بخشی از مقاله
چکیده
ناحیه مهاری در اعضای بتن آرمه پیشتنیده محل مهار کابلهای پر مقاومتی است که جهت تقویت آن اعضا به صورتهای پسکشیده و یا پیشتنیده، در درون و یا بیرون اعضا اجرا میشوند؛ از جمله موارد استفاده از این سیستم تقویتی پل ها بوده، چرا که تحت اثر بارهای استاتیکی و دینامیکی بزرگی قرار دارند. از آنجایی که این نواحی مهاری در معرض نیروها و در نتیجه تنشهای بزرگی ه ستند، نواحی آشفته تنش بوده و در نتیجه روابط معمول آییننامههای تحلیلی و طراحی، برای آنها دقیق نیست و منجر به طراحی ایمن نمی شود.
از این رو آییننامههای معتبر طراحی دنیا نظیر ACI و AASHTO در طراحی این نواحی آ شفته تنش، علاوه بر روشهای تحلیلی و طراحی کامپیوتری، استفاده از روش جایگزینی به نام مدل خرپایی را مجاز می دادند. در این مقاله با استفاده از روش مدل خرپایی، به طراحی ناحیه دیافراگم مهاری به کار رفته در عرشهی پلها با شاه تیر جعبهای بر اساس روابط ارائه شده در آییننامه ACI میپردازیم.
.1 مقدمه
پل با شاه تیر جعبه ای نمونه ای از انواع پل ها بوده که تیر ا صلی عر شه آن، شامل تیرهایی به شکل جعبه تو خالی ا ست - شکل . - 1-1 امروزه در ساخت پل های جدید و یا جهت تقویت پل های موجود از روش پیشتنیدگی خارجی ا ستفاده می شود. این روش به این ترتیب ا ست که کابل های پسک شیده فولادی با مقاومت بالا را مطابق شکل 2-1 از ق سمت بیرونی و کنار مقطع تیر پل عبور داده و فقط در ق سمت مو سوم به ناحیه دیافراگم مهاری که در انتهای تیر قرار دارد، کابل های مهار شده، و به شاه تیر ا صلی پل متصل می شود. این ناحیه دیافراگم مهاری، نمونه ای از ناحیه آشفته تنش1 بوده که برای تحلیل و طراحی آن روش های معمول جواب گو نبوده و مطابق آیین نامه های معتبر طراحی دنیا نظیر [1]ACI و >2@AASHTO می بایستی از تحلیلی و طراحی کامپیوتری و یا روش مدل خرپایی2 استفاده شود.
مدل خرپایی در تحلیل و طراحی تیرهای عمیق، دیوارهای برشی و اتصالات سازه ای بتن آرمه، که امکان استفاده از تئوری خمش و مقاطع صفحه ای وجود ندارد، به کار می رود. در این روش، نیروی خارجی وارده به عضو از طریق مسیری شامل اعضای فشاری، کششی و نواحی گرهی منتقل می شود. بر این اساس می بایستی ابتدا مسیرهای انتقال نیرو تعیین شده، سپس با استفاده از روابط تعادل، مقادیر نیروهای فشاری یا کششی ایجاد شده در طول مسیرهای در نظر گرفته شده؛ محاسبه شود.
شکل 1-1 نمونه پل با شاهتیر جعبه ای شکل
شکل 2-1 دیافراگم مهاری انتهایی محل مهار کابل های پیش تنیده فولادی - الف - نما، - ب - مقطع عرضی [4]
در شکل 3-1 نمونهای از یک دیافراگم انتهایی که تحت یک بار متمرکز ناشی از کابلهای طولی خارجی قرار دارد، نشان داده شده است. طول ناحیهی آشفتهی تنش با استفاده از اصل سنت ونان تعیین شده و بر اساس تقارن فقط نیمی از دیافراگم تیر در نظر گرفته شده است.
در این شکلP اندازهی نیروی مهاری وارده به دیافراگم ناشی از مهار کابلهای فولادی، 1 ، 2 و 3 به ترتیب فواصل مرکز ثقل دال بالایی، دال پایینی و جان تیر جعبهای تا محل اثر بار، 4 فا صله میان نقطهی مهاری تا لبه بیرونی دیافراگم، 1 ، 2 و 3 به ترتیب ضخامت دال بالایی، دال پایینی و جان تیر جعبهای و و هم به ترتیب طول و عرض دیافراگم هستند. در اثر مهار کابلهای فولادی در دیافراگم و نیروی کششی اعمال شده به بتن این ناحیه، ترکهایی مطابق شکل 4-1 در دیافراگم ایجاد شده که بااستفاده از الگوی تشکیل این ترک ها و همچنین نتایج تحلیل اجزا محدود ناحیه مهاری، می توان به انتخاب مدل خرپایی مناسب برای این ناحیه پرداخت.
شکل 3-1 مقطع عرض شاه تیر جعبه
شکل 4-1 مشخصات هندسی و نحوهی اعمال نیروی مهاری به دیافراگم انتهای پل و تیر جعبه ای
.2 انتخاب مدل خرپایی
با توجه به پیچیده بودن مسیر انتقال نیرو از محل اثر نیروی مهاری ناشی کابل های فولادی به بتن دیافراگم ، در این تحقیق از مدل خرپایی سه بعدی استفاده شده است. این مدل، ترکیبی از مدلهای خرپایی ارائه شده برای تیر عمیق و کربل است. بر اساس مدل خرپایی تیر عمیق، بخشی از نیروی مهاری رسیده به دیافراگم انتهایی، به دال های بتنی بالا و پایین دیافراگم منتقل شده و یک ع ضو ک ش شی هم برای حفظ تعادل در وجه انتهایی دیافراگم قرار می گیرد، در حالی که در مدل کربلی، بخش دیگری از نیروی مهاری به جان دیافراگم منتقل شده و یک عضو کششی هم در وجه نزدیک دیافراگم قرار گرفته است. در تحلیل این مدل با استفاده از تئوری تیرها سهم هر یک از سه قسمت دال بالایی، دال پایینی و جان دیافراگم تیر جعبه ای از نیروی مهاری وارده، تعیین شده است. لذا بنا بر دلایل بالا دو مدل زیر برای تحلیل و طراحی در نظر گرفته می شوند.
.1-2 مدل اول
مدلی خرپایی که در شکل 1-1-2 ارائه شده ا ست، یک مدل خرپایی سه بعدی - ف ضایی - نامعین بوده که مکانیزم انتقال نیروی مهاری به سه ق سمت تیر جعبه ای از طریق چهار ع ضو ف شاری مایل و پنج ع ضو ک ش شی نیز در وجه انتهایی دیافراگم و جهت حفظ تعادل قرار گرفته اند.
شکل 1-1-2 نمای شماتیک از ناحیه مهاری در مدل اول
.2-2 مدل دوم
مدلی خرپایی که در شکل 1-2-2 ارائه شده است، یک مدل خرپایی سه بعدی - فضایی - معین است که جانمایی گره های پایین برای توزیع یکنواخت تنش در المان های تیر، در مرکز المان های نیمهی متقارن شاه تیر مطابق شکل 2-2-2 در نظر گرفته می شود.
مکانیزم انتقال نیروی مهاری به سه ق سمت تیر جعبه ای، شامل بال ها و جان از طریق سه ع ضو ف شاری مایل صورت می پذیرد و سه عضو کششی نیز در وجه انتهایی دیافراگم، جهت حفظ تعادل قرار گرفته اند.
