شماره راهنما :
2256 دكتري
پديد آورنده :
علي‌زاده، مهرداد
عنوان :
مطالعه‌ي آزمايشگاهي و عددي قاب‌هاي بتن‌آرمه‌ي حاوي خرده لاستيك بهبود يافته، تحت بارگذاري زلزله
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هشت، 153ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
بتن حاوي خرده لاستيك , بتن حاوي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي , قابليت جذب انرژي , مفصل پلاستيك , بارگذاري چرخه‌اي , تحليل ديناميكي فزاينده , ظرفيت فروريزش
تاريخ ورود اطلاعات :
1403/07/24
رشته تحصيلي :
مهندسي عمران
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1403/07/29
چكيده فارسي :
طي رشد صنايع، به ويژه صنعت خودروسازي، افزايش قابل توجهي در توليد و مصرف ميزان لاستيك پديد آمده است. يكي از پيامدهاي اصلي در اين مقوله، چالش مقابله با ميزان روزافزون لاستيك‌هاي فرسوده و در نتيجه توجه دوچندان محققين به مساله‌ي بازيافت آن است. تاكنون، استفاده از خرده لاستيك در بتن معمولاً محدود به كاربردهاي غيرسازه‌اي مانند روسازي و جداول بتني بوده است. به طور كلي به علّت ضعف بتن حاوي خرده لاستيك در مقاومت فشاري، از جنبه‌هاي مثبت اضافه شدن خرده لاستيك در بتن، به‌طور مطلوب بهره‌برداري نشده است. بنابراين، ايده‌ي ارتقاء خواص بتن مسلح حاوي خرده لاستيك براي استفاده در اسكلت سازه، و ارزيابي تاثيرات آن در عمل‌كرد لرزه‌اي سازه، انگيزه‌ي انجام اين پژوهش قرار گرفت.
در سه دهه گذشته، روش‌هاي متعددي براي بهبود اتصال دانه‌هاي لاستيك و خمير سيمان ارائه شده است. اگرچه برخي از اين روش‌ها توانسته‌اند مقاومت فشاري بتن حاوي خرده لاستيك را به خوبي افزايش دهند، اما بسياري از آن‌ها از نظر هزينه‌هاي فرايندي يا قابليت صنعتي‌سازيِ روش، داراي مشكلات جدي هستند. در اين مطالعه، روش پيش‌اختلاط به عنوان يك فرايند جديد در توليد بتن حاوي خرده لاستيك معرفي گرديد. نتايج آزمايش‌هاي مكانيكي انجام شده بر روي نمونه‌هاي ساخته شده، نشان‌دهنده توانايي بالاي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي در برقراري پيوند با خمير سيمان است. در اين روش با استفاده از اختلاط خرده‌هاي لاستيك با پلاستيك نرم‌شده به عنوان يك روش پوشش‌دهي، سعي شده است كه يك مخلوط جديد لاستيك-پلاستيك توليد شود. در اين مطالعه از گرانول‌هاي ضايعاتي پلي‌پروپيلن به عنوان قسمت پلاستيك اختلاط استفاده شده است، به صورتي كه 50 درصد وزني از خرده لاستيك با 49 درصد وزني از گرانول‌هاي ضايعاتي پلي پروپيلن و 1 درصد وزني از پودر سيمان تركيب شده است. نتايج آزمايش‌هاي مكانيكي نشان مي‌دهد كه در مقايسه با بتن حاوي خرده لاستيك معمولي، استفاده از روش پيش‌اختلاط در تهيه‌ي بتن حاوي خرده لاستيك مي‌تواند به طور متوسط 47% از مقاومت از دست رفته‌ي فشاري و 21% از مقاومت از دست رفته‌ي خمشي را بازگرداند. هم‌چنين افزايش حدود 68% از انرژي جذب شده در پاسخ‌هاي فشاري اين نوع بتن، نسبت به بتن حاوي خرده لاستيك معمولي، گواه افزايش مقاومت، بدون از دست دادن شكل‌پذيري مي‌باشد. با انجام آزمايش بارگذاري چرخه‌اي مفصل خمشي، مشخص گرديد اين بتن قادر است تا 230% بيش‌تر، جذب انرژي تجمعي هيسترزيس، نسبت به نمونه‌هاي بتن معمولي و بتن حاوي خرده لاستيك معمولي داشته باشد. هم‌چنين شكل‌پذيري نمونه‌هاي بتن حاوي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي، افزايشي تا 25% را نشان دادند.
