سید محمد فرنام

سید محمد فرنام


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

 




دانشکده مهندسی

گروه مهندسی عمران

 پایان نامه برای دریافت درجه‌ دکتری در رشته مهندسی عمران گرایش سازه

عنوان:

تحلیل غیرخطی مکانیک شکست تراورس بتنی پیش‌تنیده به روش‌های عددی و آزمایشگاهی   

استاد راهنما:

دکتر فریدون رضایی- دانشیار دانشگاه بوعلی‌سینا

 

اساتید ممتحن خارجی:

پروفسور علیرضا خالو- استاد تمام دانشگاه صنعتی شریف

پروفسور سید جواد میرمحمد صادقی- استاد تمام دانشگاه علم‌وصنعت ایران

استاد ممتحن داخلی:

دکتر محمود نیلی- دانشیار دانشگاه بوعلی‌سینا

نگارش:

سید محمد فرنام

مکان:

آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

زمان:

سه‌شنبه 20/04/1396- ساعت 11:00

 

در شبکه‌ی راه‌آهن ايران، تراورس بتنی پيش‌تنيده‌ی تک‌بلوک B70 به‌علت مقاومت بالا، وزن سبک، دسترسی به تکنولوژی تولید و ساير مزايا بيشتر از نمونه‌های مشابه مورد توجه است. ترک‌های اولیه‌ای که در بتن با مقاومت بالای تراورس، به‌علت‌های مختلفی مانند نقص در فرآیند تولید تا اجرا، جمع‌شدگی و عمل‌آوری نامناسب ایجاد می‌شود از یک سو و عمر بالای 50 سال تراورس‌ها از سوی دیگر سبب شده که خرابی این سازه‌ها به‌صورت خرابی کامل و شکست باشد. در نتیجه لزوم تحلیل‌‌ مکانیک شکست در این تراورس‌ها بیش از پیش به‌چشم می‌خورد. در تحلیل مکانیک شکست باید بتوان سرعت رشد ترک و همچنین سرعت کاهش مقاومت باقی‌مانده سازه را پیش‌بینی کرد. در این پژوهش با تکیه بر اصول مکانیک شکست در بتن، رفتار شکست در تراورس بتنی پیش‌تنیده B70 تحلیل شده است. به‌منظور بررسی پارامترهای مکانیک شکست، از مدل‌سازی عددی و روش آزمایشگاهی استفاده شده است. در بخش عددی این پژوهش، مدل غیرخطی خرابی پلاستیک با استفاده از نرم‌افزار آباکوس و در بخش آزمایشگاهی، روش‌های رپلیکاگیری و تحلیل عکس به‌منظور تحلیل مکانیک شکست تراورس بتنی پیش‌تنیده B70 استفاده شده است. تراورس بتنی پیش‌تنیده B70 با طول پیش‌ترک از صفر تا 45 میلی‌متر و عرض پیش‌ترک از صفر تا 8 میلی‌متر تحت بار سه نقطه‌ای لنگر خمشی منفی وسط دهانه قرار گرفته است. در این پژوهش بعد از اعتبارسنجی مدل عددی با استفاده از نمودار بار-تغییرمکان، پارامترهای تحلیل و طراحی مکانیک شکست از جمله: شکل خرابی، طول ترک، بازشدگی دهانه ترک و ضریب شدت تنش بحرانی (K??c) در تراورس محاسبه یا ترسیم شده است. مطالعات اعتبارسنجی نشان می‌دهد، نتایج عددی و آزمایشگاهی همخوانی بالایی دارد که نشان از صحت تحلیل عددی است. نتایج تحلیل شکست نشان می‌دهد که خرابی در تراورس به‌صورت خمشی از محل پیش‌ترک آغاز و با دو شاخه شدن ترک و تاثیر خرابی برشی در رشد ترک تراورس، خرابی به‌ شکست نهایی می‌رسد. شیب تند اولیه نمودارهای بار-طول ترک و بار-CMOD نشان می‌دهد که در ابتدای بارگذاری مقاومت در برابر رشد ترک بالا است. در ادامه بارگذاری شیب کندتر نمودارها نشان‌می‌دهد که مقاومت در برابر رشد ترک به مقدار قابل توجهی کاهش یافته و ترک ناپایدار شده است. این بدان معنی است که در زمان ناپایداری ترک، بدون اعمال بار بیشتر، ترک به رشد خود ادامه می‌دهد. همچنین اندازه‌گیری پارامتر K??c نشان می‌دهد که ویژگی‌های شکست بتن پیش‌تنیده‌ی تراورس با بتن معمولی متفاوت است. به این صورت که برخلاف عدم وابستگی ضریب شدت تنش بحرانی بتن معمولی به طول پیش‌ترک، در بتن پیش‌تنیده با افزایش نسبت طول ترک به ارتفاع مقطع، هر دو مقدار ضریب شدت تنش بحرانی اولیه و نهایی به‌صورت خطی افزایش می‌یابد.

