة الناتجة عن النفايات من إطارات المركبات التالفة ، التي يصعب التخلص منها بسبب طبيعتها غير القابلة للتحلل البيولوجي. من خلال إعادة تدوير مطاط الإطارات واستخدامه كبديل جزئي للركام الخشن والناعم في الخرسانة، تسعى الدراسة إلى تقليل نفايات الإطارات وتقييم تأثيرها على خصائص الخرسانة والأداء الهيكلي.

تضمن البرنامج التجريبي استبدال الركام الناعم والخشن بجزيئات المطاط بنسب حجمية قدرها 10% و20% بشكل منفصل ومجتمعة. تم إعداد أربعة عشر عينة من العتبات (250 × 150 × 1600 مم)، بما في ذلك عتبتين مرجعيتين (تم اختبار واحدة تحت تحميل أحادي والأخرى تحت تحميل متكرر) واثني عشر عتبة معززة. تم تقسيم العتبات إلى مجموعتين: ستة عتبات معززة باستخدام قضبان NSM-CFRP وستة معززة باستخدام ألواح NSM-CFRP. اتبع اختبار الأحمال المتكررة بروتوكولًا يتضمن 30 دورة، بدءًا من 30%، 60%، و80% من الحمل الأقصى، تلتها تحميلات حتى الفشل.

أظهرت النتائج أن استبدال الركام بالمطاط أدى إلى تقليل كبير في الخصائص الميكانيكية، بما في ذلك القوة الانضغاطية، قوة الشد، والقوة المرنة بنسبة 51.66% و22.59% و38% على التوالي عند نسبة استبدال 20%. أظهرت الخرسانة المعززة بالمطاط قدرة تحميل نهائية أقل، خاصة عند مستويات الاستبدال العالية. ومع ذلك، أظهر استبدال الركام الخشن بالمطاط مقاومة أفضل للتشقق مقارنةً باستبدال الركام الناعم.

ساهم التعزيز باستخدام ألواح NSM-CFRP في تحسين قدرة التحميل النهائية تحت الأحمال المتكررة أكثر من القضبان NSM-CFRP. أظهر النموذج العددي باستخدام برنامج ABAQUS توافقًا جيدًا مع النتائج التجريبية مع انحرافات طفيفة. كشفت التحليلات أن زيادة قطر قضبان CFRP من 6 مم إلى 8 مم أدى إلى تحسين قدرة التحميل النهائية بنسبة 2.25%، بينما أسفرت زيادة سماكة الألواح من 1.2 مم إلى 2 مم عن تحسين طفيف بنسبة 0.74%، مما يشير إلى محدودية الجدوى الاقتصادية للألواح الأكثر سمكًا.

تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانيات الخرسانة المعززة بالمطاط كمواد مستدامة وفعالية أنظمة التعزيز باستخدام NSM-CFRP في تحسين أداء العتبات الخرسانية تحت ظروف التحميل المتكرر.

Strengthening Rubberized Reinforced Concrete beams subjected to repeated loads by NSM-CFRP Bars

ABstract

This study examines the behavior of rubberized reinforced concrete beams subjected to repeated loading, strengthened using Near-Surface Mounted (NSM) Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) bars and strips. The research addresses the growing environmental issue of waste from discarded vehicle tires, which are challenging to dispose of due to their non-biodegradable nature. By recycling tire rubber and incorporating it as a partial replacement for coarse and fine aggregates in concrete, the study aims to mitigate tire waste and evaluate its impact on concrete properties and structural performance.
The experimental program involved volumetric replacement of fine and coarse aggregates with rubber particles at ratios of 10% and 20%, individually and in combination. Fourteen beam specimens (250 × 150 × 1600 mm) were prepared, including two control beams (one tested under monotonic loading and the other under repeated loading) and twelve strengthened beams. These were divided into two groups: six beams strengthened with NSM-CFRP bars and six with NSM-CFRP strips. Repeated loading tests followed a protocol of 30 cycles, starting with 30%, 60%, and 80% of the ultimate load, followed by loading to failure.
Results indicated that replacing aggregates with rubber significantly reduced mechanical properties, including compressive strength, tensile strength, and flexural strength by 51.66%, 22.59%, and 38%, respectively, at a 20% replacement ratio. The ultimate load capacity of rubberized concrete was lower, especially at higher replacement levels of aggregates. Strengthening with NSM-CFRP strips enhanced ultimate load capacity under repeated loading more than NSM-CFRP bars. Numerical modeling using ABAQUS demonstrated good agreement with experimental results, with minor deviations. The analysis revealed that increasing CFRP bar diameters from 6 mm to 8 mm improved ultimate load by 2.25%, while increasing strip thickness from 1.2 mm to 2 mm resulted in a marginal improvement of 0.74%, suggesting limited cost-efficiency for thicker strips.
This research highlights the potential of rubberized concrete as a sustainable material and the effectiveness of NSM-CFRP strengthening systems in improving the performance of concrete beams under repeated loading conditions.