My Article1. مقارنة اسةردالذيةوالف باأللياف مسلحة بيتونية ائزولج للقص مقاوم لنموذج*
األ ***يالعطر تسنيم المهندسةستاذشديد اردوإد المهندس الدكتور**
الملخص
ائزوالج أن المعروف مناإلجهادات تتحمل التيو ،المنشأ في الحاملة اإلنشائية العناصر إحدى هي المسلحة البيتونية
استعمال المقالة هذه تناقش .القاصة القوى عن الناجمة المماسية اإلجهاداتو االنعطاف عزوم عن الناتجة الناظمية
( الذيةوالف باأللياف المسلح البيتونSFRCق لرفع للقص مقاوم كتسليح )التوحم تأثير تحت ائزوللج الحدية التحمل ةدر
( المحدودة العناصر طريقة باستخدام العددية النمذجة باستعمال اسةرالد تمت .االنعطاف قصFinite Element
Analysis( للمادة المرن غير األداء باالعتبار يأخذ الخطي تحليل استخدام تم حيث ،)Materially Nonlinear
Analysisد تمت .)ًامع األليافو األساور إضافة أثر اسةرد تم كما ،قص كتسليح الذيةوالف األلياف استخدام تأثير اسةر
إلى أدى الذيةوالف األلياف استخدام أن اسةرالد هذه نهاية في اإلثبات تم حيث ،القص مقاومة على للجائزمقاومة زيادة
باأل المسلحة البيتونية ائزوالج مع ًةمقارن ائزوالج تلكساورفي ضئيلة القص قوى تحمل في األساور مساهمة أن كما ،
.عنها االستغناء يمكن وبالتالي الذيةوالف األلياف وجود حال
:المفتاحية الكلمات
البيتونية ائزوالجالذيةوالف األلياف ،،،الخطي تحليلABAQUS
*للمهندسة الماجستير رسالة سياق في البحث هذا ُّعدأشديد اردوإد الدكتور األستاذ افربإش يالعطر تسنيم
أستاذ **–دمشق جامعة المدنية الهندسة كلية اإلنشائية الهندسة قسم
ماجستير طالبة ***–دمشق جامعة المدنية الهندسة كلية اإلنشائية الهندسة قسم
2. 1-المقدمة:
القص انهيار يشكلًاقلق المسلح البيتون عناصر في
مفاجئ لكونه اإلنشائيينو المدنيين للمهنسين ًاركبي
ئيسيرال الشد إجهاد قيمة تجاوز عند ويحصل .ثيروكا
شقوق تشكل إلى يؤدي وهذا القص منطقة في الحدي
( يتلدن الشد تشقق حصول وبمجرد .القصsoftens)
كبير بشكل ينقص وهذا عةبسر الشق عند الشد إجهاد
المشكلة هذه المهندسون يخفض وعادة .الجائز مقاومة
المسلح للبيتون اإلنشائية األنظمة في بها ويتحكمون
استخدام ولكن . التسليح بأساور تزويدها اسطةوب
إلى يؤدي المسلح البيتون ائزوج في الذيةوالف األلياف
ا انهيار تليينالسماح وبالتالي التشوه طالةاو الهش لقص
في التحسن ناو .القصوى االنعطاف طاقة بتحسن
األساور تسليح من التخفيفو بالشق التحكمو المطاوعة
ممكنة ايازكم تعد بالتسليح المكتظة المناطق في
الستخدامSFRC.اإلنشائية األنظمة فيالشكل يوضح
(1ا ئيسيةرال الجائز انهيار اروأط )في فةرلمع
ASCE-ACI Committee 426 (1973.)
لها ، ةرصغي الذيةوف أسالك عن ةرعبا الذيةوالف األليافو
شكل نسبةaspect ratio)القطر إلى الطول (نسبة
بين حاورتت02-022)(تشويهها تطعيجها يتم ًاوغالب ،
الذيةوالف األلياف وتمتلك ،البيتون مع ابطرالت لتحسين
ًايرتجا ةرالمتوفحتى تصل الشد على مقاومة
0202Mpa (300ksiالبيتون مع خلطها ويتم ،)
بين حاورتت حجمية بنسب2200~0أن أثبتت وقد %
الشد في الخرسانة مقاومة تحسين على ةرالقد لها
( الشكل ويوضح ،الشقوق توسع من التقليلو2بعض )
ال األلياف اعوأنًايرتجا ةرمتوف(Lofgren, 2005).
إنالشقوق تجسير هو الذيةوالف لأللياف األساسي الدور
سعة من الحد وبالتالي ،البيتون في الشد عن الناتجة
تخييط يقرط عن فيه ةرالظاه التشققات.الشق طرفي
،الحصويات به تقوم الذي الدور نفس ًايائيزفي تملك وهي
التسليح عن مباشر كبديل تعتبر أن اليمكن ولذلك
العناص في الطوليعلى وباالعتماد .المسلحة البيتونية ر
أن أو تنكسر أن إما يمكنها األلياف فإن ابطرالت قوة
الشكل ويكون .الشق ينفتح عندما البيتون من تنسحب
المسلح البيتون ألن أكثر ًالمفض لالنهيار األخير
الذيةوالف باألليافSFRCمطاوعة أكثر سيكون
.الطاقة من ةركبي كمية ويمتص
الشك(ل1الجائز انهيار اروأط :)(ACI-ASCE Committee
426, 1973)
الشك(ل2:)ًاتجاري ةالمتوفر األلياف اعوأن بعض(Lofgren,
2005)
3. وباأللياف طولي بتسليح المسلح البيتوني الجائز في
الذيةوالف األلياف تلعب ،أساور تسليح بدون الذيةوالف
في األساور تسليح به يقوم الذي لذلك ًامشابه ًاردو
ائزوجRCالشد إجهاد الذيةوالف األلياف تحمل حيث .
،يةرالقط الشقوق انفتاحو انتشار وتؤخر يعهزتو المعاد
ًاأيض وهياالنكسار تمنععلى للبيتون انهوأل السابق
ناو .األساور تفعل كما ًاتمام ،الشد تسليح طول
يززوتع الشق بعرض التحكم في فعالة الذيةوالف األلياف
ال تشكليةرالقط التشققات من عديد.
