بخشی از مقاله
چکیده
در بعضی اعضای بتنی مسلح نسبت ارتفاع به دهانه بزرگتر از حد معمول می باشد و از طرفی ضخامت مقطع در مقایسه با ارتفاع کوچک است و همچنین نیروهای خارجی و واکنش های تکیه گاهی نیز در صفحه قرار دارند وتقریباً می توان گفت که یک حالت تنش صفحه ای در بتن وجود دارد، چنین اعضایی را تیر عمیق گویند. هدف از این مدلسازی عددی به روش اجزای محدود ایجاد یک آزمایشگاه مجازی به منظور تأثیر پارامترهای مختلف بر روی سازه می باشد. لذا این نکته حائز اهمیت است که فرضیات مدل سازی و پاسخ های حاصل از تحلیل توسط مقایسه با نتایج آزمایشگاهی کنترل و صحت سنجی شده است. نتایج نشان می دهند که اولین ترکها در تیرهای عمیق دارای بازشو درگوشهی بازشو رخ میدهد و با ادامهی بارگذاری به سمت محل اعمال بار و تکیهگاه گسترش مییابد. مد گسیختگی در تیرهای عمیق وابسته به محل و اندازه بازشو است. همچنین با افزایش اندازه بازشو شاهد کاهش قابل توجه در ظرفیت نهایی و افزایش در جابهجایی نهایی تیر هستیم.
-1 مقدمه
تیرهای عمیق بتن مسلح دارای نسبت ارتفاع به دهانه بیش از حد معمول بوده و ضخامت آنها در مقایسه با ارتفاع ناچیز است و نیروهای خارجی و واکنشهای تکیهگاهی واقع در صفحه عضو، حالت تنش صفحهای را ایجاد میکند. تیرهای عمیق که یکی از اعضای بتنی مهم در سازههای ساختمانی و غیر ساختمانی به شمار میرود در مقایسه با تیرهای معمولی رفتار پیچیده و متفاوتی دارند. این پیچیدگی، بیشتر شامل مکانیزم گسیختگی حاکم یعنی گسیختگی برشی آنها میباشد. نمونه تیرهای عمیق را میتوان مطابق شکل 1 در دیوار مخازن و سیلوهای بتن مسلح، دیوارهای برشی، دالهای پلیسهای و کیسونها - شالودههای جعبه ای در سازه های دریایی - مشاهده نمود. به دلیل شرایط معماری و تغییر در عملکرد سازه، تعبیه بازشو در مواردی غیر قابل اجتناب می باشد و باعث کاهش ظرفیت نهایی عضو می شود، در سه دههی اخیر مزایای استفاده از پلیمر کامپوزیتهای مسلح شده با الیاف1 برای مقاومسازی و تقویت سازهها توسط محققین زیادی نشان داده شده است. استفاده از این روش در مقاوم سازی تیرها عمیق دارای بازشو نیز به میزان قابل توجهی باعث افزایش ظرفیت نهایی این تیرها میگردد.
-2 پیشینه تحقیق
تیرهای عمیق بتن مسلح یکی از موضوعات قابل توجّه در مهندسی سازه میباشد. در حدود 70 سال است که محققین بر روی تیرهای عمیق دو سر ساده کارهای عددی و آزمایشگاهی انجام میدهند. هم چنین چندین گزارش در مورد رفتار تیرهای عمیق با دهانهی پیوسته منتشر شده است و در مورد تیرهای عمیق دو سر گیردار فقط گزارشهای عربزاده در دسترس میباشد .[1] در سالهای 1992 تا 1997 آزمایشاتی توسط عربزاده روی تیرهای عمیق بتن مسلح تحت شرایط متفاوت تکیهگاهی صورت گرفت. تیرها تحت بار متمرکز مرکزی از بالا با تکیهگاههای ساده و پیوسته و گیردار قرار گرفتند. مشخصات هندسی و میلگرد مصرفی برای هر سه سری آزمایش مشابه بوده است. برای هر سری 4 گروه در نظر گرفته شد که دو گروه اول دارای دهانهی 800 میلیمتر و عمق 400 میلیمتر - نسبت دهانه به عمق - 2 و عرض50 میلیمتر بودند. گروه سوم دارای دهانهی1680 میلیمتر، عمق 750 میلیمتر وعرض 75 میلیمتر - نسبت دهانه به عمق - 2/24 بودند. میلگرد فشاری 0/15تا 1/70 درصد سطح مقطع کل بتن و میلگرد کششی 0/15تا 1/47 درصد سطح مقطع کل بتن و تقویتهای افقی و قائم جان برای هر گروه متفاوت بوده است..[1] ون یائو و شاین جیان در سال 2001 گزارشی در مورد تعیین مقاومت برشی تیرهای عمیق ارائه دادند، که در این گزارش 123 تیر عمیق دوسر ساده مورد بررسی قرار گرفتهاند. در سال 2002 سان وشین و جان کن مقالهای تحت عنوان مقاومت برشی تیرهای عمیق بتنی با بتن مقاومت بالا ارائه دادند که در این مقاله 53 تیر عمیق دو سر ساده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته اند. کونگ و همکارانش 24 نمونه تیر عمیق با بتن سبک را جهت بررسی نحوهی تأثیر طول مهاری انتهایی آرماتورهای کششی روی رفتار تیرها مورد مطالعه قرار دادند. این تحقیق اولین تلاش جهت اعتبار بخشی به تأثیر مفید فشارهای عمودی در مقاومت چسبندگی تیرهای عمیق است. کونگ در آزمایشاتش طول مهاری آرماتورهای کششی را کاهش داد و رفتار نهایی تیرها را با آیین نامهی ACI-318-92 و
سایر روشهای پیشنهادی طراحی مقایسه کرد. وی مشاهده کرد که:
.1 با کاهش طول مهاری از 25 تا 10 تفاوت فاحشی در بار نهایی ، عرض ترکها و تغییر مکان تیر مشاهده نمیگردد.
