كفاءة الاعتاب الخرسانية المسلحة الحاوية على SIFCON و المدعمة بـاستخدام CFRP

رسالة ماجستير

اسم الباحث : عصام يوسف جبار

اسم المشرف : أ.د. ليث شاكر رشيد ; أ.م.د. وجدي شبر صاحب

الكلمات المفتاحية : Sifcon, steel fiber, CFRP flexural load, ultimate load

الكلية : كلية الهندسة

الاختصاص : الهندسة المدنية

سنة نشر البحث : 2023

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

الخلاصة

تعتبر خرسانة المونة المتسللة ضمن الألياف (SIFCON) أحد الاستخدامات الجديدة للخرسانة التي أصبحت أكثر أهمية لنجاح استخدامها كطريقة لتدعيم واصلاح الهياكل القديمة وتحديثها او نتيجة زيادة الاحمال الناتجة عن الاخطاء التصميمية.

تتميز الخرسانة الهجينة (سيفكون) بمادة مطيلة للغاية وطاقة كامنة ممتازة لامتصاص الحمل المفاجئ. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع بمقاومة عالية للصدمات المرتدة عن الانفجارات. قد تعمل المادة الرابطة في الخرسانة الهجينة الناتجة كعضو مركب لتوزيع الأحمال وامتصاص الصدمات على العضو الانشائي بسبب القيم العالية للمرونة والطاقة الكامنة للألياف الحديدية.

ان الهدف من هذه الدراسة الحالية هو التحري من سلوك وأداء الاعتاب الخرسانية المسلحة الحاوية على (SIFCON) والمقواة بأشرطة اللدائن المقوى بألياف الكربون (CFRP) والمثبتة في مناطق الشد.

يتضمن العمل المختبري تصنيع واختبار أربعة عشر نموذجا من الاعتاب الخرسانة المسلحة مقسمة الى خمسة مجاميع حسب نسبة الالياف الفولاذية وسمك طبقة السيفكون والتقوية بألياف الكاربون البوليميرية.

أظهرت النتائج المختبرية الى أن زيادة نسبة الألياف الفولاذية لها تأثير على مقاومة الانضغاط للأعتاب الخرسانية الحاوية على SIFCONاذ ان زيادة النسبة المئوية للألياف الفولاذية زادت من مقاومة الانضغاط بحوالي (30 و55 و77٪) للألياف الفولاذية المضافة بنسبة 2 %، 4 %، و6٪ مقارنة بالعينة المرجعية لعمر 28 يومًا على التوالي.

علاوة على ذلك، فقد ثبت أن زيادة النسبة المئوية للألياف الفولاذية لها تأثير كبير على مقاومة الشد للأعتاب الخرسانية (fct) الحاوية على Sifcon .حيث ان زيادة النسب المئوية المضافة للألياف الفولاذية البالغة 2 و 4 و 6٪ بالنسبة للأعتاب المرجعية للعمر 28 يومًا ، زادت قوة الشد بحوالي (160 إلى 417٪) على التوالي.

أظهرت النتائج المختبرية أيضًا أن النسبة المئوية للألياف الفولاذية لها تأثير على قوة الانحناء القصوى للأعتاب الحاوية على SIFCON ؛ حيث ان زيادة النسبة المئوية للألياف الفولاذية ، زادت قوة الانحناء النهائية بحوالي (16 و 30٪) لنسبة الألياف الفولاذية المضافة بنسبة 4 و 6٪ عند مقارنتها بالأعتاب المرجعية بنسبة 2٪ للأعتاب الحاوية على SIFCON بسمك 30 ملم على التوالي. في الوقت نفسه ، أدت زيادة النسبة المئوية للألياف الفولاذية إلى زيادة قوة الانحناء القصوى فيما يتعلق بالأعتاب المرجعية بنسبة 2٪ والحاوية على SIFCON بسمك 20 ملم على التوالي.

اثبتت النتائج المختبرية أيضا ان زيادة النسبة المئوية لالياف الفولاذ لها تاثير في زيادة معامل الليونة او المطالية للأعتاب الحاوية على SIFCON مقارنة بالأعتاب المرجعية .

أيضا اثبتت النتائج المختبرية ان زيادة النسبة المئوية لألياف الفولاذ وسمك طبقة السيفكون والياف الكاربون كلها تودي الى زيادة الحمل التشققي الاولي مع تقليل مقدار الهطول.

Flexural Behavior of Reinforced Concrete Beams Containing SIFCON and Strengthened by CFRP Sheets

Abatract

Mortar infiltrated within the fibers (SIFCON) is one of the new usages of concrete, which has become more important for the success of its use as a way to reinforce and repair old structures and modernize them, or as a result of increased loads resulting from design errors.
Hybrid concrete (Sifcon) is distinguished by its very ductile substance and excellent energy absorption capacity. Additionally, it has great impact resistance and explosive loading. The resulting hybrid concrete matrix functions as a composite member to distribute loads and absorb shocks on the structural member due to the high values of elasticity and potential energy of the steel fibers.
The present study aims to investigate experimentally the behaviors of reinforced concrete beams containing SIFCON and strengthened by Carbon Fiber Reinforced Polymer sheet (CFRP) at their bottom flexural faces. Fourteen specimens of reinforced concrete beams, divided into five groups were made and tested according to the percentage of steel fiber, thickness of SIFCON layer and CFRP sheets presence.
The results of the experimental program showed that the percentage of steel fiber has an impact on the compressive strength of SIFCON, as increasing the percentage of steel fiber from 0 % to 6% has increased the compressive strengths from (30 to 77%) in comparison with the control specimen at the age 28 days, respectively.
Moreover, it was proved that the percentage of steel fiber has a significant effect on the splitting tensile strength (fct). The splitting tensile strengths increased by approximately (160% to 417%) for the added steel fiber percentages from 0% to 6% relative to the reference specimen for age 28 days, respectively.
The experimental results also revealed that the percentage of steel fiber has an impact on the ultimate flexural force of SIFCON, for the increase of the percentage of steel fiber increased the ultimate flexural force by about (16 and 30%) for the added steel fiber percentage of 4 and 6% concerning the reference specimen of 2% for SIFCON specimens with a thickness of 30mm respectively. At the same time, the increase of the percentage of steel fiber increased the ultimate flexural force concerning the reference specimen of 2% for SIFCON specimens with a thickness of 20mm respectively.
It is worth mentioning that the ductility index is greatly affected by the percentage of added steel fibers and the thickness of the SIFCON layer in the presence of CFRP. And, in this regard, failure is controlled by debonding of the SIFCON layer, which makes it close to failure in the absence of CFRP. This indicates that the CFRP fixation length is insufficient to raise the ductility index. It has been demonstrated that adding more CFRP sheets increases stiffness. Similarly increasing the percentage of steel fibers increases the stiffness, and likewise, increasing the SIFCON layer thickness from 20 to 30 mm increases the stiffness by a small amount.