بخشی از مقاله
بررسی تحلیلی بهبود عملکرد سازه ساندویچ پانل
چکیده :
صنعت ساختمان های پانلی و پیش ساخته از دو جنبه حائز اهمیت می باشد. این پانلها علاوه بر کاربرد در عرصه ساخت و ساز ، می توانند عناصر بسیار مهمی در مقاوم سازی سازه ها باشند. این پانلها سیستمی مقاوم در برابر زلزله بوده و همچنین سرعت اجرای این گونه ساختمان بسیار سریع می باشد . به همین جهت تلاش های زیادی بمنظور شناخت دقیق این سیستم سازه ای انجام شده است در همین راستا در این تحقیق در ادامه کارهای انجام شده، هدف ، بررسی تحلیلی بهبود عملکرد دیوارهای پانل ساندویچی تحت بارهای سیکلی و همچنین کنترل نتایج تحلیلی می باشد. این مقاله با استفاده از یک مدل کامپیوتری بطور تجربی تائید شده ، برای این منظور یازده نمونه دیوار پانلی به ابعاد نزدیک به واقعیت 360*360 سانتیمتر ، دیوار پانلی با آرماتور تقویتی (Ø10) بازوایای 30 ،45 ،60 نسبت به افق و دیوار پانلی با آرماتور تقویتی ( 10) به صورت افقی ، عمودی ،یکطرف افقی طرف دیگر عمودی ، دیوار پانلی با قراردادن برشگیرها به صورت فضایی و دیوار پانلی با مش بندی ها با زوایای 30 ، 45 ، 60 نسبت به افق با استفاده از نرم افزار آباکوس تحت بار استاتیکی رفت و برگشتی قرار گرفته و همان بارهای اعمال شده در روش آزمایشگاهی به آنها اعمال شده است.در مدل سازی عددی حتی الامکان سعی شده است که مدل نرم افزاری مطابق با واقعیت باشد.سرانجام منحنی های هیسترزیس و پوش (نیرو – جابجایی)آنها استخراج گردیده است. ودرنهایت نتایج با هم مقایسه شده است.
واژه های کلیدی: پانل ساندویچی، بهبود عملکرد ، بارگذاری چرخه ای، ارتقاء ظرفیت باربری ، مقاوم سازی
-1 مقدمه :
پانلهای سه بعدی ساندویچی متشکل از یک لایه عایق پلی استایرن در وسط ودو لایه شبکه ی جوش شده در دو طرف بوده که شبکه های جوش شده به وسیله ی میلگردهای برشگیر قطری به یکدیگر متصل شده و نهایتا یک شبکه سه بعدی تشکیل می گردد . پانلها ابتدا در محل اجرای ساختمان روی پی های نواری طوری نصب می شوندکه آرماتورهای انتظارموجود روی پی ها در قسمت داخلی شبکه های جوش شده قرار گیرند و به شبکه متصل شوند. سپس دردو طرف آن به ضخامت 4 تا 5 سانتی متر بتن پاشی به روش شاتکریت تر انجام می شود و نهایتا یک سازه بتن مسلح یک پارچه تشکیل می گردد.با توجه به تحقیقات صورت گرفته در زمینه های مختلف ، در این تحقیق این نیاز احساس شد که بتوان در پانل ساندویچی به بهترین حالت مصالح ونحوه قرارگیری آنها دست یافت در زیر تحقیقات در زمینه پانل های ساندویچی 3D مرور می گردد.