ائزوالج في القص لمقاومة الذيةوالف األلياف استخدمت
وبدون فقط انعطاف بتسليح المسلحةعدد في أساور
من مصنوعة عميقة ائزوج على يبيةرالتج اساترالد من
( المقاومة وعالي عادي بيتونKwak et al.,2000،)
( عادية مقاومة ذو بيتون من ائزووجJansson,
2008باألساور مسلحة ائزوج مع نتهارمقا تمت كما ،)
(Nyomboi et al.,2010األلياف أثبتت حيث ،)
مق فعر في كفاءتهاالقص قوى وتحمل البيتون اومة
.الشقوق سعة وتخفيض المطاوعة يادةزل باإلضافة
األلياف قبل من المزودة القص مقاومة ةزمي ولتوضيح
األلياف بين يةرتقدي نةرمقا عمل يتحتم فإنه الذيةوالف
معلومات شك بال تعطي التجارب أن غمور ،األساورو
تكو قد فإنها اإلنشائي السلوك عن أساسيةعملية ن
الطرق فإن لذلك .ًالطوي ًاوقت وتستغرق للغاية مكلفة
ائزولج اإلنشائية باالستجابة التنبؤ في مفيدة التحليلية
SFRCمن ويمكن التكلفة حيث من فعالة وكونها
.جيد بشكل التجارب سلوك محاكاة خاللها
نامجرب باستخدام تحليلية اسةربد القيام البحث هذا في تم
(ABAQUS Ver 6.12-3ائزوج عدة لسلوك )
بدون مرجعي مسلح بيتوني جائز ،هي مسلحة بيتونية
( قص تسليحRC Beamمسلح بيتوني وجائز ،)
( باألساورRC Beam with Stirrupsوجائز ،)
( الذيةوالف باأللياف مسلح بيتونيSFRC Beam،)
األليافو األساور من ٍبكل مسلح بيتوني جائز ًارأخيو
م الذيةوالف( ًاعSFRC Beam with Stirrups.)
الذيةوالف األلياف إضافة فعالية من التحقق ثم ومن
(Steel Fibersاستخدامهاو الجائز قساوة يادةز في )
.الجائز ذلك في للقص مقاوم كتسليح
العناصر يقةرط باستخدام العددي التحليل اءرإج تم وقد
( المحدودةFEMالذي الالخطي التحليل استخدمو ،)
( المادة الخطية االعتبار بعين يأخذMNAتم حيث ،)
ايدةزمت انتقاالت شكل على تينزمرك قوتين تطبيق
اسةرد أجل من ائزوالج من ٍكل ثلثي في بانتظام
.ائزوالج تلك مقاومات
2-المحدودة العناصر طريقة باستخدام التحليل
(Numerical Analysis Using Finite Element Method)
-توصالمدروسة النماذج يف:
نامجرب باستخدام(ABAQUS Ver 6.12.3)تمت
اسةرد في المدروسة ائزوالج نمذجة(Nyomboi et
al.,2010)االنعطاف قص تجارب اءرإج فيها تم حيث
تينزمرك بحمولتين ومحملة ،االستناد بسيطة ائزوج على
من التحكم ائزوج من تتكون ،الجائز طول ثلثي في
البيتونقص تسليح بدون(CB0%)ائزووج ،SFRC
الذيةوالف باأللياف المسلحة(FB1%)ائزووج ،RC
باألساور المسلحة(SB1%)طول ذات منها وكل ،
كلي(L’=1800mm)يمحور بين المجاز وطول ،
المسندين(L=1600mm)العرضي المقطع أبعاد ،
للجائز(150x230mm)لحديد التغطية سماكة ،
السفلي التسليحالعلويو20mmبتسليح مسلحة وهي ،
( الشكل في موضح هو كما طولي3التسليح حيث ،)
4. السفلي33ϕ1العلويو2ϕ6الجائز من لكل وذلك ،
باأللياف المسلح الجائزو قص تسليح بدون المرجعي
إليه فيضاف باألساور المسلح الجائز أما .الذيةوالف
عرضي تسليحϕ6/100 mm،( الشكل ويبين3أبع )اد
المدروسة النماذج تسليح وتفاصيل(Nyomboi et
al.,2010).
اليوم في للبيتون المتوسطة انيةواألسط الضغط مقاومة
02تساوي38MPaالتسليح لحديد عالخضو إجهاد ،
العرضيو الطوليƒyيساوي345Mpaومعامل ،
له المرونةEs = 210000MPaالذيةوالف األلياف أما ،
بنسبة المضافة0عخضو إجهاد ذات فهي %fyf =
1000MPaلها المرونة ومعامل ،Ef =
210000MPa.
ألياف بدون للبيتون المرونة معاملEc=31108MPa
الذيةوالف األلياف ومعEcf = 54504Mpaمعامل ،
باأللياف المسلح البيتونو للبيتون اسونوب220.0.
العنصر استخدام تمC3D8البيتون مادتي لنمذجة
حيث ،ائزوالج ضمن الذيةوالف باأللياف المسلح البيتونو
C3D8وكل عقد ثماني من مؤلف اغيرف عنصر هو
عنو من عنصر وهو ،يةرح جاتدر ثالث تحوي عقدة
(Solid Section)( الشكل ويبين ،4العنصر )
المستخدم اغيرالف(ABAQUS 6.12
Documentation, 2012).
العنصر استخدام تم كماT3D2التسليح حديد لنمذجة
عنصر عن ةرعبا وهو ،ائزوالج في العرضيو الطولي
اغيرف شبكي(Truss Element)عقدتين من مؤلف
( يةرالح من درجات ثالث تحوي عقدة وكل3
( الشكل يوضح .)انتقاالت5الشبكي العنصر )
( ABAQUS 6.12 Documentation, 2012).
