بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی پایداری یک سازه بتنی با سیستم قاب خمشی ویژه پس از حذف یک المان ستون تحت اثر بارگذاری ناشی از انفجار
کلمات کلیدی: گسیختگی پیش رونده،قاب خمشی بتنی،انفجار،پایداری.
-1 مقدمه
امروزه با توجه به نبود مطالعات کافی و همچنین افزایش پتانسیل حمله به مناطق غیرنظامی،بررسی ایمنی و پایداری سازههای بتنی معمول تحت اثر بارگذاری ناشی از انفجار یا ضربات تصادفی مورد توجه قرار گرفته است که انجام این مطالعات در برخی از کشورها لزوم بازبینی آیین نامه های طراحی را در بر داشته است.در کشور ما با وجود آیین نامه طراحی مختلف موجود، سازهها تحت اثر چنین بارگذاریهایی مورد مطالعه قرار نگرفته اند و از آنجا که تامین ایمنی سازهها بایستی با نگاهی به نیازهای آتی صورت پذیرد، لذا در این پژوهش سعی گردیده است تا با مطالعه بر روی سازه های بتنی با قاب خمشی ویژه که مطابق با ضوابط آیین نامه های طراحی لرزه ای و یا باد کشور طراحی گردیده اند، مقاومت سازه در برابر بارگذاری های ناشی از ضربه و یا انفجارهای تصادفی و پایداری سازه باقی مانده در برابر گسیختگی پیش رونده با مدلسازیهای اجزای محدود مورد مطالعه قرار گیرد.نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن است که سازه های طراحی شده با فرضیات فوق دارای مقاومت کافی برای تحمل چنین بارگذاری نخواهند بود و بنابراین بازبینی در آیین نامه های طراحی موجود در کشور را جهت شناخت پتانسیلهای آسیبپذیری و ایمن سازی سازهها را بدیهی می سازد.
-2 متن اصلی مقاله
-1-2مشخصات سازه
سازه ایی که به مطالعه آن خواهیم پرداخت یک قاب بتنی سه بعدی و با شکل پذیری ویژه می باشد.مقاومت و خواص مصالح در تمام مراحل کار ثابت فرض شده است.این سازه 5 طبقه دارای 5 دهانه در هر جهت می باشدو باارتفاع طبقات
3/30 متر و دهانه 6 متر مورد بررسی قرار گرفته است.خاکی که سازه بر روی آن قرار گرفته است خاک نوع دو )ـمطابق با آیین نامه 2800 ایران) و محل ساخت سازه شهر تهران می باشد.ساختمان مسکونی ، نوع سقف سازه دال یکطرفه بوده،بتن مصرفی با مقاومت نمونه 28 روزه استوانه ای 240 کیلوگرم بر سانتی مترمربع و فولاد مصرفی در دو نوع AIII با مقاومت جاری شدن 4000 کیلوگرم بر سانتی مترمربع برای آرماتورهای با قطر بیشتر ار 14 میلیمتر و نوع AII با مقاومت جاری شدن 3000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای آرماتور های با قطر کمتر از 14 میلیمتر می باشد..
-2-2طرح کلی مطالعه
با بررسی بارگذاری های موجود در مسئله ،سازه مورد نظر به کمک نرم افزار Abaqusـ شبیه سازی گردید که در این روند می بایست:
- ماده ای به گونه ای تعریف گردد تا خواص بتن و آرماتور های موجود را در حالت ـExplicit نشان دهد.
- اجزا مدل قابلیت گسیختگی،شکست و حذف را داشته باشند.
- امکان تعریف تماس بین اجزای بتن و فولاد وجود داشته باشد.
-3-2رفتار بتن
همانطور که می دانیم در سازه بتن آرمه،بتن مصرفی علاوه بر نقش نگهدارنده آرماتورها می تواند در فشار نیز بصورت المان سازه ای عمل کرده و وظیفه انتقال بار را به انجام برساند.بنابراین همانگونه که در شکل زیر نیز قابل مشاهده می باشد،بتن به همراه آرماتور در مناطق فشاری ،فشار ناشی از بارگذاری و آرماتور قسمت کششی،کشش های ناشی از باگذاری را تحمل میکند.
رفتار بتن در سازههای بتن آرمه تا قبل از حد ترک خوردگی بتن در کشش با رفتار پس از ترک خوردگی متفاوت می باشد. ترک خوردگی بتن در کشش در تنش کششی مابین 0/07 تا 0 /15تنش فشاری بتن رخ می دهد و بنابراین ترکها در حین خدمت دهی سازه تحت اثر بارگذاری ثقلی نیز می توانند بوجود آیند.
� سنگ های آذرین سست،سنگ های سست رسوبی؛سنگ های دگرگونی متورق و به طور کلی سنگ هایی که بر اثر هوازدگی سست شده اند،خاک های سخت با ضخامت بیشتر از 30 متر
� نرم افزاری است که برای شبیه سازی مدل های اجزای محدود موردبررسی قرار می گیرد.
ـ در روش اجزای محدود برای بدست آوردن مجهولات معادله تعادل حاکم بر پاشخ دینامیکی میتوان از روش انتگرال گیری صریح یا Explicit استفاده کرد.
