بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش اثر غ شایی دالهای بتن آرمه برر سی شدها ست. هدف این مقالها ستفاده از این ویژگی مهم دالها در را ستای کاهش آثار خرابی پیشرونده در دالهای بتن مسلح است. خرابی پیشرونده در دالهای طراحی شده با حذف ناگهانی یک ستون داخلی شبیه سازی و ظرفیت دال در حضور نیروی غشایی فشاری در مقاومتهای بتن مختلف محاسبه شده است.
قابلیت حمل بار برای دهانهی جدیدی که دال به علت حذف ناگهانی ستون با آن مواجه شده برای نمونهها مورد مقایسه قرار گرفته است. نتیجه ی این پژوهش نشان داد که اثر غشایی دال که اغلب در طراحی در نظر گرفته نمی شود میتواند تا حد زیادی از خرابی پی شروندهی سازه جلوگیری کند و افزایش مقاومت بتن ن سبت به حداقل پی شنهاد شده میتواند به افزایش ظرفیت دال در حمل بار افزایش یافته ناشی از حذف ناگهانی یک ستون میانی، کمک کند.
-1 مقدمه
امروزه به علت افزایش حملات تروریستی، مهندسان با چالشهای جدیدی در طراحی ایمن سازهها مواجه شدهاند. در طراحیهای گذشته بارگذاری ناگهانی در روند طراحی در نظر گرفته نمیشد، اما امروزه لازم است یکی سری ملاحظات در راستای ایمنی سازهها در مواجهه با بارهای ناگهانی در نظر گرفته شود
خرابی پی شرونده در آییننامهی ASCE/SEI7 - ASCE/SEI 2010 - به صورت "انت شار خرابی مو ضعی از یک عن صر به عن صر دیگر تعریف شده است، به گونهای که سرانجام آن، خرابی کل سازه یا بخش عظیمی از آن است." بالا بردن مقاومت سازه در طراحیهای معمول برای حوادث با احتمال رخداد پایین، انتخابی غیراقتصادی است؛ در همین راستا و برای طراحی سازه جهت مقاومت در برابر خرابی پیشرونده، در نظر گرفتن مکانیزم حمل بار ثانویه میتواند یک روش جایگزین و در عین حال مؤثر باشد. این مکانیزم حمل بار ثانویه شامل عمل زنجیری فشاری - CAA1 - و عمل زنجیری کششی - TCA2 - در تیرها هستند که در دالها به صورت عمل غشایی فشاری - CMA3 - و عمل غشایی کششی - TMA4 - نمود پیدا میکنند.
پس از انجام یک سری آزمایشها روی نمونههای در مقیاس ا صلی در آفریقای جنوبی تو سط Ockleston در سال 1955، نیروی غ شایی به عنوان یک نیروی موثر در افزایش ظرفیت دال شناسایی شد. آنچه از نتایج این آزمایشها حاصل شد این بود که هنگام در نظر گرفتن اثر غشایی فشاری، بار نهایی میتواند حداقل تا 4 برابر مقدار پیشبینی شده تو سط تئوری خط ت سلیم - ارائه شده تو سط ژوهان سن در سال - 1972 افزایش پیدا کند
با اینکه مدت زمان زیادی از مطرح شدن عمل غشایی در دالها میگذرد، با این حال مطالعات اندکی در این زمینه جهت جلوگیری از خرابی پیشرونده سازههای بتن آرمه انجام گرفته است. Hawkings و [3] Mitchell در سال 1979 فاکتورهای مؤثر در آغاز و گسترش خرابی پیشرونده در سازههای صفحه تخت را مورد بررسی قرار دادند.
Mitchell و Cook در سال 1984 جزئیات عمل غشایی کششی گسترش یافته در دالهای تخت برای جلوگیری از خرابی پیشرونده را مورد بررسی قرار دادند.
Qian و [5] Li در سال 2012 به صورت تجربی عملکرد سازههای تیر-دال بتن آرمه را هنگام فقدان یک ستون گوشهی سازه مورد بررسی قرار دادند. Qian و Li همچنین در سال 2013 اعتبار عمل زنجیری فشاری و کششی به وجود آمده در دالهای تخت در جلوگیری از خرابی پیشرونده را مورد بررسی قرار دادند و در تحقیقی دیگر طرحهای مقاومتی برای ارتقای رفتار دالها برای مقاومت در برابر خرابی توسط فیبرهای پلیمری خارجی را مورد بحث قرار دادند
-2 بررسی تئوری ژوهانسن و تئوری Park برای عمل غشایی در دالها
در روش خط تسلیم، دال به نواحی صلب تقسیم میشود که توسط نواحی پلاستیک موضعی - خطوط تسلیم - به هم متصل شدهاند. شکل1 خطوط تسلیم برای دال دو طرفه را به نمایش گذاشته است. ژوهانسن در سال 1972 تئوری خط تسلیم را پایهریزی کرد که به مهندسان امکان داد با یک روش ساده و منطقی دالهای بتن مسلح را تحلیل و طراحی کنند.