للمادة الالخطي التحليل استخدام تم(Materially
Non-Linear Analysis,MNLAباعتماد وذلك ،)
( يقةرطConcrete Damage Plasticityفي )
باأللياف المسلح البيتونو البيتون مادة سلوك نمذجة
الميكانيزم أن حيث ،الشدو الضغط على ،الذيةوالف
( الشد على التشقق هو لالنهيار األساسيtensile
crackingالضغ على التحطمو )( طcompressive
crushing.البيتون لمادة )
( الشكل3،الهندسية أبعادهو االختبار جائز تفاصيل :)a -الجائز
،الذوالف ألياف ومع المرجعيb-باألساور المسلح الجائز
(Nyomboi et al., 2010)
( الشكل4عقد ثماني ذو اغيرالف العنصر تمثيل :)
(ABAQUS 6.12 Documentation, 2012)
a.
b.
5. ( الشكل5عقدتين ذو اغيرالف الشبكي العنصر تمثيل :)
(ABAQUS 6.12 Documentation, 2012)
( الشكل يبين6النسبي التشوه اإلجهاد مخطط )
(stress-strainالمسلح البيتونو البيتون لتصرف )
الحصول تم الذيو الضغط على الذيةوالف باأللياف
بةرالتج من عليه(Nyomboi et al.,2010،)
اضحو تأثير هناك اليكون ألن التصميم تم وكما
تطبيق تم فقد للبيتون الضغط مقاومة على لأللياف
لإلجهاد وسطية عالقة-التشوهعلى للبيتون النسبي
حتى خطي شبه بشكل المقاومة تزداد حيث ،الضغط
هرمقدا ضغط إجهاد220المتوسطة المقاومة من
على للبيتونالضغطƒcmالكود ينص كما
( األوروبيEurocode2,2004قيمته إجهاد أي )
MPa0020نسبي تشوه وعند2220ثم ومن ،%
إلى ًالووص الخطي سلوك إلى المادة سلوك يتحول
هرمقدا أعظمي ضغط إجهادMPa32ƒcm=عند
نسبي تشوه22000المقاومة بعدها تنخفض ،%
إجهاد عند االنهيار إلى ًالووصقيمتهMPa30222
للبيتون الحدي النسبي التشوه حيث220..%
اعتماد تم فقد ،الشد على البيتون سلوك ولنمذجة
(إجهاد مخطط–الشكل في كما مبسط )نسبي تشوه
(7اإلجهاد ( مخطط على باالعتماد وذلك ،)–
المرجعية اسةرالد من يبيرالتج )النسبي التشوه
(Nyomboi et al., 2010)البيتون يصل حيث
الشد على العظمى مقاومته إلى2.46MPaعند
نسبي تشوه0.048%بعدها المقاومة تبدأ ثم ،
قيمة عند انعدامها حتى خطي بشكل باالنخفاض
الشد على للبيتون الحدي النسبي التشوه= 0.48%
totalε
الذيةوالف باأللياف المسلح البيتون لسلوك بالنسبة أما
فقد الشد على(اإلجهاد مخطط اعتماد تم–التشوه
( الشكل في الموضح المبسط )النسبي8المكافئ و )
اإلجهاد لمخطط–اسةرالد من النسبي التشوه
ثالثي ًامنحني المكافئ المخطط ويفترض ، جعيةالمر
الشد إجهادات تزداد حيث ،الخطيةخطي بشكل
العظمى قيمتها تصل حتى
عندتشوه قيمة عند وذلك
نسبيالمقاومة تبدأ بعدها ،
تنخفض ثم ،بسيط بميل خطي بشكل باالنخفاض
قيمة عند اإلجهاد انعدام حتى حاد بشكل المقاومة
باأللياف المسلح للبيتون الحدي النسبي التشوه
الشد على الذيةوالفويعود
او ،الحاد االنحدار ذلك سبباالنهيار عن يعبر لذي
على الذيةوالف باأللياف المسلح للبيتون المفاجئ
،البيتون عن الذيةوالف األلياف انفصال إلى ،الشد
قيمة عند البيتون ضمن الذيةوالف األلياف تتلدن حيث
الذيةوالف لأللياف النسبي تشوه
يبدأ التي القيمة نفس وهي ،
المسلح البيتون عندها.الشد على بالتلدن باأللياف
بمخطط المستخدم التسليح حديد سلوك توصيف تم
(اإلجهاد-( بالشكل الموضح )النسبي التشوه9،)
مرن السلوك يمثل الذيو-( مثالي لدنelastic-
6. perfectly plasticالتسليح حديد عخضو إجهاد ،)
(fy=345MPa.)
( الشكل6اإلجهاد مخطط :)–المسلح البيتونو للبيتون النسبي التشوه
( الضغط على الذيةوالف باألليافNyomboi et al., 2010)
( الشكل7اإلجهاد مخطط :)–الشد على للبيتون المكافئ النسبي التشوه
( الشكل8المسلح للبيتون المكافئ النسبي التشوه اإلجهاد مخطط :)
الشد على الذيةوالف باأللياف
تتميالخبإد يديالحدو يونتالبي يينب التماسك عالقة نمذجة
( يدييشال يالبةييص يأثيرييتTension Stiffeningيىييلع )
يطةيساوب يقوقيشال يريبع يةيلالحمو يليقن ينيع يريبلتع يونيتالبي
يدييالحد يينيب ياليصات يريصعنا يتخداميسبا يليحيسالت يبانيضق
.البيتونو
( الشكل9(اإلجهاد مخطط :)-الطولي للتسليح )النسبي التشوه
.للجائز العرضيو
( الشكل10التماسك ةظاهر لتمثيل المستخدم النابض شكل :)
(ABAQUS 6.12 Documentation)
عيون ينم ابضوين عن ةرعبا اتصال عناصر استخدام تم
(Spring 2يالبتهيص يدتينيقع يينيب يليصي يابضين يويهو )
يابضيينال يةيييخط يريييغ( يكلييشبال يحييضمو01وت ،)يعييضتو
يىيلع يودييمع يكليشب يةيجالنمذ يييف يتخدمةيسالم ابضويينال
حركتها اتجاها ةرظاه لتمثليطحس يىلع ًاشاقولي القزالن
،التماسيوةق ( عالقة إدخال ذلك يتطلب حيث-)يالقانت
( نامجرب في النابض صالبة عن للتعبيرABAQUS
6.12)كود على باالعتماد(CEB-FIP,2010).