 

واژه­های کلیدی: تراورس بتنی پیش‌تنیده B70، مکانیک شکست، مدل عددی آباکوس، رپلیکاگیری، تحلیل عکس، طول ترک، بازشدگی دهانه ترک، ضریب شدت تنش بحرانی.

 

Abstract:

                

In the railway network of Iran, pre-stressed mono block concrete sleeper of B70 is more considered, regarding high strength, light weight, production technology and other benefits. On the one hand, the initial cracking in high strength concrete sleeper caused by different reasons such as faults in production till implementation process, shrinkage and wrong curing in concrete components and on the other hand, over 50-year-old sleepers has caused the failure of the structures as a complete fracture, therefore analysis of the fracture mechanics in these sleepers need more than ever to be seen. To achieve this purpose, the rate of cracking growth and also the rate of reduce remaining resistance of the structure should be predicted that is the purposes of fracture mechanics. In this study, based on the principles of fracture mechanics in concrete, it is attempted to investigate the fracture behavior of pre-stressed concrete sleeper B70. Plastic damage nonlinear analysis with Abaqus software and Replica test and image analysis are research methods in this study. To evaluate fracture mechanics parameters, a pre-stressed concrete sleeper with an initial crack length from 0 to 45 mm and crack width from 0 to 8 mm is being loaded under three-point bending test and has been modeled in Abaqus, finite element software, in order to calculate the analysis and design parameters of fracture mechanics such as: damage form, crack length, crack mouth opening displacement (CMOD) and stress intensity factor (KIC­). Validation of the numerical results with experimental data is shown capability between numerical and experimental results. Fracture mechanics analysis results are shown that failure in sleeper like a flexural from the initial crack is began and with bifurcation of crack and the influence of shear failure in sleeper crack growing leaded it to the ultimate failure. Also, the results of load-crack length and load-CMOD are shown that resistance to crack is high in initial all of the curves and in the final step, the sleepers' resistance to crack decreases and the cracks unstably without more loads being applied. The final results of KIC show that the properties of the pre-stressed concrete sleeper fracture are different from the normal concrete sleeper. So as by increasing the crack-to-depth ratio, both initial and unstable toughness increases.

 

Key Words: Pre-stressed concrete sleeper B70, Fracture mechanics, Abaqus numerical model, Replica, Image analysis, Crack length, Crack mouth opening displacement (CMOD), Stress intensity factor.

 

 

اطلاعات شخصی

نام و نام خانوادگی: سید محمد فرنام

   

تلفن تماس:  09183501295                         متولد سال: 1366                                                                     

آدرس پست الکترونیک :                    Seyed.Farnam@yahoo.com

مدارک

رشته و دانشگاه در مقطع دکتری: مهندسی عمران گرایش سازه، دانشگاه بوعلی سینا همدان، انجام پیش دفاع، سال 1390-1396.

رشته و دانشگاه در مقطع کارشناسی ارشد: مهندسی عمران گرایش سازه، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی تهران، سال 1388-1390.

 رشته و دانشگاه تحصیلی در مقطع کارشناسی: مهندسی عمران گرایش عمران ، دانشگاه بوعلی سینا همدان، سال 1384-1388.

مدرک آزمون زبان: MCHE با نمره 50.

پروانه اشتغال: پایه 3 نظام مهندسی استان همدان در رشته‌های محاسبات، نظارت و اجرا از سال 1392.

مقاله‌های ISI و علمی پژوهشی

1)      F. Rezaie, M.R. Shiri, S.M. Farnam. (2012). “Experimental and Numerical studies of Longitudinal Crack Control for Pre-stressed Concrete Sleepers”. Engineering Failure Analysis – Elsevier; Vol. 26, PP. 21-30.

2)    F. Rezaie, S.M. Farnam. (2015). “Fracture Mechanics Analysis of Pre-stressed Concrete Sleepers via Investigating Crack Initiation Length”. Engineering Failure Analysis – Elsevier; Vol. 58, PP. 267-280.

