مقاله بررسی تأثیر درصد آرماتور خمشی در رفتار خمشی دال های حبابی

word قابل ویرایش
12 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

بررسی تأثیر درصد آرماتور خمشی در رفتار خمشی دال های حبابی

خلاصه

مطالعات در زمینه سبک سازی و حذف بتن ناکارآمد سقف های دال ، از سال ۱۹۸۵ در دانشگاه های آلمان آغاز شد.

نتایج این مطالعات منجر به یک تکنولوژی نوین سقف با عنوان دال حبابی یا کوبیاکس گردید که در این نوع دال ، هسته بتن مرکزی در محل هایی که کاربرد سازه ای ندارد با گوی های توخالی از جنس پلی اتیلن بازیافت یا پلی پروپیلن جایگزین می گردد ؛ بدین صورت که این گوی ها در حدفاصل مش های میلگردی بالا و پایین قرار می گیرند. با توجه به اینکه در دال های بتنی دوطرفه مشکل تحمل نیروی برشی وجود ندارد ، طراحی این نوع سقف بر مبنای حذف قسمتی از بتن میانی و ایفای عملکرد دال دوطرفه می باشد. این سبک سازی باعث کنترل خیز راحت تر و به تبع آن پوشش دهانه های بلندتر با این نوع دال می گردد. با توجه به گسترش روز افزون استفاده از این تکنولوژی در کشور می بایست بررسی های بیشتری در خصوص مقایسه رفتار دال حبابی و دال توپر و نیز تأثیر پارامتر مختلف در عملکرد سازه ای این دالها انجام گیرد ؛ که در این پژوهش تأثیر درصد آرماتور خمشی در رفتار دال حبابی با استفاده از نرم افزار ATENA مورد بررسی قرار گرفته است . نتایج تحلیل های المان محدود غیر خطی در قالب شکلها و جداول آورده شده است و مشاهده می گردد در بازه ۰/۲۱ الی ۱/۲۹ درصد آرماتور خمشی دال دوطرفه حبابی ، با ۲ ، ۴ و ۶ برابر کردن درصد آرماتور خمشی ، ظرفیت باربری دال دوطرفه به ترتیب ۱/۶ الی ۱/۷ ، ۲/۴ الی ۲/۵ و ۲/۹ الی ۳/۲ برابر می شود .

کلمات کلیدی: دال توپر ، دال حبابی ، دال دوطرفه ، دال یکطرفه ، درصد آرماتور خمشی ، رفتار خمشی ، ظرفیت باربری

.۱ مقدمه

ایده کاهش وزن ساختمان ها و اجرای سازه های سبک در تاریخ مهندسی سازه همواره مورد توجه در سراسر جهان بوده است و اثرات اثبات شده آن در بهبود رفتار و کاهش نیروهای وارد بر سازه ، مهندسین را به ایجاد طرح های نوین ترغیب نموده است. [۱] با توجه به اینکه وزن سقف ها ، بخش قابل توجهی از وزن سازه را به خود اختصاص می دهد ،

انتخاب یک سقف سبک بسیار حائز اهمیت است . سقف دال حبابی با قرار گیری گوی های توخالی در حد فاصل دو مش بالا و پائین و حذف بتن ناکارآمد می تواند جایگزین مناسبی برای دالهای توپر باشد . این گوی ها به دو صورت کروی و بیضی گون هستند که در داخل قفسه فلزی قرار دارند ؛ به مجموعه گوی ها و قفسه آنها از اصطلاح کیج ماژول استفاده می شود. در این سیستم سقف یک کیلوگرم پلاستیک جایگزین صد کیلوگرم بتن می شود که از لحاظ زیست محیطی ، موضوع پر اهمیتی است .[۲] نحوه قرار گیری این گوی ها در داخل دال در شکل ۱ مشاهده می گردد .

شکل : ۱ کیج ماژول ها و نحوه قرارگیری آن در دال و بین دو شبکه مش [۳]

در این پژوهش حساسیت دال حبابی یک طرفه و دوطرفه به درصد آرماتور خمشی و تأثیر این پارامتر در رفتار خمشی دال حبابی مطالعه و بررسی خواهد شد .