اعت يميتيايمك يدروسيمال يوذجيمالن يييف يتناديساال يروطيش ياديم
( يةبرالتج ييف يدتماعتNyomboi et al.,2010،)
، ييطيييسب يتناديييسا ينيييع ةريايييبع يييييهويديييقع يدتييييق يثييييبح
ىيريييسالي يطيةيييسالو يتناديييساالياهينيييجباالت ياليييقاالنت يىيييلع
)يتييييب(ثا ييييييقاألف و ياقوليييييشاليينييييح ييييييف ،يدييييقع يدتيييييق
7. يىييييناليم يطيةييييسالو يتنادييييساالياييييشاال يالييييقاالنت يىييييلعقولي
)ج(متدحر،يقيرط عن تينزمرك حمولتين تطبيق تم كما
يوه يامك يائزجال ثلثي في يجيرتد شاقولي انتقال تطبيق
( بةرالتج فيNyomboi et al., 2010.)
،يةييعدد يةيقيرط يييه يدودةيحالم يريصالعنا يةيقيرط أن يايمب
يرييييصللعنا يةيييييالمثال يادييييعاألب يىييييلإ يولييييصالو يلييييجأ ينييييمو
الت يىيلإ أي ،يتخدمةيسالم يدودةيحالميبكةيشلل يالييثالم ييميسق
ياييينقم ،يليييحال ينيييمز يثيييح ينيييم ياديةيييصاالقت يؤمنيييي يذيييلا
( الشبكة دقة اسةربدMesh Convergence.)
يدروسيييمال يونييييتالبي يائزيييجلل ياذجيييمن يةيييثثال يةيييسارد يتيييمت
( يبكةييييييييييييييييييييييشلل يةييييييييييييييييييييييفمختل يادييييييييييييييييييييييعبأب50x50mm2
،)
(25x25mm2
(و )75x75 mm2
يكليشال يحيضويو ،)
(11يةييثثال يلييمتح ةريدييق يىييلع يبكةييشال يةييقد يرييثأ )ياذجييمن
يوبلمق ياقوليشال يورحالم يلثيم حيث ،المدروس للجائز
( يةيييييييييرالح ياتييييييييجدر يددييييييييعDegree of
Freedom ,DOFيورحالم يلثيم يامبين ،يوذجمالن ييف )
يارييياالنه يوةييق يةييمقي يريييتغ ياقوليييشاليتييحت يائزييجلل
يائزييييييجال يىييييييلع يوديتينييييييمع تينزيييييييكمر يولتينييييييمح يأثيرييييييت
(بالشكل الموضح3أجل من وذلك )يبكةشال ييماتستق
.ًاسابق ةرالمذكو
(يكليييييييشال يينيييييييبي11يييييييييغارالف يريييييييصالعن يتخداميييييييسا أن )
C3D8( يادييعبأب25x25 mmيةييبيرق يةييجنتي يىييطأع )
( ييميييسالتق يةيييجنتي ينيييم50x50mmياديييماعت يالييييتوبال ،)
( بأبعاد اغيرالف العنصر50x50mmللحصول ٍكاف )
فاعتماد ،التحليل زمن في اقتصادية مع دقيق حل على
ياديعأب(100x100mmيييف ،يقييدق يرييغ ًالييح يىيطأع )
( يوذجيمالن ياريياخت يؤدييي يينيح25x25mmيدميع يىيلإ )
.الحل زمن في اقتصادية
( الشكل يبين12)أحديقفو يةسالمدرو يةيالنهائ ياذجمالن
يامجيينربABAQUS (Ver 6.12)يرييهيظ يثيييح ،
الطولي التسليح وحديد البيتوني الجائز.له
ييمالن يحةيص ينيم يقيقالتح يميتايييالعدد ذجةييهنتائج يةينربمقاا
ال يةيسارالد يعيميةيييبرتج،يثالثيلا ياالتيحال ينيم يليكليييفف
دون و فقط طولي بتسليح المسلح البيتوني الجائز حالة
،عرضي تسليح وجود( الشكل يبين13منحني نةرمقا )
يصيقال يوةيق-يتخداميسبا يائزيجلل يددييعال يوذجيمللن ياليقاالنت
يامجييييييينربABAQUS ver6.12يةيييييييبرالتج يعيييييييم
(Nyomboi et al. 2010)يوريحالم يليثيم يثييح ،
يأثيريييت يتيييحت يائزيييجال يفيييصمنت يييييف ياالتيييقاالنت يييييقاألف
ييب مقاسة االنعطاف التوحمmmيورحالم يلثيم يامبين ،
يييلبا يةيسمقا يصيقال يوةيق ياقولييشالKN.يوةيق يلتيصو يديقو
يىيلإ يةيبرالتج يبيسح يىيمالعظ يصيقال55.52KNيايمبين
يتينكا يددييعال يوذجيمالن يييف56.85KNيرقيفال إن أي ،
يايييمبينه( ياوزيييجاليت2.4%يةييييالتحليل يائجيييتفالن يالييييتوبال )
مقبولة.
( الشكل11( الشبكة تقارب أثر اسةرد :)ABAQUS 6.12)
( الشكل12نم :)وذجالجائزالمدر( باستخدام وسABAQUS
6.12)
( يكليييييييشال يحييييييضويو13ينيييييييع ياتجييييييينال ييييييييينالمنح أن )
ينييييم يليييييبقل يىييييلأع ياوةييييسق يدىييييبأ يدييييق يدديييييعال يوذجييييمالن
ييييييف يديييييالج يابقييييطالت يذاييييه يودييييعوي ،ييييييبيرالتج يييييينالمنح
8. ادويييمال يلوكييسل يةييييبرتج ياتيييمنحن يتخدامييسا يىييلإ ياوةييسالق
( يهاسنف يةيالمرجع يةسارالد ينم يأخوذةمNyomboi et
al., 2010يلثتم ييتال ةزييالمم ياطقالن بعض ونالحظ .)
