مدلسازی عددی اثر آتشسوزی بر پوشش بتنی تونل با استفاده از روش اجزاء محدود | |
| روش های تحلیلی و عددی در مهندسی معدن | |
| دوره 15، شماره 44، مهر 1404، صفحه 1-11 اصل مقاله (1.45 M) | |
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | |
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22034/anm.2024.20194.1597 | |
| نویسندگان | |
| سید امیر رضا صفوی؛ مهدی حسینی* ؛ هانیه خلیلی | |
| گروه مهندسی معدن، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بینالمللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران | |
| چکیده | |
| حین آتشسوزی دمای تونل در مدت کوتاهی به حدود 1300 درجه سانتیگراد رسیده که منجر به تغییرات زیاد عملکرد در اجزای سازهای و غیر سازهای تونلها شده و درنتیجه پایداری تونل را به خطر میاندازد. در این پژوهش سعی شد تا با کمکگیری از تحلیل عددی به روش اجزاء محدود در نرمافزار اباکوس، نحوه رفتار پوشش بتنی تونل در هنگام قرارگیری در شرایط آتشسوزی بررسی گردد. پژوهش حاضر پوشش بتنی تونل را تحت تأثیر آتشسوزی قرار داده و دمای آن را به حدود 1300 درجه سانتیگراد رسانده و رفتار آن را در دمای مذکور بررسی کرده است. سپس با توجه به توصیه آییننامهها در استفاده از بتنهای الیافی برای کاهش اثرات ناشی از آتشسوزی، بتن الیافی از نوع بتن الیاف فولادی، بتن الیاف شیشه و بتن الیاف پلیپروپیلن در شرایط آتشسوزی مدلسازی شده است. با توجه به اثر آتشسوزی بر روی تغییر شکل ناشی از کاهش مقاومت کششی بتن، تمرکز پژوهش حاضر بر روی تأثیر آتشسوزی بر تنش حرارتی درونی بتن و درنتیجه تغییر شکل دائمی بتن و آسیب ناشی از آن بوده و رفتار آن در چنین شرایطی با رفتار همان بتن در شرایط غیر آتشسوزی مقایسه گردیده است. نتایج این پژوهش نشان داد که بهترین عملکرد در مقابل آتشسوزی را بتن الیاف فولادی از خود نشان داد. تغییر شکل بتن الیاف فولادی نسبت به بتن فاقد الیاف 75 درصد کاهش یافت. تغییر شکل بتن الیاف پلیپروپیلن نسبت به بتن فاقد الیاف کاهش 15 درصدی داشت. تغییر شکل بتن الیاف شیشه نسبت به بتن فاقد الیاف کاهش 10 درصدی نشان داد. | |
| کلیدواژهها | |
| نرمافزار Abaqus؛ آتشسوزی؛ بتن معمولی؛ بتن الیافی | |
| عنوان مقاله [English] | |
| Numerical modelling of the Effect of Fire on Fiber-Reinforced Concrete in Tunnel Lining Using the Finite Element Method | |
| نویسندگان [English] | |
| Seyed Amirreza Safavi؛ Mehdi Hosseini؛ Hanieh Khalili | |
| Dept. of Mining Engineering, Faculty of Engineering and Technology, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran | |
| چکیده [English] | |
| During a fire, in a short period of time, the temperature in the tunnel reaches about 1300 ̊c, which itself leads to many chemical interactions in the structural and non-structural components of the tunnels and changes their performance depending on the depth and the quality of these interactions, the structure can be seriously damaged and in the worst case, the stability of the tunnel can be compromised. In this research, an attempt was made to investigate the behavior of the tunnel concrete lining under fire conditions with the help of finite element numerical analysis. The ordinary concrete lining of the tunnel was affected by the fire, and the temperature of the tunnel reached about 𝟷𝟹𝟶𝟶 ̊c, and the behavior of its concrete lining was investigated. Then, according to the recommendations of the regulations to use fiber concrete to reduce the effects of fire, fiber concrete of steel fiber concrete, glass fiber concrete, and polypropylene fiber concrete were modeled under fire conditions. Considering the effect of fire on the tensile strength of concrete as well as its deformation, the focus of the current research was on the effect of fire on the tensile damage and deformation of concrete. The behavior of concrete lining is the same as behavior in normal conditions. The results of this research showed that steel fiber concrete showed the best performance against fire. The deformation of steel fiber concrete was reduced by 75% compared to concrete without fibers. The deformation of polypropylene fiber concrete was reduced by 15% compared to concrete without fibers. Deformation of glass fiber concrete showed a 10% decrease compared to concrete without fibers. | |
| کلیدواژهها [English] | |
| Numerical modeling, Abaqus Software, fire, normal concrete, fiber concrete | |
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
|
| مراجع | |
|
[1] Figueiredo, F. P., Huang, S. S., Angelakopoulos, H., Pilakoutas, K., & Burgess, I. (2019). Effects of recycled steel and polymer fibres on explosive fire spalling of concrete. Fire Technology, 55(5), 1495 -1516.
