بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله حاضر از یک مدل سه بعدی اجزائ محدود جهت بررسی رفتار غیر خطی مقاطع بتن آرمه در حالات کلی بارگذاری و بخصوص در حالت وجود لنگر پیچشی استفاده شده است. در برنامه کامپیوتری ای که به همین منظور نوشته شده، المان بیست گره ای سه بعدی جهت مدل نمودن بتن و نیز المانهای محوری مدفون برای میلگردها بکار گرفته شده است. رفتار بتن در فشار با استفاده از یک مدل پلاستیک بیان گردیده و در کشش نیز نحوه ظهور و گسترش ترکها با استفاده از تئوری ترک گسترش یافته - smeared crack - مدل شده است. همچنین در این تحقیق توجه ویژه ای به پدیده کاهش مقاومت فشاری بتن - compression softeneing - که در حالت وجود کرنشهای کششی در جهات متعامد اتفاق می افتد شده، و دقت پاره ای از روابط موجود در این زمینه مورد بررسی قرار گرفته شده است.
تحلیل تیرهای بتن آرمه تحت اثر پیچش و نیز تحت اثر توام پیچش و لنگر خمشی با استفاده از مدل فوق و مقایسه نتایج بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی موجود نشان میدهد که مدل ارائه شده قادر است که با دقت قابل قبولی رفتار غیر خطی سازه های بتن آرمه را در حالات عمومی بارگذاری پیش بینی کرده و از این رو می توان آنرا با اطمینان خوبی برای مطالعه و بررسی رفتار غیر ارتجاعی سه بعدی این سازه ها بکار برد.
١-مقدمه
رفتار پیچشی سازه های بتن آرمه موضوعی است که علیرغم اینکه بطور قابل ملاحظه ای تحت مطالعه قرارگرفته، ولی هنوز شناخت عوامل موثردرآن تحقیقات بیشتری را می طلبد. گرچه در حال حاضر برای پیش بینی مقاومت پیچشی اعضای بتن مسلح بطور وسیعی از روشهای" قیاس به خرپای فضایی" و یا "تئوری خمش کج" استفاده میشود]١[، ولی هنوز نکات مبهم زیادی در این خصوص وجود دارد بخصوص اینکه بسیاری از مفروضات بکار رفته شده در این تئوری ها دارای یک معیار صددرصد تئوریک نبوده و تطبیق دادن جوابهای بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی نیز در تعیین آنها موثر بوده است.
تحولات و پیشرفتهای اخیر در زمینه تحلیل سه بعدی سازه های بتنی با استفاده از تکنیک اجزا محدود سبب شده تا بتوان رفتار این سازه ها را قبل و بعد از بار گسیختگی با دقت بهتری پیش بینی نمود، از اینرو اکنون جزئیاتی را که قبلا یا با دقت کمی در نظر گرفته میشد و یا از آن صرفنظر میشد میتوان بطور منطقی تری مدل نمود. از جمله این موارد که در اعضائی دیده میشود که در آنها برش و یا پیچش تعیین کننده است، تقلیل مقاومت فشاری بتن بعلت وجودترکهای ناشی از کشش در جهات متعامد میباشد که در تحلیل اجزای محدود حاضردر نظر گرفته شده است.
٢-مدل اجزای محدود
دراین مقاله، ازالمان ایزوپارامتریک سه بعدی بیست گره ای با توابع شکل سرندیپیتی]٢[ و سه درجه آزادی انتقالی در هرگره برای مدل نمودن بتن استفاده شده، آرماتورها با استفاده از المانهای محوری مدفون در بتن - - Embedded مدل شده و چسبندگی کامل بین بتن و آرماتور در نظر گرفته میشود. از آنجا که معمولا استفاده از انتگرال گیری کامل در تحلیل اجزای محدود علاوه بر صرف زمان بیشترتوسط پردازنده، به جوابهای دست بالاتری هم منجر میشود، دراین مطالعه روش انتگرال گیری ١٥ نقطه ای پیشنهادی توسط آیرنز]٣[ بکار رفته شده است.
٣-مدل مصالح:
با توجه به اینکه در حالتهای بارگذاری سه بعدی المان بتن میتواند بطور همزمان تحت اثر تنشهای مختلف قرار گیرد، مدل بکار رفته شده باید قادر باشد تا رفتار غیر خطی بتن را در کشش، فشار و برش بدرستی مدل نماید.
١-٣- بتن
درمدل در نظر گرفته شده، رفتار فشاری بتن بصورت الاستوپلاستیک و با سخت شدگی کاری بیان میشود. معیار گسیختگی با رابطه - ١ - تعریف میشود که در آن I1 و J2 نامتغیرهای تانسور تنش بوده و σ تنش مؤثراست که خود تابعی از کار انجام شده میباشد، ثابتهای C و β با توجه به شرایط حدی بدست می آیند]٤.[ در کشش نیز رفتار بتن ابتدا خطی فرض شده وپس از رسیدن تنش اصلی حداکثر به مقدار مقاومت کششی، با استفاده از مدل ترک گسترش یافتهﺀ دارای جهات ثابت و متعامد، رفتار پس از ترک بتن مدل میشود.
بمنظور استفاده از مقاومت پس از ترک بتن، مدلهای خطی برای تعیین تنشهای کششی و برشی در بتن ترک خورده بکار گرفته شد - شکل١ - که در آن پس از باز شدن کامل ترک، مقاومت کششی به صفر رسیده و مقاومت جزئی برشی باقیمانده نیز ناشی از اثر آرماتور هاست - . - Dwell action مطالعات آزمایشگاهی جامعی که توسط وکچیو و کالینز]٦[ بعمل آمده نشان میدهد که بعد از ظاهر شدن ترک در بتن در صورت وجود کرنش های کششی در جهات متعامد، مقاومت فشاری بتن بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. این پدیده بنام نرم شدگی فشاری موسوم است.
