دراسة مقارنة لأنواع مختلفة من الروافد الخرسانیة المسلحة الموصولة الأجزاء

رسالة ماجستير

اسم الباحث : أباذر ماجد عبدعون

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : هندسة البنى التحتية‏

سنة نشر البحث : 2018

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

تقنية الروافد الموصولة هي أحد الحلول لزيادة طول الفضاء للروافد الخرسانية. تتضمن هذه الطريقة ربط اثنين او ثلاثة من القطع الخرسانية مسبقة الصب من خلال مفاصل تصب موقعياً تدعى مناطق الوصلة. تتضمن الدراسة الحالية جزءا عمليا مختبريا واخر نظريا تطبيقيا لدراسة سلوك انواع مختلفة من الروافد الخرسانية المسلحة الناتجة من ربط القطع مسبقة الصب. الجانب العملي تضمن صب اثنى عشر نموذجا خرسانيا مسلحا  simply مقسمة الى مجموعتين وذلك اعتمادا على طريقة الاسناد فكانت المجموعة الاولى بسيطة الاسناد تتألف كل مجموعة من ستة روافد خرسانية مسلحة, .continuous والثانية مستمرة الاسناد supported احدى هذه الروافد كانت غير موصولة اي انه متكون من قطعة واحدة , بينما كانت الروافد الخمسة الأخرى متكونة من ربط ثلاثة قطع خرسانية في مناطق الوصلات باستخدام الحديد المعكوف بزاوية ° 90  وصب الخرسانة موقعيا مع استخدام مادة لاصقة بين الخرسانة القديمة والجديدة. كانت ابعاد المقطع لجميع الروافد الخرسانية المربوطة وغير المربوطة هي 150 ملم عرض, 230 ملم ارتفاع وبطول اجمالي بلغ 2800 ملم. تم تصميم طول منطقة الربط وذلك بالاعتماد على متطلبات الكود الامريكي والتي تحقق الطول البارز للحديد الطولي، فكان طول منطقة الربط 300 ملم. تم وصل الروافد الخرسانية المربوطة ذات الاسناد البسيط موقعيا عند مناطق الربع الاول من الطول الكلي من كلا الجانبين، اما الروافد المستمرة الاسناد فكانت مناطق الوصلة فيها عند نقاط الانقلاب التي كان فيه العزم مساويا للصفر. تضمنت المتغيرات في الجانب العملي كلا من: نوع الاسناد، استخدام خرسانة المساحيق الفعالة بدلآ من الخرسانة العادية, تغير النسبة الحجمية لألياف الحديد في خرسانة المساحيق الفعالة باستخدام نسبة % 1 و % 2 من حجم السمنت, وتقوية مناطق الوصلات باستخدام تم .NSM باستخدام طريقة التقوية قرب السطح السفلي CFRP bars قضبان الياف الكاربون البوليميرية تسليط الحمل من خلال نقطتين , اما الهطول فتم قياسه في منتصف الفضاء. أظهرت النتائج ان استخدام خرسانة المساحيق الفعالة الحاوية على الالياف الفولاذية بنسبة % 2 كبديل عن الخرسانة الاعتيادية ادى الى زيادة 14.55 على التوالي, اما % , المقاومة القصوى للروافد المربوطة البسيطة والمستمرة الاسناد بنسبة % 15 9.97 على التوالي ايضا للروافد البسيطة والمستمرة % , الهطول الاقصى فقد ازداد ايضا بنسبة % 28.13 الاسناد. وقد وجد أيضا ان تعزيز منطقه الوصلة بقضبان الكاربون البوليميرية للروافد البسيطة والمستمرة 3.76 ، في حين ان الهطول ازداد ايضا بنسبة % , الاسناد أدى إلى زيادة المقاومة القصوى بنسبة % 11.25 8.7 للروافد البسيطة والمستمرة الاسناد على التوالي. % ,15.56%

