دانلود مقاله تاًثیرات تقویت تراکمی بر روی استحکام برشی تیرهای پل بتن مسلح

بخشی از مقاله

ظرفيت برشي پيش بيني شده از تيرهاي بتن مسلح موجود يك موضوع مهمي است كه لازم است به تفصيل بيشتري ذكر شود. توجه در خصوص اينكه آيا كد ارزيابي پل جاري براي انگلستان خيلي محافظه كارانه است هنگامي كه مقاومت برش تيرهاي بتن موجود ارزيابي مي گردد كه حاوي مقادير قابل ملاحظه اي از فولاد مي باشد در طي ارزيابي نا ديده گرفته مي شود. اين مقاله به تاثيرات سودمند چنين فولاد تراكمي اي بر روي استحكام برش تيرهاي بتن مسلح توجه دارد. نتايج بررسي آزمايشگاهي با پيش بيني هاي كد جاري براي

استحكام برش تيرهايي مقايسه مي شوند كه فرض مي شوند صرفاً حاوي فولاد كشش مي باشد. فشردگي هاي بعدي با يك راه حل پلاستيسيتة حدّ بالايي انجام مي شوند كه قادر است تمام تقويت فولاد را در يك تير بتن در نظر بگيرد. دلايل متعددي وجود دارند كه چرا پل ها مخازن پنهان استحكام را، نشان مي دهند و عمل غشاء فشاري احتمالاً از همه مهمتر است. با اين حال، دلايلي از قبيل حضور فولاد فشاري به استحكام پنهان كمك مي كند طوري كه تحقيق از اين نوع، براي ارزيابي درست و انجام پيش بيني هاي استحكام لازم است. و نشان داده مي شود كه حضور فولاد با فشردگي زياد داراي تأثير چشمگيري بر روي ظرفيت تيرهاي پل بتن مسلح است كه داراي تقويت نهايي برش مي باشد.

نمادها(نمادگذاري):
Abs مساحت فولاد تحتاني در تير d عمق مؤثر تير
Ats مساحت فولاد فوقاني در تير a طول دهانه برش
D نرخ پراكندگي يا پراكنش انرژي در واحد حجم
bs d فاصله از نقطة دوران تا فولاد كف(تحتاني)
ts d فاصله از نقطه دوران تا فولاد سر(فوقاني)
ED نرخ پراكنش انرژي كل در سيستم
EDc پراكنش انرژي ناشي از بتن (صرفاً)

EDci پراكنش انرژي ناشي از بتن در هر نقطه در امتداد خط ناپيوستگي
EDs پراكنش انرژي ناشي از فولاد (صرفاً)
fc استحكام فشاري مؤثر بتن ( ( fc=yfcu fcn استحكام مكعب فشاري بتن
ft استحكام كشش بتن

fy استحكام تسليم فولاد
Pهر بار بكار رفته (N )
aزاوية بين جهت i و خط ناپيوستگي
بردار جابجايي نسبي در عرض يك خط ناپيوستگي
iبردار جابجايي نسبي در هر نقطه در امتداد يك خط از ناپيوستگي
IPفاصله از خط دوران تا بار نقطة اول(mm)
Lstirrap طول دهانة برش كه بر روي آن ركاب ها(Stirrups) بطور مؤثر لنگر مي شوند.

nتعداد ركاب هايي كه ناپيوستگي مفروض را قطع مي كند
Uجابجايي افقي نمادي از بخش صلب
WDكار خارجي كل انجام شده بر روي سيستم
Xعمق تا محور خنثي بصورت يك تناسب از d
aزاويةبين  و خط ناپيوستگي
دوران بفش صلب

زاوية داخلي اصطحكاك براي بتن
Vضريب تأثير براي بتن
PS درصد فولاد طولي در تير
Psv درصد فولاد ركاب (Stirrup)در تير

