بخشی از مقاله
چکیده
خرابی پیشرونده هنگامی رخ می دهد که یک عضو اصلی یا اعضای کلیدی سازه شکسته شوند، سپس شکست عضو به سمت تخریب اعضای مجاور گسترش یافته و در نهایت کل سازه یا قسمتی از آن فرو میریزد. هدف کلی از تحقیق حاضر ارزیابی خرابی پیش رونده در مقاومت سازههای بتنی مسلح میباشد. بدین منظور روش اجزاءمحدود غیرخطی سهبعدی و نرمافزار ABAQUS برای آنالیزها انتخاب شده است.
نتایج آنالیز مدلها نشان داد با حذف دو ستون و یا دو تیر از سازه خرابی پیشرونده در سازه رخ خواهد داد. حذف یک ستون از سازه تحت بار فشاری باعث ایجاد خرابی پیشرونده و انهدام کل سازه نخواهد شد. ولی در اثر حذف این ستون بیشترین تمرکز تنشها در ناحیهی اتصال تیر به ستون رخ خواهد داد و ستونهای مجاور ستون حذف شده حدود %112 بیشتر از ستون دورتر نیروی محوری تحمل میکنند.. حذف یک تیر از سازه تحت بار فشاری باعث ایجاد خرابی پیش رونده در سازه نخواهد شد و ستونهای غیر متصل به تیر حذف شده حدود 20 تا 27 درصد بیشتر از ستونهای متصل به تیر نیروی محوری ایجاد شده است.
-1 مقدمه
پس از وقایع 11 سپتامبر و فرو ریختن برجهای تجارت جهانی، سازمانهای مختلفی بهتحقیق در مورد مقاومت سازه های بتنی در مقابل خرابی پیش رونده پرداختند. با یک بررسی اجمالی در سوابق وتاریخچه خرابی پیش رونده می توان تقسیم بندی خرابی ها را بر اساس نوع و عامل تحریک کننده به دو نوع طبیعی و غیر طبیعی تقسیم نمود. عوامل طبیعی به عواملی گفته می شود که بدون دخالت نیروی انسانی بوجود آمده و از کنش و واکنش عوامل طبیعی نظیر زلزله ،رانش زمین نشأت گرفته است. عوامل غیر طبیعی به مجموعه عواملی گفته میشود که با دخالت مستقیم نیروی انسانی پدید آمده و میتوان به عواملی چون حملات نظامی، تصادف، آتش سوزی انفجار اشاره نمود.
در سالهای اخیر آسیبپذیری ساختمانها در برابر خرابی پیشرونده مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته است. خرابی پیشرونده عبارت است از شکست در کل سازه یا بخشنسبتاً وسیعی از آن، ناشی از حوادثی که به بخشی از سازه آسیب میزند و عدم توانایی اعضای مجاور برای بازتوزیع اضافه بار از طریق مسیری که بتواند پایداری و پیوستگی کلی سازه را حفظ کند.[1] خرابی پیشرونده ممکن است در اثر بارگذاری غیرعادی نظیر انفجار، آتشسوزی شدید، برخورد وسایل نقلیه به قسمتی از سازه و غیره اتفاق بیفتد.
[2] تحلیل خرابی پیشرونده، برای پیش بینی و بررسی عملکرد ساختمان بعد از حذف ناگهانی یک یا چند عضو باربر سازه انجام می گیرد .[3] ساختمان باید تحمل بار ها در جهت ثقلی را داشته باشد و پایداری جانبی آن نیز از بین نرود. در ارزیابی سازه ، یک راه حل متعارف در نظر گرفتن از بین رفتن آنی یک عضو باربر و باقی ماندن بقیه سازه به عنوان یک سناریوی خرابی و تحلیل سازه بعد از فاز گذرای بار در سازه آسیب دیده ای است که فقط در معرض بلر ثقلی قرار دارد 5 ] و.[4 پس از حذف عضو و شروع ارتعاش آزاد ، بسته به ویژگی های سازه ممکن است خرابی در یک ناحیه از آن مهار گردد یا طی باز توزیع نیرو ها و مفاصل خمیری به صورت پیش رونده به سایر نقاط دیگر سرایت و یا حتی نهایتا به انهدام کل سازه منجر گردد.
مطالعات رفتار غیر خطی تحت مدل سازی و آزمایش های انفجاری نشان داده که در صورت تامین ظرفیت کافی اتصال با پدیده ای به نام زنجیری به کمک کشش تیر ها و با افزایش سختی معادل قاب بار گذاری را تحمل می کند6]و.[7 هدف اصلی تحقیق حاضر و مزایای آن را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود: تعیین تاثیر حذف ستون یا تیر ناشی از خرابی پیش رونده در رفتار سازههای بتنی.