3)    F. Rezaie, G. Ahmadi, S.M. Farnam. (2015). “Load Test and Vibration Monitoring of a Horizontal Curved Steel Box Girder Bridge”. Civil Engineering Infrastructures Journal, Vol. 48, PP. 323-340.

4)    F. Rezaie, M. Bayat. A, S.M. Farnam. (2016). “Pre-stressed Concrete Sleepers Sensitivity Analysis for Affective Factors of Longitudinal Crack Prorogation”. Engineering Failure Analysis – Elsevier; Vol. 66, PP. 385–397.

5)    S.M. Farnam, F. Rezaie. (2017). “Part A- Experimental: Experimental Analysis of Crack Propagation in Pre-stressed Concrete Sleepers by Fracture Mechanics”. International Journal of Transportation Engineering, Vol. 4, PP. 163-177.

6)    S.M. Farnam, F. Rezaie. (2017). “Part B- Analysis: Experimental Analysis of Fracture and Damage Mechanics of Pre-stressed Concrete Sleepers B70”. International Journal of Transportation Engineering, Vol. 5, No. 1 PP. 17-29.

7)    S.M. Farnam, F. Rezaie. “Simulation of Crack Propagation in Pre-stressed Concrete Sleepers by Fracture Mechanics”; Journal of Traffic and Transportation Engineering – Elsevier; Under Review.

8)    S.M. Farnam, F. Rezaie, M. Bayat. A. “Fracture Mechanics Analysis of Pre-stressed Concrete Sleepers in High-Speed Heavy-Haul by Investigating Effects of Notch Size”. Concrete Research A biannual journal; Under Review.

9)    S.M. Farnam, F. Rezaie, M. Bayat. A. “Fracture Mechanics Modeling of Pre-stressed Concrete Sleepers Crack Propagation in High-Speed Heavy-Haul Railways”. Journal of Transportation Engineering (Iranian Association of Rail Transport Engineering); Under Review.

مقاله‌های همایشی

1)      امین محب‌خواه، ابوالقاسم ابراهیمی ورکانه، سید محمد فرنام، مهدی بیات آورزمانی. "مدل عددی اثر وجود بازشو بر ظرفیت باربری برشی پانل‌هاي ساندويچي (3D-Panel)" کنفرانس بین المللی معماری و شهرسازی عمران، هنر و محیط زیست، تهران، 1395.

2)     امین محب‌خواه، ابوالقاسم ابراهیمی ورکانه، مهدی بیات آورزمانی، سید محمد فرنام. "حساسیت‌سنجی ظرفیت برشی مدل عددی پانل‌هاي ساندويچي (3D-Panel) میان‌قابي" کنفرانس بین المللی معماری و شهرسازی عمران، هنر و محیط زیست، تهران، 1395.

3)      سید محمد فرنام، حامد واقعی."بررسی بتن با عملکرد بالا و اهمیت به‌کارگیری این بتن در ساخت‌و‌ساز" اولین کنفرانس ملّي فناوری­های نوین بتن، گیلان، 1394.

4)      سید محمد فرنام ، سید محمدرضا هاشمی، سید مهدی هاشمی. "بررسی تاثیر ترکیبات جایگزین سیمان در بتن بر کاهش آلودگی‌های محیط‌زیستی" کنفرانس بین‌المللی پژوهش در مهندسی، علوم و تکنولوژی، استانبول، ترکیه، 1394.

5)      سید محمد فرنام، حجت‌الله یاری زاده. "تحلیل عددی ساختمان‌های بتنی با بررسی تأثیر استفاده از بتن سبک سازه‌ای و بلوک‌هایAAC " کانون سراسری انجمن‌های صنفی مهندسان معمار ایران دومین همایش ملی معماری، عمران و توسعه‌ی نوین شهری، ارومیه، 1394.

6)      سیدمحمد فرنام، محمد نصیری زاده. "بهبود خواص مکانیکی بتن خودتراکم" سومین کنفرانس مهندسی عمران، معماری و زیرساخت‌های شهری، تبریز، 1394.

7)      سیدمحمد فرنام، علی نوری. "نحوه اجرای سدهای بتن غلطکی و بررسی مواد پلیمری در بهبود عملکرد آنها" کنفرانس بین‌المللی دستاوردهای نوین پژوهشی در مهندسی عمران، معماری و شهرسازی، تهران، 1394.