.۲ پیشینه پژوهش

مطالعات بر روی سیستم سقف دال حبابی از سال ۱۹۸۵ در دانشگاههای آلمان شروع شده است . برونسون* (۲۰۰۳) در خلاصه گزارشات و آزمایشات در خصوص دالهای حبابی بیان می کند که در این نوع دال ، بخش مهمی از

بتن ، در بخش هسته مرکزی جائی که در خمش تقریباً بدون تنش است حذف گردیده است . در این دال ها ، بصورت عمومی

۳۰ درصد یا بیشتر از وزن دال حذف می گردد که باعث می شود بتوان بارهای بزرگتری را اعمال کرد و یا دهانه های بلند تری وجود داشته باشد . [۴] استاکلین(۲۰۰۸) † در گزارشی در خصوص سقف های دال مجوف کوبیاکس و تئوری مربوط به دال های حبابی مواردی را اینگونه بیان می کند. که آنالیز بدون بعد نشان داد که ظرفیت باربری برابری برای دال حبابی کوبیاکس و دال توپر وجود دارد تا زمانی که ناحیه فشاری بدست آمده در سطح مقطع تو خالی از یک عمق مشخص تجاوز نکند . این قضیه به وسیله آزمایشات نیز تصدیق شده است . ضمناً خیز دال های مجوف دو طرفه به طور معمول

( تحت بار اعمالی یکسان ) کمتر از دال توپر دانست ؛ البته برای نسبت بار اعمال شده به بار مرده ی بیش از ۱/۵ ،

خیزهای دال های مجوف بیش تر می شوند البته در اکثربت سازه ها این اتفاق رخ نمی دهد [۵].

ابراهیم و همکاران(۲۰۱۲) * برای بررسی رفتار خمشی دالهای مجوف ، آزمایش خمش دو محوری با استفاده از قاب بارگذاری ویژه صورت دادند . الگوی ترک و رفتار خمشی دال حبابی وابسته به نسبت گوی به ضخامت دال می باشد و در

نسبتهای کوچک تر رفتار مشابه دال توپر دارد ، در حالیکه برای نسبت قطر گوی به ضخامت دال ۰/۸ ، ظرفیت نهایی تا ۱۰ درصد کاهش داشت . [۶] خیرالدین و همکاران (۱۳۸۹) به کمک نرم افزار المان محدود ANSYS برخی از

ویژگی های دال حبابی را با دال توپر هم ضخامت مورد مقایسه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که با مقایسه دال مجوف حبابی و دال توپر برای ضخامت یکسان از دو سقف ، مقاومت خمشی برابر می باشد ولی سختی دال مجوف حبابی اندکی کمتر است هم چنین با در نظر گرفتن جرم یکسان برای دو سقف توپر و حبابی ، صلبیت سقف حبابی سه برابر دال بتنی توپر است . [۷]

.۳ مدل سازی دال حبابی یک طرفه و صحت سنجی

آزمایش انجام گرفته بر روی دال حبابی یکطرفه توسط Marais در سال ۲۰۱۰ در آزمایشگاه دانشگاه Pretoria

کشور آفریقای جنوبی جهت صحت سنجی مدل سازی و تحلیل شده است [۸]. کار آزمایشگاهی شامل ۱۲ تست از نمونه
های تیر با طول و عرض یکسان و با ضخامت متفاوت بوده ، که برخی دارای گوی های توخالی و برخی دیگر بصورت توپر بوده اند . طول و عرض نمونه آزمایش به ترتیب ۱۵۰۰ و ۶۰۰ میلی متر می باشد و با سه ضخامت ۲۸۰ ، ۲۹۵ و ۳۱۰

میلی متر مورد آزمایش قرار گرفته اند که برای بررسی ضخامت ۲۸۰ میلی متر مدنظر قرار گرفته است . گوی های کروی توخالی مورد استفاده ، قطر ۱۸۰ میلی متر دارند و به فاصله ۲۰ میلی متر از هم قرار گرفته اند ؛ به عبارت دیگر فاصله مرکز به مرکز گوی ها ۲۰۰ میلی متر می باشد . در هر جهت طولی و عرضی ۳ میلگرد به قطر ۱۶ میلیمتر به عنوان شبکه پایین قرار داده شده است که نحوه قرارگیری آنها در شکل های شکل ۲ دیده می شود . برای صحت سنجی مدل با ضخامت ۲۸۰ میلی متر و ۳ میلگرد عرضی مورد استفاده قرار گرفته است .

( الف ) ( ب )

شکل : ۲ مشخصات نمونه آزمایش Corneille Marais الف) مقطع عرضی نمونه ب) مقطع طولی نمونه

نرم افزار مورد استفاده ، ATENA است که نرمافزاری است که به منظور تحلیل غیرخطی اجسام و با قابلیتهای ویژه برای سازههای بتن آرمه در کشور چک طراحی شده است.[۹] با توجه به تقارن تیر نمونه آزمایش حول محور Y و به منظور کاهش حجم آنالیز ، میتوان از اصل تقارن استفاده نمود و فقط نصف تیر را مطابق شکل ۳ مدل نمود.

