بخشی از مقاله
خلاصه
با توسعه تکنولوژي بتن، استفاده از بتن با مقاومت بالا در سازهها افزایش یافته است، به طوري که امروزه بطور فزاینده اي از بتن با مقاومت بیش از110 مگا پاسکال، در سازههاي بتنی مناطق زلزله خیز استفاده می شود. این نوع بتن، بطور نسبی داراي طبیعت شکننده اي بوده که باعث گسیختگی ناگهانی و تردگونه آن می گردد. از این رو، براي اصلاح رفتار، افزایش مقاومت و انعطافپذیري ستون هاي ساخته شده از این نوع بتن، از اثر دورگیري - محصور شدگی - استفاده می شود. در این پژوهش، مدل هاي تحلیلی پیشنهاد شده براي محاسبه مقاومت ستونهاي بتنی محصور شده مورد ارزیابی قرار میگیرد.
از سوي دیگر، بررسی هاي انجام شده نشان می دهد که در تعیین مقاومت نهایی این نوع ستون ها، لازم است که عدم قطعیت هاي مربوط به ماهیت ناشناخته عوامل موثر در ایجاد مقاومت، در نظر گرفته شود. براي این کار لازم است که با انجام یک تحلیل احتمال اندیشانه، عدم قطعیت هاي ناشی از طبیعت آماري متغیر ها را به صورت روابط ریاضی در آورده و ملاحظات ایمنی - قابلیت اطمینان - را بطور کمی وارد فرآیند طراحی نمود. در این مقاله، براي در نظر گرفتن این عدم قطعیت ها، مقاومت جاري شدن فولاد جانبی و مقاومت بتن به صورت متغیرهاي تصادفی با تابع چگالی احتمال نرمال و لگ نرمال با ضرایب پراکندگی 10، 15 و 20 درصد در نظر گرفته می شود. براي تولید متغیر هاي تصادفی فوق، از روش مونت کارلو استفاده می گردد. با استفاده از متغیر هاي تولید شده، پارامتر هاي مربوط به مقاومت مقطع محصور شده محاسبه و با نتایج آزمایش مقایسه می گردد. بدین ترتیب قابلیت اطمینان هر یک از مدل هاي پیشنهادي مشخص و سطح ایمنی هر کدام تعیین می گردد.
کلمات کلیدي: تحلیل احتمال اندیشانه، روش مونت کارلو، بتن با مقاومت بالا، دورگیري.
1.مقدمه
وجود عدم قطعیت در هر یک از قسمت هاي تحلیل سازه مانند ویژگی هاي مواد، هندسهي سازه و بارگذاري سبب دور شدن نتایج از مقدارهاي واقعی میگردد. یک راهکار عملی براي حل این مشکل، انجام تحلیل احتمال اندیشانه و شبیهسازي رفتار سازه در اثر این عدم قطعیت ها میباشد. متداولترین روش در تحلیل احتمالاندیشانه، فرایند شبیهسازي مونت-کارلو میباشد1]، 2 و.[3 این شیوه بر پایهي تولید پاسخ سازه بهصورت عددي استوار است.با توسعه تکنولوژي بتن، استفاده از بتن با مقاومت بالا در سازهها افزایش یافته است. امروزه تکنولوژي بتن تا حدي پیشرفت کرده که دستیابی به مقاومت 100MPa و بیشتر بسادگی امکانپذیر است.
علیرغم رشد روزافزون استفاده از بتن با مقاومت بالا، این نوع بتن یک ماده نسبتاً ناشناخته بشمارمیرود. اکثر مسائل ناشناخته مربوط به بتن با مقاومت بالا از یکسو ناشی از طبیعت شکننده آن و از دیگر سو ناشی از عدم قطیعت هاي موجود به خاطر تصادفی بودن ویژگی هاي مواد تشکیل دهنده آن می باشد. جلوگیري از شکست ترد و افزایش انعطافپذیري ستونهاي بتنی با مقاومت بالا با محصور کردن آنها امکانپذیر است. تحقیقات نشان میدهند، با محصور کردن ستونهاي بتنی با مقاومت بالا، هم مقاومت و هم انعطافپذیري آنها افزایش مییابد.در این مقاله، ابتدا به روش معمول و با انجام تحلیل یقیناندیشانه، مدلهاي تحلیلی موجود براي محاسبه مقاومت ستونهاي بتنی محصور شده مورد ارزیابی قرار میگیرد. سپس، براي در نظر گرفتن عدمقطعیت هاي ناشی از تصادفی بودن مواد تشکیل دهنده بتن با مقاومت بالا، مقاومت جاري شدن فولاد جانبی و مقاومت بتن بصورت متغیرهاي تصادفی با تابع چگالی احتمال نرمال و لگ نرمال با ضرایب پراکندگی 10، 15 و 20 درصد در نظر گرفته می شوند.
براي شبیهسازي متغیر هاي تصادفی فوق، از روش مونت کارلو استفاده میگردد. با استفاده از متغیر هاي شبیهسازي شده، پارامتر هاي مربوط به مقاومت مقطع محصور شده محاسبه و با نتایج آزمایش مقایسه میگردد. بدین ترتیب قابلیت سطح ایمنی هر یک از مدل هاي پیشنهادي مشخص و قابلیتاطمینان هریک تعیین میگردد.این راهنما به منظور استفاده مولفین مقالات کامل براي نوشتن مقالات فارسی مطابق الگوي استاندارد و واحد این کنگره تهیه شده است. رعایت این ضوابط براي همه مولفین محترم اجباري است. توجه نمایید که متن حاضر نیز با رعایت همین ضوابط تهیه شده است و میتواند جهت نمونه عملی مورد استفاده قرار گیرد - البته پس از حذف علائم و توضیحات راهنماي اضافی - .
