بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت موضوع سازه در امر ساختوساز کشور، توجه هر چه بیشتر به ایمنی و اقتصاد جامعه و استفاده مناسب از سرمایه ملی، لزوم استفاده هر چه بیشتر از مصالح نوین را بیشازپیش آشکار میسازد. امروزه دالهای بتنی مشبک یکی از فنآوریهای نوین مورداستفاده در ساختمانهای بتنی هستند که سازگاری کامل با بهرهوری مناسب و بهینه،مخصوصاً در دهانههای بلند را دارا هستند.
در این مقاله بهمنظور تحلیل عددی دالهای مشبک وافل مدلسازی سهبعدی اجزاء محدود در نرمافزار قدرتمند سیف انجامگرفته و با نتایج معتبر آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده است. تحقیقات ثابت میکند مدل سهبعدی اجزاء محدود استفادهشده در این تحقیق ، روش صحیح و مؤثری برای تحلیل دالهای مشبک وافل میباشد که میتواند بهعنوان روشی برای طراحی دالهای مشبک مورداستفاده قرار گیرد.
تحلیلهای غیرخطی انجامگرفته بر روی دالهای مشبک وافل نشان داده است که مقاومت فشاری بتن، ارتفاع تیرچهها و همچنین ضخامت بتن رویه فشاری، تأثیر قابلتوجهی بر میزان خیز حداکثر وسط دهانه دالهای وافل دارد . با افزایش مقاومت فشاری بتن و همچنین ضخامت رویه بتن، خیز حداکثر دالهای وافل کاهش مییابد بهنحویکه افزایش مقاومت فشاری از 20 تا 60 مگا پاسکال کاهش 31 درصدی خیز و افزایش از 20 تا 40 میلیمتری ضخامت رویه کاهش 57 درصدی خیز را به دنبال داشته است.
-1 مقدمه
امروزه دالهای مشبک بتنی به دلیل مزایای فراوان ،در صنعت ساختمانسازی موردتوجه قرارگرفتهاند که این مهم مستلزم تحلیل و طراحی درست و هر چه بهینهتر این نوع دال بتنی است. [1] یکی از مشکلات اصلی سازههای بتنی، بهخصوص در دهانههای بلند و غیرمتعارف، ایجاد محدودیت در خیز وسط دهانه و همچنین وجود آویز تیرها و درنتیجه لزوم استفاده از سقف کاذب است که محدودیتهای معماری را به دنبال دارد . این موضوع یکی از عوامل عدم اشتیاق به استفاده از سقفهای دال تیر است زیرا با افزایش ضخامت و وجود سقف کاذب، علاوه بر مخارج سنگین، محدودیتهای معماری دیگری به دنبال میآورد. برای افزایش عمر مفید دال بتنی و کاهش هزینههای ناشی از وجود بتن اضافی ، میتوان با افزایش تعداد تیرچههای به وجود آمده و حذف بتن اضافی ، خیز حاصل از اعمال بارها را کاهش داد.
-2 پیشینه تحقیق
تحقیقات انجامشده تا قبل از سال 1986، پیرامون سختی و رفتار دال مشبک وافل بسیار محدود و بهطورکلی نتایج آن بر پایه رفتار الاستیک مواد استوار بود. حوالی سال 1960 برای پیشبینی پاسخ الاستیک این سازه به بار معین، استفاده از تخمین دقیق سختیهای مختلف سازه برای طراحان ضروری بود. بعدها نتایج آزمایشگاهی نشان داد که این راهحلهای ساده کافی نیست زیرا یک دال مشبک نمیتواند لنگر پیچشی برابر با لنگر یک دال توپر با همان ممان اینرسی، ایجاد کند بلکه لنگرهای خمشی و تغییر مکانهای قایم در دو نوع دال مشبک و توپر با یکدیگر متفاوت است.
روشهای تجربی توصیهشده در آییننامههای ACI و BS در سال 1995 بر این باور بود که اگرچه تفاوتهای قابلتوجهی در رفتار دو نوع دال وجود دارد اما رفتار دال وافل و دال توپر تحت بار یکسان، باهم مشابه است همچنین در دالهای وافل، کاهش نسبت سختی خمشی به پیچشی باعث میشود باری که توسط المانهای پیچشی منتقل میشوند،کاهش یابد. نظریه صفحه عمودی کهعموماً در مورد رفتار الاستیک سازههای فولادی مطرحشده بود، در مورد طراحی دال مشبک وافل نیز مطرح شد.
عبدالوهاب و خلیل از دانشگاه بغداد در سال 2000، سختی دال بتنی مشبک وافل دارای محورهای اصلی را مورد بررسی قرارداد و نتایج آن بدین شرح بود که روش ریگوروس برای محاسبه سختی پیچشی دقیق بسیار دشوار است اما تخمین خوبی برای مقایسه نتایج نمونه است. نتایج آزمایشگاهی بررسی دال وافل با ترکخوردگی الاستیک و بدون ترکخوردگی، به نتایج تحلیل تئوری بسیار نزدیک است. همچنین ضخامت معادل استفادهشده برای سختی پیچشی، در حالت ترکخورده، بیش از مقدار واقعی، برآورد شده است و لحاظ کردن سختی دال در حالت ترکخورده به میزان 0.25 حالت ترک نخورده، تخمین بهتری ارائه میدهد. وی دریافت که در بار نهایی، یک دال توپر در مقایسه با دال وافل، با اعمال %60 بار گسیخته میشود.
