تاثير مدلسازي 3 بعدي در محاسبه پارامترهاي شكست بتن

Effect of 3D modeling in calculating concrete fracture parameters

مسئله ي شكست همه ساله هزينه‌ي مالي و جاني بسياري براي جوامع گوناگون به بار مي آورد. از اوايل قرن بيستم، نگاه علمي به اين مسئله آغاز شد. از اين رو بررسي مسئله شكست در مواد مختلف از جمله بتن، كه يكي از پركاربرد ترين مواد در صنعت ساخت و ساز مي‌باشد امري ضروري به نظر مي‌رسد. براي تحليل سازه‌هاي بتني در مقياس ماكرو فرض مي‌شود بتن يك ماده همگن است، در صورتيكه در واقعيت بتن شامل اجزا مختلفي مانند خمير سيمان، شن، ماسه و هوا مي‌باشد كه وجود اين اجزا در تعيين رفتار بتن حائز اهميت است. بنابراين در اين بررسي براي محاسبه‌ پارامترهاي شكست بتن، خمير سيمان و 4 سايز مختلف سنگدانه مدل‌سازي شد تا بتوان تاثير وجود سنگدانه‌ها در داخل خمير سيمان بررسي گردد. با توجه به توزيع اتفاقي سنگدانه‌ها در خمير سيمان، 100 نوع مختلف توزيع سنگدانه در خمير سيمان مدل‌سازي شد تا محدوده وسيعي از پاسخ‌ها مورد بررسي قرار گيرد. با بررسي نتايج 100 نمونه عددي تير خمشي تحت آزمايش سه نقطه، بر خلاف انتظار كه تحت اين آزمايش فقط بايد ضريب شكست مود اول ايجاد شود به علت توزيع سنگدانه‌ها ضرايب شكست مود دوم و سوم نيز ايجاد شد، مقدار اين مود‌ها احتمالا به شكل سنگدانه‌ها و محل قرارگيري آنها وابسته مي‌باشد. وجود هر سه مود شكست، توزيع نرخ رهايي انرژي را در ضخامت از حالت يكنواخت خارج كرده، كه مي‌تواند باعث شكست زود هنگام نمونه گردد.

The problem of failure brings about considerable financial and living costs to various societies every year. The issue came under a scientific scrutiny since the beginning of the twentieth century. For the macro scale analysis of concrete structures, concrete is assumed as a homogeneous material, whereas in reality concrete contains various components such as cement paste, sand and air, which are important for concrete behavior determination. Therefore, in the current research, to calculate concrete failure parameters, cement paste and 4 different aggregate sizes were modelled to examine the effect of aggregates in the cement paste. According to the random distribution of the aggregates in the cement paste, 100 different types of the aggregate distribution in the cement paste were modeled to evaluate a wide range of responses. By examining the results obtained from 100 numerical samples of the bending beam under the three-point test, an unexpected result was obtained. It is normally expected that only the failure coefficient of the first mode should be created under this experiment. However, the failure coefficients of the second and third modes were also created due to the distribution of aggregates. The amount of these modes are probably dependent on aggregates and their location. The existence of all three failure modes contributes to the inconsistency of energy release rate distribution in the thickness, and the final result is the early failure of the sample.