رویکردهای نوین در مهندسی عمران

رویکردهای نوین در مهندسی عمران

ارزیابی عملکرد مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف برای ساخت عرشه پل

نوع مقاله : مستخرج از طرح پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، گروه مهندسی عمران، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 استادیار گروه مهندسی عمران واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
چکیده
عرشه‌های پل نقش حیاتی در عملکرد کلی سازه‌های پل ایفا می‌کنند و استفاده از مواد نوین مانند کامپوزیت‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه می‌تواند چالش‌های مرتبط با وزن زیاد، خوردگی و هزینه‌های تعمیر و نگهداری مصالح سنتی مانند بتن و فولاد را کاهش دهد. این پژوهش با هدف بررسی عملکرد مکانیکی عرشه ‌های پل پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه تحت شرایط بارگذاری مختلف، به روش عددی انجام شده است. برای این منظور، مدل‌سازی‌های سه‌بعدی با استفاده از نرم‌افزار آباکوس انجام گرفته و رفتار عرشه‌ها تحت بارگذاری گسترده و متحرک تحلیل شده است. نتایج حاصل از تحلیل‌های عددی نشان داد که عرشه‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه در مقایسه با مصالح سنتی توزیع بار بهتری داشته و تغییر شکل آن‌ها در محدوده مجاز آیین‌نامه‌ای قرار دارد (L/250). همچنین، الگوی توزیع تنش نشان داد که نواحی مختلف عرشه تحت تأثیر بارگذاری، رفتار متفاوتی از خود نشان می‌دهند، به‌طوری که بخش‌هایی تحت کشش و بخش‌هایی دیگر تحت فشار قرار می‌گیرند. یافته‌های تحقیق نشان می‌دهند که بهینه‌سازی جهت‌گیری الیاف و استفاده از ترکیب مواد هیبریدی می‌تواند تأثیر بسزایی در بهبود عملکرد سازه‌ای داشته باشد. این تحقیق نشان می‌دهد که عرشه‌های پل ساخته‌شده از کامپوزیت ‌های پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه ، گزینه‌ای سبک، مقاوم و اقتصادی برای استفاده در پل‌های مدرن محسوب می‌شوند. همچنین، پیشنهاد می‌شود که پایش سلامت سازه‌ای با استفاده از حسگرهای تعبیه‌شده برای نظارت مستمر بر عملکرد عرشه‌ها مورد استفاده قرار گیرد تا ایمنی و دوام آن‌ها در طول عمر بهره‌برداری افزایش یابد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

1-D. K. Rajak, D. D. Pagar, P. L. Menezes, and E. Linul, “Fiber-reinforced polymer composites: Manufacturing, properties, and applications,” Polymers (Basel)., vol. 11, no. 10, p. 1667, 2019.
2-M. I. Alam, K. M. Maraz, and R. A. Khan, “A review on the application of high-performance fiber-reinforced polymer composite materials,” GSC Adv. Res. Rev., vol. 10, no. 2, pp. 20–36, 2022.
3-H. T. Ali et al., “Fiber reinforced polymer composites in bridge industry,” in Structures, 2021, vol. 30, pp. 774–785.
4-A. Diniță et al., “Advancements in fiber-reinforced polymer composites: a comprehensive analysis,” Polymers (Basel)., vol. 16, no. 1, p. 2, 2023.
5-S. Navaratnam, K. Selvaranjan, D. Jayasooriya, P. Rajeev, and J. Sanjayan, “Applications of natural and synthetic fiber reinforced polymer in infrastructure: A suitability assessment,” J. Build. Eng., vol. 66, p. 105835, 2023.
6-S. Maiti, M. R. Islam, M. A. Uddin, S. Afroj, S. J. Eichhorn, and N. Karim, “Sustainable fiber‐reinforced composites: a Review,” Adv. Sustain. Syst., vol. 6, no. 11, p. 2200258, 2022.
7-J. Wang, B. Cheng, X. Yan, K. Zhang, and Z. Zhou, “Structural analysis and optimization of an advanced all-GFRP highway bridge,” in Structures, 2021, vol. 34, pp. 3155–3171.
8-H. Xin, A. Mosallam, J. A. F. O. Correia, Y. Liu, J. He, and Y. Sun, “Material-structure integrated design optimization of GFRP bridge deck on steel girder,” in Structures, 2020, vol. 27, pp. 1222–1230.
9-R. Haghani, J. Yang, M. Gutierrez, C. D. Eamon, and J. Volz, “Fiber Reinforced Polymer Culvert Bridges—A Feasibility Study from Structural and LCC Points of View,” Infrastructures, vol. 6, no. 9, p. 128, 2021.
10-M. Abuassi and M. Bisharah, “Machine learning-based assessment of seismic performance in fiber-reinforced polymer (FRP) retrofitted bridges,” Asian J. Civ. Eng., pp. 1–13, 2025.
11-X. Zou, H. Lin, P. Feng, Y. Bao, and J. Wang, “A review on FRP-concrete hybrid sections for bridge applications,” Compos. Struct., vol. 262, p. 113336, 2021.
12-W. Hu, Y. Li, and H. Yuan, “Review of experimental studies on application of FRP for strengthening of bridge structures,” Adv. Mater. Sci. Eng., vol. 2020, pp. 1–21, 2020.
13-Y. J. Kim, “State of the practice of FRP composites in highway bridges,” Eng. Struct., vol. 179, pp. 1–8, 2019.
14-J. Naveen, M. Jawaid, P. Amuthakkannan, and M. Chandrasekar, “Mechanical and physical properties of sisal and hybrid sisal fiber-reinforced polymer composites,” in Mechanical and physical testing of biocomposites, fibre-reinforced composites and hybrid composites, Elsevier, 2019, pp. 427–440.
15-H. Jariwala and P. Jain, “A review on mechanical behavior of natural fiber reinforced polymer composites and its applications,” J. Reinf. Plast. Compos., vol. 38, no. 10, pp. 441–453, 2019.
16-K. Agarwal, S. K. Kuchipudi, B. Girard, and M. Houser, “Mechanical properties of fiber reinforced polymer composites: A comparative study of conventional and additive manufacturing methods,” J. Compos. Mater., vol. 52, no. 23, pp. 3173–3181, 2018.
17-G. Feng, D. Zhu, S. Guo, M. Z. Rahman, Z. Jin, and C. Shi, “A review on mechanical properties and deterioration mechanisms of FRP bars under severe environmental and loading conditions,” Cem. Concr. Compos., vol. 134, p. 104758, 2022.
18-P. G. Kossakowski and W. Wciślik, “Fiber-reinforced polymer composites in the construction of bridges: Opportunities, problems and challenges,” Fibers, vol. 10, no. 4, p. 37, 2022.
19-X. Wang, Z. Peng, Z. Wu, and S. Sun, “High-performance composite bridge deck with prestressed basalt fiber-reinforced polymer shell and concrete,” Eng. Struct., vol. 201, p. 109852, 2019.
20-J. Qureshi, “A review of fibre reinforced polymer bridges,” Fibers, vol. 11, no. 5, p. 40, 2023.
21-M. Y. Yuhazri, A. J. Zulfikar, and A. Ginting, “Fiber reinforced polymer composite as a strengthening of concrete structures: A review,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 1003, no. 1, p. 12135.