مطالعه ی تأثیر نوع و میزان الیاف فولادی و قطر پرتابه بر رفتار ضربه ای UHPSFRC

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

هدف اصلی این تبارهای حاصل از ضربه و نفوذ پرتابه‌هاحقیق، مطالعه‌ی تاثیر میزان الیاف فولادی، در محدوده‌ی مقدار معمول و اقتصادی، بر رفتار ضربه‌ای بتن فوق توانمند می‌باشد. مطالعه در برابر ضربه با سرعت کم، با آزمایش‌های سقوط وزنه و در برابر ضربه و نفوذ پرتابه‌های سرعت بالا، با شبیه-سازی‌های عددی صورت پذیرفت. اعتبار روش شبیه‌سازی ارائه شده، بر اساس نتایج آزمایش‌ها تایید شد. آزمایش‌های تعیین خصوصیات مکانیکی مورد نیاز برای مدل‌سازی بتن‌ها نیز انجام شد. تاثیر قطر پرتابه و مشخصات الیاف فولادی نیز به ترتیب به روش‌های عددی و آزمایشگاهی مطالعه شد. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش میزان میکرو الیاف از یک درصد به دو درصد حجم بتن، تعداد ضربه‌های وزنه‌ی لازم برای گسیختگی نهایی، نزدیک به دو برابر و سطح آسیب‌دیدگی کم‌تر می‌شود. همچنین، افزایش میزان الیاف به دو درصد، منجر به افزایش طاقت اهداف بتنی و کاهش عمق نفوذ و قطر حفره‌ی ناشی از برخورد پرتابه‌ی سرعت بالا می‌گردد. افزایش قطر پرتابه که منجر به افزایش جرم آن می‌شود، با ثابت بودن سرعت برخورد، باعث افزایش نیروی ضربه و در نتیجه افزایش عمق نفوذ و قطر حفره، در بتن‌های فوق توانمند با هر دو مقدار درصد الیاف می‌گردد. اما میزان این افزایش، در بتن با یک درصد الیاف به طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر می‌باشد. استفاده از ماکرو الیاف به جای میکرو الیاف، به دلیل خرد شدن بتن و جدا شدن الیاف از بتن در هنگام گسیختگی، به لحاظ فنی و اقتصادی جهت مسلح نمودن بتن در مقابل بارهای ضربه‌ای توجیه ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Study of Effects of Type and Amount of Steel Fibers and Diameter of Projectile on Behavior of UHPSFRC

نویسنده [English]

  • G. Dehghani Ashkezari
Passive Defense Department, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, firstly the impact behavior of a kind of ultra-high performance steel fiber reinforced concrete (UHPSFRC) with one and two percent steel fiber by concrete volume are investigated under drop-weight test by using of constraint and simple supports condition. The results of tests show that fiber content has a significant effect on impact behavior of UHPFRCs, so that by increase of fiber content from one percent to two percent, the numbers of drops required to final failure of concrete targets are becoming nearly two times. Then, impact and penetration of high velocity projectile on UHPSFRC targets has been simulated by using of LS-DYNA software based on erosion algorithm. In this study, Elastic-Plastic Hydrodynamic material model has been used to modeling the behavior of concrete. This material model is able to consider the softening behavior of material due to post-yield damage by getting tabulated effective stress and effective plastic strain. Comparison between numerical and experimental results shows that the hydrodynamic model is able to describe the responses of UHPSFRC under impact loading. Besides, by adding of more fibers, concrete targets can obtain greater toughness due to higher residual strength and greater strains. It leads to reduce the penetration depth and the diameter of the cavity that are created in target due to impact of the projectile and spread of stress waves.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultra High Performance Concrete
  • Steel Fiber
  • Impact
  • Projectile
  • numerical simulation

مراجع

[1] M., Nili; V., Afrough-Sabet; An Experimental and Numerical Study on How Steel and Polypropylene Fibers Affect the Impact Resistance in Fiber-reinforced Concrete, International Journal of Impact Engineering, Vol. 46, pp. 62-73, 2009.
[2] M., Trub; Numerical Modeling of High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites, Institute of Structural Engineering Swiss Federal Institute of Technology, 2011.
[3] ACI Committee 544, State-of-the-Art Report on Fiberreinforced Concrete, ACI Committee 544 Report 544.1R-96., Detroit: American Concrete Institute, 1996.
[4] M. C., Nataraja; T. S., Nagaraj; S. B., Basavaraja; Reproportioning of Steel Fibre Reinforced Concrete Mixes and their Impact Resistance, Cement Concrete Res., Vol. 35, No. 12, pp. 2350-2359, 2005.
[5] Farnam Y. “Experimental and numerical study of impact behavior of composite panels based on fiber reinforced high performance cementitious materials”, Thesis of Master of Science in Civil Engineering, Tehran University, Iran, 2007.
[6] T. L., Teng; Y. A., Chub; F. A., Chang, B. C., Shen, D.S., Cheng; Development and Validation of Numerical Model of Steel Fiber Reinforced Concrete for Highvelocity Impact, Computational Materials Science, Vol.42, pp. 90-99, 2008.
[7] S., Abrate; Impact on Composite Materials and Structures, Cambridge University Press, 1998.
[8] Leppänen, Concrete Structures Subject to Fragment Impacts, Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy,Chalmers University of Technology, Goteborg, Sweden,2004.
[9] Z. L., Wang; J., Wu; J. G., Wang; Experimental and Numerical Analysis on Effect of Fibre Aspect Ratio on Mechanical Properties of SRFC, Construction and Building Materials, Vol. 24, No. 4, pp. 559-565, 2010.
[10] J. O., Hallquist; LS-DYNA Theoretical Manual, Livermore Software Technology Corporation, CA, 2003.
[11] Z. L., Wang; H., Konietzky; R. Y., Huang; Elastic-Plastic-Hydrodynamic Analysis of Crater Blasting in Steel Fiber Reinforced Concrete, Theoretical and Applied Fracture Mechanics, Vol. 52, No. 2, pp. 111-116, 2009.
[12] Z. L., Wang; Y. C., Li; R. F., Shen; J. G., Wang;Numerical Study on Craters and Penetration of Concrete Slab by Ogive-nose Steel Projectile, Comput. Geotech,Vol. 34, No. 1, pp. 1-9, 2007.
[13] M. J., Forrestal; B. S., Altman et al.; Empirical Equation for Penetration Depth of Ogive-nose Projectiles into Concrete Targets, International Journal of Impact Engineering, Vol. 15, No. 4, pp. 395-405, 1994.
[14] D. J., Kim; S. H., Park; G. S., Ryu; K. T., Koh;Comparative Flexural Behavior of Hybrid Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete with Different Macro Fibers, Construction and Building Materials, Vol.25, pp. 4144-4155, 2011.
[15] W. Shasha; Experimental and Numerical Studies on Behavior of Plain and Fiber-Reinforced High Strength Concrete Subjected to High Strain Rate Loadings, Ph.D.Thesis, National University of Singapore, 2011.
[16] L. S., Chin; Finite Element Modeling of Hybrid-Fiber ECC Targets Subjected to Impact and Blast, National University of Singapore, 2006.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 49، شماره 1
خرداد 1396
صفحه 101-118

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار