بررسي مقاومت خمشي بتن فوق‌توانمند تقويت شده با الياف فولادي با استفاده از مدل المان محدود چندمقياسه

Investigation of flexural strength of ultra-high performance concrete reinforced with steel fibers using multiscale finite element model

هدف اصلي تحقيق حاضر، توسعه مدل المان محدود به منظور مطالعه تأثير الياف فولادي شكل بر مقاومت خمشي بتن فوق توانمند اليافي است. بدين منظور، به منظور شبيه‌سازي عددي، مدل المان محدود چندمقياسه توسعه داده شد كه در آن بتن به صورت ماده همگن و يكنواخت مدل‌سازي شده و الياف فولادي به صورت تصادفي در داخل آن توزيع شده است. به منظور در نظر گرفتن فرضيات واقع‌بينانه‌تر، ناحيه چسبندگي بين الياف و بتن نيز لحاظ شده است. پس از صحت‌سنجي نتايج مدل المان محدود با نتايج تست‌هاي تجربي، تأثير پارامترهاي مانند كسر حجمي و چسبندگي الياف فولادي بر استحكام مشخصه‌هاي مقاومت خمشي بتن‌هاي فوق توانمند تقويت شده با الياف مورد مطالعه عددي قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه تأثير استفاده از الياف بر ميزان جذب انرژي توسط بتن فوق توانمند اليافي بسيار بيشتر از تأثير آن بر ساير مشخصه‌هاي اين نوع بتن‌ها مي‌باشد و مخصوصاً استفاده از الياف در حجم‌هاي پايين الياف، تأثيري بسيار قابل ملاحظه بر قابليت جذب انرژي دارد به طوري كه به ازاي 0/5 درصد كسر حجمي الياف فولادي در حدود 17 برابر نسبت به نمونه بتن فوق توانمند بدون الياف افزايش مي‌يابد.

The main purpose of this study is to develop a finite element model to study the effect of steel-shaped fibers on the flexural strength of ultra-high performance fiber concrete. For this purpose, in order to numerically simulate, a multi-scale finite element model was developed in which concrete was modeled as a homogeneous and uniform material and steel fibers were randomly distributed inside it. In order to make more realistic assumptions, the area of ​​adhesion between the fibers and the concrete is also considered. After validating the results of finite element model with the results of experimental tests, the effect of parameters such as volume fraction and adhesion of steel fibers on the strength characteristics of flexural strength of ultra-high performance concrete reinforced with fibers has been studied numerically. The results indicate that the effect of using fibers on the amount of energy absorption by fiber reinforced concrete is much greater than its effect on other characteristics of this type of concrete and especially the use of fibers in low fiber volumes has a very significant effect on energy absorption so that for 0.5% of the volume fraction of steel fibers, an increase of about 17 times compared to the sample of super-reinforced concrete without fibers can be resulted.