مناقشة رسالة الدكتوراه الموسومة ب (سلوك العتبات الخرسانية عالية المقاومة مع قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية ) في قسم الهندسة المدنية
تم انجاز اطروحة الدكتوراه للطالب/ عدي محمد عباس في قسم الهندسة المدنية وعلى قاعة المناقشات عن بحثه الموسوم ” (سلوك العتبات الخرسانية عالية المقاومة مع قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية ) ” وبأشراف أ.م.د. عبد المطلب عيسى سعيد وتألفت لجنة المناقشة برئاسة أ.د. ثامر خضير محمود وتألفت لجنة المناقشة من أ.د. نمير عبد الامير علوش و أ.م.د. وليد عواد وريوش و أ.م.د. عباس عبد المجيد علاوي و أ.م.د. عامر فاروق عزت
وتلخص بحثة بما يلي:
إن قضبان البوليمر المسلح بالألياف (FRP bars) في طبيعتها متباينة الخواص في الاتجاهات المختلفة وتملك قوة شد عالية باتجاه الالياف. أن استخدام الخرسانة عالية المقاومة (HSC) مع قضبان البوليمر المسلح بالألياف يسمح بالاستفادة القصوى من مقاومة الشد العالية لقضبان البوليمر المسلح بالألياف ويزيد صلابة المقطع الخرساني المتشقق. أن الخواص الميكانيكية لقضبان البوليمر المسلح بالألياف قد تؤدي الى تشققات عريضة وهطول كبير. وكنتيجة لذلك, فان تصميم العناصر الخرسانية المسلحة بمواد البوليمر المسلح بالألياف غالبا ما تتحكم بها حالات حد الخدمة (SLS).
أن المعهد الامريكي للخرسانة (ACI440.1R-06) يعتبر مرجع محدد للمقاطع الخرسانية المستطيلة المزودة بطبقة واحدة ولنوع واحد من قضبان البوليمر المسلح بالألياف المعرضة للشد. تم اعداد معادلات نظرية تحليلية لحساب سعة العزم للعتبات الخرسانية المشفه والمسلحة بطبقتين من قضبان البوليمر المسلح بالألياف. التحليل يشمل الحالتين لموقع محور المحايدة (ضمن او اسفل الشفة). كذلك, تم الاخذ بنظر الاعتبار نوعين من الفشل: تمزق البوليمر المسلح بالألياف وتهشم الخرسانة. تم تنظيم المعادلات المشتقة من التحليلات النظرية على شكل اوراق البرنامج EXCEL لتسهيل عمليات الحساب وللحالات المختلفة. لقد اظهرت النتائج العملية لسعة العزم الخاصة بالعتبات الخرسانية المشفه والمسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية توافق جيد مع نتائج المعادلات المشتقة.
هذه الدراسة تبحث في سلوك العتبات الخرسانية المشفه والمسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف ولحد الخدمة القصير الامد من خلال التحليل النظري والعملي. تم فحص ثمانية عتبات خرسانية مشفه مسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية واربعة عتبات خرسانية مشفه مسلحة بحديد التسليح لغرض المقارنة, تحت نقطتين للتحميل باستخدام الة الفحص العام. أهم المتغيرات التي أخذت بنظر الاعتبار في هذه الدراسة هي نسبة التسليح وموقع التسليح. التشوهات في الخرسانة و عرض التشققات والمسافات بينها تم قياسها و تحليلها. أن الادوات المستخدمة في الفحص العملي هي: مقاييس الانفعال الإلكترونية ومقياس عرض التشقق البصري ومبين قياس الهطول.
بما ان قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية مرنة لغاية نقطة الفشل ولا يحصل فيها خضوع فان اسلوب الفشل المفضل هو تهشم الخرسانة. عليه فان الخواص الميكانيكية للخرسانة لها تأثير كبير في تحديد المقاومة والسلوك الانشائي للعناصر الانشائية المسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية.
تم استخدام غبار السليكا و محتوى اسمنتي عالي وركام متدرج ومضاف ملدن كلينيوم 51 ونسبة ماء الى المواد الرابطة منخفضة للإنتاج خرسانة عالية المقاومة (HSC) ذات مقاومة انضغاط اكثر من 50 ميكا باسكال. عدة خلطات تجريبية تم اعدادها وفحصها لتحديد نسب الخلط المناسبة. تم اخذ عينات خرسانية اسطوانية ومكعبة وعتبات صغيرة لكل مجموعة معدة للفحص مكونة من اربع عتبات خرسانية مشفه, وذلك لإيجاد الخواص الميكانيكية للخرسانة. تم اجراء مقارنة بين نتائج العينات واكثر المعادلات شيوعا التي تتوقع خواص الخرسانة وقد تم وجود توافق جيد. تم دراسة تأثير معاملات كتلة الانضغاط والتي تم اقتراحها من قبل بعض الباحثين والمدونات على حساب حمل الفشل. تم اقتراح معاملات جديدة لحساب معاملات كتلة الانضغاط والتي اظهرت حساب جيد لحمل الفشل.