در این حالت براساس اصل تقارن و با توجه به نوع بارگذاری انجام گرفته ، جابهجایی بدست آمده توسط آنالیز نصف دال، با جابهجایی کل دال برابر میباشد و بار تحمل شده توسط بخش مدل شده دال، نصف بار نهایی تحمل شده توسط کل دال میباشد. بنابراین باید پس از بدست آوردن مقادیر بار در هر گام* ، آن را در عدد ۲ ضرب نماییم تا ظرفیت بار نهایی برای کل دال بدست آید. در نرمافزار ATENA 3D امکان ایجاد حفرهها به شکل کره کاملا گرد به عنوان گویهای پرکننده، وجود ندارد. بنابراین گویهای پرکننده به صورت چند وجهی سه بعدی مدل گردید. شکل ۴ نمایی مقایسهای به صورت دو بعدی و سه بعدی از چند وجهی مدل شده به جای گوی کاملا گرد را نشان میدهد.

در نهایت شکل ۵ مقایسه نمودارهای بار – خیز مدل آزمایش شده و مدل شبیه سازی شده با نرم افزار ATENA را نشان

می دهد .

درصد خطای بار حداکثر مدل شبیه سازی شده در مقایسه با مدل آزمایشگاهی در جدول ۱ آورده شده است .

همانطور که دیده می شود درصد خطا قابل قبول است و در ادامه بر این اساس بررسی و تحلیل ها ادامه می یابند .

.۴ مدل سازی دال دو طرفه

با توجه به استفاده از دال های دو طرفه با گوی های توخالی در سازه ها ، یک دال دو طرفه با ابعاد ۶×۶ متر برای مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت که مشخصات آن در ادامه آورده شده است . ضخامت دال ۲۲ سانتی متر و نوع گوی توخالی مورد استفاده از نوع گوی بیضی گون) * تخت ) با ارتفاع ۱۰ سانتی متر می باشد . شکل ۶ مشخصات مربوط به شاخه های گوی های لهیده ۱۰ سانتی متری ( ( S100 مورد استفاده در کشور ایران آورده شده است .

با توجه به تقارن دال دو طرفه حول محورهای X و Y و به منظور کاهش حجم آنالیز ، میتوان از اصل تقارن استفاده نمود و فقط یک چهارم دال را مطابق شکل ۷ مدل سازی و تحلیل می گردد .

در این حالت براساس اصل تقارن و با توجه به نوع بارگذاری انجام گرفته ، جابهجایی بدست آمده توسط آنالیز یک چهارم دال، با جابهجایی کل دال برابر میباشد و بار تحمل شده توسط بخش مدل شده دال، یک چهارم بار نهایی تحمل شده توسط کل دال میباشد. بنابراین باید پس از بدست آوردن مقادیر بار در هر گام ، آن را در عدد ۴ ضرب نماییم تا ظرفیت بار نهایی برای کل دال بدست آید. به دلیل محدودیت نرم افزار ATENA 3D در ایجاد حفره های کروی یا بیضی گون ، از گوی های پر کننده چند وجهی سه بعدی که بصورت تقریبی هم ارز گوی لهیده نوع S100 با ارتفاع

۱۰۰ میلی متر می باشد استفاده شده است که در شکل ۸ نشان داده شده است ؛ تحلیل ها بر این اساس انجام و نتایج مقایسه ای در ادامه آورده می شود .

.۵ نتایج تحلیل های دالهای یک طرفه

یکی از پارامترهای دخیل در رفتار خمشی دال حبابی یک طرفه ، درصد آرماتور خمشی می باشد . جهت بررسی تأثیر این پارامتر با سه درصد آرماتور خمشی متفاوت مدل سازی و تحلیل انجام گرفته است و مشخصات دالهای مورد بررسی در جدول ۲ نشان داده شده است . درصد آرماتور در جهت z ثابت نگه داشته شده است و در جهت x افزایش داده شده است و در شکل ۹ نمودار بار – خیز آنها نمایش داده می شود .

همانطور که در جدول ۳ دیده می شود با افزایش %۳۳ میزان آرماتور خمشی در دال حبابی یک طرفه ، حدود ۴/۳

% مقاومت خمشی افزایش می یابد و با افزایش %۶۷ ای ، مقاومت خمشی % ۵/۸ افزوده شده است اما در هر دو تحلیل دیده می شود که نوع شکست ، از حالت شکست خمشی به حالت شکست خمشی – برشی تغییر یافته است . با افزایش درصد آرماتور خمشی ، شکل پذیری کاهش نشان می دهد . مقدار انرژی کرنشی جذب شده نیز با توجه به مساحت زیر نمودار بار – خیز ، به طور محسوس ، با افزایش میزان آرماتور خمشی کاهش یافته است .

