همایش آروین البرز CAUJR 1 3 2025 12 21 Numerical analysis of structural behavior and load-bearing capacity of deep-span reinforced concrete beams reinforced with composite strips (FRP) تحلیل عددی رفتار سازه‌ای و ظرفیت باربری تیرهای بتن مسلح عمیق با بازشو تقویت‌شده با نوار‌های کامپوزیتی (FRP) 152 164 10.22051/jera.2021.31891.2698 FA حسین کارشناس ارشد مهندسی عمران گرایش سازه، دانشگاه خلیج فارس بوشهر. (مدیر شهرسازی و معماری شهرداری بندر بوشهر) جلیل کارشناس ارشد رشته جغرافیا و برنامه ریزی شهری. (کارشناس شهرسازی حوزه معاونت شهرسازی و معماری شهرداری بوشهر) 2025 12 19 تیرهای بتن مسلح عمیق (Deep Beams) به دلیل نسبت دهانه به عمق کم، دارای مکانیزم‌های باربری پیچیده‌ای هستند که عمدتاً مبتنی بر تئوری خرپای ارتجاعی-پلاستیک (Strut-and-Tie Model) است. حضور بازشوها در این تیرها، به ویژه در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها یا دهانه، توزیع تنش‌ها را به شدت تغییر داده و عملکرد سازه‌ای آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هدف اصلی این پژوهش، تحلیل عددی دقیق رفتار سازه‌ای و ظرفیت نهایی تیرهای بتن مسلح عمیق با بازشو، و همچنین ارزیابی اثربخشی تقویت این سازه‌ها با استفاده از ورق‌های کامپوزیت پلیمری تقویت‌شده با الیاف کربن (CFRP) در ناحیه کششی و اطراف بازشو است. مدل‌سازی این پدیده با استفاده از نرم‌افزار المان محدود ANSYS انجام پذیرفته است. در این مدل‌سازی، بتن با استفاده از المان‌های سه بعدی Solid65 که قابلیت در نظر گرفتن رفتار غیرخطی و ترک‌خوردگی را دارد، و میلگردهای فولادی با استفاده از المان‌های Link8 مدل‌سازی شده‌اند. برهمکنش بین بتن و فولاد نیز از طریق المان‌های اتصال (Contact Elements) و یا با تعریف خواص مادی مناسب در المان‌های بتن مدل‌سازی شده است. رفتار تقویت‌کننده‌های CFRP با استفاده از المان‌های سطحی Solid45 (Shell Elements) که قابلیت تعریف رفتار کششی خالص را دارند، شبیه‌سازی شده است. تحلیل‌ها بر روی تیرهای با نسبت دهانه به عمق (a/d) برابر 2 و 4، با ابعاد استاندارد و حضور بازشوهایی با ابعاد متغیر (200×200 میلی‌متر تا 500×500 میلی‌متر) در ناحیه میانی انجام شده است. مراحل تحلیل شامل تحلیل خطی الاستیک، تحلیل غیرخطی با در نظر گرفتن ترک‌خوردگی بتن و تسلیم فولاد، و نهایتاً تحلیل پلاستیک با لحاظ کردن رفتار CFRP است. منحنی‌های بار-تغییرمکان در نقاط مشخصی از تیر استخراج و رفتار سازه‌ای در مراحل مختلف بارگذاری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که حضور بازشوها به طور چشمگیری سختی اولیه و ظرفیت باربری نهایی تیر را کاهش می‌دهد، به ویژه زمانی که ابعاد بازشو بزرگ شده یا نسبت دهانه به عمق کاهش یابد. تقویت با CFRP، به ویژه هنگامی که الیاف در راستای تنش‌های اصلی کششی در اطراف بازشو و ناحیه کششی تیر قرار گیرند، منجر به افزایش قابل ملاحظه‌ای در سختی پس از ترک‌خوردگی و افزایش ظرفیت