بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله به بررسی رفتار درون صفحه اي دیوارهاي محصور شده با کلاف هاي بتنی پرداخته می شود و نحوه شکل گیري ترك و تغییر شکل دیوار در هنگام تاثیر نیروهاي جانبی مورد مطالعه قرار می گیرد. بر مبناي نتایج حاصل از تحلیل دیده می شود که به دلیل تاثیر محصور شدگی ناشی از کلاف هاي بتنی، ترك خوردگی عمدتا به صورت قطري اتفاق می افتد. همچنین در ادامه به بررسی میزان تاثیر قرارگیري دیوارها در مجاورت یکدیگر در منحنی هاي رفتاري و مقایسه آن با نمودار رفتاري هر یک از دیوارها به صورت منفرد پرداخته می شود.
1. مقدمه
سازه هاي بنایی به دلیل هزینه هاي پایین و اجراي آسان و سریع یکی از پر کاربردترین سیستم هاي سازه اي در بسیاري از کشورهاي اروپا، آسیا و آمریکاي لاتین می باشد. با این حال آسیب هاي وارده به این گونه از سازه ها در زلزله سال هاي اخیر مانند زلزله طئکهطپل در سال 1999 در ترکیه و زلزله بم در سال 2003 در ایران، ضرورت بازبینی و اصلاح سریع سازه هاي بنایی که در آنها از المان هاي کلاف به درستی استفاده نشده است را یادآوري می کند.
ساختمان هاي بنایی محصور شده شامل المان هاي بتنی مسلح یا فولادي می باشند که به صورت عمودي و افقی در گوشه هاي دیوار، محل تقاطع دیوارها و نیز در اطراف در و پنجره قرار داده می شوند. به طور کلی کلاف ها در هنگام وارد شدن نیروهاي جانبی از فرو پاشی دیوار جلوگیري کرده و سبب افزایش مقاومت و شکل پذیري دیوار می شوند. این رفتار را در دیوار هاي آجري که در قابهاي بتنی یا فولادي قرار گرفته اند نیز می توان مشاهده کرد با این تفاوت که در دیوارهاي بنایی محصور شده با کلاف، آجر به عنوان مولفه اصلی مقاومت در برابر بارهاي جانبی است و المان هاي کلاف تنها به عنوان عناصر کمکی بشمار می روند ولی در قاب هایی که با دیوار بنایی پر می شوند، قاب ها به عنوان عناصر اصلی مقاومت هستند و دیوار بنایی - بسته به سختی آن - تنها به عنوان یک قید مهاري در نظر گرفته می شوند.
تاثیر المانهاي محصور کننده نیز مستقیما تحت تاثیر پارامتر هایی مانند : موقعیت قرار گیري، اندازه، نوع، شکل، جزئیات آرماتور گذاري - در کلاف هاي بتنی - و تعداد کلاف هاي قائم و افقی می باشد. هرچند در طول زمان جزئیات مربوط به دیوارهاي بنایی محصور شده براساس ساخت و سازهاي مرسوم در هر ناحیه گسترش پیدا کرده است، اما با طراحی و ساخت ساز تجربی همراه با مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی و نیز مشاهدات خسارات وارده به آنها یک درك جامعی از مدهاي گسیختگی و الگوي هاي شکست این دسته از دیوارها بدست آمده است و نشان داده است که چگونه می توان عملکرد لرزه اي دیوارهاي بنایی را بهبود بخشید.
به طور کلی پارامترهاي مختلفی در رفتار دیوارهاي بنایی محصور شده با کلاف هاي بتنی موثر می باشند که از آن جمله می توان به خصوصیات واحد هاي بنایی و ملات، وجود بازشو، نسبت ابعادي دیوارهاي بنایی و مشخصات کلاف ها اشاره نمود. با توجه به وابستگی زیاد این دیوارها به پارامترهاي مذکور، عموما در بسیاري از آیین نامه ها ضوابط تجویزي براي طراحی و اجراي آنها معرفی شده است. در این تحقیق به منظور بررسی نقش کلاف ها در پاسخ دیوارهاي بنایی، شبیه سازي و بررسی عددي تاثیر نحوه چیدمان کلاف ها مد نظر قرار گرفته است.
2. مدل سازي :
در مقاله حاضر از نسخه اصلاح شده نرم افزار پحسخققهح استفاده شده است. در این نرم افزار براي مدل سازي ملات از المان تماسی استفاده می-شود. این المان یک المان شش گرهی است که براي مدل سازي ملات بین دو آجر اصلاحاتی بر روي آن انجام شده است، به این صورت که توسط سه ضریب که بیان گر ضریب زبري، ضریب مقاومت تسلیم و ضریب سختی می باشد مشخصات ملات مدل سازي می شود
در این تحقیق هر آجر با دو المان مدل سازي می شود به طوري که یک المان تماسی بین آن ها و در امتداد درز ملات هاي قائم قرار داده می-شود این المان تماسی به گونه اي تعریف می شود که مشخصاتی مشابه به رفتار آجر داشته باشد. المان تماسی علاوه بر مکان هاي یاد شده در نقاطی که بیشترین احتمال گسیختگی وجود دارد نیز قرار داده می شود تا احتمال وقوع ترك خوردگی و جدا شدگی بررسی شود. این نواحی شامل ملات بین آجرها و همچنین محل اتصال دیوارهاي بنایی با کلاف هاي قائم و افقی و همچنین محل اتصال کلاف ها می باشد. البته بدیهی است که مشخصات المان هاي تماسی با توجه به محل قرار گیري آنها تعیین می شود، براي مثال المان تماسی که در محل اتصال کلاف افقی و عمودي قرار می گیرد مشخصات مصالح المان کلاف را دارد.
