مدل رفتاری بتن سه فازه و کاربردآن در قالب اجزا محدود

حوزه بررسی سازه های بتنی فرض میشود که بتن یک ماده همگن است در صورتیکه در اصل بتن شامل اجزا مختلفی مانند خمیر سیمان، سنگدانه شن ،ماسه، و هوا میباشد که وجود این اجزا در تعیین رفتار بتن حائز اهمیت است لذا برای بیان اثرات ساختار بتن بر روی رفتار درشت بینی آن نیاز به استفاده از مدل در مقیاس ریز بینی خواهیم داشت. در مدلهای اولیه، بتن بصورت دو فاز شامل سنگدانه و خمیر سیمان در نظر گرفته می شد اما تحقیقات امروزه نشان میدهد که بتن باید بصورت کمپوزیت سه فازه در مقیاس ریز بینی در نظر گرفت، یعنی فاز سوم، ناحیه انتقالی بین سنگدانه و خمیر سیمان را نیز مد نظر قرار داد. هدف این پایان بررسی مسئله شکست مصالح بتنی در اثر بارهای استاتیکی است، که در آن ساختار داخلی بتن در مقیاس ریز در نظر گرفته و یک ماده سه فازه مشتمل بر ذرات سنگدانه ها، ماتریس و ناحیه انتقالی بین ماتریس و سنگدانه ها (itz) بعنوان ساختار داخلی بتن مدلسازی می شود. برای این منظور از تلفیق تئوری چند صفحه ای و همچنین مکانیک شکست پیوسته استفاده می شود. انتخاب نوع سنگدانه ها، اندازه و توزیع آنها خواص بتن را تحت تاثیر قرار میدهد. با توجه به توزیع تصادفی سنگدانه ها و تنوع اندازه آنها در بتن ، مدلسازی رفتار بتن بر اساس اجزاء ساختاری آن در مقیاس ریزبینی مشکل است برای این منظور باید فرضیات ساده کننده ای را بکار ببریم. لذا با داشتن یک طرح اختلاط مشخص توام با منحنی دانه بندی با توزیع و تنوع اندازه سنگدانه ای معین ، روش ساده ای برای جایگزینی سنگدانه های واقعی با سنگدانه کروی معادل با قطر موثر ، بهمراه ضرایب مربوطه بیان میشود. یعنی میتوان در یک نمونه بتنی، بجای روشهای پیچیده هندسی و مبتنی بر احتمالات و یا روشهای تصویر برداری با استفاده از روشی ساده ، قطر موثر را تعیین و سپس با آن قطر دو نوع چینش مرزی با حداکثر و حداقل حجم سنگ دانه ها را بعنوان یک المان پایه قابل تکرار استخراج نمود، در نتیجه یک المان ساده شده را خواهیم داشت که میتوان از آن در مدلسازی رفتاری نمونه های بتنی در حالت ریز مقیاس و سه فازی استفاده نمود. برای این منظور ابتداء یک هندسه مناسب از چینش و موقعیت سنگ دانه ها در بتن بیان شده و هندسه و خواص هر یک از اجزاء بتن تعریف می شود. آنگاه روابط ساختاری مناسب برای هر کدام از فازهای سه گانه در نظر گرفته می شود. برای مدل سازی هر ذره ای نیاز به خواص مخصوص به خود برای توصیف رفتار المان ها در مقیاس میکرو مانند مدول ارتجاعی ، ضریب پواسون ، انرژی ، مقاومت کششی و فشاری فازها می باشد آنگاه با استفاده از برنامه توسعه یافته المان معادل را بدست آورده و سپس از آن المان در تحلیل نمونه های بتنی استفاده میشود .نتایج نشان میدهد که میتوان بطور ساده با داشتن منحنی دانه بندی و بدست آوردن المان معادل، سازه های بتنی را مدلسازی نمود .هماهنگی مدل با نتایج آزمایشگاهی موید مطلب فوق می باشد.