در ادامه‌ي بررسي‌ها، ارزيابي قابليت استفاده از بتن حاوي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي به عنوان يك المان سازه‌اي، از طريق انجام مطالعات عددي، بر مبناي يافته‌هاي آزمايشگاهي، مورد توجه قرار گرفت. در اين بررسي، مطالعه‌ي عددي بر روي قاب‌هاي 2، 4، 8 و 12 طبقه و ساخته شده از هر سه نوع بتن، صورت پذيرفت. روش ارزيابي، استفاده از تحليل‌هاي ديناميكي فزاينده (IDA) در نرم‌افزار OpenSees تدوين گرديد. بدين منظور، براي بررسي دقيق‌تر رفتار بتن حاوي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي در بارگذاري‌هاي لرزه‌اي و لحاظ تأثير پديده‌هايي چون لغزش آرماتور، پينچينگ، زوال سختي و زوال مقاومت، مدل‌سازي رفتار غيرخطي سازه بر مبناي مدل مفاصل پلاستيك تير و ستون صورت پذيرفت. تحليل‌هاي صورت گرفته در اين بررسي، 960 عدد تحليل غيرخطيِ تاريخچه‌ي زماني را شامل مي‌گردد. نتايج اين تحليل‌ها نشان مي‌دهد كه به صورت خاص و بر اساس تعداد طبقات، ظرفيت فروريزش قاب ساخته‌شده از بتن حاوي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي، تا 25 % نسبت به قاب بتن حاوي خرده لاستيك و تا 14 % نسبت به قاب بتن معمولي بهبود داشته است. هم‌چنين مقدار دوران مفاصل تشكيل‌شده، كه مي‌تواند نشان‌دهنده‌ي ميزان آسيب وارده به سازه باشد، نسبت به بتن حاوي خرده لاستيك كم‌تر بوده است. علاوه بر آن نرخ رشد آسيب، در تراز‌هاي بالاي اعمال شدتِ زلزله، در قاب بتن حاوي خرده لاستيك پيش‌اختلاطي، نسبت به ساير قاب‌ها كم‌تر بوده است.
چكيده انگليسي :
The growth of the automotive industry has led to increased rubber production and consumption, resulting in a significant waste tire problem. This has spurred research into recycling rubber, particularly in concrete applications. Traditionally, rubber crumbs have been used primarily in non-structural applications like pavements due to their low compressive strength, limiting their effectiveness in structural concrete. This study aims to enhance the properties of rubber-reinforced concrete for structural frameworks and evaluate its seismic performance.
Over the past three decades, various methods have been developed to improve the bond between rubber particles and cement paste. While some have successfully increased compressive strength, they often face challenges related to processing costs and industrial applicability. This research introduces a pre-mixing method that combines rubber crumbs with heated plastic coatings made from waste polypropylene, specifically using 50% rubber crumbs, 49% waste polypropylene, and 1% cement powder. Mechanical tests indicate this method recovers an average of 47% of lost compressive strength and 21% of lost flexural strength compared to conventional rubber concrete. Additionally, energy absorption during compression improves by about 68%, indicating enhanced strength without sacrificing ductility.
Cyclic loading tests show that this concrete can absorb up to 230% more cumulative hysteresis energy than ordinary and conventional rubber concrete, with ductility increasing by up to 25%. The potential for using pre-mixed rubber concrete as a structural element was evaluated through numerical studies. Frames of varying stories (2, 4, 8, and 12) were analyzed using Incremental Dynamic Analysis (IDA) in OpenSees software. Results from 960 nonlinear time-history analyses reveal that frames made from pre-mixed rubber concrete exhibit a collapse capacity improvement of up to 25% over rubber concrete and 14% over conventional concrete. Additionally, hinge rotation levels indicate lower damage in pre-mixed rubber concrete frames during high-intensity earthquakes.
استاد راهنما :
محمدرضا افتخار , پيام اسدي
استاد مشاور :
داود مستوفي نژاد
استاد داور :
حسين تاجمير رياحي , كياچهر بهفرنيا , مهدي دهستاني كلاگر
