19582

2226 دكتري

دكتري

سازه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1402

135

1403/05/28

كتابنامه

عمران

مهندسي عمران

1403/05/28

23043716

هدف تحقيقات اين رساله تركيب استفاده از بتن كرباسي به عنوان مصالح جديد و به كارگيري اوريگامي به عنوان روش جديد ساخت سازه بدون استفاده از قالب است. اوريگامي روشي است كه با تا زدن يك صفحه‌ي كاغذ به آن شكلي سه بعدي مي‌دهد و اين تحقيق درصدد به كار بردن اين روش در سازه‌هاي بتني است. بتن كرباسي مورد استفاده، از پارچه‌ي سه بعدي كه با بتن با عملكرد بسيار بالا پر شده تشكيل شده است و براي ساخت سازه‌هايي با اين مصالح، يكي از انواع الگوهاي اوريگامي به نام الگوي ميورا مورد استفاده قرار گرفته است. با ايجاد شيارهايي مطابق الگوي ميورا در پارچه‌ي سه بعدي و پر كردن نواحي ديگر پارچه با بتن با عملكرد بسيار بالا و سپس تا كردن اين صفحات بتني روي شيارهاي ايجاد شده، نمونه‌ها ساخته شده و به شكل سه بعدي مد نظر در آمدند. پس از انجام آزمايش‌هاي اوليه، سه دسته سازه‌ي الگوي ميورا با هندسه‌هاي متفاوت و در مقياس كوچك ساخته شد و مورد آزمايش و مدل‌سازي قرار گرفت و نتايج حاكي از نقش مؤثر الگوي ميورا بر ميزان باربري و جذب انرژي بود، به طوري كه باربري بهترين نمونه‌هاي اوريگامي هر كدام از سه دسته نسبت به نمونه‌هاي مسطح معادل آن كه با ميزان مصالح ثابت، سطح يكساني را پوشش مي‌داد چند برابر شد. نسبت باربري نمونه‌هاي اوريگامي به باربري نمونه‌هاي مسطح معادل 2/3، 77/2 و 52/2 به دست آمد. از هندسه‌ي بهترين الگوي نمونه‌هاي كوچك براي ساخت نمونه‌هاي بزرگ استفاده شد. نمونه‌‌هاي بزرگ با استفاده از سه نوع بتن با مقاومت‌هاي مختلف ساخته شد تا بتوان علاوه بر مقايسه‌ي عملكرد آن‌ها در باربري، روش‌هاي رياضي ارائه شده براي تحليل آن‌ها را وارسي كرد. نسبت باربري نمونه‌هاي بزرگ بسته به نوع بتن مورد استفاده در آن‌ها به باربري نمونه‌هاي مسطح معادل برابر با 3/5، 1/4 و 5/3 بود. نمونه‌ي ساخته شده با بتن ضعيف‌تر با استفاده از نوار الياف شيشه تقويت شد و مورد آزمايش قرار گرفت. با توجه به آزمايش، تقويت اين سازه‌ها با نوار الياف شيشه بازدهي قابل قبولي نداشته و استفاده از بتن با مقاومت بالا بازدهي بيشتر و هزينه‌ي كمتري را ايجاد مي‌كرد. با تصوير برداري از نمونه‌هاي بزرگ تحت آزمايش، روند و چگونگي ايجاد ترك در اين سازه‌ها بررسي و براي تحليل اين سازه‌ها دو روش ارائه شد. روش اول مبتني بر در نظر گرفتن يك ترك فرضي با توجه به الگوهاي ترك ايجاد شده در آزمايش‌ها و نوشتن معادله‌ي تعادل براي نمودار جسم آزاد و روش دوم مبتني بر تحليل تيري معادل با سازه‌ي مورد نظر بود. بررسي‌ها نشان داد هر دو روش تطابق مناسبي با نتايج آزمايشگاهي، به خصوص نتايج نمونه‌هاي بزرگ داشتند. ميانگين و انحراف معيار درصد خطا در نمونه‌هاي بزرگ براي روش اول به ترتيب 3/6 و 5/2 و براي روش دوم 1/13 و 5/3 به دست آمد كه نشان دهنده‌ي دقت بيشتر روش اول بود. همچنين سازه‌هاي ساندويچي با هسته‌ي ميورا نيز در ابعاد كوچك و بزرگ ساخته و آزمايش شد. اين سازه‌ها باربري و جذب انرژي به مراتب بيشتري نسبت به سازه‌هاي غير ساندويچي داشتند. همچنين براي تحليل سازه‌هاي ساندويچي، با فرض تحمل خمش ناشي از بارگذاري توسط صفحات متصل به هسته، حداكثر باربري آن‌ها محاسبه شد و نتايج حاكي از نزديك بودن محاسبات با نتايج آزمايشگاهي بود.

This thesis explores the combination of canvas concrete as a new material and origami as a new construction technique. Origami is a technique used to fold paper sheets to create three-dimensional shapes. The purpose of this research is to apply this method to structures made of concrete. The material used is called canvas concrete, which is a three-dimensional fabric filled with ultra-high performance concrete (UHPC). The Miura pattern, a type of origami, is used to construct structures with this material. After conducting the preliminary tests, three groups of Miura pattern structures with different geometries on a small scale were built, tested, and modeled. The results showed that the Miura pattern plays an effective role in the amount of load and energy absorption. The geometry of the best pattern of small samples was used to make large ones. Three types of concrete with different strengths were used to create large samples. The aim was to compare their load-bearing performance and verify mathematical analysis methods. By photographing large samples under test, the process and manner of cracking in these structures were investigated and two methods were presented for the analysis of these structures. The first method involved creating a hypothetical crack based on crack patterns observed during experiments. The equilibrium equation for the free-body diagram was then written. The second method involved analyzing a beam that was equivalent to the structure being studied. After investigation, both methods showed good agreement with the laboratory results, particularly with large samples. Also, sandwich structures with Miura cores were tested in small and large dimensions and had much greater load-bearing capacity and energy absorption than non-sandwich structures. Also, for the analysis of sandwich structures, assuming that the plates connected to the core tolerate bending due to loading, the maximum load of sandwich structures was calculated. The results indicated that the calculations were close to the laboratory results.

داود مستوفي نژاد

محمد ذره بيني اصفهاني

مجتبي ازهري , ابوالفضل اسلامي حسن‌آبادي , حامد هفت برادران