مدل‌سازي اجزا محدود و مقايسه آزمايشگاهي تيرهاي بتن مسلح داراي آلياژهاي حافظه‌دار شكلي تحت بار سيكلي

F.E. Modeling and Experimental Comparison of RC Beams Consisting Shape Memory Alloys under Cyclic Loading

آلياژهاي حافظه‌دار شكلي، نوعي از مصالح هوشمند فلزي مي‌باشند كه عملكرد مكانيكي و حرارتي منحصر به فرد آنها، همچون قابليت بازگشت به شكل اوليه (رفتار حافظه‌داري شكلي) و توانايي بازيابي كرنش‌هاي بزرگ (رفتار فوق ارتجاعي)، سبب شده است تا اخيرا كاربردهاي وسيعي در صنايع گوناگون از جمله در مهندسي عمران، پيدا كنند. عملكرد فوق ارتجاعي اين آلياژها سبب مي‌شود كه آنها با قرار گرفتن تحت سيكل‌هاي بارگذاري و باربرداري و حتي پس از عبور از حد تسليم، كرنش پسماند ناچيزي از خود برجاي بگذارند. اين ويژگي در واقع سبب ايجاد نيروهاي بازسازي كننده‌اي در سازه مي‌شود، به طوريكه در اعضاي بتن مسلح، امكان بسته شدن تركهاي به وقوع پيوسته در بتن نواحي كششي نيز فراهم مي‌گردد، چنين ويژگي براي اعضاي نواحي زلزله‌خيز بسيار با اهميت است. در اين مقاله به مدل‌سازي اجزا محدود و صحت‌سنجي رفتار تيرهاي بتن مسلح داراي آلياژهاي حافظه‌دار شكلي، پرداخته شده است. به اين منظور ابتدا مدل المان محدود سه تير بتن مسلح با اضافه كردن سيم‌هاي نايتينول در ناحيه كششي تير، در نرم‌افزار انسيس ساخته شد، سپس تيرها تحت اثر بارگذاري سيكلي قرارگرفته و نمودار هيسترزيس آنها با تيرهاي مشابه آزمايشگاهي موجود مورد مقايسه قرار گرفته است. بررسي نتايج حاصل از آناليز عددي نشان مي‌دهد كه، افزودن سيم‌هاي نايتينول در ناحيه كششي تير، سبب افزايش ظرفيت باربري و شكل‌پذيري و كاهش قابل ملاحظه تغييرمكان پسماند عضو مي‌گردد.

Shape Memory Alloys (SMA) are a kind of smart materials that their unique mechanical and thermal performances such as the ability to return to its original shape (Shape Memory Effect) and the ability to recover large strain (Super Elasticity), caused their wide application in various industries such as civil engineering. Due to the superplastic behavior of theses alloys, undergoing cycles of loading and unloading, results very little residual strain, even after exceeding the yield strain. This property causes recover forces in the structure so that they can close the cracks in the tensile zone of RC members and therefore, it is significant for structural members located in earthquake zones. In this paper the F.E modeling of reinforced concrete (RC) beams utilizing of shape memory alloys is produced and results of different loads response of modeling is verified with the available experimental results. For this purpose, firstly the finite element model of three RC beams by adding Nitinol wires in the tensile zone was made by ANSYS software. Then the beams were subjected to cyclic loading and their hysteresis curves were compared with the similar available experimental beams. The numerical results revealed, utilization of Nitinol wires in tensile zone of the beams resulted, increase in both loading capacity and ductility and decrease in residual displacement.