مقدّمه:
به دليل افزايش ترافيك و وزن بالاتر كاميونها،هر پل اي در انگلستان از لحاظ استحكام برش و انعطاف پذيري اش ،بصورت بخشي از برنامة ارزيابي پل انگلستان مورد ارزيابي قرار مي گيرد. مؤسسةبزرگراه ها،ناحيه(مساحت) اي از بتن را تعريف كرده است. موسوم به ارزيابي استحكام برش تيرهاي پل بتن، كه حاوي مقادير قابل توجهي از فولاد (متراكم) است. راهنماي ارزيابي پل انگليسي BD 44/95 حضور فولاد(متراكم) فوقاني را ناديده مي گيرد هنگامي كه استحكام برشي يك تير بتن مسلح را پيش بيني مي نمايد اين موارد در طي يك فرآيند

طراحي قابل بررسي مي باشند.با اين حال، ارزيابي فعلي با استفاده از نظرية الاستيك يك درك محافظه كارانه از استحكام يك پل بتن موجود را ارائه مي كند اكثر پل هاي بتني موجود داراي مقادير كافي از فولاد براي ايجاد يك قفسه براي ساختمان Stirrup هستند. اما اين فولاد(ثانويه)در طي ارزيابي ناديده گرفته ميشود.اين امر منجر به ترميز غيرضروري شده و از لحاظ بالقوه براي جامعه در طي ارزيابي يك پل موجود،گران قيمت است.

كار زيادي براي چندين دهه به صورت ضرايب گوناگون انجام شده است كه بر روي استحكام برشي تيرهاي بتن تأثير مي گذارد(استحكام بتن،درصد تقويت كششي،درصد تقويت Itirrup ).
با اين حال، كار كمي براي تعيين تأثيرات فولاد بر استحكام برشي تيرهاي بتن انجام شده است كانينر و گروه محققان تمام فولاد را در تحليل هاي خودشان با توسعة نظرية ميدان فشرده انجام داده اند.
آنها متوجه شده انداستحكام فشار بتن در ارتباط با پهنا و تعداد ترك هاي كششي از بين ميرود كه موازي با تنش فشاري مي باشد . Kemp وalsafi استفاده از راه حل پلاستيك ـ صلب مرز بالايي را پيشنهاد كردند كه توسط نيلسن و براستروپ بدست آمد. امّا از يك روش ديگر استفاده كرد كه پيشنهاد مي كند كه: دوران هاي بلوك هاي صلب در نقص برشي رخ مي دهد شبيه به روش توسعه يافته توسط Ibell I .

روش پلاستيسيته مرز بالايي ، ارتباط خوب با نتايج آزمايش را فراهم مي كند، هنگامي كه ضريب تأثير صحيح براي بتن انتخاب مي شود .
Hamadi وRegan بيان كرده اند كه منطقة فشردگي در تير هاي بتن تا 40 % مقاومت برش كل را فراهم مي نمايد. بنابراين:شخص انتظار دارد كه از تأثيرات سودمند بهره ببرد. با اين حال،اين امر در تحليل آنها ناديده گرفته شد. تايلور انتقال نيرو را در ترك ها مطالعه كرد و پيشنهاد كرد كه مقاومت برشي يك تير توسط سه مؤلفه شكل گرفت:

عمل (dowel )،اصطحكاك ترك و برش منطقة فشاري. برش منطقة فشاري 20 الي %40 مقاومت برشي است. Anderson و Ramiret نشان دادند كه فولاد top بالايي در معرض خميدگي (buckling ) در غياب ركاب (stirrups ) مي باشد اما مجدداً اين امر در تحليل ناديده گرفته شد. Wilby نتيجه گرفت كه وقتي ميله هاي تقويت كننده در مناطق فشردگي از تير هاي مستطيلي لحاظ شدند كه بطور ناكافي با stirrup ها دوباره كرنش دار شدند، خميدگي تمايل دارد تا رخ دهد.