-2 مدلسازی در نرم افزار ABAQUS
-1-2 مدلسازی بتن مسلح
این مدل درمحیطهای ABAQUS/ Standard و ABAQUS/Explicit جهت مدل کردن بتن و دیگر مواد شبه شکننده درانواع سازهها - تیر،خرپا، پوسته و اجسام توپر - تعبیه شده است. این مدل از مفهوم آسیبدیدگی همسانگرد در محدوده خطی و با ترکیب کشش ایزوتروپ و فشار پلاستیک جهت نمایش رفتار غیرخطی بتن استفاده میکند. همچنین این مدل قادر به مدلسازی شرایط بارگذاری دلخواه مانند بارگذاری چرخهای بوده و کاهش سختی الاستیک با در نظر گرفتن کرنش پلاستیک هم در کشش و هم در فشار توجیه میگردد. مدل معرفی شده برای بتن در حالت آسیب دیده یک مدل پیوسته براساس رفتار پلاستیک بوده و دو مکانیزم اصلی خرابی در این مدل ترکهای ناشی از کشش و خردشدگی در قسمت فشاری میباشد .[3] در مدل مذکور فرض میگردد که پاسخ به کشش و فشار تک محوره به وسیله معیار خرابی پلاستیک کنترل می شود که در شکل - 1 - نشان داده شده است.
در اثر کشش تک محوره منحنی تنش - کشش تا نقطه تنش خرابی به صورت خطی تغییر میکند که این تنش با شروع و گسترش ترکهای ریز در بتن مقارن میباشد. پس از عبور از نقطه مذکور، خرابیها به صورت ترکهای قابل مشاهده در میآیند که به صورت منحنی نرمشدگی در فضای تنش - کرنش نمایش داده میشوند. تحت فشار تک محوره، پاسخ تا رسیدن به نقطه جاری شدگی به صورت الاستیک خواهد بود و در ناحیه پلاستیک رفتارعموماً به وسیله منحنی سختشدگی بیان میشود که در نهایت با رسیدن به نقطه تنش نهایی منحنیها به صورت منحنی نرم شدگی در میآیند. این مدل معرفی شده با وجود سادگی نسبی، خصوصیات اصلی بتنی را ارضاء میکند .[4]
پاسخ بتن به بارگذاری تک محوری در کشش - الف - و در فشار - ب - .[4]
در بارگذاریهای دورهای، رفتارهای کاهندگی بسیار پیچیدهتر میشود که شامل باز و بسته شدن ترک های مویی کهقبلاً تشکیل شدهاند و نیز اندرکنش آنها با یکدیگر می باشد. بازیابی سختی یکی از جنبه های مهم پاسخ مکانیکی بتن تحت اثر بارگذاری سیکلی است، مشاهدات تجربی در مصالحی مانند بتن نشان میدهند هنگامی که بار از کششی به فشاری تغییر میکند در اثر بسته شدن ترکها سختی فشاری مقدار قبلی خود را باز می یابد. از سوی دیگر هنگامی که بار از فشاری به کششی تغییر میکند به دلیل تشکیل ترکهای ریز ناشی از خرد شدگی در بتن سختی کششی مقدار قبلی خود را باز نمییابد. به طور تجربی مشاهده شده است که با عوض شدن جهت بارگذاری مقداری به سختی الاستیک افزوده میشود که این اثر به عنوان تأثیر یک سویه شناخته میشود که یکی از خصوصیات مهم رفتار بتن در حالت بارگذاری رفت و برگشت می باشد.
اثر این رفتار زمانی نمود بیشتری دارد که بارگذاری از حالت کششی به فشاری تبدیل شود که باعث بسته شدن ترک ها و بازیابی سختی فشاری میگردد. از سوی دیگر هنگامی که بار از فشاری به کششی تغییر میکند به دلیل تشکیل ترکهای ریز ناشی از خرد شدگی در بتن سختی کششی مقدار قبلی خود را باز نمییابد. این رفتار بتن که متناظر با پارامترهای خسارت می توانند مقادیری از صفر که بیانگر رفتار بدون خسارت است تا یک که بیانگر از دست دادن کامل سختی است را اختیار کنند.
بازیابی سختی یکی از جنبه های مهم پاسخ مکانیکی بتن تحت اثر بارگذاری سیکلی است، مشاهدات تجربی در مصالحی مانند بتن نشان میدهند هنگامی که بار از کششی به فشاری تغییر می کند در اثر بسته شدن ترکها سختی فشاری مقدار قبلی خود را باز می یابد. از سوی دیگر هنگامی که بار از فشاری به کششی تغ ییر می کند به دلیل تشکیل ترکهای ریز ناشی از خرد شدگی در بتن سختی کششی مقدار قبلی خود را باز نمی یابد . این رفتار بتن که متناظر با wt =0 و wc=1 است در شکل - 2 - نشان داده شده است.