احمد عبدالرحمن عبد المقصود از دانشگاه زقازیق در سال 2005 تحت مقالهای با عنوان آنالیز دال مشبک وافل با بازشو، تأثیر اندازه ناحیه صلب بر روی نوارهای طراحی در شرایط وجود بازشو و عدم وجود بازشو، تأثیر اندازه سرستون بر روی بار نهایی، مقایسه نتایج تحلیل خطی و غیرخطی بر اساس آییننامه مصر بر روی دال کاملاً تیرچهای و تأثیر بازشوها بر روی عرض نوارهای طراحی را موردبررسی قرارداد.
آلرانو از دانشگاه ASCE در سال 2010 تحت مقالهای، در مورد برش پانچ در دالهای مشبک وافل تحقیقاتی انجام داد و به این نتایج دستیافت که نیروهای برشی کم، رفتار اتصالات را بهبود میبخشد بهطوریکه اگر نسبت کمتر از یک باشد ، اتصالات، تغییر مکان نسبی نهایی را به میزان %2 افزایش میدهد. زمانی که نسبت افزایش میابد ، کاهش سختی اتصالات با سرعت بیشتری اتفاق میافتد.
در بخش 9.7.3 آییننامه NTC میزان تغییر مکان نسبی را به عدد 0.006 محدود میکند درصورتیکه در این تحقیق نتیجه میشود که این عدد محافظهکارانه بوده و باید عدد بزرگتری برای طراحی در نظر گرفته شود. استفاده از میلگرد گذاری برشی بهصورت گلمیخ ، تنها برای بارهای کم و تغییر مکانهای محدود، مناسب است زیرا بهخوبی میلگردهای طولی را در برنمیگیرد. استفاده از دال وافل پیشتنیده بدون نواحی صلب در اطراف ستونها توصیه نمیشود.
اچوتز و همکاران از دانشگاه ASCE در سال 2014 تحت مقالهای با عنوان آنالیز آزمایشگاهی و عددی دال مشبک وافل برای سقف پارکینگ، به این نتیجه رسید که استفاده از نرمافزار اجزای محدود SAP2000 با تخمین میزان تغییر مکانها و لنگر خمشی، نتایج بسیار نزدیکی با مطالعات آزمایشگاهی نشان میدهد.
هر دو مدل شبکهای و مدل اجزای محدود نتایج خوبی برای نمایش رفتار سازه تحت بار سرویس هستند اما مدل اجزای محدود نسبت به مدل شبکهای بسیار دشوار بوده و معمولاً برای طراحی ساختمانهای معمولی در حالت عادی مناسب نیست. او به این نتیجه رسید که تحلیل خطی دال وافل برای سازههای تحت بار کم و با ترکخوردگی محدود در صورت لحاظ کردن سختی واقعی سازه مناسب است و تحلیل غیرخطی با هرکدام از مدلهای اجزای محدود یا شبکهای برای نشان دادن خیز و یا لنگر تحت بار سرویس مناسب هستند.
-3 روش تحقیق
پارامترهای متعددی بر روی سازوکار دالهای مشبک ازجمله مقاومت فشاری بتن، فاصله تیرچهها، ضخامت دال رویه، ضخامت کل دال، ابعاد بلوکهای پلاستیکی، چیدمان میلگردها، اختلاف در میزان بارگذاری و ... تأثیرگذار است که مسلماً در نظر گرفتن همهی این موارد نیازمند داشتن دانش بالا و صرف وقت و هزینهی زیاد است. به همین دلیل در تحلیلهای انجامگرفته تنها بخشی از این پارامترها در نظر گرفتهشدهاند و در برخی حالات از یک سری سادهسازیها جهت انجام تحلیل استفادهشده است.
در این مقاله مدلسازی سهبعدی اجزاء محدود به کمک نسخه 12.3.0 نرمافزار سیف صورت گرفته است. مدلسازی سه بعدی اجزاء محدود یک ابزار بسیار قوی و مفید برای تحلیل اعضای پوستهای مانند دالهای بتنی است.
از امکانات قابلتوجه در مدلسازی این تحقیق در نظر گرفتن اثرات ترکخوردگی در رفتار غیرخطی دالهای بتن آرمه تحت بارهای وارده، محاسبه و تعیین پارامترهای تحلیل خیز در سقفهای مشبک و تعیین روشی جهت تحلیل دالهای مشبک وافل در نرمافزار سیف است.[4] مطالعات پارامتری انجامگرفته در این پژوهش شامل در نظر گرفتن تأثیر مقاومت فشاری بتن، ضخامت بتن رویه - فشاری - و ارتفاع تیرچهها بر روی خیز در دالهای مشبک میباشند.
-4 صحت سنجی
صحت سنجی مدل المان محدود غیرخطی این پژوهش با نتایج آزمایشگاهی معتبر عبدالوهاب و خلیل - چاپشده در ژورنال سازهی مهندسی 1 - 2000 انجامشده است. تعداد 6 دال مشبک و همچنین 2 دال توپر با مشخصاتی که در شکل - 1 - آمده، مدل شدهاند. تکیهگاهها در فواصل 1500*1500 میلیمتری بهصورت ساده بوده بهطوریکه دوران حول صفحه عمود بر دال آزاد است. یک صفحه فولادی با ابعاد 150*150 میلیمتر بر روی یک ناحیه مربعی 300*300 میلیمتری سخت شده قرارگرفته است. نمونههای مدل آزمایشگاهی تحت بارهای مختلف در شکل - 1 - و شکل - 2 - آورده شده است.
شکل:1 مشخصات نمونههای مدل آزمایشگاهی
