تحلیل مکانیک شکست تراورس بتنی پیش‌تنیده با بررسی اثر اندازه‌ی پیش‌ترک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه بوعلی سینا

2 دانشگاه بوعلی سینا/عضو هیئت علمی

3 رئیس هیئت مدیره شرکت بتون پژوهش مانا

چکیده

تراورس‌های بتنی پیش‌تنیده به‌علت ظرفیت بالای مقطع در خطوط سنگین تا ton 30 و با سرعت‌های بالا تا km/hr 200 استفاده می‌شود. به‌منظور بررسی پارامترهای مکانیک شکست، تراورس بتنی پیش‌تنیده با 6 طول شکاف اولیه از mm 0/0 تا mm 40 با گام افزایش mm 10 و mm 45 تحت بار خمشی سه‌نقطه‌ای مثبت در نشیمن‌گاه ریل قرار گرفته است. مدل‌سازی تراورس در این پژوهش با استفاده از نرم‌افزار اجزای محدود ABAQUS انجام شده‌است. در این مقاله، پارامترهای مهم تحلیل و طراحی مکانیک شکست از جمله اولیه، نهایی، نمودار بار-تغییرمکان، بار نهایی و انرژی قطعه محاسبه شده‌اند. نتایج نشان می‌دهد که ویژگی‌های شکست بتن پیش‌تنیده‌ی تراورس با بتن معمولی متفاوت است به‌طوری‌که برخلاف بتن معمولی که ضریب شدت تنش به طول شکاف اولیه وابستگی ندارد، در بتن پیش‌تنیده با افزایش نسبت طول ترک اولیه به ارتفاع مقطع هر دو مقدار ضریب شدت تنش اولیه و نهایی افزایش می‌یابند. همچنین نتایج نمودار بار-تغییرمکان نشان می‌دهد، بار نهایی و انرژی قطعه تراورس بتنی پیش‌تنیده با افزایش این نسبت به‌صورت تقریباً خطی کاهش می‌یابند. نتایج نشان‌ می‌دهد با افزایش 25 درصدی طول پیش‌ترک، سطح زیر نمودار بار-تغییرمکان 37 درصد کاهش می‌یابد، در حالی‌که بار نهایی 22 درصد کاهش میابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fracture Mechanics Analysis of Pre-stressed Concrete Sleepers by Investigating Effects of Notch Size

نویسندگان [English]

  • Seyed Mohammad Farnam 1
  • Freydoon Rezaie 2
  • Mahdi Bayat Avarzamani 3
1 Bu Ali Sina university
2 Bu Ali Sina university
چکیده [English]

High-speed heavy-haul pre-stressed concrete sleepers are used in railway lines with bearing capacity up to 30 tons and with an allowable speed up to 200 km/hr due to their high performance capability. In this study, it is tried to analyze the fractural behavior of pre-stressed concrete sleepers based on fracture mechanics of concrete. To determine the parameters, a positive three-point bending load is applied to the rail seat of a sleeper with 6 different initial crack (notch) lengths, starting from 0 to 40 mm, with an increasing increment of 10 mm, and also 45 mm. The modelling of high-speed heavy-haul sleeper is done by ABAQUS finite element software. In this paper, some paramount parameters of fracture mechanics for concrete are considered for analyzing and designing e.g. the initial and final stress intensity, load-displacement diagram, final load and the sleeper energy. The results indicate that the fracture parameters of pre-stressed concrete sleeper are different from plain concrete. Unlike plain concrete which the stress intensity factor does not depend on the initial length of the notch, in pre-stressed concrete by increasing the crack length, both of the initial and final stress intensity factors are increased. Also, the results of the time-displacement diagram show that by increasing the crack length, the final load and energy of the pre-stressed concrete sleeper decreases almost linearly. Results represent that by increasing the notch length up to 25%, the area under load-displacement curve decreases up to 37%; while the final load decreases up to 22%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fracture Mechanics
  • Pre-stressed Concrete Sleeper
  • Stress Intensity Factor
  • Crack to Depth Ratio