يمييييهأيارييييياالنه يىييييتح يائزييييجال ياييييهب يرييييمي ييييييتال يلييييحارالم
I،II،IIIيبهيييش يكليييشب يزداديييت يائزيييجال ياوةيييسق أن يثييييح ،
يةيطبالنق ًاريرويم يييطخIيثيييح ،يدنيلالت يدءيب يةيطنق ييييهو
يالييييييقاالنت=2.49mmδيلييييييمالتح ةريدييييييقو85.18KN،
يكلييييشب يالظهورييييب يدودييييشالم يفيييييالل يققاتييييشت يدأييييبت يايييينوه
تيزيييكالمر يوتينييقال يتييحت يةييقالمنط ييييف يينييتنقطيدهاييعب ،ن
النقطة إلى ًالووص ًاالخطي القساوة تزدادIIنقطة وهي ،
( يدنييييلال يلييييصالمف يكلييييشتPlastic hingeيثيييييح ،)
يالييييييييقاالنتδ=3.98mmيةييييييييياألعظم يلييييييييمالتح ةريدييييييييقو
113.7KNيفيييالل ييييف يققاتييشالت يعييستو يزدادييي يثيييح ،
يدهايييييعب يدثيييييحي ،يهييييل يدىيييييم يىييييصألق يليييييصوي يدودييييشالم
يديبي يمث ينمو ،القساوة في حاد انخفاضًايلوكس يائزجال
يالييقاالنت ييييف يادةيييز يعييم يةييلالحمو ياتييببث يلييثيتم ًايييعمطاو
يةيييييييطالنق يدييييييينع ياريييييييياالنه يىيييييييتحIIIياليييييييقاالنت يثييييييييح ،
δ=32mmيلييييمالتح ةريدييييقو111.9KNيدييييتتم يثيييييح ،
ياداتهإج يزكتتر ياليتوبال العلوي الليف باتجاه التشققات
يىلع يارياالنه يدثحوي تينزيكالمر الحمولتين عند محلية
.الضغط
ي يايييمك( يكليييشال يينيييب14يصيييقال يوةيييق ييييينمنح يةييينرمقا )-
يوديييجو يعيييم يونييييتالبي يائزيييجلل يددييييعال يوذجيييمللن ياليييقاالنت
ياورييساأليوةييق يةييمقي يتييغبل يدييقو .يةييبرالتج ينييم يهييلمثي يعييم
يةيبرالتج يبيسح يةيياألعظم يصيقال64KNيىيطأع يايمبين
هايداريقم يىيمعظ يةيمقي يددييعال يوذجيمالن58.8KN،أي
( ياوزييجاليت ياييمبينه يرقييفال إن8.6%ياييتوبال )يائجييتفالن لي
ًاييضأي يةييلمقبو يوذجيمالن يذاييهل يةييالتحليليكلييشال يحييضويو .
(14يدىبأ يدق العددي النموذج عن الناتج المنحني أن )
يلييصالمف يكلييشت يىييتح يةييلحالمر ييييف ياوةييسالق ييييف ًايييقتطاب
ييبيرالتج يينالمنح عن القساوة انخفضت وبعدها ،اللدن
.االنهيار قبيل المرحلة في معه وتتطابق لتعود
يمييييهأ يلييييثتم ييييييتال ةزييييييالمم ياطييييقالن يضييييعب اضريتعييييسوبا
يارياالنه يىتح يائزجال بها يمر التي احلرالمI،II،III،
،يييضعر يليحيست يدونيب يونييتالبي يائزيجلل يابهيشم يكليشوب
يةيطبالنق ًاريرويم يييطخ يبهيش يكليشب يائزيجال ياوةيسق يزداديتI
يالييقاالنت يثيييح ،يدنييلالت يدءييب يةييطنق ييييهو=2.45mmδ
يليييمالتح ةريديييقو84.68KNوك ،يدونيييب يائزيييجال يييييف يايييم
يييف يينيتنقط يكليشب ياينه يققاتيشالت يدأيبت ،يييضعر يليحيست
،يوتينيييقال يتيييحت يةيييقالمنط يييييف انزييييكتتر يدوديييشالم يفييييالل
النقطة إلى ًالووص أكبر وبميلIIيلصالمف تشكل نقطة
يالييييقاالنت يثيييييح ،يدنييييلالδ=4.04mmيلييييمالتح ةريدييييقو
يةيييياألعظم117.6KNيققاتيييشالت يعيييستو يزداديييي يثييييح ،
يدييشالم يفيييالل ييييفييييتالو ،يهييل يدىييم يىييصألق يلييصوي ود
يديبي يمث ينمو ،ياوةسالق ييف يادح ياضفانخ بعدها يحدث
يادةييز يعيم يةيلالحمو ياتيببث يليثيتم ًاييعمطاو ًايلوكيس يائزيجال
يةييييطالنق يديييينع يارييييياالنه يىييييتح يالييييقاالنت ييييييفIIIيثيييييح
ياليييييييييقاالنتδ=32mmيليييييييييمالتح ةريديييييييييقو112.4KN،
يايتوبال يويلالع يفيالل ياهيجبات يققاتشالت يدادتام يظحوياللي
تينزييييييكالمر يولتينيييييمالح يدييييينع يةييييييمحل ياداتيييييهإج يزيييييكتر
.الضغط على االنهيارو
( الشكل13:)القص قوة منحني مقارنة-اسةرالد بين االنتقال
ال النموذجو المرجعيةعددي-تسليح دون البيتوني الجائز حالة
عرضي-(CB0%)
9. ( الشكل14:)منحني مقارنةالقص قوة-اسةرالد بين االنتقالالمرجعية
ال النموذجوعددي-أساور مع البيتوني الجائز حالة–((SB1%
الكلية القوة لمنحني التحليلية النتائج نةروبمقا-االنتقال
قص تسليح بدون الجائز من لكل ،الجائز منتصف في
نامجرب باستخدام أساور مع الجائزوABAQUS ver
6.12( الشكل على نحصل ،15فعالية أن يبين الذي )
إّتتعد لم البيتوني للجائز األساور ضافة3%ويعود ،
المسلح للجائز التحليلي النموذج أن ذلك في السبب
المطاوعة بداللة االنعطاف على انهار قد باألساور
المفصل تشكل بعد الجائز تصرف يبديها التي ةرالكبي
( الشكل ،اللدن14مساهمة تظهر لم وبالتالي ،)
قوى مقاومة في األساوريؤكده ما وهذا ،القص
.المنحنيين بين القساوة في التام شبه التطابق
(الشكل16القص قوة منحني نةرمقا يبين )-االنتقال
األلياف وجود مع البيتوني للجائز العددي للنموذج
حسب األعظمية القص قوة قيمة بلغت حيث ،الذيةوالف
بةرالتج66.3KN،قيمة العددي النموذج أعطى بينما
عظمىهامقدار75.85KNبينهما الفرق إن أي .