Regan يك بررسي جامع انجام داد كه نشان مي دهد كه آنالوژي فرپاي Morsch 45 چگونه توسط محققان گوناگون در بررسي رفتار برشي در بتن توسعه يافته و تمام تأثيرات فولاد بالايي ناديده گرفته شد. روشهاي تحليلي بكار رفته براي ارزيابي برش پله هاي بتن بايد واقع بينانه و دقيق باشد شايد استفاده از يك روش پلاستيسيتة ارزيابي مناسب باشد نظريه توسط Ibell توسعه مي يابد و رفتار واقعي پل را در هنگام فروريزش با نتايج خوب نشان مي دهد. يك مدل پلاستيسيته مرز بالايي در اينجا پذيرفته مي شود و سعي دارد نشان دهد كه حضور تقويت در تيرهاي بتن تأثير چشمگير بر روي استحكام برش تير دارد. با بررسي انواع فولاد و برش ها، اعتبار پيش بيني هاي نظرية پلاستيسيته شرح داده شد.

يافته هاي مفيدي بدست آمدندو تأثيرات فولاد بررسي شد،و پل ها ارزيابي شدند.
نظرية پلاستيسيته مرز بالايي ـ مفروضات تحليلي مقدماتي:
فرض شد كه a در مدل ازكارافتادگي برخورد پلاستيك رخ دهد و استحكام كامل موجود باشد، فقط ناحية پلاستيك از رفتار تغيير شكل در نظر است. تغيير شكل الاستيك كم مي باشد و ناديده گرفته مي شود

(b) معيار كرامب ـ موهر اصلاح شده با برش كششي غير صفر براي بتن در نظر مي باشد.زاوية داخلي اصطحكاك  براي تمام تركيبات تنشي°37 است.
(C) ميله هاي فولاد نيروهاي تنش محوري دارند و هر تأثير dowel ناديده گرفته ميشود.
(d) به ضريب V براي استحكام فشردگي بتن بكار مي رود.
برنامةآزمايش:
چهار تير بررسي گرديد هر كدام داراي كميت هاي گوناگون تقويت كف،پايين و برش بودند. يك آزمايش چهار نقطه اي بر روي هر كدام از تير ها انجام گرفت . شكل 5 ابعاد نمونه هاي تير را نشان مي دهد. حداكثر بار مورد نياز براي تمام آزمايشات با استفاده از يك سيستم بار گذاري كف افقي بدست آمد ( شكل 6 ) .
دو بلوك الوار نمونه را پشتيباني ( تكيه گاه ) كردند و دو ورق P T FE ( براي حداقل سازي اصطكاك ) ، براي رابط هاي فصل مشترك ها ، تكيه گاه استفاده شدند. بيست هاي تكيه گاه در داخل ريل ها بر روي كف ،ثابت شدند كه يك متر فاصله داشتند بار بكار رفته توسط ديوار قوي مقاوم شد.
يك جك هيدروليك براي بكارگيري بار به ( تير انتقال) استفاده شد كه دو بار نقطه اي مورد نياز براي تير را انتقال داد. بارهاي ( نقطه اي ) و تكيه گاه ها از طريق ياتاقان هاي صفحة فولادي به ابعاد100 100  25 mm بدست آمدند بالشتك هاي لاستيكي نيز بين ياتاقان هاي صفحه و بتن قرار گرفتند، تا بار را به طور يكنواخت در سطح تير توزيع كنند. زيرا بطور كامل هموار نبود . همچنين، اين بالشتك هاي لاستيكي اجازة حركت جانبي ، و جلوگيري از تأثيرات غشاء را داد. شكل 7 يك راه اندازي دستگاه آزمايش را نشان مي دهد .
نمونه هاي آزمايش:
تمام تيرها داراي سطح مقطع كلي يكسان بودند. تقويت فولاد كشش طولي در تيرهاي دو نمونة اول شامل، ميله هاي با استحكام زياد T16 بودند اولين تير حاوي فولاد كف و دومين تير حاوي،فولاد بالا و پايين برابر (2 . 30 % ) بود. سومين نمونه حاوي دو ميله T16 براي فولاد پايين با سيم هاي فولاد ملايم 3 mm براي فولاد فشاري بود . اين امر براي ايجاد يك قفسه براي فولاد S tirrup برش بود و حضور فولاد بالايي در اين نمونه مي تواند ناچيز فرض شود . Stirrup ها شامل سيم فولادي ملايم 3 mm بودند و در فاصله 75 mm مركز تا مركز در سراسر طول تير ،با Stirrup هاي اضافي بود كه در هر سر تير قرار داشت تا از خرابي احتمالي جلوگيري كند.
نمونه چهارم حاوي دو ميله T16 با تسليم زياد براي فولاد كف و دو ميله T16 با تسليم زياد براي فولاد بالايي بود. Stirrup ها حاوي سيم فولاد ملايم 3 mm بود و در فاصلة 75 mm مركز تا مركز در سراسر طول تير قرار داشت . مجدداً ،Stirrup هاي اضافي در انتهاي هر تير قرار داشت تا از خرابي جلوگيري گردد. شكل 8 جزئيات تقويت را براي چهار آزمايش نشان مي دهد. دامنة لازم براي استحكام فشاري مكعب بتن 4 0 _ 5 0
mpa بود كه بطور ايده آل به Sompa نزديكتر است زيرا اكثريت پل هاي موجود داراي استحكام بتن در اين محدوده است . مخلوط طراحي شده و بكار رفته به شرح زير بود: ( بصورت تناسبي از مقدار سيمان به ازاي وزن ): نتايج و بحث آزمايش

