بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
انالیز ستون های جدار نازک بتنی پیش تنیده جعبه ای دارای بتن با مقاومت بالا
چکیده
بمنظور سبک سازی اعضا به بین پیش تنیده می توان از مقایع توخالی ویتنی با مقاومت بالا (JISC) استفاده کرد. از طرفی با توجه به مزایای پیش تنیدگی اعضاء بتنی و اینکه در اعضا پیش تنیده به نحو مونری می توان ار مزایای بتنی با مقاومت بالا مقایو متنی بیش از( k/cm { ۶۰۰) استغاده کرد، لذا با توجه به اینکه امروزه امکان بساخت بتنیهای با مقاومت بالا میباشد. می توان ار مستقونیهای جدار نارک بیش تنیده با بینن متمایو مت بالا برای کاهش یوزان اعضای بهره جست، تا مقدمات مجوز چنین اعضای دور آئین نامه های دنیا فراهم گردد
. با بررسی پارامترهای مهم آنالیز ستونهای پیش تنیده جعبهای دارای بتنی با مقاومت بالا و استفاده از روابط حاکم بر این پارامترها» با ریویس تکرار که نیار به استفاده ار راب مال مختلسغسب نشکست مقطع در حالت های مختلف ( محتشماری، کششی، متعادل) نمی با نسل . برنامه کامپیوتری نویسنده نشده و نمودار های تدا خالی سنین سهامی جدار نارک جهت نحاسبات مقاطع جعبههای تنس کل سی تنیده دارای JISC نرسیم گردید. هممچنین از بررسی روش پیشنهادی تحلیل با حل مثاله های عددی، قابل تمبواب بودن روند حاصل گردیده است بار مزایای قابل توجه از چنین نمودارهایی، صریه جویی قابل توجه در طراحتی اعضای کاهش خطای محاسباتی نسبت به روش های به یک دستی می باشد.
واژهای کلیدی: ستون های جدار نازک جعبه ای ،پیش تنیدگی ،بتن با مقاومت بالا ، نمودار
مقدمه:
امروزه استفاده از بتن های با مقاومت بالا بطور چشمگیری رو به افزایش است. کاربرد بتن با مقاومت بالا در ستون ها موجب کاهش سطح مقطع ستون و افزایش فضای مفید بیشتر درطرح های معماری می شود، در اعضای بتن پیش تنیدم. بتن تحت تاثیر تنش های فشاری زیادی قرار می گیرد وافزایش سطح مقطع به منظیر کم کردن تنش ها، باعث افزایش وزن سازه و در نتیجه غیر اقتصادی شدن طرح می گردد، لذا استفاده از بتن با مقاومت بالا در سازه های پیش تنید هم به منظور سبک سازی خصوصا در مناطق زلزله خیز مفیدتر می باشد. از طرفی کاهش ابعاد مقطع ستون احتمال ناپایداری و کمانش عضو را فراهم می سازد (مقصودی، ۱۳۷۹) که در اینصورت با افزایش ممان اینرسی مقطع با استفاده از مقاطع توخالی (جدار نازک) علاوه بر تحمل نیرو های وارده، میتوان احتمال کمانش را از بین برد (مقصودی، ۱۳۸۱).
برای تحلیل چنین اعضائی، معمولا حجیم محاسبات برای مقاطع جعبه ای شسکل بتنسی پیش -~ تنیده جهت تعیین سطح مقطع، لنگر استاتیک و ممان اینرسی از محاسبات چنین محاسباتی در صورت استغاده از ستونهای بتنی جدار نازک دارای بتن با مقاومت بالا بمراتب طولانیتر خواهد بود. لذا بعنوان یک راه حل دسریع و ساده، استفادع نمودارهای تداخلی آنالیر محمد طراحی ستون ها امری رایج و شناخته شده است. چنین نمودارهایی برای ستونهای توپر و تو خالی دارای بتن معمولی (NSC) و بتن با مقاومت بالا (ISC) در اختیار است (رضائیان، ۱۳۸۳)، اما چنین نمودارهایی برای ستونهای پیش تنیده در دسترسی نمی باشد. در اختیار داشتن چنین ابزاری در محاسبات و طراحی ستونها، منجر به کاهش خطای محاسباتی و تسریع در طراحی هادر مهندسی عمران می باشد.