(14.4%النموذج لهذا التحليلية فالنتائج وبالتالي )
مقبولةوي .الحظالنموذج عن الناتج المنحني أن
،يبيرالتج المنحني من أعلى قساوة أبدى قد العددي
يبيةرتج منحنيات استخدام غمر أنه إلى ذلك ويعود
مأخ باأللياف المسلح البيتون لسلوكاسةرالد من وذة
( نفسها المرجعيةNyomboi et al., 2010أن إال ،)
المسلح البيتون سلوك في ةرالمؤث املوالع من العديد
مثل ،النمذجة أثناء باالعتبار أخذها يتم لم باأللياف
الخلطة ضمن توضعها يقةروط الذيةوالف األلياف عتوز
.البيتونية
( الشكل15:)مقارنةل النتائجمنحنيالقوةالكلية-االنتقاللالبيتوني لجائز
الجائزو قص تسليح بدون المرجعيمعباستخدام أساور(ABAQUS
6.12)
يليحارالم يميهأ يليثتم يييتال ةزيييالمم ياطيقالن يضيعب يظيحونال
يارييياالنه يىييتح يائزييجال ياييهب يرييمي ييييتالI،II،IIIيثيييح ،
يةطبالنق ًاريروم ييطخ يبهش يكلشب الجائز قساوة تزدادI،
يييب يةييطنق ييييهويالييقاالنت يثيييح ،يدنييلالت دء=2.97mmδ
يلييييييمالتح ةريدييييييقو118.84KNيفيييييييالل يدأييييييبي يدهايييييينوع ،
يىيلإ ًالوييصو يريبأك يلييوبم ،يينيتنقط يييف يققيشبالت يفلييسال
يةيييطالنقIIيثييييح يدنيييلال يليييصالمف يكليييشت يةيييطنق يييييهو ،
يالييييييقاالنتδ=3.67mmيلييييييمالتح ةريدييييييقو135.7KN،
يدثحي ييتالو ،يدودشالم الليف في التشققات تتوسع وهنا
يةييمللقي يولييصالو يىييتح ياوةيسالق ييييف ييطييسب ياديييازد يدهايعب
يلثيتم ًايعمطاو ًايلوكس يائزجال يديبي يمث ينمو ،األعظمية
يدنع االنهيار حتى االنتقال في يادةز مع الحمولة بثبات
يةطالنقIIIيالقاالنت يثييحδ=16.4mmيليمالتح ةريديقو
يةيياألعظم151.7KNيةيفطفي يادةييز يوليصح يظيحويال ،
يةييييلالمرح ينييييع يدودييييشالم يفيييييالل ييييييف يققاتييييشالت يعييييسلتو
10. يزكتر ياليتوبال ،يويلالع يفيالل ياهجبات امتدادهاو ،السابقة
ياريييياالنهو تينزييييكالمر يولتينيييمالح يينيييب يةييييمحل ياداتيييهإج
.الضغط على
( الشكل16:)القص قوة منحني مقارنة-المرجعية اسةرالد بين االنتقال
اوالعددي لنموذج-الذيةوالف األلياف مع البيتوني الجائز حالةSF-
((FB1%
( الشكل يمثل17القوة لمنحني التحليلية النتائج نةرمقا )
يةييالكل-يائزيجال ينيم يليكل ،يائزيجال يفيصمنت يييف ياليقاالنت
يةيييالذوالف يافيييباألل يلحييسالم يائزييجالو يصييق يليحييست يدونييب
يامجيييييييييييينرب يتخدامييييييييييييسبا ياورييييييييييييساأل يتخدامييييييييييييسا يدونييييييييييييبو
ABAQUS ver 6.12يتخدامسا يةيفعال أن يظحونال ،
يجلل يةيالبيتون يةطالخل ييف يةيالذوالف األليافيتغبل يدق ائز
33%يافيييباألل يوىييقالم يائزييجال ياوةييسق ييييف يادةيييز يعييم ،
.ألياف بدون الجائز مع نةرمقا الذيةوالف
( الشكل17:)مقارنةل النتائجمنحنيالقوةالكلية-االنتقاللالبيتوني لجائز
الجائزو قص تسليح بدون المرجعيالذيةوالف األلياف معSFباستخدام
(ABAQUS 6.12)
اسةرد:ًامع األساورو الذيةوالف األلياف استخدام أثر
الذيةوالف األلياف من كل استخدام فعالية لتحديد
تحليلية اسةرد اءرإج تم ،البيتوني الجائز ضمن األساورو
باستخدام حيث ،ذلك يحاكي عددي نموذج وعمل
السابق العددي النموذج(FB1%)تسليح إضافة تمت
،األساورو( الشكل يوضح18م )القص قوة نحني-
،التحليل عن الناتج االنتقالاألفقي المحور يمثل حيث
يب ًامقاس الجائز منتصف في االنتقالmmحين في ،
التوحم تأثر تحت القص قوة الشاقولي المحور يمثل
يب مقاسة االنعطافKNوقد ،القص قوة بلغت
األعظميةالحالة هذه في76.46KNالمالحظ ومن .