باربری نهایی می‌گردد. اثر زاویه الیاف در بهبود عملکرد سازه‌ای بسیار محسوس بود؛ استفاده از الیاف با زاویه 90 درجه (محیطی) در اطراف بازشوها، نقش مؤثری در کنترل گسترش ترک‌ها و افزایش مقاومت برشی ناحیه بازشو ایفا نمود. تیرهای بتن مسلح عمیق (Deep Beams) به دلیل نسبت دهانه به عمق کم، دارای مکانیزم‌های باربری پیچیده‌ای هستند که عمدتاً مبتنی بر تئوری خرپای ارتجاعی-پلاستیک (Strut-and-Tie Model) است. حضور بازشوها در این تیرها، به ویژه در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها یا دهانه، توزیع تنش‌ها را به شدت تغییر داده و عملکرد سازه‌ای آن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. هدف اصلی این پژوهش، تحلیل عددی دقیق رفتار سازه‌ای و ظرفیت نهایی تیرهای بتن مسلح عمیق با بازشو، و همچنین ارزیابی اثربخشی تقویت این سازه‌ها با استفاده از ورق‌های کامپوزیت پلیمری تقویت‌شده با الیاف کربن (CFRP) در ناحیه کششی و اطراف بازشو است. مدل‌سازی این پدیده با استفاده از نرم‌افزار المان محدود ANSYS انجام پذیرفته است. در این مدل‌سازی، بتن با استفاده از المان‌های سه بعدی Solid65 که قابلیت در نظر گرفتن رفتار غیرخطی و ترک‌خوردگی را دارد، و میلگردهای فولادی با استفاده از المان‌های Link8 مدل‌سازی شده‌اند. برهمکنش بین بتن و فولاد نیز از طریق المان‌های اتصال (Contact Elements) و یا با تعریف خواص مادی مناسب در المان‌های بتن مدل‌سازی شده است. رفتار تقویت‌کننده‌های CFRP با استفاده از المان‌های سطحی Solid45 (Shell Elements) که قابلیت تعریف رفتار کششی خالص را دارند، شبیه‌سازی شده است. تحلیل‌ها بر روی تیرهای با نسبت دهانه به عمق (a/d) برابر 2 و 4، با ابعاد استاندارد و حضور بازشوهایی با ابعاد متغیر (200×200 میلی‌متر تا 500×500 میلی‌متر) در ناحیه میانی انجام شده است. مراحل تحلیل شامل تحلیل خطی الاستیک، تحلیل غیرخطی با در نظر گرفتن ترک‌خوردگی بتن و تسلیم فولاد، و نهایتاً تحلیل پلاستیک با لحاظ کردن رفتار CFRP است. منحنی‌های بار-تغییرمکان در نقاط مشخصی از تیر استخراج و رفتار سازه‌ای در مراحل مختلف بارگذاری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که حضور بازشوها به طور چشمگیری سختی اولیه و ظرفیت باربری نهایی تیر را کاهش می‌دهد، به ویژه زمانی که ابعاد بازشو بزرگ شده یا نسبت دهانه به عمق کاهش یابد. تقویت با CFRP، به ویژه هنگامی که الیاف در راستای تنش‌های اصلی کششی در اطراف بازشو و ناحیه کششی تیر قرار گیرند، منجر به افزایش قابل ملاحظه‌ای در سختی پس از ترک‌خوردگی و افزایش ظرفیت باربری نهایی می‌گردد. اثر زاویه الیاف در بهبود عملکرد سازه‌ای بسیار محسوس بود؛ استفاده از الیاف با زاویه 90 درجه (محیطی) در اطراف بازشوها، نقش مؤثری در کنترل گسترش ترک‌ها و افزایش مقاومت برشی ناحیه بازشو ایفا نمود. تیر بتن مسلح عمیق، بازشو، تقویت با CFRP، تحلیل المان محدود (FEA)، ANSYS، مکانیزم باربری، ظرفیت سازه‌ای، سختی. /downloadfilepdf/403934