بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله تحلیل غیرخطی استاتیکی و دینامیکی قاب فولادی خمشی با سیستم سقف کوبیاکس مورد بررسی قرار گرفته است. جهت مدل سازی نمونه و تحلیل از نرمافزار المان محدود - Abaqus - استفاده شده است. در ادامه تشکیل مفاصل پلاستیک، رشد ترک و اثر بار انفجار در این قاب مورد مطالعه قرار گرفته است. در این مقاله سازه تحت شتابنگاشت های با PGA های مختلف قرار گرفته است. نتایج نشان داد که بیشترین ترک تحت اثر بار انفجار و شتابنگاشت های مختلف در مرکز و گوشه های دال دو دهانه اتفاق افتاده است.
-1 مقدمه
دال های بتن آرمه به خاطر مزایایی از جمله رفتار و عملکرد مناسب، شکل پذیری، سهولت در اجرا و ضخامت کم، یکی از دال های مرسوم و با کاربرد فراوان است. در خصوص دال های بتن آرمه معمولی از مدتها پیش تحقیقات و آزمایشهای فراوانی به عمل آمده به طوریکه هم اکنون در قالب آئین نامه ها و کتاب ها ضوابط طراحی آنها تدوین شده و در دسترس قرار دارند. ایده کاهش وزن ساختمان ها و اجرای سازه های سبک در تاریخ مهندسی سازه همواره مورد توجه متخصصان، پژوهشگران و مجریان در سراسر جهان بوده و اثرات اثبات شده آن بر بهبود رفتار و کاهش نیروهای وارد بر سازه محققان را به ایجاد طرح های نوین ترغیب نموده است.
اسکات در سال 1973با انجام یک آزمایش بر روی دال های توخالی با حفره استوانه ای پیش ساخته ماشینی با یک لایه بتن درجا را انجام و به این نتیجه رسید که افزایش لایه بتن فوقانی درجا، موجب افزایش مقاومت نهایی دال می شود.[1] یودا و استایت من در سال 1991بر روی میزان افزایش ظرفیت های برشی آزمایش های اسکات کار کردند و با مطالعه پارامترهایی نظیر نیروی پیش تنیدگی، ضخامت کلی دال و نسبت دهانه به عمق موثر به نتایجی دست یافتند.[2] بایاسی و کیسر در سال 2003روی نحوه استفاده از برش گیرها در دالهای توخالی به نتایجی رسیدند.[3] دول و اسمیت در سال 2006نیز روی کنش متقابل بتن درجا و بتن پیش ساخته در دال های توخالی تحقیق کردند.
[4] در سال 2007آیین نامه ساختمان فنلاند بر مبنای نتایج آزمایشگاهی پاجاری، کاهش مقاومت برشی دال های توخالی را تایید کرده است.[5] در این مطالعات ترک های طولی در زیر جان دال ها نزدیک تگیه گاه ها مشاهده شدند. بیشترین تغییر شکل برشی بر روی دال کناری تکیهگاه اعمال می شود.[6] درسال 2001 در کشور آلمان برای دال های توخالی آیین نامه DIN 1045-1 تدوین شد.[7] هگر، روژندورف و کرکنی درسال 2009تحقیقات آزمایشگاهی وسیعی با در نظر گرفتن پارامترهایی نظیر برش عرضی دال توخالی، سختی خمشی تیر فولادی، جزئیات تکیهگاهی، قیود افقی دال ها و پرکردن بخشی از سوراخهای انتخاب شده دال انجام دادند.[8] برونینگ از کشور دانمارک در سال 1997 برای اولین بار ایجاد کف هایی مشابه سقف های حبابی را پیشنهاد داد، سپس توسط مهندسین مشاورAEC ، پروفسور نیلسن، گادمند- هویر تحقیقات آزمایشگاهی وسیعی در زمینه عملکرد دال حبابی به عمل آمد.[9] در سال 1998 آزمایشاتی بر روی دال حبابی برای چک کردن آیین نامه DIN 1045 آلمان انجام شد.