Holmberg, A. and Pelm Eدر سال 1986 نیز رفتار خمشی این سیستم را مورد ارزیابی تحلیلی قرار داده بودند.Einea [1] و همکارانش در سال 1994 به منظور افزایش راندمان حرارتی سیستم از برشگیرهای پلیمری به جای مفتول های فلزی استفاده کرده و رفتار خمشی این پانل ها را با مطالعات آزمایشگاهی و عددی بررسی کرده اند.[2] در سال 1997، Salmon و همکاران حل ریاضی خمش پانل های ساندویچی را با فرض عملکرد نیمه کامپوزیتی با گسترش معادله دیفرانسیل خمش ارائه دادند و از مقایسه آن با مدل اجزاء محدود نشان دادند که مدل ریاضی ارائه شده از دقت بالایی برخوردار است.[3,4] درسال1998 و1994 حل ریاضی و همچنین اجزاء محدودی برای آنالیز خمشی پانل های ساندویچی بتن پیش تنیده با برشگیرهای خرپایی ارائه گردید. [5,6] در همین سال Nighawain مقادیر نیروهای برش داخلی را به صورت آزمایشگاهی اندازه گرفته و برشگیرها را براساس آن طراحی نمود.[7] کبیر و هاشمی نسب در سال 2002 رفتار خمشی و برشی پانل های دیواری را بوسیله یک سری آزمایش به همراه مدل سازی عددی بررسی کردند.[8] در پروژه آزمایش پانل در شانگهای چین در سال 1997 که یکی از پروژه های مهم انجام شده در شانگهای می باشد پانل های ساندویچی توسط Shi Weixing, و Zhang Lixin مورد بررسی قرار گرفت. در این تحقیق یک ساختمان 6 طبقه مورد آزمایش قرار گرفت که شتاب های پایه مورد آزمایش به حد 0.65g محدود شده بودند.[9] در سال 2006 رضایی فر، به بررسی رفتار دینامیکی یک ساختمان یک طبقه تمام مقیاس پانل ساندویچی بر روی میز لرزه پرداخت.[10] در خصوص مقاومت نهایی این سیستم تحت بار محوری Benayoune et all در سال 2005 مطالعاتی را انجام داده اند.[11] در یک مطالعه عددی توسط کبیر و رضایی فر در سال 2004 پارامترهای دینامیکی سیستم با آنالیز اجزا محدود و در ناحیه غیر خطی مورد ارزیابی قرار گرفت.[12] رفتار کلی برش و خمش سیستم نیز توسط کبیر در سال 2005 ارائه شده است..[13] گزارش PCI ، در مورد سیستم دیوارهای ساندویچی دیدگاه نسبتأ جامعی از این سیستم را به همراه مثال طراحی ارائه می دهد.[14] در سال 2009 یک ساختمان 4 طبقه پانلی توسط رضایی فر مورد ازمایش قرار گرفت .[15] رضایی فر وقلهکی در سال 2008،به بررسی عددی و آزمایشگاهی اثر بازشوها بر دیوارهای ساندویچ پانل پرداختند .[16]شریفیا ، مرشد ورضایی فر در سال 2012 ، رفتار دینامیکی ساختمان پانلی 6 طبقه را مورد بررسی قرار دادند.. [17]
-2 شرح مدل :
در این تحقیق جهت کنترل صحت مدلسازی ، مدل آزمایشگاهی انجام شده توسط کبیروجهـانپور[18]توسـط نـرم افزار آباکوس مدلسازی شـد. همان تغییرمکانهای اعمال شده در روش آزمایشگاهی در برنامه برای پانلهای مدل شده تعریف شد
.در روش عددی سعی شد مدل نرم افزاری حتی الامکان با واقعیت مطابقت داشته باشد. شبکه جوش شـده در کلیـه نمونـه هـا عبـــارت بـــود از مفتولهـــای بـــا قطـــر 3/5 میلیمتـــر کـــه بـــه طـــور عمـــودی بـــا فواصـــل 80 میلیمتـــر (تـــار و پـــود) .( WWF / 3.5 / 3.5 / 80 / 80 ) همچنین قطر مفتول مورب نیز 3/5 میلیمتر و از همـان جـنس مفتولهـای شـبکه بـود. ضخامت لایه عایق در کلیه نمونه ها 60 میلیمتر و از جنس پلی استایرن بود. ضخامت بتن پاششی در هـر طـرف نمونـه هـا در حدود 4 تا 5 سانتی متر بدست آمد.. نمای عمومی ازنحوه استقرار نمونه در آزمایشگاه وسیستم بارگـذاری درشـکل (1) و نمودار جابجایی ـ زمان اعمالی در شکل((2 آمده است.
