بخشی از مقاله
خلاصه
هدف از این تحقیق تحلیل عددی دیوارهای برشی بتن مسلح تحت بارهای یک جهته و چرخه ای و بررسی رفتار این دیوارها می باشد. برای مطالعه عددی کلیه ی شرایط از قبیل: ابعاد و مشخصات مصالح مربوط به چندین تحقیق آزمایشگاهی موجود در ادبیات فنی در نظر گرفته می شود. آنالیزها به کمک نرم افزار اجزا محدود آباکوس انجام و سپس با نتایج آزمایشگاهی کالیبره می شود.
در این مطالعه، دیوارها با ساده ترین شکل ممکن مدلسازی می شوند. بار وارده به دیوارها به صورت کنترل جابجایی است و تحلیل از نوع استاتیکی غیر خطی میباشد. در این تحقیق، دیوارهای برشی بتن مسلح تحت بارگذاری های مختلف یک جهته و چرخه ای قرار گرفته و سپس نمودار های بار- جابجایی دیوارهای مذکور ترسیم و مورد بررسی قرار می گیرد.
نهایتا نتایج عددی بدست آمده با نتایج موجود آزمایشگاهی مقایسه می شود. نتایج بدست آمده از تحلیل عددی در اکثر حالات نشان می دهد که روش عددی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد. لذا می توان این روش را در کاربردهای طراحی با اطمینان بالا استفاده نمود.
1. مقدمه
دیوارهای برشی بتن مسلح رایج ترین سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در سازه های بلند مرتبه هستند. این دیوارها نه تنها باید مقاومت کافی را در سازه ایجاد نمایند بلکه باید شکل پذیری کافی به منظور اجتناب از شکست ترد به خصوص تحت بارهای قوی لرزه ای را فراهم آورند.
در سال های اخیر روش های طرح لرزه ای توجه بیشتری بر محدود کردن جابجایی سازه در زلزله دارد. سختی درون صفحه بسیار زیاد این المانها و نقش آنها در باز توزیع نیروها از ستون به دیوار باعث کنترل جابجایی بسیار مناسب در سازه می گردد. بتن ماده ایست که رفتار غیر خطی از خود نشان می دهد و شبیه سازی عددی این ماده با توجه به رفتار غیر خطی همراه با مشکلات عدیده ای همراه است.
از دیگر مشکلات موجود در شبیه سازی این ماده، رفتار متفاوت آن در بارگذاری های کششی و فشاری می باشد. به طور کلی این ماده مقاومت بسیار کمتری در تنش های کششی نسبت به تنش های فشاری از خود نشان می دهد. مدل های پلاسیسیته تنها قادر به نشان دادن کرنش های برگشت پذیر و برگشت ناپذیر و محاسبه تنش ها بر اساس آن می باشند و نمی توانند ضعف و نقص ناشی از بارگذاری را مدلسازی نمایند.
از طرفی مدلهای خرابی تنها خرابی در مصالح را ارزیابی نموده و قادر به نشان دادن خواص خمیری و کرنش های پلاستیک نمی باشند. در مطالعه حاضر از ترکیب مدل پلاسیسیته و مدل های خرابی با نام مدل پلاسیسیته آسیب بتن3 برای شبیه سازی رفتار مصالح بتنی استفاده شده است.
2. معرفی رابطه ی تنش-کرنش برای تعریف بتن در فشار
در این مطالعه از نرم افزار آنالیز اجزا محدود ABAQUS و مدل پلاسیسیته آسیب استفاده شده است. معرفی رابطه ی تنش- کرنش تک محوری بتن در فشار و کشش از پارامترهای مهم در معرفی مدل پلاسیسیته آسیب بتن به نرم افزار می باشند. برای معرفی رابطه ی تنش-کرنش فشاری تک محوره بتن به نرم افزار، از رابطه ی هاگنستاد1 اصلاح شده در شکل - - 1 استفاده شده است. از روابط - 1 - و - 2 - به منظور معرفی تنش فشاری بتن بر حسب کرنش فشاری به نرم افزار استفاده میگردد. در این روابط کرنش نظیر تنش حداکثر است. در تحقیق حاضر برای نمونه هایی که اطلاعی از مقدار آنها در دست نبوده از مقدار 0,002 استفاده شده است که مقداری منطقی برای بتن های معمولی است.
در رابطه ی - 2 - تنش حداکثر در عضو بتنی است. ضریب را میتوان برای بتن های با مقاومت فشاری استوانه ای 15، 20، 25، 30 و مساوی بزرگتر از 35 مگاپاسکال به ترتیب برابر 1، 0,97، 0,95، 0,93 و 0,92 در نظر گرفت. شاخه نزولی منحنی هاگنستاد اصلاح شده به صورت خطی است
مقدار متناظر با کرنش نهایی نظیر شکست فشاری بتن است، که برای انواع بتن از 0,003 تا بالاتر از 0,005 گزارش شده و در این مقاله مقدار آن برابر با 0,0038 در نظر گرفته شده است. استفاده از رابطه ی هاگنستاد اصلاح شده منجر به رفتار بهتر در محاسبات میگردد .
شکل-1 منحنی هاگنستاد و هاگنستاد اصلاح شده بتن در فشار
3. رابطه ی تنش-کرنش بتن در کشش
معرفی رابطه ی تنش- کرنش بتن در کشش تنها به اثرات بعد از ترک خوردگی که در واقع معرف اثرات سخت شدگی است، اختصاص دارد. اثر سخت شدگی کششی بیانگر این مطلب است که سختی ماده پس از ترک خوردن ناگهان صفر نمی شود بلکه در اثر درگیری دانه ها و عمل فولادها، ماده قابلیت انتقال بار را از طریق فضای بین ترک ها دارا می باشد.
در مدل سازی انجام شده در این مطالعه برای منحنی تنش - کرنش بتن بعد از ترک خوردگی، از رابطه ی توصیه شده توسط دستورالعمل نرم افزار استفاده شده است. این مدل رابطه ی تنش - کرنش بتن بعد از ترک خوردگی را به صورت خطی فرض می نمایدکه تا کرنش نهایی 10 برابر کرنش ترک خوردگی ادامه دارد. شکل - - 2 رابطه ی تنش-کرنش بتن در کشش تک محوره را معرفی می نماید.
شکل-2 پاسخ بتن در کشش تک محوره توصیه شده در نرم افزار اجزا محدود
4. پارامتر آسیب
شکل - - 3 متغیر آسیب را در نمودار تنش-کرنش تک محوره بتن نشان می دهد. در این شکل، d متغیر زوال سختی است که مقدار آن در محدوده صفر - ماده ی آسیب ندیده - تا یک - ماده ی کاملا آسیب دیده - متغیر است.[5] در واقع در منحنی های تنش-کرنش تک محوره، آسیب بتن توسط دو متغیر و مشخص می شود. رابطه این متغیر با مدول الاسیسیته آسیب دیده بتن، E به صورت زیر بیان می شود:
این عبارت هم برای حالت کششی و هم برای حالت فشاری بکار می رود. انتخاب مشخصات آسیب از آن جهت حایز اهمیت است که به طور کلی، مقادیر آسیب بیش از حد، اثر نامطلوبی در نرخ همگرایی خواهد داشت.
شکل-3 منحنی تنش - کرنش تک محوره بتن- - الف - در فشار- - ب - در کشش
