بخشی از مقاله
چکیده
در زمینه سازه های بتن آرمه مفاصل پلاستیک به عنوان مناطقی که در اعضای بتنی تحت تغییر شکل های غیر الاستیک بزرگ به شدت آسیب پذیر می باشند اشاره شده است.که توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است.درک رفتار و طول خاصی از مفصل پلاستیک نه تنها در طراحی ظرفیت تغییر شکل در اعضای خمشی بتن آرمه مهم است بلکه در مقاوم سازی سازه های موجود در معرض زلزله و در بازسازی سازه های قدیمی که از زلزله جان سالم بدر برده ولی آسیب دیده اند نیز موثر می باشد.
شبکه های عصبی مصنوعی تا حدودی از مغز انسان الگوبرداری شده اند و همان گونه که مغز انسان می تواند با استفاده از تجربیات قبلی و مسائل از پیش یادگرفته، مسائل جدید را تحلیل و تجزیه نماید، شبکه های عصبی نیز در صورت آموزش قادرند بر مبنای اطلاعاتی که به ازای آن ها آموزش دیده اند، جواب های قابل قبول ارائه دهند و نیز می توان از آن ها به طور نامحدود در ارائه جواب به اطلاعاتی که قبلا با آن ها مواجه نبوده اند، استفاده نمود.
در این کار نشان داده می شود که یک سیستم شبکه عصبی مصنوعی قادر به مدل سازی رفتار پیچیده ناحیه مفصل پلاستیک اعضای خمشی بتن آرمه است.این مدل ANN می تواند برای مطالعات پارامتری گسترده ناحیه مفصل پلاستیک در اعضای بتن آرمه استفاده شود که از آن می توان فرمولی برای طول مفصل پلاستیک بدست آورد.
مقدمه
در طول دهه اخیر مفصل پلاستیک عضو بتن آرمه که تغییر شکل در آن متمرکز شده است برای مهندسان و پژوهشگران جالب و پیچیده بوده است. چنین علاقه شدیدی به مطالعه مفصل پلاستیک از دو نیاز عملی در مهندسی ناشی می شود:
یکی به مقاوم سازی یا باز ساری ساختمان های قدیمی مربوط می شود و دیگری در طراحی طول جابجایی شکست سازه های جدید برای مقابله در برابر حوادثی مانند زلزله های شدید می باشد. در صورتی که در عضو یک سازه لنگر خمشی وارد بر عضو به قدری زیاد شود که دورترین تار مقطع به حد تنش جاری شدن - \ - برسد، به لنگر به وجود آمده در این نقطه لنگر آستانه جاری شدن گویند.
اگر مقدار لنگر خمشی بیشتر از My باشد، کم کم تارهای خارجی مقطع مقطع از بالا به پایین و از پایین به سمت بالا شروع به جاری شدن می کنند. در این حالت تنها قسمت وسط مقطع در حالت الاستیک باقی مانده که به آن هسته الاستیک گفته می شود و سایر قسمت های مقطع جاری شده اند و یاصطلاحاً به حالت تغییر شکل غیر قابل برگشت - پلاستیک - تبدیل شده اند.
و اگر مقدار لنگر به قدری افزایش یابد که کل تارهای مقطع جاری شوند، این نقطه از مقطع دیگر نمی تواند لنگر بیشتری را تحمل کند و مثل یک مفصل در مقابل لنگر خمشی عمل می کند. در این حالت به این نقطه مفصل پلاستیک و به لنگری که باعث تشکیل این مفصل می شود لنگر پلاستیک Mp گفته می شود.
البته مفصل پلاستیک تنها در اثر خمش یک محوره ایجاد نمی گردد بلکه می تواند به واسطه وجود لنگر خمشی دو محوره، نیروی برشی و یا ترکیبی از این نیروها تشکیل شودیکی از پیامدهای تشکیل مفصل پلاستیک در سازه تغییر در مقدار لنگر خمشی در طول عضو می باشد، که در سازه های بتنی با عنوان باز توزیع لنگر خمشی بیان می شود. یعنی با تشکیل هر مفصل پلاستیک در سازه لنگر ها به قسمت دیگری از سازه منتقل می شوند و توزیع لنگرهای داخلی تغییر خواهد کرد.
به طور کلی در اعضای سازه ای شکل پذیری ناشی از ناحیه مفصل پلاستیک جایی است که تغییر شکل پلاستیک رخ داده و قابلیت جذب انرژی را دارد. طول یک مفصل پلاستیک به پارامترهای زیادی بستگی دارد .سطح بار محوری، گرادیان ممان،سطح تنش برشی در ناحیه مفصل پلاستیک، خصوصیات مکانیکی آرماتورهای طولی و عرضی، مقاومت بتن و میزان محصورشدگی از جمله پارامترهای مهمی هستند که طول مفصل پلاستیک را تحت تاثیر قرار می دهند.