2.مروري بر مدلهاي تحلیلی موجود
در طول سال هاي گذشته نگاه محققان به مسأله مقاومت نهایی ستونهاي ساخته شده از بتن با در نظر گرفتن اثر دورگیري معطوف گشته و کارهاي بسیاري نیز در این زمینه انجام گرفته است. تا کنون آزمایشهاي بسیاري توسط محققان به منظور بررسی تأثیر مشخصات مکانیکی بتن و فولاد روي مقاومت نهایی مقاطع بتنی محصورشده صورت گرفته است. افرادي که در این زمینه فعالیت داشته اند با استفاده از نتایج و مشاهدات آزمایشگاهی، رابطههایی را براي تخمین مقاومت نهایی مقاطع بتنی با در نظر گرقتن اثر دورگیري پیشنهاد کرده اند. تعدادي از این رابطهها در زیر ارائه شده است.
ساچوغلو و رضوي در سال 1996 براي محاسبه مقاومت بتن محصور شده رابطه زیر را پیشنهاد کردند :[4]که در آن f ′cc مقاومت محصور شده بتن و f ′co مقاومت محصور نشده بتن بوده و رابطه بین k1 و fle که با استفاده از تحلیل داده هاي آزمایشگاهی بدست می آید به صورت زیر بیان می شود:
در این رابطهها s گام دورپیچ، bc بعد مقطع و α زاویه بین فولادهاي جانبی و بعد مقطع می باشد.ضریب k2 در ستون هاي دایره اي دورپیچ و همچنین در ستون هاي مربعی مساوي 1 در نظر گرفته می شود. در ستون هاي مستطیلی k2 از رابطه - 5 - به دست می آید:
همان طور که در رابطه - 4 - ملاحظه می شود، از مقاومت جاري شدن فولاد جانبی براي محاسبه fl استفاده گردیده است. ساچاوغلو و رضوي در سال 1999 براي محاسبه مقاومت بتن محصور شده رابطه زیر را پیشنهاد کردند :[4]
تمام پارامترهاي این رابطه با رابطه - 1 - یکسان است با این تفاوت که از مقاومت جاري شدن فولاد جانبی براي محاسبه fl استفاده نمی شود بلکه به جاي f y از f s - رابطه - - 7 - استفاده میگردد: همچنین k2 با رابطه زیر تعریف می شود:
در مرجع [5] رابطه ریشارت براي محاسبه مقاومت بتن محصور شده به صورت زیر بیان گردیده است:
و ρsp درصد فولاد جانبی است. ملاحظه می شود که از مقاومت جاري شدن فولاد جانبی براي محاسبه f2−2 استفاده شده است. همچنین ریشارت پیشنهاد کرد به جاي استفاده از مقاومت جاري شدن فولاد جانبی میتوان از مقاومت واقعی آن استفاده کرد - رابطه - 4 - در جدول . - 1 در آیین نامه هاي ACI و AASHTO، ظرفیت بار محوري یک ستون بتنی مسلح با استفاده از رابطه زیر تعیین میگردد :[6] که در آن Ag سطح مقطع کل عضو فشاري Ast سطح فولاد طولی و f y مقاومت جاري شدن فولاد طولی و fco مقاومت بتن محصور نشده است. کاسون و پولتره [7]، براي محاسبه مقاومت بتن محصور شده رابطه زیر را ارائه کردند:
در این رابطه، freمشابه fle در رابطه - 3 - محاسبه می شود و fo مقاومت محصور شده بتن fcp مقاومت محصور نشده بتن می باشند. فوستر در سال 2001 رابطه زیر را پیشنهاد کرد :[8] که در آن frمشابه روش محاسبه fle در روابط ساچوغلو و رضوي، تعیین می گردد و fo مقاومت محصور شده بتن و fcp مقاومت محصور نشده بتن می باشد. C پارامتر دورگیري بوده و درحالتی که f ′cp ≤ 80MPa باشد مساوي 4 و اگر f ′cp f 80MPa باشد مساوي 3 در نظر گرفته میشود. مجموعهاي از روابط فوق در جدول - 1 - ارائه شده است. براي بررسی میزان دقت رابطههاي ارائه شده در جدول 1، مقدار تخمین زده شده توسط این رابطهها با نتایج آزمایشگاهی مقایسه می شود. در شکل1نتایج حاصل از رابطه - 1 - با نتایج آزمایش مقایسه شده است. همانطور که در این شکل دیده میشود، مدل 1 مقاومت برخی از نمونهها را بیش از حد برآورد میکند. از آن جا که در این مدل از مقاومت جاري شدن فولاد جانبی به جاي مقاومت واقعی فولاد در محاسبات فشار محصور کننده استفاده میشود، میتواند سبب تخمین بیش از حد نتایج - تا حدود 40 درصد - گردد.بمنظور بررسی دقت رابطه - 2 - ، نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل از این رابطه در شکل2 مقایسه شده است. لازم به ذکر است که در این مدل از مقاومت فولاد جانبی در محاسبات تنش محصور کننده استفاده نمیشود.