آزمايش 1 :
ترك هاي انعطافي آغاز شد تا در امتداد كف تير در بار بكار رفتة كلي از I SKN ظاهر گردد. تحت بار KN 45 ، ترك هاي برشي آغاز شد تا در دهانه هاي برش شكل بگيرد. بار تا KN 53 ، افزايش يافت، تا اينكه خرابي برش رخ داد. هشدار خيلي كوچك قبل از فروپاشي كل، داده شد كه خيلي بود و يك صداي بلند و تيز توليد گرديد. نمونه هاي از كار افتاده علائم حركت جسم صلب را نشان داد. همانطور كه در شكل 9 مي توان ملاحظه كرد خرابي سنگر كردن نهايي نيز پس از رسيدن به بار اوج رخ داد، كه به سبب ترك در امتداد خط تقويت تا انتهاي تير بود. بار پس مانده توسط تير ، هنگامي كه تير شكسته شد رخ داد كه فقدان چكش خواري را نشان مي دهد. اين بار باقيمانده KN 9.8 بود بنابراين ،بار باقيمانده در از كارافتادگي فقط 20 % بار اوج بود . طرح خميدگي بار براي آزمايش 1 در شكل 10 ديده مي شود.

آزمايش 2:
ترك هاي انعطافي مجدداً در امتداد كف تير تحت بار بكار رفتة ISKN ظاهر گرديد. جهت ترك ها مشابه با جهت آنها در آزمايش 1 بود. ترك هاي برشي، كه شبيه به موارد پيش آمده در آزمايش 1 بود. تحت بار KN 40 مشهود گرديد ( شكل 1 ). خرابي، كه در بار KN 50 رخ داد، تردي كمتري داشت و بيش از مورد در آزمايش 1 كنترل شد. يك ناپيوستگي برشي سوم و دوم در محدوده دهانة برشي در طي خرابي نهايي طبق شكل 11 ملاحظه گرديد. چون فولاد بالايي در تحت فشردگي قرار گرفت، تمايل به خميدگي تحت بار از كارافتادگي بكار رفته

قرار گرفت كه به سبب فقدان Stirrup ها بود. اين امر توسط آندرسن و راميرز بحث شده است. لذا، يك تمايل براي بتن براي فشرده شدن به طرف خارج و بالا در سر تير وجود دارد، كه باعث تشكيل ترك در امتداد خط تقويت ( فشردگي) بالايي تير مي شود اين مكانيزم فروپاشي مقداري چكش خواري را به آزمايش 2 اضافه كرد و الگوي ناپيوستگي را تا حدي تغيير داد.