پیشینه
با وجود تلاشهای متعدد انجام شده در منابع مختلف و با در نظر گرفتن معادلات پیش بینی شده برای طول مفصل پلاستیک , - Lp - قابل توجه است که هنوزهم در فرمولهای تجربی موجود تناقض هایی وجود دارد و همچنین در شناسایی پارامترهای کلیدی تاثیر گذار در طول مفصل پلاستیک هم بحث هایی وجود دارد
دو محدودیت متفاوت در روش تحقیقات سنتی از طریق آزمایش های تجربی ممکن است بوجود بیاید. یکی از این محدودیت ها رابطه بین زمان و هزینه می باشد که از ایجاد یک برنامه آموزشی منظم در مقیاس بزرگ که تعداد و دامنه متنوعی از عوامل موثر را داشته باشد ممانعت می کند.
و دیگری شامل تناقض در مواد تجربی و تجهیزات و همچنین واریانس تحقیقات یک کار تیمی با دیگری. به سبب تفاوت های اساسی در تعریف حالت حدی نهایی،روش های مختلف آزمایش، ابعاد نمونه و صفحه بارگذاری و روش کاربرد بار بر روی عضو بتنی، نتایج آزمایشات برای تعیین طول مفصل پلاستیک - Lp - دارای پراکندگی قابل ملاحظه ای می باشند. مقایسه بین معادلات پیشنهادی توسط محققین مختلف در خصوص طول مفصل پلاستیک در جدول 1 آورده شده است .این جدول نشان می دهد که تغییرات و پراکندگی زیادی در بین معادلات پیشنهادی وجود دارد.
جدول -1 مقایسه فرمول بندی های موجود برای طول مفصل پلاستیک
اگرچه تاثیر بار محوری بر روی طول مفصل پلاستیک اعضای بتنی توسط محققین زیادی گزارش شده، اما گزارشات ارائه شده دارای تناقض می باشند .
پارک و همکاران - . - park,1982,3بر اساس آزمایشات خود نتیجه گرفتند که طول مفصل پلاستیک حساس به سطح بار محوری نمی باشد بر خلاف آنچه گفته شد
آتالی و پنزین. - - atalay,1975,5گزارش دادند که گسترش حالت پلاستیک یا طول ناحیه خسارت دیده، همراه با افزایش سطح بار محوری افزایش می یابد. نتایج آزمایشگاهی تامسون و والاس نشان دادند که افزایش طول مفصل پلاستیک به تبع افزایش بار محوری را میتوان در اعضایی با بتن مقاومت بالا نیز مشاهده نمود.
بای و باراک. - - bae,2008,4 نیز در آزمایشات خود به این نتیجه رسیدند که با افزایش سطح بار محوری طول مفصل پلاستیک افزایش می یابد.
ریوا و کهن. - - riva,1990,3با تحلیل غیرخطی 56 تیر دو انتها ساده و 32 تیر پیش تنیده و مسلح بتنی، یک مطالعه پارامتریک در خصوص منحنی گشتاور- انحنا و طول مفصل پلاستیک انجام دادند. تأثیر توزیع بار، درصد فولاد کششی، شکل مقطع، شرایط تکیه گاهی z و پیش تنیدگی مورد مطالعه قرار گرفتند.
ریوا و کهن . - riva,1994,6 - تحقیقات خود را بر روی ظرفیت دوران پلاستیک در حالت حدی نهایی متمرکز کردندد . در این تحقیقات نشان دادند با افزایش مقادیر شاخص فولاد، برای مقاطع کم فولاد - <0 /400 ،گسیختگی فولاد - ظرفیت دوران پلاستیک افزایش یافته در حالی که برای مقاطع پرفولاد - > 0/004 ،گسیختگی ناحیه فشاری بتن - ظرفیت دوران پلاستیک کاهش می یابد.
بارهای گسترده بر روی تیرهای با تکیه گاههای ساده منجر به مقادیری برای S می شوند که از 2 الی 5 برابر نسبت به شرایط مشابه با بارگذاری متمرکز متغیرند. اگرچه فرمول پیشنهادی ریوا و کهن برای هر مرحله بارگذاری معتبر بوده و تأثیرات توزیع گشتاور و شکل مقطع را در نظر می گیرد، اما به سبب پیچیدگی مدل، استفاده از آن در مسائل اجرایی و آئین نامه ای مشکل است .
بر اساس مطالعه گسترده کارهای گذشتگان، ساکای و شیخ - . - sakay,1989,7 گزارش کردند که با افزایش نسبت اندازه ابعاد H/ D - یا - H/ h طول مفصل پلاستیک، lp، افزایش می یابد. منحنیهای دوخطی که نشان دهنده رابطه بین طول مفصل پلاستیک و نسبت ابعاد بود، توسط ایشان ارائه شد. آنها نتیجه گرفتند که طول مفصل پلاستیک متاثر از مقدار آرماتورهای عرضی، سطح بارمحوری و نسبت ابعاد است.