تم عرض دراسة حول اهم سمات حالة حد الخدمة (SLS) للعناصر المسلحة بالبوليمر المسلح بالألياف. تم دراسة وتحليل تأثير العوامل المختلفة التي تؤثر على الاجهادات في المواد وعلى اقصى عرض للتشقق وعلى الهطول المسموح به. تم مناقشة النتائج العملية بهذا الخصوص وتم مقارنة النتائج مع اكثر المعادلات توقعا للهطول والتشقق لكل من العناصر المسلحة بحديد التسليح والمسلحة بالبوليمر المسلح بالألياف. النتائج اوضحت ان بعض المعادلات المقترحة لحساب الهطول تعطي نتائج غير مناسبة ولغاية حمل حد الخدمة. عليه, تم أنشاء معادلة جديدة لحساب عزم القصو الذاتي الفعال وبالتالي لحساب الهطول.
تم اعداد نماذج العناصر المحددة وباستخدام البرنامج التجاري لتحليل العناصر المحددة ANSYS 13 وتم مقارنة النتائج العددية للبرنامج مع النتائج العملية. تم استخدام عنصر السطح البيني, النابض الغير خطي COMBIN39, وذلك لتمثيل علاقة الانزلاق بإجهاد الارتباط بين الخرسانة و قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية. تم فرز النتائج الخاصة بانفعال الخرسانة المضغوطة و شكل التشققات و الهطول وحمل الفشل من تحليل العناصر المحددة ووجدت مقاربة للنتائج العملية.
يمكن الاستنتاج, اخذا بنظر الاعتبار كل من حالة الحد الاقصى (ULS) وحالة حد الخدمة (SLS) وبالتحديد للأبعاد وخواص المواد والتحميل وحالات الاسناد الحالية للعتبات المفحوصة, بان: لكل قضيب تسليح من قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية يعادل على الاقل اثنين من قضبان حديد التسليح وبنفس القطر . اما اذا هملنا حالة حد الخدمة فأن لكل قضيب تسليح من قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية يعادل على الاقل ثلاث من قضبان حديد التسليح وبنفس القطر لكي يوفر نفس المقاومة القصوى للعتبة المشفه.
تم انجاز اطروحة الدكتوراه للطالب/ عدي محمد عباس في قسم الهندسة المدنية وعلى قاعة المناقشات عن بحثه الموسوم ” (سلوك العتبات الخرسانية عالية المقاومة مع قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية ) ” وبأشراف أ.م.د. عبد المطلب عيسى سعيد وتألفت لجنة المناقشة برئاسة أ.د. ثامر خضير محمود وتألفت لجنة المناقشة من أ.د. نمير عبد الامير علوش و أ.م.د. وليد عواد وريوش و أ.م.د. عباس عبد المجيد علاوي و أ.م.د. عامر فاروق عزت
وتلخص بحثة بما يلي:
إن قضبان البوليمر المسلح بالألياف (FRP bars) في طبيعتها متباينة الخواص في الاتجاهات المختلفة وتملك قوة شد عالية باتجاه الالياف. أن استخدام الخرسانة عالية المقاومة (HSC) مع قضبان البوليمر المسلح بالألياف يسمح بالاستفادة القصوى من مقاومة الشد العالية لقضبان البوليمر المسلح بالألياف ويزيد صلابة المقطع الخرساني المتشقق. أن الخواص الميكانيكية لقضبان البوليمر المسلح بالألياف قد تؤدي الى تشققات عريضة وهطول كبير. وكنتيجة لذلك, فان تصميم العناصر الخرسانية المسلحة بمواد البوليمر المسلح بالألياف غالبا ما تتحكم بها حالات حد الخدمة (SLS).
أن المعهد الامريكي للخرسانة (ACI440.1R-06) يعتبر مرجع محدد للمقاطع الخرسانية المستطيلة المزودة بطبقة واحدة ولنوع واحد من قضبان البوليمر المسلح بالألياف المعرضة للشد. تم اعداد معادلات نظرية تحليلية لحساب سعة العزم للعتبات الخرسانية المشفه والمسلحة بطبقتين من قضبان البوليمر المسلح بالألياف. التحليل يشمل الحالتين لموقع محور المحايدة (ضمن او اسفل الشفة). كذلك, تم الاخذ بنظر الاعتبار نوعين من الفشل: تمزق البوليمر المسلح بالألياف وتهشم الخرسانة. تم تنظيم المعادلات المشتقة من التحليلات النظرية على شكل اوراق البرنامج EXCEL لتسهيل عمليات الحساب وللحالات المختلفة. لقد اظهرت النتائج العملية لسعة العزم الخاصة بالعتبات الخرسانية المشفه والمسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية توافق جيد مع نتائج المعادلات المشتقة.