8)      سید­محمد فرنام، مسعود محمدی، سپیده محب­زندی. "مروری بر مواد افزودنی معدنی در بتن غلطکی سدها" دومین کنفرانس بین‌المللی رویکردهای نوین درعلوم، مهندسی و تکنولوژی، استانبول، ترکیه، 1394.

9)      سید محمد فرنام، سوده قبادی خسرو."بررسی روش­های ترمیم­­کننده­ی بتن و معرفی انواع بتن‌های خود‌ترمیم" دومین کنفرانس بین‌المللی رویکردهای نوین درعلوم، مهندسی و تکنولوژی، استانبول، ترکیه، 1394.

10)  محمود نیلی، سید محمد فرنام. "اندازه‌گیری تنش جاری شده به‌عنوان پارامتر رئولوژی در بتن‌های خودتراکم با استفاده از جعبه LCPC" هشتمین کنگره ملی مهندسی عمران، بابل، 1393.

سوابق تدریس

1) تدریس در مقطع کارشناسی ارشد مهندسی سازه

            1-1) موسسه آموزش عالی دانشستان ساوه (1395 تا کنون)

                        1-1-1) دینامیک سازه

                        1-1-2) سازه‌های بتن آرمه پیشرفته

                        1-1-3) تئوری اجزای محدود

                        1-1-4) طراحی لرزه‌ای سازه‌ها

            1-2) دانشگاه آیت الله اعظمی بروجردی (1392-1394)

                        1-2-1) تکنولوژی عالی بتن

            1-3) دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی (1390)

                        1-3-1) ریاضیات عالی مهندسی (T.A)

2) تدریس در مقطع کارشناسی مهنسی عمران

            2-1) موسسه آموزش عالی دانشستان ساوه (1395 تا کنون)

                        2-1-1) مقاومت مصالح 1

                        2-1-2) اصول مهندسی پل

            2-2) دانشگاه بوعلی سینا (1392-1395)

                        2-2-1) مقاومت مصالح 1

                        2-2-2) تحلیل سازه ها 1

                        2-2-3) طراحی سازه های فولادی 1

                        2-2-4) بارگذاری (مقررات ملی ساختمان)

            2-3) دانشگاه آیت الله اعظمی بروجردی (1392-1394)

                        2-3-1) تکنولوژی بتن

                        2-3-2) تحلیل سازه‌ها 1

                        2-3-3) طراحی سازه‌های بتن آرمه 2

                        2-3-4) طراحی سازه‌های فولادی 2

                        2-3-5) اصول مهندسی زلزله

                        2-3-6) کاربرد نرم‌افزارها در مهندسی عمران

                        2-3-7) پروژه فولاد

                        2-3-8) پروژه بتن

            2-)4 دانشگاه سراسری ملایر (1391-1392)

                                2-4-1) مقاومت مصالح 1

                        2-4-2) طراحی سازه های فولادی 1

                        2-4-3) اصول مهندسی زلزله

            2-5) دانشگاه پیام نور واحد سنندج(1391-1393)

                        2-5-1) طراحی سازه‌های فولادی 1

                        2-5-2) متره و برآورد

            2-6) موسسه آموزش عالی عمران و توسعه همدان (1391-1393)

                        2-6-1) استاتیک

                        2-6-2) مقاومت مصالح 1

                        2-6-3) دینامیک

                        2-6-4) تحلیل سازه‌ها 1

            2-7) موسسه آموزش عالی توسعه و دانش سنندج (1392-1393)

                        2-7-1) محاسبات فنی 2

                        2-7-2) تحلیل سازه‌ها 1

3) راهنمايي دانشجويان كارشناسي ارشد مهندسی سازه: 5 نفر در حال راهنمایی

توانايي‌ها

-          Software

AutoCAD                        Etabs, Sap & Safe                      Abaqus

Seismo Signal                        Nonline                   Matlab

Open sees                               Office                     


 

-          English Language

Reading                                   Writing                  Listening & Speaking

    

 

جوایز تحصیلی و جشنواره‌ای

1) عضو بنیاد نخبگان، استفاده از تسهیلات نظام وظیفه نخبگی (1395).

2) عضو دفتر استعداد درخشان دانشگاه بوعلی‌سینا در مقطع دکتری (1394).

3) برگزیده دانشجوی پژوهشی در مقطع دکتری دانشگاه بوعلی‌سینا (1394).

 

موضوع پایان‌نامه

1) پایان‌نامه کارشناسی ارشد: کنترل فعال سازه در برابر تحریک زلزله با پاسخ‌های آشوبناک.