    باستخدام طريقة تحليل العناصر المحدودة ثلاثية الابعاد تم دراسة سلوك الروافد الخرسانية المسلحة تحليليا وذلك باستخدام برنامج ANSYS الإصدار 17.2 , حيث تم افتراض ان هنالك ترابط كامل بين الخرسانة وحديد التسليح. تم تمثيل الخرسانة في البرنامج بالعنصر 65 SOLID اما بالنسبة لحديد التسليح وقضبان الكاربون البوليميرية فقد تم تمثيلها بالعنصر LINK180  ، في حين تم تمثيل الصفائح الحديدية التي يسلط عبرها الحمل وتلك الخاصة بالإسناد بالعنصر 185 SOLIDاما المفاصل الصغيرة بين القطع الخرسانية مسبقة الصب ومناطق الوصلات فتم تمثيلها باستخدام 178 CONTACثلاثي الابعاد عقدة-عقدة، وقد تم تمثيل الحديد المعكوف كما هو بالنسبة للجانب العملي. اظهرت نتائج التطبيق العددي باستخدام البرنامج درجة مقبولة من التباين بين النتائج النظرية والعملية حيث ان اكبر فرق بالحمل الاقصى والهطول للجسور بسيطة الاسناد وصل الى (% 8.6+) ، (%15.76  (-على التوالي. لقد تبين ايضا من خلال النتائج ان استخدام خرسانة المساحيق الفعالة في مناطق الوصلات للروافد الخرسانية المسلحة الموصولة كانت فعالة جدا من خلال تحسين التحمل الاقصى من جهة وزيادة الهطول من جهة اخرى، وقد وجد ايضا ان استخدام هذه المادة من شأنه ان يقلل من ظهور التشققات وعرضها على طول الرافدة الخرسانية.

Comparative Study for Different Types of Reinforced Concrete Spliced Girders

The technique of splicing girders is one of the solutions for increasing the spans of precast concrete girders. This method includes splicing two or three precast segments at joints called splice regions. The present study involves an experimental work and numerical application for the behavior of different types of spliced reinforced concrete girders. The experimental work included test of twelve reinforced concrete girders divided according to support condition into two groups; simply supported and continuous. Each group consists of six girders; one of these girders was non-spliced as a control girder, while the other girders were spliced of three precast segments using hooked dowels of 90° and cast-in-place concrete in the splice regions. Each girder has the same dimensions of (150mm width, 230mm height, and 2800mm total length). The length of splice region of a simply supported and continuous spliced girders was designed according to the requirements of development length for the main longitudinal reinforcement; therefore, the length of splice region was equal to (300mm). The simply supported girders were spliced at the first quarter from each side of girder with a distance (500mm) from each support; while the continuous girders were spliced at the inflection points. The experimental parameters were: support condition, using reactive powder concrete (RPC) instead of normal concrete (NC) in the splice regions, volumetric ratio of steel fiber by using 1% and 2%, and strengthening the splice regions by near surface mounted (NSM) CFRP bars. The load was applied for each girder by two points of loading, and the deflection has been measured at the mid-span.

    The results showed that using RPC with 2% steel fibers as an alternative to the NC led to increase of the ultimate load by 15%, and 14.55% than the ultimate load of a girder spliced by using NC for simply supported and continuous girders respectively, and the maximum deflection was increased by 28.13%, and 9.97% respectively. It was also found that strengthening the splice region by NSM CFRP bars for the simply supported and continuous spliced girders led to improve the ultimate load by 11.25% and 3.76%, the deflection was also increased by 15.56% and 8.7% for the simply supported and continuous girders respectively.

    Three dimensional finite element analysis was used to investigate the behavior of spliced reinforced concrete girders. ANSYS program (version 17.2) was used for this purpose. Fully bonding was assumed between concrete and steel reinforcement.

     Concrete was represented by SOLID65, and the reinforcement by LINK180, while the steel plates of loading and supports were represented by SOLID185. The small joints between precast segments and splice regions was utilized contact elements represented by three dimensional node-to-node (CONTACT178). The hook has been represented as the same as for the experimental work. The results of numerical application showed an acceptable degree of variation with the experimental results, where the maximum difference between numerical and experimental results in the ultimate load, and the maximum deflection for the simply supported girders reached up to (+ 8.6%) and (- 15.76%) respectively.

   It was also found that using RPC instead of NC in the splice regions was more

 ffective to increase the ultimate load, and the maximum mid-span deflection and in addition to minimize of the cracks propagation along the girder.