-2 معرفی نرم افزار مورد استفاده
یکی از پر کاربرد ترین نرمافزارها در زمینه انجام آنالیزهای اجزای محدود، نرمافزارABAQUS است. این نرمافزار در سال 1978 توسط Paul Sorensen، BengtKarlssonو David Hibbitt ایجادشد. در ابتدا برای کاربرد در انرژی هسته ای و مهندسی حفاری طراحی شده بود چرا که مهندسین در این شاخه ها به ابزاری برای مطالعه ی مسائل پیچیده وغیرخطی نیاز داشتند. از آنجا که این نرمافزار بر اساس مسائل غیرخطی بنا گذاری شده توانایی بالایی جهت شبیه سازی جهان واقعی دارد. این نرم افزار به کاربر توانایی مدل کردن پیچیده ترین پدیده ها را با در نظر گرفتن اثرات بسیار ظریف می دهد. بدین ترتیب با توسعه دامنه ی وسیع صنایع در سال های 1980 تا 1990 این نرمافزار به عنوان نرمافزار منتخب در میان سایر نرمافزارها جایگاه ویژه ای یافت.
استفاده از نرمافزار ABAQUS با وجود اینکه مجموعه ی قابلیت های بسیار گسترده ای را در اختیار کاربر قرار می دهد، کار نسبتا ساده ای می باشد. پیچیده ترین مسایل را می توان به آسانی مدل کرد. به عنوان مثال مسائل شامل بیش از یک جزء را می توان با ایجاد مدل هندسی هر جزء و سپس نسبت دادن رفتار ماده مربوطه به هر جزء و سپس مونتاژ اجزاء مختلف مدل کرد. در اغلب مدلسازی ها، حتی مدل های با درجه غیرخطی بالا، کاربر می بایست تنها داده های مهندسی نظیر هندسه مساله، رفتار ماده مربوط به آن، شرایط مرزی و بارگذاری آن مساله را تعیین کند. در یک تحلیل غیرخطی، ABAQUS به طور اتوماتیک میزان نمونه بار و تلرانسهای همگرایی را انتخاب و همچنین در طول تحلیل مقادیر آن ها را جهت دستیابی به یک جواب صحیح تعدیل می کند. در نتیجه کاربر به ندرت می بایست مقادیر پارامترهای کنترلی حل عددی مساله را تعیین کند.
-3 انواع دال های توخالی - کوبیاکس -
دال های توخالی بسته به نحوه ساخت به سه دسته زیر تقسیم می شوند:
1. دال توخالی ساده
2. دال نیمه پیش ساخته
3. دال پیش ساخته
این سیستم در مقایسه با دیگر سقف ها دارای مزایای متعددی می باشد که می توان به طراحی، اقتصادی، ایمنی اشاره کرد.
از نظر طراحی:
کاهش وزن سازه 30 الی 50 درصد، افزایش شکل پذیری سازه ها، افزایش مساحت بازشوها، افزایش مقاومت لرزه ی سازه
از نظر اقتصادی:
صرفه جویی در مصرف مصالح تا 50 درصد، جلوگیری از نصب شبکه های آرماتور در محل کارگاه، کاهش هزینه های حمل و نقل
از نظر ایمنی:
بالا رفتن مقاومت در برابر آتش، ایمنی در برابر انفجار، ایمنی در برابر زلزله به علت کاهش وزن، ایمنی در برابر رطوبت به دلیل نفوذپذیری پایین
-4 طراحی براساس آئین نامه - - DIN1045 و - DIN1045-1 - سقف های توخالی - کوبیاکس - مانند دال های دو طرفه می باشد که در حالت کلی با استفاده از روش های طراحی مرسوم برای دال های صلب، مطابق با استاندارد متداول سازه های بتن آرمه - DIN1045 - یا - DIN1045-1 - طراحی می شود.
-5 صحت سنجی نمونه
در این مطالعه تحلیل عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS انجام شده است. همچنین تحلیل از نوع استاتیکی و در این تحلیل از روش کنترل نیرو استفاده شده است. نتایج تغییر مکان به دست آمده برای دال های بتنی مجوف کنترلی و آزمایشگاهی در - جدول - 1 نشان داده شده است.[11]
