۳-۱-۱ مقدمه
با توجه به محدودیت­ها و مشکلات مربوط به انجام مطالعات آزمایشگاهی از جمله محدودیت مربوط به ابعاد نمونه­ ها، مشکلات نصب و اجرا، هزینه و زمان بالا و …، با انجام تحلیل های عددی صحیح می توان نتایج آزمایشگاهی را به محدوده صحیحی از سازه ها که امکان آزمایش عملی برای آنها وجود ندارد تعمیم داد. در این فصل ابتدا روش­های مدلسازی در این تحقیق، شامل مشخصات مصالح مورد استفاده(بتن و فولاد وFRP))) قابلیت نرم­افزار آباکوس در مدلسازی مصالح و روابط و مقررات حاکم بر آن، مشخصات تحلیل اجزا محدود و روش حل مسائل شرح داده می­ شود. سپس برای اعتبار بخشی به مدلسازی اجزا محدود و اطمینان از فرضیات در نظر گرفته شده، چند نمونه آزمایشگاهی مدل و صحت مدلسازی تایید می­گردد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۳-۱-۲ معرفی نرم افزار ABAQUS
نرم افزاری که از آن جهت مدل سازی نمونه استفاده شده است نرم افزار تحلیل المان محدود ABAQUS است. نرم افزار ABAQUS قابلیت های فراوانی برای تحلیل اجزای محدود انواع سازه ها، از تحلیل ساده استاتیک خطی تا تحلیل پیچیده دینامیکی غیرخطی را دارا می باشد به طور کلی برای مدل سازی یک سیستم توسط نرم افزار ABAQUS مراحل عمومی زیر باید انجام گیرد [۲]. به عنوان یک گام اولیه در تحلیل اجزای محدود شبکه بندی مدل مورد نیاز می باشد، به عبارت دیگر مدل به تعدادی المان های کوچک تقسیم شده و پس از بارگذاری، تنش و کرنش نقاط گره ای این المان کوچک محاسبه می شوند. یک گام مهم در مدل سازی اجزای محدود انتخاب چگالی مش می باشد. همگرایی نتایج زمانی حاصل می شود که از تعداد مناسبی المان در مدل استفاده شود. این موضوع مخصوصا زمانی نمود پیدا می کند که یک افزایش در چگالی مش اثر قابل ملاحظه ای بر روی نتایج می گذارد. بنابراین در مدل سازی اجزای محدود به دست آورد چگالی مش مناسب به سعی و خطا نیاز دارد [۴]. مراحل عمومی به این شرح است:
۱ـ معرفی مناسب المان
۲ـ ترسیم مدل
۳ـ معرفی مصالح وثابت های حقیقی
۴ـ Assembly کردن یک مدل
۵ـ بارگذاری و شرایط مرزی
۶ـ شبکه بندی
۷ـ تحلیل مدل
۸ـ بررسی نتایج
جهت تحلیل باید شکل هندسی، خواص مصالح، بارگذاری و مش بندی مدل معرفی گردد. مهمترین نکته در این قسمت استفاده از المان مناسب برای بارگذاری است. نرم افزار ABAQUS شامل چندین نوع المان می باشد. برای هر مدل باید المان مناسب انتخاب گردد نا نتایج حاصل قابل اطمینان باشد[۲].
۳-۱-۳ مشخصات مصالح
۳-۱-۳-۱ رفتار بتن
برای پیش ­بینی دقیق و قابل اطمینان پاسخ دالهای بتنی به یک مدل ساختاری چرخه­ای مناسب برای بتن نیازمندیم. در این مدل باید به مباحث مهمی مثل رفتار چرخه­ای در کشش و فشار، کاهش زوال تدریجی سختی، منحنی­های بارگذاری و باربرداری مجدد و اثرات محصورشدگی، سخت شدگی کششی و بسته شدن ترک توجه شود.
اساسا بتن به عنوان یک ماده شبه ترد شناخته می­ شود. رفتار آن به مقدار زیادی هم در کشش و هم در فشار غیرخطی است. تفاوت مواد ترد با شبه ترد در این است که در مواد ترد تا تنش حداکثر، رفتار خطی و بعد از آن، ترک­های بزرگ رخ می­دهد. اما در مواد شبه ترد، رفتار غیرخطی قبل از رسیدن به تنش حداکثر آغاز می­ شود و ترک در بار حداکثر رخ می­دهد و سپس توانایی انتقال تنش کاهش می­یابد. بتن یک ماده شبه ترد است نه ترد [۲۷].
۳-۱-۳-۱-۱ رفتار تک­محوری بتن در فشار
در فشار تک محوره سه گام تغییر شکلی مختلف می ­تواند مشاهده شود. برای تنش تا% ۳۰تنش فشاری ماکزیمم f’c، رفتار بتن می ­تواند خطی در نظر گرفته شود. مرحله دوم بین f’c0.3تا f’c0.75 است که در آن، ترک­ها به علت از بین رفتن چسبندگی بین اجزای سازنده بتن رشد می­ کنند که در نزدیکی سطح سنگ دانه­ها دیده می­ شود؛ تا زمانی که به تنش حدود f’c0.75 برسد، انتشار ترک پایدار است. یعنی تنها با افزایش بار، ترک منتشر می­ شود. بعد از این تراز تنش، گام سوم تغییر شکل شروع می­گردد که در آن ترک در ملات با ترک­های چسبندگی در نزدیکی سطوح سنگ­دانه­ها می پیوندد و یک ناحیه شکست را شکل می­دهد. با تغییرشکل بیشتر، ترک­های بزرگ موازی در جهت بار بکار رفته ایجاد شده و به شکست نمونه منتهی می­ شود(شکل ۳-۱) [۱۳].
شکل۳-۱ شکست بتن در فشار تک محوره [۱۳]
برای بیان رفتار تنش-کرنش بتن، روابط مختلفی پیشنهاد شده است که هر یک بسته به رفتار مورد نظر و بارگذاری وارده می تواند مناسب باشد. مثلاً در مورد رفتار فشاری، مدلهای Mander، Cook، Thorenfeldt و Popovics از مشهورترین روابط می باشند.
هر یک از این روابط در شرایط خاصی می تواند مناسب باشد. در مطالعه حاضر، مدل ساختاری ارائه شده توسط Thorenfeldt بعنوان رابطه تنش-کرنش مورد استفاده برای رفتار بتن در فشار انتخاب می­ شود [۱۹].(لازم به ذکر است که پس از صحت سنجی با مدلهای مختلف این مدل برگزیده شده است).
منحنی پوش فشاری Thorenfeldt با شیب اولیه Ec و بر اساس روابط زیر برای تنش فشاری بتن در حالت بارگذاری یکنواخت و نرخ کرنش پایین(شبه استاتیکی) ارائه شد:

(۳-۱)

(۳-۲)

در روابط فوق کرنش فشاری طولی بتن و مقاومت فشاری بتن محصور نشده(نمونه استوانه­ای) و کرنش فشاری متناظر مقاومت فشاری بتن است [۱۹]. در شکل (۳-۲) مدل تنش-کرنش پیشنهادی دیده می­ شود.
شکل۳-۲ مدل ساختاری بتن در فشار
۳-۱-۳-۱-۲ رفتار تک­محوره بتن در کشش
در کشش تک­محوره پروسه تغییرشکل، متفاوت با فشار است. مقاومت کششی پایین بتن اساسا به علت مقاومت کششی پایین سطح مشترک ملات- سنگ­دانه است که مقاومت پایین­تر قابل توجهی نسبت به ملات دارد. این سطح مشترک، ضعیف­ترین رابط در این ماده مرکب است و ترک­ها معمولا در این سطح مشترک رخ می­دهد. منحنی تنش-تغییرشکل ماده در کشش تقریبا تا تنش حداکثر (مقاومت کششی نهایی بتن ) خطی است.
برخلاف آزمایش فشاری که ترک­های خردشوندگی موازی با تنش فشاری یا به شکل نوارهای زیگ زاگ، بسته به ارتفاع نمونه هستند جهت انتشار ترک در یک آزمایش کششی، عمود بر جهت تنش است. این به کاهش سطح باربری منجر می­ شود و به دنبال آن تمرکز تنش در نوک ترک بحرانی به وجود می ­آید. به علاوه، انتشار ناپایدار ترک در کشش خیلی زود شروع می­ شود که به طبیعت ترد بتن در کشش منجر می­گردد [۳۲].
شکل­ گیری ناحیه غیرالاستیک نزدیک نوک ترک که به عنوان ناحیه فرایند گسیختگی^[۱] ،FPZ ، شناخته می­ شود در شکل(۳-۳) نشان داده شده است.
شکل۳- ۳ شکل­ گیری ناحیه FPZ و نرم شوندگی در بتن، الف) ترک خوردگی در بتن، ب) نرم شوندگی در ناحیه FPZ، ج) رابطه نرم شوندگی بتن [۳۲]
بتن در معرض رفتار نرم­شدگی کرنشی قابل توجهی قرار دارد. این پدیده برای بتن در کشش بعد از ترک­خوردگی اتفاق می­افتد. اثرات غیرخطی ناشی از کرنش یک اثر اندازه^[۲] را نشان می­دهد که به موجب آن المان­های بزرگتر در تنش­های پایین­تر دچار شکست می­شوند نسبت به المان­های کوچکتر [۱۲].
مقدار تغییر طول نمونه بعد از بار ماکزیمم برابر است با :
(۳-۳)