بخشی از مقاله
چكيده:
با استفاده از روشهاي متداول نميتوان بعضي از قسمتهاي سازهها را تحليل و طراحي نمود. اين قسمتها به نواحي آشفته تنش موسوماند. يكي از روشهاي پيشنهادي براي طراحي اين نواحي مدل خرپايي ميباشد. اين روش در سال ٢٠٠٢ ميلادي وارد آيين نامه بتن آمريكا - ACI - شده است. در اين روش نواحي آشفته تنش با يك مدل خرپايي جايگزين و طراحي ميشود. هندسه مدل خرپايي نقش انتقال نيروها را در اين نواحي به عهده دارد. مسيرهاي انتقال نيروهاي فشاري و كششي در عضو همچنين الگوي ترك خوردگي ميتواند بهترين راهنما در انتخاب هندسه خرپا باشد.
در مقاله حاضر يك مدل پيشنهادي براي كوله انتهايي يك پل ساده چند دهانه با عرشه پيشتنيده به روش بست و بند ارائه و سپس تحليل و طراحي شده است. پل مورد بررسي، داراي ٦ پايه مياني و دو كوله انتهايي به طول كلي ١٤٩ متر كه بر روي يك رودخانه ساخته شده است. مدلسازي كل پل شامل عرشه، پايهها و بارگذاري مخصوص آنها در نرم افزار SAP 2000 V14 انجام گرديد. با توجه به محاسبات انجام گرفته در اين مقاله و بررسي مدل خرپايي، مشاهده شد كه در بخشهاي آشفته بالا و پايين كوله پل، وجود حداقل آرماتور كافي بوده و از لحاظ اقتصادي مناسب ميباشد.
١- مقدمه
بر اساس مدل خرپايي بخشي از سازههاي بتن آرمه كه داراي توزيع تنش آشفته هستند، با مدلهايي تحليل يا طراحي ميشوند كه ميدان تنش واقعي ناشي از بارهاي اعمال شده يا شرايط تكيهگاهي را نشان ميدهند. اين مدلها مكانيسم انتقال بار از يك عضو سازهاي را با تقريب زدن جريانهاي داخلي با استفاده از اعضاي فشاري براي نشان دادن جريان تنشهاي فشاري و اعضاي كششي براي نشان دادن تنشهاي كششي نمايش ميدهند. يك سازهي بتني را ميتوان به نواحي D و B تقسيم نمود. در بخشهايي از يك عضو بتني كه نزديك تكيهگاه باشد يا تغييرات ناگهاني در ابعاد ايجاد شده و يا بار متمركزي اعمال گردد، فرضيات ساده و معمول اعضاي خمشي از قبيل توزيع خطي كرنشها برقرار نبوده، آشفتگي تنش وجود دارد. اين نواحي D ناميده ميشود.
بر اساس اصل سن ونان اين آشفتگي تنش تا فاصلهاي تقريباً با عمق عضو از هر طرف محل ايجاد تغييرات ناگهاني در هندسه يا بارگذاري ادامه دارد. ساير نواحي عضو در حد فاصل بين نواحي D، نواحي B ناميده ميشوند. در نواحي B فرض اساسي تئوري خمش تيرها برقرار است، يعني فرض ميشود كه مقطع صفحهاي پس از خمش باز هم به صورت صفحهاي باقي ميمانند و توزيع كرنش و تنش در اين نواحي خطي است. در نواحي B مسيرهاي تنش يكنواخت ميباشد در صورتي كه در نواحي D مسيرهاي تنش به سرعت تغيير ميكنند.
در نواحي D عمدهاي از انتقال بار توسط نيروهاي محوري فشاري داخل صفحه در بتن و نيروهاي كششي در آرماتور صورت ميگيرد. به همين جهت ميتوان اين نواحي را با خرپايي متشكل از اعضاي فشاري بتني، اعضاي كششي فولادي كه در نقاطي به نام گره به هم متصل ميشوند، مدل كرد. بر مبناي اطلاعات فوق مدلهاي خرپايي ميتواند براي آناليز و طراحي مواردي چون، تيرها، كربلها، اتصالات تير – ستون در قابهاي خمشي و كلاهك پايه هاي پل، ديوارهاي برشي با بازشوها، نواحي انتهايي يا بلوكهاي انتهايي تيرهاي پيش يا پستنيده، كوله پل - كه در اين مقاله مورد بررسي قرار گرفته است - استفاده شوند.
٢- اجزاي مدل خرپايي
٢-١- اعضاي فشاري
معمولاً بخشي از بتن سازه كه تحت فشار قرار دارد، به عنوان عضو فشاري در نظر گرفته ميشود. آرماتور فشاري نيز ميتواند به عنوان بخشي از عضو فشاري عمل كند. اعضاي فشاري يا به صورت منشوري - ابعاد عضو ثابت است و امكان پخش شدن نيروهاي فشاري وجود دارد - و يا بطري شكل - در دو انتها ابعاد آن محدود است و در قسمت مياني پهنتر است و امكان پخش تنشهاي فشاري در قسمت مياني وجود دارد - هستند.
از رابطه زير براي كنترل اعضا فشاري، استفاده ميشود. كه در Fns مقاومت اسمي عضو، As سطح مقطع بحراني عضو فشاري ، fcu مقاومت فشاري نهايي بتن و ضريب كاهش مقاومت كه برابر ٧٥/٠ در نظر گرفته شده است. s براي اعضاي منشوري برابر با يك و براي عضو بطري شكل با تأمين آرماتورهاي عرضي براي كنترل ترك برابر با ٧٥/٠ و بدون تأمين آرماتور عرضي براي كنترل ترك، ٦/٠ در نظر گرفته ميشود.
٢-٢- اعضاي كششي
براي محاسبه آرماتور در اعضاي كششي خرپا، نيروي مقاوم موجود در عضو، بر مقاومت تسليم آن تقسيم ميشود و از اين رابطه مساحت آرماتور مورد نياز براي تأمين اين مقاومت محاسبه مي شود. كه در آن fy تنش تسليم آرماتور، F نيروي مقاوم موجود در عضو و Ast مساحت آرماتور است. بايد به اين نكته توجه داشت كه طول مهاري - - Ld براي آرماتورهاي كششي بايد تأمين شود]٣.[ كه از روابط - ٥ - تا - ٦ - براي كنترل طول مهاري استفاده ميشود. پارامترهاي اين روابط در آيين نامه ACI شرح داده شده است. در شكل-١ ناحيه موجود براي طول مهاري مشخص شده است.
٣- انتخاب هندسه مدل خرپايي
پس از تعيين نواحي لازم است هندسه مدل خرپايي كه نقش انتقال نيروها را در اين نواحي به عهده دارد تعيين گردد. مسيرهاي انتقال نيروهاي فشاري و كششي در عضو، همچنين الگوي ترك خوردگي ميتواند بهترين راهنما در انتخاب هندسه خرپا باشد.
