بخشی از مقاله
1 مقدمه
بخش عمده ای از ساختمان های موجود در کشور به خصوص مناطق جنوبی، از نوع مصالح بنایی با بلوک سیمانی می باشند. با توجه به زلزله های اخیر در شهرستان های کاکی و برازجان استان بوشهر و تلفات جانی ومالی بسیار گسترده و جبران ناپذیر در ارتباط با سازه های بنایی، لزوم بررسی نوع خسارت وارده بر این گونه سازه ها و رفتار شناسی آن ها امری ضروری و اجتناب ناپذیر است.
در گذشته محققین زیادی به بررسی آزمایشگاهی و عددی رفتار لرزه ای دیوارهای آجری و خصوصیات مکانیکی و همچنین مقاوم سازی آنها پرداخته اند. اما تحقیقات بسیار کمی بر روی رفتار لرزه ای و مکانیسم شکست دیوارهای بلوک سیمانی و همچنین خصوصیات مکانیکی آنها صورت گرفته است. در اینجا به برخی از مطالعات انجام گرفته اشاره می شود.
آقایان رازانی و Lee در سال[1]1973، مودهای مشاهده شده شکست دیوارهای بنایی در زلزله قیر در سال 1972 را گزارش کرده اند. همچنین آقای ماهری، پاسخ سازه های بنایی را به زلزله منجیل در سال [2] 1990 و
1
پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه 3 و 4 اردیبهشت ماه1393 ، جهاد دانشگاهی استان کرمان
زلزله بم در سال [3] 2003، گزارش کرده اند. مشاهدات آنها نشان می دهد که لغزش مرز آجر- ملات به صورت افقی و قطری، مود غالب شکست در دیوارهای برشی آجری می باشد. که این مطلب به چسبندگی ضعیف ملات و آجر ، به علت عدم رعایت استانداردهای ساخت نسبت داده می شود.
در زمینه دیوارهای آجری، A.W. Page در سال [4] 1978، از اولین کسانی بود که به مدل سازی عددی آجرکار تحت ترکیب نیروهای درون صفحه به صورت مدل سازی میکرو پرداخت. در مدل وی آجرها رفتار کاملا خطی دارند و رفتار غیر خطی آجر کار ناشی از رفتار درزهای ملات در نظر گرفته شده است. H. P. Lotfi و P. B. Shing نیز در سال [5] 1994 به مدل سازی عددی دیوارهای آجری به روش میکرو پرداختند.
P. B. Lourenco و J. G. Rots در سال [6] 1996، المان تماسی جهت مدل سازی دیوارهای آجری به روش میکرو را ارائه دادند. معیار زوال حاکم بر درزهای ملات در این روش مدل سازی، ترکیبی از معیار زوال مور- کلمب با معیار حداکثر مقاومت کششی به همراه یک کلاهک فشاری می باشد. علاوه بر آن یک المان تماسی داخلی برای آجر جهت مدل سازی شکست کششی و برشی در واحد های بنایی استفاده شده است.
آقایان ماهری، نجف قلی پور و رجبی در سال [7] 2011 در دانشگاه شیراز، به بررسی جامع آزمایشگاهی
و عددی اثرات درزهای افقی و قائم ملات بر روی مقاومت های برشی درون صفحه و خمشی خارج از صفحه، دیوارهای بنایی آجری پرداختند. با توجه به خواص مصالح و مودهای شکست دیوار، معلوم شد که درزهای قائم به اندازه %35 تا %50 در ظرفیت برشی درون صفحه دیوار مشارکت دارند.
در زمینه دیوارهای بلوک سیمانی، آقایان Chengqing Wu و Hong Hao در سال [8] 2008، از یک روش همگن سازی ساده و تئوری مکانیک شکست برای مدل کردن یک واحد پایه سه بعدی استفاده کردند تا خصوصیات مصالح معادل شامل خصوصیات الاستیک معادل، مقاومت و خصوصیات شکست واحد بنایی بلوک بتنی توخالی را بدست آورند. نتایج بدست آمده نشان می دهند که بر خلاف آجر بنایی توپر، مقاومت واحد بنایی بتنی توخالی تحت شرایط بار گذاری دو محوری و سه محوری، افزایش پیدا نمی کند. همچنین نشان دادند که خصوصیات الاستیک واحد بنایی بتنی توخالی مستقل از اندازه واحد پایه در روش همگن سازی ساده در شرایط فشار تک محوری می باشد. ولی هندسه بلوک بتنی توخالی اثر مهمی بر روی مقادیر تنش و کرنش متوسط شده واحد پایه دارد.