.2 تأثیر آرماتورهای مایل جان در رفتار تیر مؤثرتر از آرماتورهای قائم است.
.3 با در نظر گرفتن فشارهای عمودی، طول مهاری برابر با 17/5 که برابر یک قلاب استاندارد ACI-318-92 میباشد و بدون ارضای شرایطMin{12in or 305mm} منطقی بوده و مهار کافی را تأمین مینماید .[2]
Aguiler و همکاران با تست بر روی 4 نمونه تیر عمیق بتنآرمه به بررسی رفتار آنها و مقایسه نتایج با فرایندهای طراحی برشی موجود درآییننامهی ACI-318-99 و پیوست A آییننامهی ACI-318-02 پرداختند. نتایج نشان داد که علیرغم مودهای خرابی متفاوت، بارهای خرابی و جابجایی نهایی در هر 4 نمونه مشابهاند و هر دو فرآیند طراحی ACI به پیشبینی محافظهکارانهایی مقاومت برشی تیرهای عمیق تک دهانه منجر میشوند. همچنین مقررات مربوط به سهمبندی آرماتور قائم و افقی توزیع شده در جان مطابق بخش 11.8.8 آییننامه ACI-318-99 رفتار کلی نمونههای تستی را به خوبی منعکس نمی-کند و روش STM موجود در پیوست A آییننامهی ACI-318-02 معرفی بهتری از مکانیسم ظرفیت باربری در خرابی در اعضای خمشی عمیق را ارائه داده و منجر به کاهش مقدار آرماتور قائم و افقی توزیع شده میشود .[3] Zang و Tan آزمایشهایی بر روی تیرهای عمیق با یک دهانه انجام دادند. هدف بررسی اثر بارگذاری نامتقارن و نامساوی در مقاومت و رفتار تیرهای عمیق دو سر ساده بود برای این منظور14 نمونه آزمایشگاهی ساخته و در انتها یک روش STM برای محاسبه بار نهایی پیشنهاد شد. نتایج به شرح زیراست:
-1 افزایش نسبت تأثیری در ظرفیت برشی ندارد چون تغییر آشکاری در زاویه نواحی فشاری در داخل دهانهی شکست بوجود نمیآید.
-2 ظرفیت باربری با افزایش کاهش مییابد.
-3 در دهانههای بزرگتر زاویه نواحی فشاری کمتر از دهانهی کوچک بوده و باعث مقاومت برشی کمتر میشود.
-4 با افزایش مقاومت برشی به دلیل کاهش شیب نواحی فشاری کاهش مییابد .[4]
کونگ و شارپ، 24 نمونه تیر عمیق بتن سبک دارای بازشو را مورد بررسی قرار دادند .[5] نتایج این بررسی نشان داد که آرماتورهای جان تأثیری در مود گسیختگی تیرها ندارد و مود گسیختگی این تیرها وابسته به موقعیت و اندازهی بازشو است، اگر این بازشو مسیر باربری2 - خط واصل بین محل بارگذاری و تکیهگاه - را قطع کند بر روی ظرفیت باربری نهایی تیر نیز تأثیر گذاشته و باعث کاهش ظرفیت باربری تیر میشود و اگر این مسیر توسط بازشو قطع نشود میتوان آن را مانند تیر عمیق بدون بازشو در نظر گرفت و روابطی را برای محاسبهی ظرفیت باربری نهایی تیرهای عمیق دارای بازشو ارائه دادند. حالت اول زمانی که بازشو مسیر بارگذاری را قطع نکند که در این صورت تیر را میتوان مانند تیر بدون بازشو در نظر گرفت
و ظرفیت نهایی تیر از رابطهی 1 بدست میآید.