[2] Maraveas, C., & Vrakas, A. A. (2014). Design of concrete tunnel linings for fire safety. Structural Engineering International, 24(3), 319-329.
[3] Afkhami, V. R., & Dehghani, E. (2019). Evaluate Polypropylene Fiber Effect on Concrete Segments of Tunnel under Fire. Journal of Transportation Infrastructure Engineering, 4(4), 89-111 [in persian].
[4] Ravikumar, C. S., & Thandavamoorthy, T. S. (2013). Glass fibre concrete: Investigation on Strength and Fire Resistant properties. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering, 9(3), 2320-334.
[5] Yan, Z. G., Zhu, H. H. and Ju, J. W. 2013. “Behavior of reinforced concrete and steel fiber reinforced concrete shield TBM tunnel linings exposed to high temperatures”. Constr. Build. Mater., 38: 610-618.
[6] Kaundinya, I. 2007. “Protection of road tunnel linings in cases of fire”. Proceedings of the FEHRL/FERSI/ECTRI Young Researchers Seminar, Brno, Czech Republic, pp. 1-9.
[7] Yasuda, F., Ono, K. and Otsuka, T. 2004. “Fire protection for TBM shield tunnel lining”. Tunn. Underg. Sp. Tech., 19(4-5): 317.
[8] Papanikolaou, V. K., & Kappos, A. J. (2014). Practical nonlinear analysis of unreinforced concrete tunnel linings. Tunnelling and underground space technology, 40, 127-140.
[9] Lau, A., & Anson, M. (2006). Effect of high temperatures on high performance steel fibre reinforced concrete. Cement and concrete research, 36(9), 1698-1707.
[10] Shen, Y., Yang, Y., Yang, G., Hou, X., Ye, W., You, Z., & Xi, J. (2018). Damage characteristics and thermo-physical properties changes of limestone and sandstone during thermal treatment from− 30 C to 1000 C. Heat and Mass Transfer, 54, 3389-3407.
[11] Nagy, B., Nehme, S. G., & Szagri, D. (2015). Thermal properties and modeling of fiber reinforced concretes. Energy Procedia, 78, 2742-2747.
[12] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI31808) and Commentary, USA,2008.
[13] ABAQUS Inc., ABAQUS/Theory User manual, Version 6.11, .2011
[14] Díaz, R., Wang, H., Mang, H., Yuan, Y., & Pichler, B. (2018). Numerical analysis of a moderate fire inside a segment of a subway station. applied sciences, 8(11), 2116.
[15] Haj Seiyed Taghia, S. A., Darvishvand, H. R., & Ebrahimi, M. (2021). Utilizing the Modified Popovics Model in study of effect of water to cement ratio, size and shape of aggregate in concrete behavior. International Journal of Engineering, 34(2), 393-402.
[16] Vecchio, F. J., & Collins, M. P. (1986). The modified compression-field theory for reinforced concrete elements subjected to shear. ACI J., 83(2), 219-231.
|
|
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 508
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 181