در مقاله حاضر برای بتن های با مقاومت بالا با توجه به اینکه دیاگرام تنش-کرنش بتن در منطقه فشار متفاوت از بتن های معمولی است (مقصودی، ۱۳۸۰ ، 2005 ,MaghSOudi، اکبرزاده، ۱۳۸۳، 1981 ,Car} a Squllio ) با در نظر گرفتن تفاوتهای اصلی موجود، ابتدا نحوه آنالیز مقاطع معرفی گردیده و سپس برنامه کامپیوتری جهت آنالیز ستونهای جعبهای شکلی تو خالی پیش تنیده دارای ISCآ بر اساس آینن نامه (2004 و ACI) تهیه و نمودارهای تداخلی مربوطه در محیط نرم اغزار MAJL. AB (غیوری ۱۳۸۰)، ترسیم و ارائه گردیده است. لازم به یاداوری اسبت توسط (مقصودی اکبرزاده، ۱۳۸۴) آنالیز ستون های جسدار نازک بتنی پیش تنیده دارای بتن با مقاومت بالا برای مقاطع توخالی دایره ای شکل نیز انجام گرفته است که مقاله مزبور نیز پذیرش شدہ و قرار است در مجموعی مقالات دو مین کن ترانہیری سازه هایی جدار نازک بچاپ برسد.
مفهوم پیش تنیدگی و مصالح آن:
بطور کلی، پیش تنیدگی به مفهوم ایجاد تنش هایی دائمی ( در عضو بتنی ) مخالف با تنش که در اثر بارهای وارد بر رسازه تحمیل میگردد. می باشد ( مقصودی، ۱۲۷۵). بعبارت دیگر تنشها دائمی در سازه ایجاد میگردد که خنثی کننده تمام یا سهمی از تنشها و یا نیروی تحمیل شده بر سازه بر اثر بارهای خدمت خواهد شد.
به دلیل مزایای بتن با مقاومت بالا ( مقاومت غشاری بیش از Kg CIT1 ۶۰۰) در سازه های پیش تنیده، پیشنهاد میگردد از چنین بتنی در سازه های پیش تنیده که دارای مقاومت مجاز بتنی برابر با سازہ های (Kg/cm ۳۰۰ تا ۶۰۰) است استفاده کرد تا بدین طریق بتوان بلکه از عمر و دوام بیشترک نیز برخوردار گردند، استفاده کنند فولاد های پیش تنیدگی به سه صورت سیمهای دایروی (ROunded WireS)، - کابلهای رشته ای ( Stranded Cables) و میله های فولادی آلیاژی (Alloy Steel BaTS) تولید می شوند ( خالو، ۱۳۸۲). مشخصه مهم فولاد های پیش تنیده ( اشاره شده در زیر) در مقایسه با میلگردهای معمولی، نقطه کسیختگی بسیار بالای آنهامی باشد.
۱- سیم های دایروی (ROunded Wi}eS): از نورد گرم غولاد بلیت به صورت میلگرد و سپس کشیدن سرد میلگرد که با کاهش قطر آن همرا است، تولید می شود. در آمریکا سیمهای دایروی در نوع B A و WA و در ۴ قطر طبقه بندی می شود
. ۲- کابل های رشته ای ( Stranded CableS): از تابیده شدن تعدادی رشته به دور یکدیگر نساخته می شوند. معمولی ترین نوع، کابلهای رشته ای، کابل ۷ رشتهای میباشد. کابلهای رشته ای در دو نوع 250 Grade، با تنش نهایی حداقل ۱۷۵۰۰ کیلو گرم بر سانتیمتر مربع و 270 Grade، با تنش نهایی حداقل ۱۸۹۰۰ کیلو گرم بر سانتیمتر مربع تولید می شوند.
۳- میله های فولادی آلیاژی (Alloy Steel BaTS): با اضافه کردن آلیاژهای مخصوصی در هنگام تولید فولاد و سپس اصلاح سرد میلگرد تولید می شوند. میله های فولادی آلیاژی به دو طبقه 5 4 Grade با تنش نهایی حداقل ۱۰۲۰۰ کیلو گرم بر سانتیمتر مربع و 160 GTade با تنش نهایی حداقل ۱۳۰۰ ۱ کیلو گرم بر سانتیمتر مربع تقسیم می شود.
با مقایسه رفتار ( نمودار تنش-کرنش) فولادهای پیش تنیدگی و میلگردهای معمولی ( که در سازهای لی، فولاد پیش تنیدگی نقطه جاری شدن مشخص میگردد،برخلاف فولادمعمولی فولاد پیش تنیدگی نقطه جاری شدن شدن مشخصی نداشته و دارای طیف افقی در نمودار تنش-کرنش فولاد برخوردار نیست. بمنظوز تحلیل و ترسیم نمودار تداخلی ستون پیش تنیده نیاز به اطلاعات کامل تنش و کرنش فولادهای پیش تنیده در هر مرحله .3 بارگذاری می باشد و از آنجا که چنین اطلاعات کامل تنش و کرنش فولاد های از پیش تنیده در مرحله از بار گذاری می باشد و از انجاکه چنین اطلاعاتی وجود ندارد در این تحقیق از منحنی دو خصلی پیشنهادی شکل ۱ برای رابطه تنش-کرنش فولاد پیش تنیده استفاده شده است.
