بخشی از مقاله
خلاصه
بعضی از تیرهای بتن مسلح به نسبت دهانه شان دارای ارتفاع بزرگتر از معمول می باشند به چنین تیرهایی تیر عمیق گویند و این تیر طبق آیین نامه دهانه های آزاد تیر کوچکتر یا مساوی چهار برابر عمق کلی تیر باشد یا برروی تیر بارهای متمرکزی در محدوده دو برابر عمق تیر از وجه تکیه گاه وارد شده باشد. تیر عمیق یک عضو سازه ای است که در ساختمانهای بلندو سدها و همچنین به عنوان تیرهای انتقالی جهت کم کردن تعداد ستون های طبقه زیرین یا بیشتر کردن فاصله ستون ها در یک طبقه خاص بکار برده می شوند.
غالبا جهت آسان کردن اجرای سرویس های اساسی مثل مجراها، کانال های هوا، دسترسی به کابلهای الکتریکی و کامپیوتری، تاسیسات مکانیکی در جان تیرهای عمیق بتن مسلح بازشوهایی اجرا می کنند در این پژوهش 5 تیر عمیق بتن مسلح با مقطع –Tشکل که در نرم افزار اجزای محدود Abaqusبا و بدون بازشو در جان تیر مدل شده است و پارامتر های ابعاد بازشو و محل قرارگیری آنها در جان این تیر بررسی شده است.
.1 مقدمه
کاربرد اجزای سازه ای می تواند تحت تاثیر معماری، سازه ای و یا هردو قرار گیرد . بنابراین رفتار و عکس العمل آنها در مقابل اعمال بارهای وارد متاثر از ابعاد آنها خواهد بود. یکی از این اجزاء در هر سازه تیر ها هستند که بارهای وارده را به ستونها و یا اینکه مستقیم به زمین انتقال می دهند، چنانچه در پی ها استفاده شوند. بنابراین شکل هندسی آنها بستگی دارد به کاربری آنها، به عبارت دیگر چنانچه در پارکینگها بخواهند ایجاد فضا مناسب برای مانور بیشتر ماشین ها، به وجود آورند بعضی از ستون ها حذف میشوند و این عمل باعث خواهد شد که ارتفاع تیرهای رابط بسیار زیاد شوند به حدی که از حالت تیر معمولی خارج شده و دیگر دارای رفتار یک تیر معمولی نباشند.
قوانین و روابطی که به منظور تحلیل تیرهای ساده به کار می رود در تحلیل و طراحی این اعضا مناسب نمی باشد. اعضایی با خصوصیات فوق را تیر تیغه و یا تیر عمیق می نامند. در طراحی ساختمان های مدرن تعبیه بازشوهای عرضی در تیرها برای عبور لوله ها و داکتها تاسیساتی رو به افزایش است. استفاده از اینگونه روش ها نقش موثری در کاهش فضای مرده و ارتفاع غیر مفید سازه را داشته است و منجر به طراحی فشرده تر و اقتصادی تر می شود .
.2 تعریف تیر عمیق
بعضی از تیرهای بتن مسلح به نسبت دهانه شان دارای ارتفاع بزرگتر از معمول می باشند. دراین تیرها نیروهای خارجی و واکنشهای تکیه گاهی در صفحه عضو قرار دارند و یک حالت تنش صفحه ای در بتن به وجود می آید، به چنین تیرهایی تیر عمیق گویند
به طور کلی تیر عمیق به تیری گفته می شود که نسبت دهانه به ارتفاع آن کمتر و یا مساوی پنج باشد
.3 تعریف تیر عمیق بر اساس آیین نامه
بر اساس آیین نامه بتن ایران - آبا - از تیر عمیق تحت عنوان " قطعات خمشی با ارتفاع آزاد" یا "تیر تیغه ها" نام برده است. آبا برای این تیرها شرط نسبت ارتفاع مقطع به دهانه آزاد بزرگتر از دو پنجم برای دهانه یکسره ویا بزرگتر از چهار پنجم برای دهانه های ساده را ذکر کرده است
به دلیل رفتار پیچیده این تیرها تعریف دقیقی که مورد تایید همه آیین نامه ها باشد وجود ندارد. ولی در اکثر مراجع برای نسبت دهانه - L - به عمق - D - تیر کمتر از 5 را به عنوان تیر عمیق می شناسند. به طوری که در آیین نامه اروپایی نسبت L به D کمتر از 2/5 و آیین نامه های آمریکایی این نسبت را 4 و آیین نامه کانادا آنرا تا 5 در نظر می گیرند
.4 علت ایجاد بازشو در تیر عمیق
در ساختمان های مرتفع برای جلوگیری از افزایش هزینه های ساخت و نیز برای کاهش بار زلزله کوشیده می شود قسمتی از تاسیسات سازه را از داخل تیرها عبور داد و در ضخامت سازه ای سقف می توان به نحوی کارآمد از ضخامت کلی سقف کاست برای حصول این امر در جان تیرهای عمیق بتن مسلح بازشوهایی اجرا می کنند
.5 مروری بر تحقیقات انجام شده
روش های مختلفی برای بدست آوردن پاسخ اعضای سازه ای تا کنون بکار برده شده است.آزمایش های آزمایشگاهی به عنوان روشی برای آنالیز المان های سازه ای به طور گسترده ای به کار رفته است. اگرچه این روش نتایجی به دست می دهد که تا حد زیادی منطبق بر واقعیات است، اما بسیار وقت گیر و پرهزینه است. استفاده از روش آنالیز المان محدود برای مطالعه اعضای سازه ای، یکی دیگر از روش هایی است که امروزه به کار می رود.
از دهه 60 تاکنون تحقیقات مختلفی بر روی تیرهای عمیق انجام شده که از جمله می توان به آیین نامه - 1995 - ACI، دفترچه راهنمای انگلیسی - 1977 - CIRIA و روش های تعادل نیرو [7] اشاره کرد.
یادآور می شویم تحقیقات مذکور شامل تحلیل های استاتیکی در راستای تعیین بار نهایی و نوع گسیختکی بوده ودر زمینه تحلیل دینامیکی مستنداتی در دست نیست. عربزاده - 1382 - ، 9 تیر عمیق انتخاب نمود و مدل کامپیوتری آنها را با نرم افزار ANSYS ساخته است. معیار استفاده شده برای شکست بتن در این پزوهش، معیار ویلیام می باشد که در سال 1976 ارائه شده است. این معیار قادر است موارد زیر را مدل کند :
ترک خوردگی در سه جهت درهرنقطه انتگرال گیری، رفتار بتن بصورت همگن، آرماتور درسه جهت دلخواه در المان قابل مدلسازی و آرماتور دارا رفتار غیرخطی.
هدف از انجام این تحلیل به دست آوردن مدل های اصلی ارتعاش آزاد و ارتعاش قائم و فرکانس های مربوط به آنها و تاثیر هندسه و آرماتورگذاری در فرکانسهای پایین و همچنین بدست آوردن بیشینه بار می باشد. بدین منظور دو نوع آنالیز مودال و هارمونیک انجام شده است. نتایج حاصل از تحلیل های کامپیوتری این دو آنالیز به شرح ذیل است:
-1 مدل ساخته شده در ANSYS برای تیرهای عمیق دوسر ساده نتایج قابل قبولی ارائه میکند و برای طراحی و تحلیل و تخمین بارنهایی و مکانیزم شکست از اعتبار لازم برخوردار است.
-2 بیشینه بار هارمونیکی ترک در محدود 20 تا 35 درصد بارنهایی حاصل از تحلیل استاتیکی است.
تا کنون آقایان Mnsu و - 1999 - Tang ، Kong و - 1977 - Sharp مطالعات زیادی روی تیرهای دوسر ساده انجام دادند اما اندک مطالعاتی روی رفتار تیرهای دودهانه پیوسته صورت گرفته است که این مساله علت رویکرد مقاله جهانگری و خالو به تیرهای پیوسته بوده است. در این پژوهش هشت مدل را در نرم افزار ANSYS ایجاد و آنالیز شد و نتایج ذیل بدست آمده است:
-1 با افزایش اندازه بازشو مقاومت برشی تیرها کاهش می یابد.
-2 با انتقال بازشو از دهانه برشی خارجی به دهانه برشی داخلی و ثابت ماندن شکل و اندازه بازشو، مقاومت برشی به نصف کاهش می یابد.
-3 در بارهای بالاتر، تیرهای دارای بازشوی بزرگتر در دهانه برشی داخلی، بیشترین خیز را در بار معین دارند.
برهانی - 1390 - ، در پایان نامه خود با عنوان بررسی پارامترهای تحلیل غیرخطی در مدل سازی تیرهای عمیق بتن مسلح هدف از تحقیقات خود را رفتار تیرهای عمیق بتن مسلح و مقایسه نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود با نتایج آزمایشگاهی ذکر کرده است. در اواسط سال 1950 روش اجزای محدود به عنوان مهمترین روش عددی در تحلیل های مهندسی شناخته شده است. در سال 1965 توسط پیوا و سیز، رفتار تیر عمیق بر اساس مقاومت نهایی مورد بررسی قرار گرفته است.
یافته های آزمایشگاهی توسط لئونادر نشان می دهد که مقدار تنش قبل از ترک خوردگی با پیش بینی های تحلیل الاستیک مطابقت دارد. در سال 1994 ، عبدالرسول رنجبران با استفاده از روش اجزا محدود پارامترهای رفتاری بتن - مدول فشاری، کششی و برشی - را در تحلیل غیر خطی قابهای بتن آرمه و تیرهای عمیق مورد بررسی قرار داد. در سال ,2007 خلف ابراهیم محمد مطالعه ای بر روی تیرهای عمیق بتنی دارای بازشو انجام داد بر اساس تحقیقات ابراهیم محمد تفاوت در موقعیت قرار گیری بازشوها رفتار تیرها را غیر قابل پیش بینی می کند
.6 تحلیل غیر خطی توسط نرم افزار ABAQUS
یکی از پرکاربردترین نرم افزارها در زمینه انجام آنالیزهای اجزای محدود، نرم افزار ABAQUS است. آباکوس قابلیت حل مسایل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده ترین مدلسازی غیر خطی را دارا میباشد. این نرمافزار دارای مجموعه المانهای بسیار گستردهای میباشد که هر نوع هندسهای را میتوان توسط این المانها مدل کرد.
مدل پلاستیک – آسیب نرم افزار Abaqus بر پایه مدل ارایه شده به وسیله لوبلینر - 1989 - و اصلاح شده به وسیله لی و فنوس - 1998 - قرار دارد. تحت فشار محصور کننده کم بتن رفتار ترد از خود نشان می دهد و مکانیزم اصلی گسیختگی در این مدل ترک خوردگی کششی و و خردشدگی فشاری است.