شکل : 1 نمای عمومی از نحوه استقرار نمونه و سیستم بارگذاری[18]
شکل :2 نمودار جابجایی ـ زمان اعمالی[18]
برای مدلسازی بتن از المان SOLIDو برای مدلسازی مفتولهای شبکه و همچنین میلگردهای انتظار از المان BEAMاستفاده شد.در مدلسازی عددی سعی شد ورودیهای برنامه ABAQUS بر اساس نتایج حاصل از آزمایش مربوط به مشخصات مصالح تشکیل دهنده پانل باشد.این نمونه ها شامل نمونه های مکعبی ومغزه های بتنی ونمونه هایی بود که از مفتولهای فولادی جهت آزمایش کشش گرفته شده بود مقاومت نمونه های مکعبی و مغزه ها در روز آزمایش تعیین شده بود. برای تعریف مشخصات بتن شاتکریت در نرم افزار از مدول الاستیسیته آسیب دیده بتن استفاده شده است. این مدل یک مدل پیوسته بر پایه پلاستیسیته بوده که اساسأ توانایی آنا لیز سازه های بتنی و مدل کردن آسیب در بتن را دارد..در این تحقیق مشخصات مکانیکی در نظر گرفته شده در مدل "پلاستیسیته آسیب دیده بتن" برای بتن شاتکریت مطابق جدول ( ( 1 می باشد.
در مورد مدول الاستیسیته بتن شاتکریت این توضیح لازم است که مقدار آن از رابطه داده شده در آیین نامه بتن ایران ( آ با) یعنی [19] E c 5000 I''c بدست نمی آید. با توجه به تحقیقات به عمل آمده دراین خصوص مقدار مدول الاستیسیته شاتکریت0/25 تا 0/5 مقدار بدست آمده از رابطه مذکور پیشنهاد شده است.[20] در این تحقیق نیز با توجه به مقاومت فشاری مشخصه شاتکریت، 0/3 مقدار بدست آمده از رابطه فوق ملاک مد لسازی قرار گرفته است. المان انتخابی برای مد لسازی بتن شاتکریت در نرم افزار ABAQUS المان C3D8R است.
فولاد: برای معرفی مشخصات این سازه درنرم افزارازمدل "الاستوپلاستیک" دوخطی استفاده شده است. مشخصات مکانیکی فولاد مطابق جدول ( ( 2 در نظرگرفته شده است. منحنی تنش –کرنش آرماتور تقویتی و منحنی تنش –کرنش آرماتور شبکه در شکل های 3و4 مشاهده می شود.
-3 صحت سنجی مدل نرم افزاری:
با مقایسه منحنی نیرو- جا بجایی حاصل از تحلیل عددی مدل اجزاء محدود و نتیجه آزمایش در شکل 5 ، صحت و سقم مدل سازی مورد بررسی قرار می گیرد. با توجه به شکل 5 مشاهده می شود که اختلافا تی وجود دارد. علت این اختلاف را می توان ناشی از عواملی چون نیمه صلب بودن اتصالات بکار رفته در آزمایش دانست. با لحاظ کردن عدم قطعیت های حاصل از این عوامل، می توان گفت که مدل ساخته شده از دقت قابل قبولی برای انجام مطالعه پارامتری برخوردار است.
شکل - 5 نمودار نیرو- جا بجایی حاصل از تحلیل اجزاء محدود و آزمایش
-4 مطالعه عددی:
علاوه بر مدلسازی مدل مورد آزمایش و همچنین مقایسه با مدل17]جهانپور ، کبیر[ که به بررسی آزمایشگاهی و
عددی همین مدل پرداخته شده است و اطمینان بر صحت نتایج ، در این تحقیق یازده نمونه دیوار پانلی به ابعاد
360*360سانتیمتر ، دیوار پانلی با آرماتور تقویتی 10) ) بازوایای 30 ،45 ،60 نسبت به افق و دیوار پانلی با آرماتور تقویتی
( 10) به صورت افقی ، عمودی ،یکطرف افقی طرف دیگر عمودی ، دیوار پانلی با قراردادن برشگیرها به صورت فضایی و دیوار پانلی با مش بندی ها با زوایای 30 ، 45 ، 60 نسبت به افق توسط نرم افزار آباکوس مدلسازی و تحلیل شد که در ادامه به آن پرداخته می شود.