-4-2رفتار الاستیک و غیر الاستیک فولادـ
چنانچه از مقاومت مصالح می دانیم منظور از رفتار الاستیک در یک ماده آن است که تحت بارگذاری به میرانی مشخص ، تنش و تغییر شکلها به صورتی در ماده ظاهر گردد که پس از باربرداری این تنش ها و تغییر مکانها به طور کامل قابل برگشت باشند و هیچ تغییر شکل و یا تنش پسماند در ماده باقی نماند و در مقابل در صورتی که تمام و یا بخشی از این تغییر شکل ها و یا تنشها قابل بازگشت نباشد ماده از خود رفتاری غیر الاستیک نشان داده است.لازم بذکر است که در نرم افزار Abaqus رفتار الاستیک ماده به صورت مستقل و رفتار غیر الاستیک آن با توجه به رفتار الاستیک تعریف می گردد.
محاسبه تنش و کرنش واقعی با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی فولاد
اکثر مواد با رفتار شکل پذیر- یعنی موادی که کرنشهای غیر الاستیک بزرگی از خود نشان می دهند- در تنشی تسلیم می گردند که مقدار این تنش از مدول الاستیسیته آن ماده کمتر است و بنابراین در این مواد تنشها به صورت حقیقی و کرنشها به صورت لگاریتمی بیان می گردند.از آنجا که داده های مربوط به تنش- کرنش فولاد مربوط به آزمایش تک محوره برای مواد ایزوتروپیک می باشد،بنابراین تنش- کرنش حاصل از آن به صورت اسمی بوده و بایستی توسط روابط زیر به تنش حقیقی و کرنش پلاستیک لگاریتمی تبدیل گردد.
که در آن E مدول الاستیسیتهـ می باشد.
بنابراین برای فولاد مورد استفاده قرار گرفته در این پژوهش که از نوع AIII می باشد با در نظر گرفتن مدول الاستیسیته برابر با 2100000 kg/cm2 و تنش تسلیم 4000 kg/cm2 داریم:
-6-2شبیه سازی رفتار تخریب(گسیختگی)
شبیه سازی صحیح رفتار گسیختگی،مهمترین نقش در بدست آوردن نتایج مناسب را خواهد داشت.در مورد مصالح بتنی معیار های گسیختگی متفاوتی همچون Concrete Smeared Cracking، Brittle Cracking و نظایر آن وجود دارد که با توجه به نیاز های تحلیلی می توان از آنها بهره برد.
در مورد مصالح فولادی نیز می توان از معیار های گسیختگی فون-مایسز،ترسکا ـ،جانسون-کوک ـ ونظایر آن استفاده نمود.
در مقاله فوق با توجه به بحث تخریب و پس از مطالعه تمامی جوانب معیار گسیختگی Brittle Cracking برای بتن در نظر گرفته شد.در این معیار فرض می گردد که بتن پس از رسیدن به حداکثر تنش کششی ـ مورد انتظار،حداکثر کرنش قابل تحمل و یا حداکثر تنش فشاری ـ مورد انتظار گسیخته شود.این معیار همچنین این قابلیت را دارا می باشد که گسیختگی ناشی از برش ــ را نیز شبیه سازی نماید.همچنین معیار گسیختگی فون-مایسز برای فولاد مصرفی بکار گرفته شده است.
-7-2مدلسازی نمونه گواه و تطابق آن با محاسبات دستی -1-7-2مدلسازی تیر بتن آرمه
جهت بررسی فرضیات مدلسازی در نظر گرفته شده در نرم افزار Abaqus محاسبات و تحلیل به صورت دستی بر روی یک تیر به طول 6/00 متر که در دو انتها گیردار است و تحت بار گسترده W قرار دارد صورت پذیرفته است.لذا داریم:
همانطور که می دانیم در تیر دو سر گیردار پس از رسیدن لنگر به لنگر پلاستیک، مفصل در دو انتهای تیر تشکیل شده و بلافاصله پس از آن مفصل پلاستیک سوم با توجه به نوع یارگذاری در تیر بوجود آمده و باعث ناپایداری سازه و فروریزش آن می گردد.
همانطور که می دانیم رفتار تیر بتن آرمه برای حداکثر مقاومت مورد نیاز به صورت یک رفتار دو یا سه خطی مدلسازی می گردد تا نشان دهنده رفتار خطی و غیر خطی المان سازه باشد.در زیر نمودار ایده آل سازی شده برای این منظور آورده شده است.
که در آن f’c مقاومت نمونه بتنی،fy مقاومت جاری شدن فولاد،єy کرنش متعارف فولاد،As مجموع سطح مقطع فولاد های کششی می باشد.همچنین بلافاصله پس از بوجود آمدن این دو مفصل، تیر مانند یک تیر دو سر مفصل عمل نموده و سطح گسیختگی سوم تشکیل میگردد.
پس از انجام این محاسبات همین تیر با مشخصات معرفی شده در نرم افزار آباکوس مدلسازی گردید و بارگذاری بر روی آن صورت پذیرفت که نتایج به شرح زیر می باشد:
