پديد آورندگان :
تيموري، اميررضا دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل - دانشكده مهندسي عمران، بابل، ايران , يوسف پور، حسين دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل - دانشكده مهندسي عمران، بابل، ايران , نوايي نيا، بهرام دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل - دانشكده مهندسي عمران، بابل، ايران
كليدواژه :
واكنش قليايي سنگدانه‌ها , انبساط , بتن مسلح , روش اجزاي محدود
چكيده فارسي :
واكنش قليايي سنگدانه‌ها نوعي فرايند شيميايي مخرب و وابسته به زمان است كه بين يون هاي قليايي موجود در سيمان و مواد معدني موجود در انواع مشخصي از سنگدانه ها كه داراي سيليس واكنش‌پذير يا كربنات مي‌باشند رخ مي دهد. اين واكنش سبب ايجاد نوعي ژل در بتن مي گردد كه تمايل به جذب آب داشته و در صورت جذب رطوبت از محيط اطراف بصورت غيريكنواخت منبسط مي‌شود. اين انبساط غيريكنواخت سبب وقوع تنش‌هاي كششي بزرگتر از مقاومت كششي بتن و در نتيجه ترك‌خوردگي آن مي‌شود. با وقوع چنين ترك‌هايي، بسياري از پارامترهاي رفتار مكانيكي بتن نظير مقاومت فشاري، مقاومت كششي و مدول الاستيسيته تغيير كرده و در نتيجهي آن، پايداري و قابليت سرويس‌دهي سازه به طور جدي تحت تاثير قرار مي گيرند. براي شبيه سازي رفتار سازه ها در برابر اين واكنش ها، يكي از مهمترين محاسبات، توزيع جهتي صحيح انبساط حجمي ناشي از اين واكنش ها مي باشد، كه بر پيش بيني تنش ها و كرنش هاي موجود در سازه اثر قابل توجهي دارد. در پژوهش حاضر، با استفاده از قابليت سابروتين نويسي در نرم افزار اجزاي محدود آباكوس، يك مدل رياضي براي شبيه‌سازي انبساط مرتبط با واكنش هاي قليايي سنگدانه ها و خسارت ناشي از آن در المان‌ها و اعضاي بتن مسلح توسعه داده شد. مدل مورد اشاره با توجه به وضعيت تنش در بتن در هر گام زماني تحليل، كرنش آزاد حجمي را بصورت غيرهمسانگرد در بتن توزيع مي‌كند. به‌منظور صحت‌سنجي مدل توسعه داده شده، نتايج حاصل از آن تحت شرايط مختلف آرماتورگذاري و بارگذاري با توجه به نتايج آزمايشگاهي مورد سنجش قرار گرفت. مقايسه با نتايج آزمايشگاهي نشان مي‌دهد كه مدل عددي توسعه داده شده قادر است با دقت مناسب توزيع جهتي انبساط غيرهمسانگرد ناشي از واكنش قليايي سنگدانه‌ها را در بتن مسلح و غيرمسلح شبيه‌سازي كند. نتايج حاصل از مدل اجزاي محدود همچنين حاكي از آن است كه اصلاح مشخصات مكانيكي بتن طي شبيه‌سازي، تاثير اندكي بر توزيع جهتي انبساط دارد. بعلاوه مشاهده شد كه مدل مورد استفاده تسليم آرماتورها را در انبساط كلي متناظر با كرنش تسليم فولاد (حدود 0/2 درصد) نشان مي دهد كه پيرو آن تغييرات تنش الگوي متفاوتي را دنبال مي نمايد. چارچوب عددي معرفي شده در اين مقاله مي تواند به نحو موثري در مدل سازي سازه هاي تحت اثر واكنش هاي قليايي سنگدانه ها مورد استفاده قرار گرفته و به منظور تعيين تنش ها و خسارات ناشي از پيشرفت اين واكنش استفاده شود
چكيده لاتين :
Alkali-Aggregate Reaction (AAR) is a type of destructive and time-dependent chemical process in concrete
that occurs between alkali ions in the cement and reactive minerals in certain types of aggregates. First recognized in 1930s, AAR is divided into two major categories of Alkali-Silica Reaction (ASR) and Alkali-Carbonate Reaction (ACR), both of which produce an expansive gel in the concrete which expands as a result of
water absorption. The expansion of the AAR gel exerts significant internal pressure in the concrete, which
may lead to internal and external cracks. With the occurrence of such cracks, many parameters affecting the
stiffness and strength of the structure, such as compressive strength, tensile strength, and modulus of elasticity
are diminished. As a result, the safety and serviceability of the structure may be seriously impacted. While
advances in concrete materials science have led to means to prevent AAR in new construction, numerous
existing structures worldwide, such as dams, power plants, and bridges, are affected by these reactions, the
replacement of which may be impractical, or in some cases, impossible. As a result, it is crucial to simulate
the behavior of such structures for reliable estimation of their safety and providing rehabilitation measures as
necessary. One of the major indicators of AAR is the anisotropic expansion it generates inside the concrete
member, which changes drastically based on the boundary conditions and internal and external restraint imposed on the expansions. As a result, the prediction of the anisotropic expansions is of utmost importance in
successful simulation of AAR-affected reinforced concrete structures. This paper presents a practical simulation methodology for estimating the directional distribution of AAR expansions. The methodology makes use
of the user subroutine capability in the finite element software Abaqus. A mathematical model is used to simulation AAR-related expansion based on the stress tensor, whereas concrete damage is simulated using the
concrete damage plasticity model. The model is used to simulate a variety of AAR-affected reinforced and
plain concrete cube and beam specimens for which the directional expansion data have been reported in the
literature. Comparison between numerical and experimental results shows that the proposed methodology is
capable of reliably simulating the AAR-induced expansions and the interaction between AAR expansions and
the ensuing damage for a variety of reinforcement configurations. The model showed that the yield strength
of reinforcing bars plays a major role in the directional distribution of expansion. However, changes in the
mechanical properties of concrete were found to be inconsequential in the distribution of the expansions.
Moreover, changes in distance between reinforcing bars and the reinforcement ratio in each direction were
observed to affect the accuracy of the model. However, the model was found to be successful in reasonably
capturing the trends in all case studies investigated. The results of this study are of great value to the simulation
of AAR-affected reinforced concrete structures