جدول : ۳ مقایسه نتایج دال های حبابی یک طرفه با درصد آرماتورهای خمشی متفاوت

دال درصد آرماتور خمشی مقدار بار حداکثر بار حداکثر نسبی

دال حبابی یک طرفه با ۳ آرماتور طولی ۰ /۴۲ % ۲۶۷/۴ کیلونیوتن ۱
دال حبابی یک طرفه با ۴ آرماتور طولی ۰ /۵۶ % ۲۷۹ کیلونیوتن ۱/۰۴۳
دال حبابی یک طرفه با ۵ آرماتور طولی ۰/۷ % ۲۸۲/۸ کیلونیوتن ۱/۰۵۸

.۶ نتایج تحلیل های دالهای دوطرفه

برای بررسی حساسیت به درصد آرماتور خمشی ، این بررسی برای دال توپر و دال حبابی دوطرفه با فاصله گوی های

۲ ، ۳/۵ و ۵ سانتی متری با چهار درصد آرماتور خمشی متفاوت صورت پذیرفت و در ادامه نمودار های بار –خیز مقایسه ای و نتایج حاصله ارائه می گردد . شکل ۱۰ نمودار بار – خیز برای دال توپر به ازای درصد آرماتورهای خمشی متفاوت را نشان می دهد .

شکل : ۱۰ نمودار بار – خیز دال توپر دوطرفه با درصد آرماتورهای خمشی متفاوت

جدول ۴ نتایج حساسیت دال توپر دوطرفه به درصد آرماتور خمشی را نشان می دهد . بدیهی است افزایش آرماتور خمشی ، ظرفیت باربری دال را نیز افزایش می دهد به گونه ای که افزایش در دال توپر دوطرفه مورد مطالعه دو برابر کردن آرماتور خمشی ، ظرفیت باربری را بیش از ۱/۵ برابر افزایش می دهد .

برای دال حبابی با فاصله گوی ۲ سانتی متر ، حساسیت به درصد میلگرد خمشی سنجیده شده و نمودار بار – خیز آن در شکل ۱۱ دیده می شود . هم چنین جدول ۵ گویای نتایج حاصله برای این سنجش می باشد .

جدول : . ۵ نتایج حساسیت دال حبابی دوطرفه با فاصله گوی ۲ سانتی متر به ازای درصد آرماتورهای خمشی متفاوت

آرماتور دال درصد آرماتور خمشی دال مقدار بار حداکثر بار حداکثر نسبی
Φ۱۰ @ ۲۰ cm 0 /21 % 139/28 تن ۱
Φ۱۴ @ ۲۰ cm 0 /41 % 223/52 تن ۱/۶۰۵
Φ۲۰ @ ۲۰ cm 0 /83 % 337/02 تن ۲/۴۲۰
Φ۲۵ @ ۲۰ cm 1 /29 % 398/48 تن ۲/۸۶۱

جدول فوق حاکی از این است که برای دال حبابی با فاصله ۲ سانتی متر ، نشان می دهد افزایش درصد آرماتور خمشی در ابتدا تأثیر پر رنگ تری در افزایش ظرفیت باربری دارد و افزایش ۲ برابری ( از % ۰/۲۱ به ( %۰/۴۱ ، ۱/۶ برابر افزایش ظرفیت باربری را به همراه دارد اما رفته رفته این تأثیر اندکی کاهش می یابد .

در ادامه همین بررسی برای دال حبابی با فاصله گوی ۳/۵ سانتی متر ، انجام گرفته است و نمودار بار – خیز برای درصد آرماتور خمشی های متفاوت در شکل ۱۲ دیده می شود . در جدول ۶ ، مقدار بار حداکثر برای هر یک از این حالات و مقایسه نسبی آنها ارائه شده است .

شکل: ۱۲ نمودار بار – خیز دال حبابی دوطرفه با فاصله گوی ۳/۵ سانتی متر به ازای درصد آرماتورهای خمشی متفاوت

جدول : ۶ نتایج حساسیت دال حبابی دوطرفه با فاصله گوی ۳/۵ سانتی متر به ازای درصد آرماتورهای خمشی متفاوت

آرماتور دال درصد آرماتور خمشی دال مقدار بار حداکثر بار حداکثر نسبی
Φ۱۰ @ ۲۰ cm 0 /21 % 141/56 تن ۱
Φ۱۴ @ ۲۰ cm 0 /41 % 230/12 تن ۱/۶۲۶
Φ۲۰ @ ۲۰ cm 0 /83 % 354/51 تن ۲/۵۰۴
Φ۲۵ @ ۲۰ cm 1 /29 % 442/52 تن ۳/۱۲۶

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 12 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد