تأثير الحريق في قدرة تحمل الأعمدة الخرسانية المطوقة بألياف الكربون

اسم الباحث:

منار موسى تقلا

عنوان البحث: تأثير الحريق في قدرة تحمل الأعمدة الخرسانية المطوقة بألياف الكربون

عنوان البحث باللغة الانكليزية :

Effect of Fire on Load Carrying Capacity of Concrete Columns Confined With CFRP

اسم المشرف :

الدكتور إحسان الطرشة

العام:2020

القسم:الهندسة الإنشائية

الملخص:

تعتبر تقوية المنشآت الخرسانية باستخدام الألياف الكربونية، إحدى أكثر طرائق التقوية المستخدمة حالياً؛ حيث أنها تقدم حلولاً جيدة لزيادة مطاوعة الأعمدة، وقدرتها على مقاومة الأحمال بشكل أكبر، ولكن من الممكن أن يحدث انهيار لهذه الأعمدة المدعمة بالألياف الكربونية نتيجة لعوامل كثيرة: كالزلازل، الانفجارات، انهيار التربة، الحريق، وغيرها من الأسباب. يعتبر تعرُّض المنشآت للحريق من أخطر هذه العوامل، والتي أدت إلى خسائر فادحة في الأرواح وتدمير للأبنية السكنية. تم في هذا البحث إجراء دراسة تجريبية وتحليلية على 61 عيّنة من الأعمدة الخرسانية بأبعاد  ( ) المدعَّمة بألياف الكربون، وذلك من خلال أخذ تأثير المتغيرين التاليين بعين الاعتبار: 1- نصف قطر تدوير حواف المقطع العرضي للنموذج المدروس تم أخذه (R=2 cm)، 2- سماكة طبقة المونة الإسمنتية ( 2 cm) المستخدمة لحماية ألياف الكربون من التأثير المباشر للحريق. بعد تعريض العيّنات لارتفاع درجات الحرارة باستخدام الفرن الكهربائي، تم اختبارها على الضغط المحوري، حيث أعطى النموذج المطوَّق بالألياف والمدوَّر الحواف والمعزول بالمونة الإسمنتية أعلى قدرة تحمُّل بين النماذج المدروسة جميعها، وبالتالي تعتبر المونة الإسمنتية مادة مناسبة للعزل الحراري للألياف الكربونية، حيث أنَّ إمكانية تنفيذها سهلة وموادها متوفرة ورخيصة الثمن بالمقارنة مع مواد العزل الأخرى.

كما تمّ صب 3 عيّنات من الأعمدة الخرسانية، وزوِّدت بحسّاسات حرارية تمَّ تثبيتها في ثلاث نقاط محدَّدة من العينة، وعُرِّضت هذه العيّنات لارتفاع الحرارة لمدة 120 دقيقة. وتمت مقارنة نتائج التحليل الحراري التجريبي مع النتائج التحليلية باستخدام برنامج ANSYS Workbench، وكان الفرق بالنتائج بمقدار (3.8)% فقط، وبالتالي تمّ التأكد من دقة النموذج العددي لمحاكاة السلوك الحراري للأعمدة المُختَبرة تجريبياً. بعد ذلك تمّ بناء نموذج عددي لعدة نماذج من الأعمدة المُختَبرة تجريبياً، للتأكُّد من صحة نتائج التحليل الحراري والإنشائي مع التجريبي، وبلغ الفرق(4.6)% فقط. بعد أن تمّ التأكُّد من دقة النموذج العددي وقدرته على محاكاة سلوك العمود الخرساني المعرَّض لارتفاع الحرارة والضغط المحوري، تمّ بناء نموذج عددي بسماكات مختلفة للمونة ) cm 2.5،3،4)، والتوصُّل لعلاقة تربط بين سماكة طبقة المونة الإسمنتية وحمولة الانهيار. أظهرت النتائج فعالية زيادة سماكة طبقة المونة الإسمنتية في حماية الألياف، حيث ازدادت قدرة تحمّل الأعمدة بمقدار (50)% عند زيادة سماكة طبقة التغطية من (2 cm) حتى (4 cm). ولبيان فعالية تدوير حواف المقطع العرضي للنموذج الخرساني المُطوَّق بالألياف ومُدوَّر الحواف، تمّ بناء نموذج عددي جديد وتغير قيمة نصف قطر التدوير R  ( ).  أظهرت النتائج زيادة حمولة الانهيار عند زيادة نصف قطر التدوير، وذلك بسبب زيادة فعالية التطويق بالألياف، حيث أنّه بزيادة نصف قطر تدوير الحواف حتى (30 mm)، ازدادت قدرة تحمّل الأعمدة الخرسانية بنسبة  ( %(44.98وتمّ إيجاد علاقة تربط بين R ونسبة الزيادة بحمولة الانهيار%P.

التحميل