شکل – 1 نحوه مدل سازي آجر و ملات به صورت یک المان پیوسته
3. اعتبارسنجی مدل سازي انجام شده :
نرم افزار خققهح توسط صالحی و سلطانی براي مدل سازي دیوارهاي بنایی توسعه داده شده است اما تاکنون از این نرم افزار براي مدل سازي دیوارهاي بنایی کلاف دار استفاده نشده است. در این تحقیق ابتدا جهت بررسی صحت مدل سازي ها، نتایج آزمایشگاهی مورد بررسی قرار می گیرد
آنها سه دسته دیوار با نسبت ابعادي مختلف را مورد بررسی قرار داده اند. مشخصات تعدادي از آنها در جدول 1 و 2 آورده شده است.
جدول -1 مشخصات مصالح جدول -2 مشخصات هندسی دیوارها
کلاف عمودي و افقی به ترتیب داراي ابعادي برابر15×15 و 15×20 می باشند که در هر کدام از آن ها از چهار آرماتور نمره 4 استفاده شده است. به عنوان نمونه مقایسه شکل تغییر شکل یافته دیوار و توزیع ترك ها در مدل آزمایشگاهی و عددي در شکل 2 ارائه شده است.
شکل – 2 تغییر شکل و ترك خوردگی در دیوار شماره 2 و مقایسه آن با تغییر شکل آزمایشگاهی
با آغاز شکل گیري ترك در قسمت میانی پانل و گسترش آنها به سمت کلاف هاي عمودي، سختی پانل به تدریج دچار کاهش می شود. این ترك ها معمولا به صورت پله اي از ملات بین آجرها عبور می کند. بعد از شکل گیري ترك رفتار دیوارهاي بنایی کلاف دار براساس تغییر شکل برشی است و مقاومت دیوار ناشی از اصطکاك قفل بست بین آجر و ملات می باشد. در این مرحله دیوار ترك خورده کلاف هاي قائم را به کناره ها کشیده و سبب ایجاد کشش در آنها می شود. در حقیقت محصور کردن مد گسیختگی دیوار بنایی را تغییر می دهد و نرخ کاهش سختی دیوار را کند تر می کند، بنابراین عملکرد لرزه اي دیوار بنایی محصور شده بعد از ترك خوردگی بهبود پیدا می کند.
نقطه اوج منحنی پاسخ دیوار معمولا همراه با گسترش ترك ها به انتهاي کلاف هاي عمودي است. رفتار دیوارهاي بنایی محصور شده بعد از نقطه اوج بارگذاري به میزان قابل توجهی تحت تاثیر جرئیات آرماتور گذاري کلاف هاي عمودي است. از جمله مشخصات این مرحله از بارگذاري می توان به شکل گیري ترك هاي عمودي در مرز مشترك دیوار و کلاف قائم و جدایی این المان ها از یکدیگر و نفوذ ترك ها در واحدهاي بنایی که در تغییر شکل هاي بزرگ معمولا باعث خردشدگی آجر در قسمت میانی پانل می شود و نیز گسترش ترك در بتن و خردشدگی آن و گسیختگی آرماتور در نواحی بحرانی کلاف قائم را نام برد. در این مرحله سختی باقی ماننده در حدود 20 درصد سختی اولیه و مقاومت تقریبا 20 درصد کمتر از مقاومت حداکثر خواهد بود.
شکل –3 مقایسه منحنی هاي تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی
با مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج تحلیلی دیده می شود که با استفاده از این نرم افزار می توان منحنی رفتاري دیوار و مد شکست آن را به خوبی پیشبینی کرد. از المان هاي تماسی علاوه بر مدل سازي ملات بین دو آجر، می توان جهت بررسی احتمال بروز جداشدگی در قسمت هاي مختلفی از دیوار نیز استفاده کرد. با قرار دادن این المان در محل اتصال کلاف افقی و قائم و محل اتصال دیوار با پی و مشاهده تغییر شکل دیوار در هنگام جابجایی می توان نتیجه گرفت که در این نواحی بیشترین امکان جداشدگی وجود دارد بنابراین قرار ندادن طول مهاري مناسب در این نواحی سبب جداشدگی و کاهش ظرفیت خواهد شد.