هذه الدراسة تبحث في سلوك العتبات الخرسانية المشفه والمسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف ولحد الخدمة القصير الامد من خلال التحليل النظري والعملي. تم فحص ثمانية عتبات خرسانية مشفه مسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية واربعة عتبات خرسانية مشفه مسلحة بحديد التسليح لغرض المقارنة, تحت نقطتين للتحميل باستخدام الة الفحص العام. أهم المتغيرات التي أخذت بنظر الاعتبار في هذه الدراسة هي نسبة التسليح وموقع التسليح. التشوهات في الخرسانة و عرض التشققات والمسافات بينها تم قياسها و تحليلها. أن الادوات المستخدمة في الفحص العملي هي: مقاييس الانفعال الإلكترونية ومقياس عرض التشقق البصري ومبين قياس الهطول.
بما ان قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية مرنة لغاية نقطة الفشل ولا يحصل فيها خضوع فان اسلوب الفشل المفضل هو تهشم الخرسانة. عليه فان الخواص الميكانيكية للخرسانة لها تأثير كبير في تحديد المقاومة والسلوك الانشائي للعناصر الانشائية المسلحة بقضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية.
تم استخدام غبار السليكا و محتوى اسمنتي عالي وركام متدرج ومضاف ملدن كلينيوم 51 ونسبة ماء الى المواد الرابطة منخفضة للإنتاج خرسانة عالية المقاومة (HSC) ذات مقاومة انضغاط اكثر من 50 ميكا باسكال. عدة خلطات تجريبية تم اعدادها وفحصها لتحديد نسب الخلط المناسبة. تم اخذ عينات خرسانية اسطوانية ومكعبة وعتبات صغيرة لكل مجموعة معدة للفحص مكونة من اربع عتبات خرسانية مشفه, وذلك لإيجاد الخواص الميكانيكية للخرسانة. تم اجراء مقارنة بين نتائج العينات واكثر المعادلات شيوعا التي تتوقع خواص الخرسانة وقد تم وجود توافق جيد. تم دراسة تأثير معاملات كتلة الانضغاط والتي تم اقتراحها من قبل بعض الباحثين والمدونات على حساب حمل الفشل. تم اقتراح معاملات جديدة لحساب معاملات كتلة الانضغاط والتي اظهرت حساب جيد لحمل الفشل.
تم عرض دراسة حول اهم سمات حالة حد الخدمة (SLS) للعناصر المسلحة بالبوليمر المسلح بالألياف. تم دراسة وتحليل تأثير العوامل المختلفة التي تؤثر على الاجهادات في المواد وعلى اقصى عرض للتشقق وعلى الهطول المسموح به. تم مناقشة النتائج العملية بهذا الخصوص وتم مقارنة النتائج مع اكثر المعادلات توقعا للهطول والتشقق لكل من العناصر المسلحة بحديد التسليح والمسلحة بالبوليمر المسلح بالألياف. النتائج اوضحت ان بعض المعادلات المقترحة لحساب الهطول تعطي نتائج غير مناسبة ولغاية حمل حد الخدمة. عليه, تم أنشاء معادلة جديدة لحساب عزم القصو الذاتي الفعال وبالتالي لحساب الهطول.
تم اعداد نماذج العناصر المحددة وباستخدام البرنامج التجاري لتحليل العناصر المحددة ANSYS 13 وتم مقارنة النتائج العددية للبرنامج مع النتائج العملية. تم استخدام عنصر السطح البيني, النابض الغير خطي COMBIN39, وذلك لتمثيل علاقة الانزلاق بإجهاد الارتباط بين الخرسانة و قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية. تم فرز النتائج الخاصة بانفعال الخرسانة المضغوطة و شكل التشققات و الهطول وحمل الفشل من تحليل العناصر المحددة ووجدت مقاربة للنتائج العملية.
يمكن الاستنتاج, اخذا بنظر الاعتبار كل من حالة الحد الاقصى (ULS) وحالة حد الخدمة (SLS) وبالتحديد للأبعاد وخواص المواد والتحميل وحالات الاسناد الحالية للعتبات المفحوصة, بان: لكل قضيب تسليح من قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية يعادل على الاقل اثنين من قضبان حديد التسليح وبنفس القطر . اما اذا هملنا حالة حد الخدمة فأن لكل قضيب تسليح من قضبان البوليمر المسلح بالألياف الكربونية يعادل على الاقل ثلاث من قضبان حديد التسليح وبنفس القطر لكي يوفر نفس المقاومة القصوى للعتبة المشفه.