تنش نهایی فولاد پیش تنیده؛ تنش تسلیم فولاد پیش تنیده bu
کرنش متناظر با تنش نهایی فولاد پیش تنیده؛
رویی: کرنش متناظر با تنش تسلیم فولاد پیش تنیده بمنظور اطمینان از صحت نمودار پیشنهادی تنش - کرنش فولاد پیش تنیده و برنامه نویسی کامپیوتری انجام شده در این تحقیق، مثال عددی مرجع که برای نمودار تداخلی یک مقطع مربع شکل با استفاده از اطلاعات کامل دیاگرام تنش-کرنش فولاد پیش تنیده رسم شده است در نظر گرفته شده و با نمودار تداخلی همین مثالی که با استغاده از منحنی پیشنهادی رسم گردیده است، مقایسه شده و نتایج در جدول ۱ آورده شده است.
همانطور که جدول ۱ نشان می دهد نتایج منحنی پیشنهادی بسیار نزدیک به نتایج واقعی است. لازم به یادآوری است، بمنظور پیش تنیده کردن یک عضو بتنی ابتدا با عمل جک زدن فولاد، اولین نیرو به فولاد پیش تنیده اعمال می شود که به نیروی جک زدن معروف است. سپس نیروی اعمالی (نیروی جک زدن) به فولاد پیش تنیده در اثر اتلاف آنی و مقداری به علت اتلاف های تابع زمان و دیگر اتلاف های مختلف، کاهش یافته تا در هنگام بهره برداری سازه در غولاد های پیش تنیده نیروی پیش تنیدگی موثر ایجاد گردد.
برنامه کامپیوتری و فرضیات در نظر گرفته شده
بر اساس تعادل نیروها، سازگاری کرنش ها و ضریب کاهش مقاومت آیین نامه 04-Cl شد، برنامه کامپیوتری به منظور آنالیز مقاطع تو خالی جعبه ای شکل بتنی پیش تنید e دارای بتن با مقاومت بالا با در نظر گرفتن متغییرهای: مقدار نیروی پیش تنیدگی، مقاومت غشاری بتن، تنش تسلیم و گسیختگی سیمهای دایروی، کابلهای رشتهای و مبیله های فولادی الیاژی، ضخامت پوششی بتنی روی فولادهای پیثی تنیده، نسبت ضخامت به ابعاد متمعلع و نحوه ارایش فولادهای پیش تنیده نوشته و نمودارهای تداخلی مربوطه ترسیم گردیده است. در تحلیل ستون ها در منطتمه غشاز، از بلوک تنش مستطیل معادل برای بتن منطقه فشاری و روابط (۱، ۲ و ۳ ) پیشنهادی استاندارد A CI . برای پارامتر های استفاده گردیده است (شکل ب)
ضریبی که نشان دهنده اختلاف مقاومت نمونه بتن ستون و مقاومت بتن در آزمایش نمونه استوانه بتنی است؛ / : مقاومت فشاری بتن برای نمونه استوانه استاندارد در تحقیق حاضر مقدار نیروی جک زدن، طبق آیین نامه اAC حداقل و مجموع اتلاف نیروها از لحظه جک زدن فولادها تا رسیدن به نیروی موثر، ۲۰ درصد در نظر گرغته شده است.
آنالیز ستونهای جعبه ای تو خالی پیش تنیده دارای بتن با مقاومت بالا (HSC) بمنظور رسم منحنی اندر کنشی، ابتدا کرنش ناشی از پیش تنیدگی موثر (eی) که دارای توزیع یکنواخت است همانند (شکل ۲- ب) تعیین میگردد. توجه شود شکل مقطع و فولادهای پیش تنیدگی در مقطع متقارن منظور شده است.
Te: نیروی پسیشی تنیدگی موثر در هنگام بهره برداری سازه؛ E c، مدولی الاستیسسته بتن . . . . . -6 -- * . 。 ( E کرنش جمع شدگی بتن کرنش ناشی از
خزشی بتن؛ Cru : ضریب خزشی نهایی در اینصورت، کرنش موثر در غولاد ناشی از پیش تنیدگی برابر است با
Ap : سطح مقطع فولاد پیش تنیده سپس مقدار دلخواهی برای ارتفاع تار خنثی (X) انتخاب شده، هرچند که از لحاظ تئوری مقدار ارتفاع تار خنثی یعنی X میتوائد تا بینھا بہت اگرایش یابں ( با بار محور کی خالصلی)، لیکن از لحاظ محاسباتی، حداکثر
