بخشی از مقاله
تحلیل قوس های آجری نیم دایره ایرانی به روش ماکرو با استفاده از نرم افزار ANSYS
خلاصه
بی شک یکی از جلوه های ارزشمند، بارز و تفکیک ناپذیر معماری سنتی ایران، قوس های با مصالح بنایی هستند. هر چند به علل مختلف نظیر تنوع زیاد این قوس ها از نظر شکل هندسی و نحوه اجرا، کاهش کاربرد در ساختمان های مدرن و امروزی، افزایش ستفاده از مصالح جدید نظیر بتن و فولاد و غیره تاکنون مطالعه و بررسی کامل و جامعی بر روی رفتار سازه ای این گونه اعضا انجام نشده است؛ اما درک رفتار سازه ای این قوس ها و نیز انجام مطالعات تخصصی در این زمینه، در امر بازسازی، تعمیر، نگهداری و همچنین مقاوم سازی آنها و نیز استفاده از این قوس ها در کاربردهای امروزی مفید می باشد. در این تحقیق سعی بر آن است، تا با استفاده از تکنیک مدل سازی ماکرو به کمک نرم افزار اجزاء محدود ANSYS، قوس نیم دایره در سه دهانه 4، 5 و 6 متر به صورت سه بعدی مدل سازی شده و تحت بار استاتیکی وزن، آنالیز خطی بر روی آن انجام گیرد. در ادامه نتایج به دست آمده با نتایج تحلیل مدل سازی میکرو مقایسه و مورد تحلیل و بررسی قرار می گیرد.
کلمات کلیدی: قوس، مدل سازی میکرو، مدل سازی ماکرو، مدل سازی عددی.
1. مقدمه
سازه های تاریخی نماد تمدن هر کشوری می باشد و قبل از همه موارد مؤثر دیگر، پاسداری از آنها به عهده فضاهای دانشگاهی آن کشورمی باشد. نظر به ضرورت داشتن شناسای خصوصیات سازه های ذکر شده، مقاله حاضر، جهت رسیدن به آن هدف تهیه گردید. در این مطالعات، نتایج نهایی تحلیل میکرومدل قوس نیم دایره به روشهای اجرایی، رومی و ضربی(روش های رومی و ضربی دو روش برای اجرای طاقهای سنتی می باشند) با چهار دهانه 4، 5 و6 متر، با نتایج نهایی تحلیل ماکرومدل قوس های متناظر، مقایسه و تحلیل گردیده است(شکل.(1
شکل -1 بخش های مختلف یک قوس نیم دایره[1]
2. معرفی روش های مدل سازی
برای مدل سازی در نرم افزار ANSYS از دو روش، میکرو1 و ماکرو2 استفاده شده است. در روش میکرو تمام اجزا تشکیل دهنده سازه از جمله، آجر و ملات با خصوصیات مورد نظر مدل گردید و در نهایت نتایج مربوط به هرکدام از پارامتر ها، در اجزا تشکیل دهنده سازه به صورت جداگانه مورد بررسی قرار گرفت. در مدل سازی ماکرو کل اجزا تشکیل دهنده سازه به صورت یک جسم یکپارچه مدل گردید و در نهایت نتایج مربوط به هرکدام از پارامتر ها، مورد بررسی قرار گرفت.
3. خصوصیات مکانیکی مصالح بنایی
در این مدل سازی مصالح تشکیل دهنده قوس که عبارتند از: آجر و ملات، به صورت مصالح همگن در نظر گرفته شده اند و خصوصیات مکانیکی مصالح بنایی آجری، در جدول 1 آمده است.لازم به ذکر می باشد که در این جدول تنها خصوصیات مکانیکی مورد استفاده برای مدل سازی ماکرو آورده شده است.[2]
مشخصات ابعاد قوس نیم دایره مورد مطالعه
ابعاد قوس نیم دایره در این تحقیق از پایه تا رأس قوس ثابت بوده و بنابراین تابع ابعاد تکیه گاه قوس می باشد. بنابراین جهت معرفی ابعاد قوس، نخست به تعریف ابعاد تکیه گاه پرداخته خواهد شد. لازم به ذکر است در این نوع قوس ها هدف، پرداختن به آنالیز تنش های حداکثر کششی و فشاری و تغییرمکان حداکثر تحت مدل سازی به دو روش میکرو و ماکرو می باشد. در ادامه به مقایسه نتایج حاصل از این دو روش مدل سازی پرداخته خواهد شد.
الف- طول تکیه گاه (L)؛ طول تکیه گاه عبارتست از وجهی از تکیه گاه قوس که عمودبر صفحه قوس می باشد. این طول در قوس نیم دایره از تعداد دو آجر تشکیل شده است که ملات به ضخامت 1 cm (ملات قائم) فضای بین دو آجر را پر کرده است. ملاک انتخاب تعداد آجر برای این بعد از قوس، نتایج حاصل از مشاوره با استادکاران این گونه بناها بوده است. این بعد از قوس در تمامی قوس ها مشترک و به میزان 41 cm است.
ب - عرض تکیه گاه (S)؛ عرض تکیه گاه عبارتست از بعد کوچکتر تکیه گاه کـه در صـفحه قـوس قـرار دارد و در قـوس نـیم دایـره برابـر بـا عرض یک آجر انتخاب شده است. لازم به ذکر است که، آجرها از نوع مربع با سطح 20× 20 cm بوده، بنابر این عرض تکیه گاه 20 cm درنظـر گرفتـه شده است (شکل.[4](2
شکل -2 نمایش طول تکیه گاه((L و عرض تکیه گاه)[4])S
5. بارگذاری، شرایط مرزی و معرفی نوع المان مورد استفاده در مدل سازی
قوس ها تحت بارگذاری استاتیکی وزن قرار دارند و شرایط مرزی در تکیه گاه ها عبارت از سه درجه آزادی چرخشی می باشد. به عبارت دیگر تکیه گاه ها در مقابل جا بجایی در جهت x,y,z مقید شده اند. در این مدل سازی ها از برنامه ANSYS14 و المان سازه ای SOLID 65 که یک المان هشت گرهی و چهار وجهی است استفاده شده است. المان در هر گره دارای سه درجه آزادی عبارت از جابجایی در جهت z,y,x می باشد. این المان قابلیت ترک خوردن در کشش و نیز خرد شدن در فشار را دارد، که جهت مدل نمودن مصالح ترد و نیمه ترد بسیار مناسب است. بارزترین جنبه این المان رفتار غیر خطی آن است. همچنین این المان دارای خاصیت ایزوتروپیک (همسانگردی) بوده و قابلیت تغییر شکل های پلاستیک و نیز خزش را دارد. از این المان جهت مدل سازی، بهره گرفته شد.[5]
6. حداکثر مقادیرتنش و تغییرمکان قوس های نیم دایره در مدل سازی به روش میکرو[4]
در جدول 2 مقادیر که به ترتیب معرف حداکثر مقادیر تغییر مکان تنش کششی و
تنش فشاری قوس ها با د هانه های 4، 5، 6 متر در مدل سازی میکرو می باشند، آورده شده است. لازم به ذکر است که، در تمام قوس های مدل شده در دهانه های مذکور، مقادیر حداکثر در آجرها اتفاق افتاده است.[4]
7. حداکثر مقادیرتنش و تغییرمکان قوس های نیم دایره در مدل سازی به روش ماکرو
در جدول 3 مقادیر که به ترتیب معرف حداکثر مقادیر تغییرمکان ، تنش کششی و تنش فشاری قوس ها با دهانه های 4، 5، 6 متر در مدل سازی ماکرو می