شکل :1 الگوهای خط تسلیم برای دال دوطرفه از چهار طرف مقید - a - مربعی - b - مستطیلی
تئوری خط ت سلیم ژوهان سن که تنها ح ضور نیروها و تنشهای بر شی را در خطوط ت سلیم دال در نظر میگیرد، برآورد منا سبی از بار نهایی، هنگام شکلگیری الگوی خط تسلیم بدون حضور نیروهای غشایی در دال را ارائه میدهد. با این حال نیروهای غشایی به واسطهی شرایط مرزی و هندسهی تغییرشکل نواحی مختلف دال، اغلب در دالهای بتن مسلح حضور دارند. اگر لبههای دال توسط المانهای مرزی سخت در برابر حرکت جانبی محدود شده باشند، همانطور که در شکل2 مشاهده میشود، نیروهای غشایی فشاری در صفحهی دال تشکیل میشوند و هنگام تغییرشکل دال، تغییر در هندسه موجب میشود که لبههای دال تمایل به حرکت به سمت بیرون داشته و نسبت به المانهای مرزی عکسالعمل نشان دهند.
نیروهای غشایی موجب افزایش مقاومت خمشی مقاطع دال در خطوط تسلیم میشوند - به شرطی که دال بیش از حد آرماتوربندی نشده باشد - . این مسئله سبب می شود بار نهایی دال بزرگتر از بار محاسبه شده توسط تئوری خط تسلیم ژوهان سن شود. در تغییرشکلهای بزرگتر، لبههای دال تمایل دارند که به سمت داخل حرکت کنند. اگر لبههای دال به صورت جانبی محدود شده باشند، نیروهای غشایی کششی ظاهر شده و دال را قادر میسازند به واسطهی عمل زنجیری میلگردها، بار قابل توجهی را تحمل کند.
شکل :2 تصویر شماتیک از اثر غشایی فشاری در دال
شکل3 منحنی بار-تغییر شکل مرکزی یک دال بتن مسلح مستطیل شکل دوطرفه را ن شان میدهد که مرزهایش به صورت جانبی مقید شدهاند. هنگامی که تغییرشکل مرکز دال از A تا B افزایش مییابد، الگوی خط تسلیم شکل میگیرد و با کمک نیروهای غشایی فشاری، دال به افزایش بار نهایی تا نقطهی B میرسد. باید تاکید کرد که نیروهای غشایی فشاری در تغییرشکلهای کوچک، نتیجهی ترک خوردن دال است.
هنگامی که تغییر شکل دال از مقدار آن در نقطهی B عبور میکند بار حمل شده تو سط دال به علت کاهش نیروی غشایی به سرعت کاهش پیدا میکند. وقتی منحنی به نقطهی C نزدیک میشود، نیروهای غشایی در ناحیهی مرکزی دال از فشاری به کششی تغییر میکند. برای دالها با مرزهای صلب تغییر شکل مرکزی دال در C تقریبا برابر با ضخامت دال است. بعد از نقطهی C، دال بار تحمل شده را تو سط میلگردهایش حمل میکند. با افزایش تغییر شکل مرکزی، دال به حمل بار با مقدار بیشتر ادامه میدهد تا در نقطهی D میلگردها شروع به شک ست کنند یا بع ضی از اجزای سیستم خراب شوند. در نهایت بار در نقطهی B به عنوان بارنهایی دال شناخته میشود.
شکل:3 رابطهی بار-تغییر شکل برای دال بتنی دوطرفه با لبههای مهارشده در برابر حرکت جانبی
تاکنون مطالعاتی روی اثر غشایی دالهای بتن مسلح انجام شده است، اما تنها تئوریهای تقریبی مقاومت نهایی مورد بررسی قرار گرفته و مطالعات به د شواریهای ترکیب کردن اثر غ شایی در طراحیها تاکید دا شتهاند. با این او صاف شکی نی ست که عمل غ شایی به طور قابل ملاحظهای موجب افزایش بار نهایی در بسیاری از سیستمهای دال بتن مسلح میشود
حال به برر سی تئوری Park برای عمل غ شایی در دالهای دوطرفه میپردازیم. طبق شکل4 دالی با لبههایی موازی با محورهای x و y و م سلح در هر دو راستا در نظر گرفته میشوند.
