بررسی اثر روش های مختلف مکانیک شکست بر پارامترهای شکست بتن توانمند بدون الیاف و حاوی الیاف ترکیبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 هیات علمی گروه مهندسی عمران دانشگاه فردوسی مشهد

10.22124/jcr.2025.28961.1680

چکیده

پیچیدگی روابط و ارایه روش‌های گوناگون از چالش‌های اصلی این علم مکانیک شکست بتن می‌باشد. این چالش‌ها منجر به محدودیت کاربرد عملی این علم در بررسی و تحلیل سازه‌های بتنی شدند. در نتیجه بررسی و مقایسه پارامترهای مختلف این روش‌ها بر رفتار شکست بتن‌های مختلف از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش، شش روش پر کاربرد علم مکانیک شکست نظیر روش کار شکست، روش اثر اندازه، روش اثر مرزی، روش منحنی تنش– تغییر ‌مکان، روش پیشنهادی استاندارد ASTM E1290 و مدل شکست بُووِر جهت بررسی دو معیار اصلی مکانیک شکست شامل انرژی شکست و چقرمگی شکست در بتن توانمند (بدون الیاف و تقویت شده با الیاف ترکیبی) با یکدیگر مقایسه و بررسی شدند. نتایج نشان می‌دهند که پاسخ‌های انرژی و چقرمگی شکست در تمامی این روش‌ها با افزودن الیاف به بتن توانمند افزایش یافتند. در این میان، فاکتور چقرمگی شکست حاصل از روش ASTM E1290 کمترین مقدار افزایش به مقدار 6/8% را به ازای افزودن الیاف در بتن توانمند نشان داده است. هر دو روش کار شکست و منحنی تنش- تغییرمکان نتایج انرژی شکست مناسب‌تری را برای بتن توانمند الیاف‌دار نشان دادند. در مقایسه با سایر روش‌ها، دو روش اثر اندازه و اثر مرزی جهت تعیین انرژی شکست بتن توانمند بدون الیاف به علت دقت بالا، سادگی و عدم وابستگی پارامترها به ابعاد نمونه‌ها مناسب‌ترند. همچنین، نسبت پارامترهای چقرمگی شکست در سه روش اثر اندازه، اثر مرزی و پیشنهادی ASTM تقریباً برابر با 7/1 است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the Impacts of Various Fracture Mechanics Approaches on the Fracture Parameters of Plain and Hybrid Fiber Reinforced High-Performance Concrete

نویسندگان [English]

  • Alireza Hosseini Mehrab 1
  • Seyedmahdi Amirfakhrian 2
  • Mansour Ghalehnovi 3
1 Department of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
2 Department of Civil Engineering, Ferdowsi University of Mashhad
3 Civil Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, IRAN.
چکیده [English]

The complexity of relationships and the presentation of various methods are among the main challenges of fracture mechanics of concrete. These challenges have limited the practical application of this science in examining and analyzing concrete structures. As a result, examining and comparing the various parameters of these methods on the fracture behavior of different concretes is very important. In this research, six widely used methods of fracture mechanics, such as work-of-fracture method (WFM), size effect method (SEM), boundary effect method (BEM), stress-displacement curve method (SDCM), the proposed ASTM E1290 standard method, and the Bower fracture model (BFM), were compared and analyzed to examine two main criteria of fracture mechanics, including fracture energy and fracture toughness in high-performance concrete (without fibers and reinforced with hybrid fibers). The results show that the fracture energy and fracture toughness responses in all these methods increased with the addition of fibers to high-performance concrete. Among these, the fracture toughness factor obtained from the ASTM E1290 method showed the smallest increase, at 6.8%, with the addition of fibers to high-performance concrete. Both WFM and SDCM showed more suitable fracture energy results for hybrid fiber-reinforced high-performance concrete. Compared to other methods, SEM and BEM are more suitable for determining the fracture energy of high-performance concrete without fibers due to their high accuracy, simplicity, and lack of parameter dependency on sample dimensions. Additionally, the fracture toughness parameter ratios in the SEM, BEM, BFM, and ASTM are approximately equal to 1.7.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fracture mechanics
  • Fracture energy
  • High-performance concrete
  • Fracture toughness
  • Size-effect