ارزیابی رفتار ترک خوردگی و شکل پذیری تیر بتنی تقویت شده با میلگردهایGFRP‏ ‏دارای هسته فوم الاستومری براساس مطالعات آزمایشگاهی و مدلسازی عددی

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه امیرکبیر

2 دانشکده مهندسی عمران ، دانشگاه امیرکبیر تهران

3 دانشکده شیمی ، دانشگاه امیرکبیرتهران

10.24200/j30.2026.68223.3483

چکیده

این تحقیق با هدف ارزیابی شرایط توسعه ترک ها و بهبود شکل‌پذیری تیرهای بتنی از طریق طراحی میلگردهای هیبریدی ‏GFRP‏ ‏با هسته فوم پلی‌یورتان انجام گردید. چهار نمونه تیر بتنی (تیر با آرماتورهای فولادی، تیر با میلگردهای ‏GFRP‏ استاندارد، و ‏تیرهای با میلگردهای هیبریدی دارای هسته فوم پلی‌یورتان با قطرهای ۴ و ۸ میلی‌متر براساس روش های آزمایشگاهی و ‏مدلسازی عددی بررسی گردید. نتایج نشان‌ داد که تیر با میلگردهای ‏GFRP‏ رفتاری خطی بدون ناحیه پلاستیک نشان داد، در ‏حالی که تیرهای هیبریدی شکل‌پذیری بهبود یافته‌ای ارائه کردند. شاخص شکل‌پذیری تیر با میلگردهای هیبریدی (هسته ۸ ‏میلی‌متر) ۱۳۱٪ بیشتر از تیر با ‏GFRP‏ استاندارد و ۳۷٪ بیشتر از تیر با هسته ۴ میلی‌متر بود. الگوی شکست نیز از برشی در ‏GFRP‏ استاندارد به برشی- خمشی و خمشی در نمونه‌های هیبریدی تغییر یافت، که نشان‌دهنده تأثیر فوم پلی‌یورتان در توزیع ‏یکنواخت تنش‌ها است. ‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of cracking behavior and ductility of concrete beams reinforced ‎with GFRP rebars with elastomeric foam core based on laboratory studies ‎and numerical modeling

نویسندگان [English]

  • Mohammad Javad Karimloo 1
  • mohammadzaman kabir 2
  • majid abdous 3
1 Amirkabir University of Technology
2 Faculty of Civil Engineering, Amirkabir University of Tehran
3 Faculty of Chemical Engineering, Amirkabir University of Tehran
چکیده [English]

This study investigates the development of cracks and the enhancement of ductility in ‎concrete beams by introducing newly designed hybrid GFRP rebars incorporating polyurethane ‎foam cores as a means to overcome the well-known limitations of conventional GFRP ‎reinforcement. Although reinforced concrete is widely used due to its high compressive ‎strength, economic feasibility, and adaptability to various structural applications, the corrosion ‎of steel reinforcement remains a major concern that can significantly reduce structural ‎durability and increase maintenance costs. GFRP rebars have emerged as a promising ‎alternative due to their excellent corrosion resistance, low weight, and favorable mechanical ‎properties; however, their inherently low elastic modulus often leads to excessive deflection, ‎wider cracks, and brittle failure modes in concrete members. To address these drawbacks, this ‎research proposes a hybrid GFRP rebar system in which a lightweight and highly energy-‎absorbing polyurethane foam core is embedded to reduce brittleness, enhance deformation ‎capacity, and improve flexural performance. Four concrete beam specimens—one reinforced ‎with steel rebars, one with standard GFRP, and two with hybrid GFRP rebars containing 4-mm ‎and 8-mm foam cores—were tested through laboratory experiments and numerical simulations ‎using ABAQUS to evaluate flexural behavior, crack patterns, and ductility indices. The ‎experimental and numerical results exhibited strong agreement, confirming the reliability of the ‎adopted CDP model in simulating concrete behavior and failure mechanisms. Beams reinforced ‎with hybrid rebars demonstrated notably improved ductility compared with standard GFRP, ‎with the 8-mm core specimen showing a 131% increase in ductility over the standard GFRP ‎beam and a 37% increase over the 4-mm core specimen. Furthermore, the failure modes shifted ‎from brittle shear failure in the standard GFRP beam to shear-flexural and predominantly ‎flexural failures in the hybrid beams, indicating a more uniform stress distribution and enhanced ‎energy absorption due to the foam core. These findings highlight the potential of polyurethane-‎foam-integrated GFRP rebars as an innovative and effective solution for improving ‎serviceability, ductility, and overall structural performance in concrete beams.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Elastometric foam
  • GFRP hybrid rebar
  • Polyurethane foam
  • oncrete failure plasticity model
  • Ductile index