األساو إضافة أنمقاومة في ملحوظة يادةز إلى تؤد لم ر
ةرضرو عدم عنه ينتج الذي األمر ، للجائز القص قوة
األلياف باستخدام ويكتفى الحالة هذه في استخدامها
.الذيةوالف
احلرالم أهم تمثل التي ةزالممي النقاط بعض ونستعرض
االنهيار حتى الجائز بها يمر التيI،II،IIIوبشكل ،
وبدون الذيةوالف باأللياف المسلح البيتوني للجائز مماثل
خطي شبه بشكل الجائز قساوة تزداد ،األساور استخدام
بالنقطة ًارمروIاالنتقال حيث ،التلدن بدء نقطة وهي ،
=2.9mmδالتحمل ةروقد117.75KNيبدأ وعندها ،
ًالووص أكبر وبميل ،نقطتين في بالتشقق السفلي الليف
النقطة إلىIIحيث اللدن المفصل تشكل نقطة وهي ،
االنتقالδ=3.61mmالتحمل ةروقد135.7KN،
بعدها يحدث التيو ،المشدود الليف في التشققات تتوسع
،األعظمية للقيمة الوصول حتى القساوة في بسيط ازدياد
بثبات يتمثل ًامطاوع ًاسلوك الجائز يبدي ثم ومن
اال في يادةز مع الحمولةالنقطة عند االنهيار حتى نتقال
IIIاالنتقال حيثδ=14.66mmالتحمل ةروقد
11. األعظمية152.94KNطفيفة يادةز حصول ويالحظ ،
المرحلة عن المشدود الليف في التشققات لتوسع
تركز وبالتالي ،العلوي الليف باتجاه امتدادهاو ،السابقة
االنهيو تينزالمرك الحمولتين بين محلية إجهاداتعلى ار
.الضغط
الشكل(18:)القص قوة منحني-المقترح العددي النموذج عن الناتج االنتقال-
الذيةوالف األلياف مع البيتوني الجائز حالةSFأساور ومع.
( الشكل19القوة لمنحني التحليلية النتائج نةرمقا يمثل )
الكلية-الجائز من لكل ،الجائز منتصف في االنتقال
الذيةوالف باأللياف المسلح الجائزو قص تسليح بدون
نامجرب باستخدام ًامع األساوروABAQUS ver
6.12مع الذيةوالف األلياف استخدام فعالية أن ونالحظ ،
بل قد الجائز في األساورغت34.5%.
السابقة العددية للنماذج افقةوالم النتائج نةرمقا تمت
،ًامع(بالشكل موضح هو كما وتبين20استخدام تأثير )
على كل البيتوني الجائز في الذيةوالف األليافو األساور
في االنتقال األفقي المحور يمثل حيث .ًاومع حدة
الجائز منتصفيب ًامقاسmmالمحور يمثل بينما ،
الجائز على المطبقة الكلية القوة الشاقولييب مقاسة
KNبنسبة ازدادت الفعالية أن ونالحظ ،30%عند
الذيةوالف األلياف استخدام،األساور استخدام عند عنها
عند المقاومة ازدياد في ملحوظ أثر هناك اليكون بينما
نفس ضمن الذيةوالف األلياف مع األساور استخدام
الجائزوبالت ،بوجود األساور عن االستغناء يمكن الي
األلياف.
( الشكل19:)مقارنةل النتائجمنحنيالقوةالكلية-االنتقالللجائز
البيتونيالجائزو قص تسليح بدون المرجعيالمسلحباأللياف
الذيةوالفباستخدام ًامع األساورو(ABAQUS 6.12)
( الشكل20:)القوة منحنيات مقارنة-االنتقال:لحاالت العددية للنماذج-جائز
،عرضي تسليح بدون مرجعي بيتوني-،أساور مع بيتوني جائز-بيتوني جائز
. ًامع األساورو الذيةوالف األلياف مع بيتوني جائز ،الذيةوالف األلياف مع
( الشكل يوضح21ئيسيةرال النسبية التشوهات )
نقطة عند وذلك المدروسة ائزوللج
انمنها لكل اللدن المفصل وتشكل القساوة خفاض
نامجرب باستخدامABAQUS ver6.12حيث ،
12. وذلك القوتين تحت المنطقة في التشققات بدء يالحظ
،الذيةوالف األلياف على حاويين الغير ينزالجائ من لكل
وجود عند أصغر تشققات سعات على نحصل حين في
.الذيةوالف األلياف
( الشكل يوضح بينما22النسبية التشوهات )يةرالمحو
لكل االنهيار نهاية عند وذلك المدروسة ائزوللج
نامجرب باستخدام منهاABAQUS ver6.12وقد ،
الذيةوالف األلياف على الحاويين غير انزالجائ انهار
في الضغط على التحطمو الشد على أساور ومع بدون
االن تم أي ،القوتين تحت المنطقةهذين في هيار
حين في ،القصو العزم اكبرت منطقة في ينزالجائ
ومع بدون الذيةوالف باأللياف المسلحان انزالجائ انهار
المنطقة في الضغط على التحطمو الشد على أساور
،الصافي االنعطاف عزم منطقة في أي ،القوتين بين
تأثير من ّحد قد الذيةوالف األلياف وجود أن يعني مما
ع القص.الجائز لى
( الشكل21:)الرئيسية النسبية التشوهاتالمدروسة ائزوللج
باستخدام اللدن المفصل وتشكل القساوة انخفاض نقطة عند(ABAQUS
6.12)
( الشكل22:)ا النسبية التشوهاتلمحورية
عند المدروسة ائزوللجاالنهيار نهايةباستخدام
(ABAQUS 6.12)
3-:التوصياتو النتائج
: النتائج
البحث هذا في تمالذيةوالف األلياف إضافة تأثير اسةرد
مسلحة بيتونية ائزوبج نتهارومقا ،مسلحة بيتونية ائزولج
باألساور مسلحة ىأخرو قص تسليح بدون مرجعية
باأللياف مسلحة ائزوج على التأثير هذا اسةرد ثم ومن
األساورو الذيةوالففعالية من التأكد تم وقد ،ًامع
يادةز وبالتالي الجائز قساوة يادةز في الذيةوالف األلياف
.مقاومته
باستخدام عددي تحليل اءرإج اسةرالد هذه في تم حيث
( المحدودة العناصر يقةرطFEMتحليل استخدمو ،)
( المادة الخطية االعتبار بعين يأخذ الخطيMNA)
بين التماسك خاصية أخذ معالذووف البيتون مادة
بتطبيق اسةرالد تمت وقد .االعتبار بعين التسليح
هذا نهاية وفي ،ائزوالج ثلثي في تينزمرك حمولتين
:التالية للنتائج التوصل تم البحث
0.يبيةرتج منحنيات استخدام البحث هذا في تم
باأللياف المسلح البيتونو العادي البيتون سلوك لنمذجة
13. ا على الذيةوالفجيد تطابق إلى أدى مما ،الضغطو لشد
و البحث هذا في التحليلية النتائج مابين القساوة في
حيث ،المرجعية اسةرالد من المأخوذة يبيةرالتج النتائج
من أكبر بقساوة ماتكون ًاغالب التحليلية النتائج أن
من قياسية منحنيات على اعتمادها بسبب يبيةرالتج
.الكودات
2.األ إضافة عندالبيتونية الخلطة إلى الذيةوالف لياف
تعمل البيتونية ائزوالج وفي ،الشد على مقاومتها تزداد
،القص قوى يتحمل عرضي كتسليح الذيةوالف األلياف
للجائز الذيةوالف األلياف إضافة فعالية بلغت وقد
( بنسبة البيتوني1%البحث هذا في )33%بينما ،
األساو استخدام فعالية بلغتعرضي كتسليح ر3%،
من أكبر الذيةوالف األلياف استخدام فعالية فإن وبالتالي
بمقدار األساور فعالية30%.