2) پایان‌نامه دکتری: تحلیل غیرخطی مکانیک شکست تراورس بتنی پیش‌تنیده به روش‌های عددی و آزمایشگاهی.

سوابق شغلی

1)       مدیرعامل شرکت بتن پژوهش مانا (مستقر در پارک علم و فناوری استان همدان) (1395 تا کنون).

2)       مشاور واحد فنی شرکت بتون صنعت بریس (1392 تا کنون).

3)       مشاور عالی شرکت عمران بتن اکباتان (1394-1395).

4)       معاون فنی و اجرایی کارگاه تامین قرضه پروژه بزرگراه اراک-خرم آباد (1393-1394).

5)       سرپرست کارگاه در شرکت سازه پارس ملایر (1388-1392).

6)       سرپرست کارگاه در کارگاه نیلینگ در شرکت ارجان پی (1390).

7)       مهندس ناظر در کارگاه پل تقاطع فرهنگیان زیر نظر سازمان عمران و شهرداری همدان (1388).


دوره‌های آموزشی

رديف

عنوان دوره

برگزاركننده و مرجع صادر کننده گواهی

ميزان ساعت

زمان برگزاري

1

سیستم های مقاوم فلزی و بتنی

سازمان نظام مهندسی استان همدان

24

اردیبهشت 1396

2

آشنایی با جوش و فرآیند جوشکاری در ساختمان

سازمان نظام مهندسی استان همدان

16

تیر 1395

4

مبانی گودبرداری، ژئوتکنیک و سازه‌های نگهبان

سازمان نظام مهندسی استان همدان

16

شهریور 1395

5

مصالح و فناوری‌های نوین ساخت

سازمان نظام مهندسی استان همدان

16

مهر 1395

6

نکات اجرایی در تخریب بناهای فرسوده و ... (نکات اجرایی پی‌های سطحی)

سازمان نظام مهندسی استان همدان

16

دی 1394

7

آشنایی با شرح وظایف پیمانکاری

سازمان نظام مهندسی استان همدان

16

دی 1394

8

نکات اجرایی سازه‌های فولادی

سازمان نظام مهندسی استان همدان

8

دی 1394

9

نکات اجرایی سازه‌های بتنی

سازمان نظام مهندسی استان همدان

8

دی 1394

10

مصالح ساختمانی و استانداردهای مربوطه

سازمان نظام مهندسی استان همدان

12

دی 1394

11

نکات اجرایی تاسیسات الکتریکی ساختمان

سازمان نظام مهندسی استان همدان

8

دی 1394

12

نکات اجرایی تاسیسات مکانیکی ساختمان

سازمان نظام مهندسی استان همدان

8

دی 1394

 

سوابق طراحی‌ها، مدلسازی‌ها و کارهای تحقیقاتی

1)       طراحی انواع تراورس‌های بتنی پیش‌تنیده، مانند: B70، B01، سوزن و ...

2)       طرح اختلاط بتن با مقاومت MPa 45  با قابلیت پمپ‌پذیری و مقاوم در برابر اشعه رادیواکتیو.

3)       انواع مدل‌سازی تراورس بتنی پیش‌تنیده با نرم افزار .Abaqus

4)       تقویت تراورس بتنی پیش‌تنیده B70 به‌وسیله‌ی الیاف فلزی.

5)       تحلیل، طراحی و تقویت سازه‌های نگهدارنده پتروشیمی، با نرم افزار Sap و Abaqus.

6)       طراحی مدل فانوس دریایی مخروط ناقص با نرم‌افزار Sap.

7)       مدل‌سازی آشوب (Chaos Theory) در مهندسی سازه با استفاده از نرم افزار Open sees.

8)       مدل‌سازی‌های شکست و ترک با نرم‌افزار Vb.Net.

9)       طراحی‌های احتمالاتی سازه‌ها در برابر بار زلزله.

10)    طراحی سازه‌های سوله‌ای با کاربردهای متفاوت مانند: آشیانه‌ی هواپیما (مقطع منحنی در سقف)، سوله‌های صنعتی و... با نرم افزار Sap. 

11)    طراحی پل‌های بتنی، فولادی و کامپوزیت با نرم افزار Sap.

12)    طراحی انواع سازه‌های قابی شکل فولادی با نرم افزار Etabs.

13)    طراحی ساختمان‌های بتنی با زیر بنایی بالغ بر 1500 متر مربع نرم افزار Etabs.