آقایان Mosallam و Banerjoo در سال [9] 2011، به بررسی آزمایشگاهی و تحلیلی ظرفیت برشی درون صفحه دیوارهای بنایی غیر مسلح مقاوم سازی شده با FRP، پرداختند. در این تحقیق آنها به این نتیجه رسیدند که مد شکست نهایی دیوار از حالت ترد به حالت شکل پذیر تغییر می کند.
آقای P. Medeiros و همکاران در سال [10] 2012، به مطالعه عددی و آزمایشگاهی رفتار دیوارهای بنایی با بلوک سبک سیمانی به صورت محصور شده و محصور نشده تحت اثر بارهای درون صفحه افقی به صورت رفت و برگشتی پرداختند. مدل سازی دیوار به صورت مدل ماکرو اجزای محدود غیرخطی پیوسته همگن
و بر مبنای مدل های تنش-کرنش کلی پخش ترک، انجام گرفته است.
2
پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه 3 و 4 اردیبهشت ماه1393 ، جهاد دانشگاهی استان کرمان
.2 مطالعات آزمایشگاهی
با توجه به اینکه عمده دیوارهای بلوک سیمانی در کشور، به صورت دیوار با درزهای قائم خالی ساخته می شوند، لذا جهت بررسی رفتار اینگونه دیوارها، یک نمونه دیوار به صورت غیر استاندارد با طول 1560 میلی متر و ارتفاع 1330 میلی متر ساخته شده است. برای این کار بلوک های سیمانی به ابعاد 390×180×180 میلی متر به صورت توخالی در 7 ردیف 4 تایی چیده شده و روی هر ردیف ملات قرار می گیرد. جهت اعمال بارگذاری افقی و قائم یک تیر بتن مسلح با ارتفاع 250 میلیمتر به منظور شبیه سازی دیافراگم سقف بر روی دیوار ساخته شد.
شکل :(1) نمای سیستم انجام آزمایش
.1.2 سیستم، ابزار دقیق و نحوه انجام آزمایش برش درون صفحه
سیستم انجام آزمایش در شکل (1) نشان داده شده است. اجزای اصلی این سیستم عبارتند از: قاب عکس العمل، کف مقاوم و جک های هیدرولیکی قائم 30 تنی. بارگذاری نیز از طریق 2 جک افقی و قائم انجام شده است، در حقیقت جک افقی نیروی جانبی درون صفحه را به نمونه اعمال می کند و جک قائم که به طور همزمان کار می کند، دیوار را به رفتار برشی وا می دارد. آزمایش به صورت استاتیکی بار افزون (Pushover) با گام بار گذاری حدود 3 KN انجام گرفته است. در هر مرحله از بار گذاری تغییر شکل های نمونه با استفاده از 3 جابجایی سنج (LVDT) نصب شده بر روی دیوار ثبت شده است. بار گذاری تا شکست کامل نمونه ادامه یافته و در نهایت منحنی نیرو - تغییر مکان نمونه استخراج شده است.
2
پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه 3 و 4 اردیبهشت ماه1393 ، جهاد دانشگاهی استان کرمان
.2.2 نتایج مطالعات آزمایشگاهی
3
در شکل (2)، نحوه ایجاد شکست برشی دیوار نشان داده شده است. ملاحظه می شود که ترک قطری برشی کاملا از سطح تماس آجر و ملات به صورت لغزشی عبور می کند. که علت اصلی آن عدم پر شدن درزهای قائم دیوار با ملات می باشد.
شکل :(2) الگوی شکست دیوار در نمونه آزمایشگاهی
.3 مدل سازی عددی
به طور معمول بررسی رفتار اجزای و المان ها و به طور کلی تمام پارامترهای موجود در آزمایشگاه به دلایل متعددی از جمله صعوبت، هزینه و امکانات دردسترس، امکان پذیر نمی باشد. از این رو استفاده از مدل های ریاضی و تحلیلی کالیبره شده بر نتایج آزمایش، کمک موثری به درک رفتار خواهد داشت. بنابراین پس از اتمام مطالعات آزمایشگاهی، به مدلسازی و آنالیز غیرخطی دیوار در نرم افزار اجزای محدود ABAQUS جهت گسترش مدل، می پردازیم. در این نرم افزار برای مدل سازی مصالح ترد وشکننده ای همچون بتن و مصالح بنایی از مدل رفتاری پلاستیسیته خرابی بتن استفاده شده است که در این مدل رفتاری از معیار گسیختگی اصلاح شده
