برش

کاربرد الیاف فولادی به‌عنوان عامل تقویت برش در تیرهای بتنی مسلح محور چندین تحقیق در چهار دهه گذشته بوده است. در تحقیق انجام‌شده نشان داده است که با افزایش کرنش در میلگردهای طولی تنش برشی در تیرها و دال‏ های بتن الیاف فولادی کاهش می­ یابد؛ بنابراین می ‏توان این‌گونه تفسیر کرد که الیاف فولادی درون مخلوط بتن می‏ توانند در جهت ترک‏ های قطری ناشی از برش قرار بگیرند که این موضوع باعث جلوگیری از گسترش ترک‏ های برشی و افزایش ظرفیت برشی می‏ شود. علاوه بر این کاهش فاصله ترک به علت حضور الیاف فولادی نشان می ‏دهد که استفاده از الیاف فولادی می ‏تواند در حالتی که گسیختگی ناشی از برش حاکم است منجر به کاهش اندازه ارتفاع در تیرها و دال‏ های بدون خاموت شود. به‌طور خلاصه معیار عملکرد و طراحی برای استفاده از الیاف فولادی به‌عنوان عامل تقویت برشی در اعضای سازه‏ ای را ارائه می­ دهد.

آزمایش‏ های متعدد نشان می ‏دهند که خاموت‏ و الیاف فولادی می ‏توانند به‌طور موثر به‌صورت ترکیبی نیز استفاده شوند. افزایش ظرفیت برشی به دلیل حضور الیاف فولادی نیز در چندین تحقیق بررسی‌شده است و الیاف فولادی به‌عنوان جایگزین خاموت استفاده‌شده‌اند. اخیرا، الیاف ماکرو فولادی و الیاف ماکرو پلیمری در بتن برای آزمایش‏ های در مقیاس واقعی در اعضای خمشی به‌کاربرده شده است.

مطالعات انجام‌شده اولیه شامل تحقیقات با الیاف فولادی است که در آن روی 96 تیر آزمایش‏ انجام‌شده بود، پارامترهای متغیر شامل اندازه فولادی و نوع الیاف فولادی، حجم الیاف فولادی، همراه با نسبت دهانه برش به عمق موثر (a/d) است. لازم به ذکر است که  دهانه برش (فاصله بین بار متمرکز و تکیه‌گاه) و  عمق موثر تیر از سطح تا مرکز میلگردهای طولی است. در آزمایش خمش سه‌نقطه‌ای، کاهش نسبت (a/d) و افزایش حجم الیاف فولادی باعث افزایش مقاومت برشی ایجادشده در مقطع تا نقطه شکست می ‏شود. در این طرح مخلوط حجم الیاف در محدوده 0/88 تا 1/76 درصد برابر با 70 تا 140 کیلوگرم بر مترمکعب (معادل 117 تا 232 پوند بر یارد مکعب) برای نسبت (a/d) با محدوده 2/8 تا 3/6، ظرفیت برشی را از3/1 تا 3/8 مگا پاسکال (معادل 450 به 510 پوند بر اینچ مربع) افزایش داد و مد شکست را از گسیختگی برشی به گسیختگی خمشی تغییر کرد.

کارهای اولیه که به کاربردهای زیرزمینی مربوط می ‏شود انجام شد که از روش باتسون برای تعیین روشی به‌منظور تخمین ظرفیت برشی قطعات سگمنت ساخته‌شده از بتن الیافی فولادی استفاده کردند. تاثیر الیاف فولادی بر مقاومت برشی دال بتنی  با مقادیر 0/6، 0/8 و 1/2 درصد حجمی (برابر با 48، 72 و 96 کیلوگرم بر مترمکعب معادل 80، 120 و 160 پوند بر یارد مکعب) مورد بررسی قرار گرفت. افزایش مقاومت برشی به ترتیب برای درصد حجمی‌های مذکور برابر با 22، 35 و 42 درصد در مقایسه با نمونه‌های کنترل بود.

استفاده از الیاف ماکرو پلیمری به‌عنوان ابزاری برای تقویت مطالعه شده است. تیرهای بتن الیاف فولادی در مقیاس واقعی با نسبت ‏های برشی دهانه عمق (a/d) برابر 3/5 و 2/3 مورد آزمایش قرار گرفتند. الیاف ماکرو پلیمری در مقادیر مختلف 0/5، 0/75 و 1 درصد حجمی (4/5، 6/7 و 9 کیلوگرم بر مترمکعب معادل 7/5، 11/2 و 15 پوند بر یارد مکعب) در طرح اختلاط در نظر گرفته‌شده بودند. نتایج نشان داد که مقاومت برشی تیرها تا 30 درصد نسبت به نمونه شاهد افزایش‌یافته بود. با توجه به نتایج می‏ توان اظهار داشت الیاف فولادی توانایی فراهم کردن ظرفیت برشی موردنیاز بر اساس آیین‏نامه ACI 318 را دارد، اگرچه کاربردهای عملی برای الیاف پلیمری و اجرای دستورالعمل آن باید مشخص شود.