3.الذيةوالف األلياف وجود أدى التحليلية اسةرالد في
بين المنطقة في االنهيار حدوث إلى الجائز في
انهارت بينما ،االنعطاف عزم منطقة أي القوتين
بدون ائزوالجأي القوتين تحت المنطقة في ألياف
.القصو العزم اكبرت منطقة
4.األليافو األساور التسليحين؛ من كل استخدام إن
يادةز إلى ّيؤد لم البيتوني الجائز ضمن ًامع الذيةوالف
باأللياف المسلح الجائز في عنه المقاومة في ملحوظة
مع التسليحين إضافة فعالية بلغت حيث ،فقط الذيةوالفًا
البحث هذا في34%استخدام فعالية أن يعني مما ،
بالتالي الذيةوالف األلياف وجود حال في ضئيلة األساور
عنها االستغناء يمكن.
:التوصيات
0.ىأخر إنشائية لعناصر تحليلية اسةربد القيام
(أعمدة–بالطات-جائز عقدة-)عمود
في هاأثر وتحديد الذيةوالف األلياف إليها ًامضاف
زتحت وسلوكها العناصر لتلك المقاومة يادة
المختلفة القوى تأثير.
2.للخلطة المضافة الذيةوالف األلياف نسبة تغيير
على التغيير هذا أثر اسةرود ،ائزوللج البيتونية
.المثلى النسبة استنتاجو ،المقاومة
3.المحلية يبيةرالتج اتراالختبا من عدد عمل
األلياف من مختلفة اعوألنمضافة الذيةوالف
مختلفة مقاومات ذات بيتونية خلطات إلى
هذه لسلوك جعيةمر مكتبة إنشاء وبالتالي
.ًامحلي ةرالمتوف ادوالم وفق المادة
14. 4-اجعرالم(References):
1.ACI-ASCE Committee 426 (1973). "The
Shear Strength of Reinforced Concrete
Members." ACI Journal Proceedings, 70(7),
471-473.
2. ABAQUS, Version 6.12, (2012) , "
ABAQUS/Standard User's Manual "
ABAQUS Inc., USA.
3. CEB-FIP. (2010) , State-of-the-Art Report
on Bond of Reinforcement in Concrete. State-
of- Art Report Prepared by Task Group Bond
Models (former CEB Task Group 2.5) FIB -
Féd. Int. du Béton: 1-97.
4. Jansson A. (2008) : “Fibres in Reinforced
Concrete Structures –Analysis,
Experiments and Design”. Lic Thesis, Dep.
of Civil and Environmental Engineering,
Chalmers University of Technology,
Göteborg, 66 pp.
5. JSCE Standard III-1,
Specification of Steel Fibers for Concrete, Co
ncrete Library No. 50, March, 1983
6. Kwak Y., Eberhard M.O., Kim W.S. and
Kim J. (2002). “Shear Strength of Steel
Fiber-Reinforced Concrete Beams Without
Stirrps”, ACI Structural Journal, Title no.
99-s55, July-August.
7. Löfgren I. (2005) : “Fibre-reinforced
Concrete for Industrial Construction-a
fracture mechanics approach to material
testing and structural analysis”. PhD
Thesis, Dep. of Civil and Environmental
Engineering, Chalmers University of
Technology, Göteborg, 2005, 268 pp.
8. Nyomboi T., Matsuda H., Demizu A.
and Makino K. (2010). “Experimental
and Analytical Study on Shear
Capacity in Steel Fiber and Stirrup
RC Beam”, Journal of structural
Engineering JSCE, Vol.1.56 A, March.
15. A Comparative Study of Shear Resistant Model of Steel Fiber
Reinforced Concrete Beams
Eng. Tasnime Otri*** Dr. Edward Shadeed**
Abstract
It is well known that reinforced concrete beams are one of the load-bearing structural elements.
This article discusses the use of steel fiber reinforced concrete (SFRC) as shear reinforcement to
increase ultimate capacity of beams under moment-shear loads.
Numerical modeling using the finite element method is conducted, and Materially Non-Linear
Analysis (MNLA) is performed to demonstrate the behavior of the beams.
The effect of using steel fibers as shear reinforcement, and the impact of using stirrups with steel
fibers on shear resistance are been studied. It was shown that the resistance of SFRC beams
increased compared with RC beams with stirrups, and the contribution of stirrups in carrying
shear forces was small when using steel fibers and therefore can be dispensed with.
Keywords:
Concrete beams, Steel fibers, Non Linear Analysis, ABAQUS
*Research for Master Thesis
**Doctor – Structural Engineering – Faculty of Civil Engineering – Damascus University
***Master student – Structural Engineering – Faculty of Civil Engineering – Damascus University