بخشی از مقاله
خلاصه
ساختمان با مصالح بنایی طیف گستردهای از ساختمانهای موجود را تشکیل میدهد که به علت خواص ترد و شکنندهای که دارند در برابر نیروی زلزله آسیبپذیر بودند و بیشتر خسارات پس از وقوع زلزله مربوط به این ساختمانها میباشد. به همین علت توجه به ترمیم و بازسازی این نوع سازهها و ارائه راهکارها و تکنیکهای نوین توجه محققان را در این زمینه به خودش جلب کرده است. برای مقابله با شکست دیوارهای برشی آجری و بالا بردن مقاومت آنها میتوان از میلگردهای قائم و افقی در داخل دیوار استفاده کرد که باعث افزایش مقاومت و شکلپذیری دیوار میگردد.
در این تحقیق با استفاده از نرمافزار ANSYS دیوار برشی آجری در دو حالت تقویت نشده و تقویت شده با بتن مسلح مدلسازی گردید و تحت بار جانبی به صورت غیرخطی تحلیل شد. نتایج بدست آمده نشان دهنده افزایش مقاومت جانبی دیوار برشی آجری تقویت شده، افزایش شکلپذیری نسبت به حالت تقویت نشده میباشد.
1. مقدمه
ساختمانهای بنایی از جمله ساختمانهای سنتی به شمار می آیند که در سراسر دنیا موجود میباشد. از ابتدای تاریخ، مهم ترین مزیت استفاده از این گونه ساختمانها، قابلیت دسترسی وسیع جغرافیایی به مصالح اولیه میباشد. هر چند در حال حاضر استفاده از ساختمانها با اسکلت فولادی و بتنی در حال افزایش است، لیکن هنوز هم بسیاری از ساختمانهای موجود از نوع بنایی بوده که متاسفانه در هنگام وقوع زلزله آسیب پذیر میباشند.
از آنجایی که در حال حاضر امکان تخریب همه ی این نوع ساختمانها و جایگزینی آنها با ساختمانهای مقاوم به دلیل تحمیل هزینههای گزاف مالی و توقف بهرهبرداری از سازه در یک بازه مشخص زمانی وجود ندارد؛ لذا راه حل مناسب جهت کاهش خطرات و خسارتهای سنگین در زمان وقوع زلزله، ارزیابی آسب پذیری و مقاومسازی ساختمانهای موجود میباشد. هدف از ارزیابی آسیبپذیری و مقاومسازی ساختمانهای موجود، بهبود رفتار سیستم مقاوم جانبی و حفظ ایستایی ساختمانهای بنایی موجود و کاهش تلفات جانی ناشی از اثرات مخرب زلزله بر آنها میباشد. یکی از اعضایی که در این ساختمانها نقش باربری را بر عهده دارند
دیوارهای برشی آجری میباشند که در برابر نیروی زلزله از لختی بالایی برخوردارند. از دیگر خصوصیات این نوع اعضا انعطافپذیری کم میباشد که باعث وقوع ترکخوردگی در هنگام زلزله میشوند.]1[ که راههای مختلفی برای تقویت آنها وجود دارد از جمله: استفاده از بادبندهای فولادی، استفاده از شاتکریت، استفاده از نوارهای FRP و... میباشد
در این مقاله رفتار دیوار برشی آجری که با هسته ی بتن مسلح تقویت شدهاند را در دو حالت تقویت شده و تقویت نشده تحت بار جانبی با لایههای مختلف بتن مسلح بررسی شده است.
2. دیوار برشی غیر مسلح
دیوار برشی ساخته شده از مصالح آجری و مانند آن - بلوک بتنی، سنگ، خشت - از مقاومت برشی قابل ملاحظهای برخوردار است اما رفتار به شدت ترد و شکنندهای دارد و به محض رسیدن به مقاومت نهایی تحلیل میرود و فرو میریزد، و به همین دلیل برای مناطق شدیدا لرزهخیز مناسب نیست. این نوع دیوار دارای دو حالت شکست اصلی: خمشی و برشی میباشد.
دیوارهایی که نسبت ارتفاع به طول کوچکی دارند به قدر کافی پهن بوده و دچار شکست خمشی نمیشوند. اما در دیوارهای باریک احتمال وقوع شکست خمشی بالا میباشد. با توجه به تردی و شکنندگی دیوارهای آجری غیرمسلح، و عملکرد ضعیف در زلزلههای گذشته به عنوان یک عنصر لرزهبر اصلا توصیه نمیشود .[3]
هندری[4] 1 مروری بر تحقیقات انجام شده در زمینه اندازهگیری و محاسبه مقاومت جانبی دیوارهای آجری داشته است. این مرور نشان میدهد که اکثر محققان برای برآورد مقاومت برشی دیوار از رابطه کولن - کولمب - استفاده نمودهاند. مقاومت برشی دیوار آجری و تنش برشی شکست به ترتیب در روابط 1 و 2 نشان داده شدهاند.
A سطح مقطع دیوار، 0 تنش چسبندگی ملات، ضریب اصطکاک و تنش قائم دیوار ناشی از وزن دیوار و سربار دیوار است. مقاومت خمشی دیوار غیرمسلح براساس لنگر مقاوم نیروهای وزنی و سربار و با اغماض مقاومت کششی ملات عمود بر سطح بندهای افقی، با توجه به شکل 1 بدست میآید که در رابطه 3 نشان داده شده است.
شکل -1 شکست خمشی دیوار
3. دیوار برشی آجری مسلح
برای مقابله با شکست خمشی و برشی در دیوارهای آجری میتوان از میلگردهای قائم و افقی استفاده کرد. که میلگردهای قائم مانع شکست خمشی و میلگردهای افقی مانع شکست برشی دیوار میگردند. در این صورت از ترکیب فولاد، بتن و دیوار آجری دیوار سازهای بوجود میآید که خواص آن مشابه مواد مرکب همچون بتن مسلح میباشد. میلگردهای به کار رفته دارای قطر 10 تا 12 میلیمتر میباشند که میلگردهای خمشی باید در داخل کلاف افقی زیرین دیوار مهار شوند که بتوانند لنگرخمشی ناشی از نیروهای زلزله را به پی انتقال دهند و از شکست خمشی دیوار جلوگیری کنند الگوهای مختلف تقویت در شکل 2 نشان داده شدهاند.
شکل-2 تقویت دیوار برشی آجری غیرمسلح: الف - تقویت دیوار، ب - عملکرد میلگردهای قائم در خمش، ج - عملکرد میلگردهای افقی در برش
4. مدلسازی
در این تحقیق با استفاده از نرمافزار ANSYS دیوار برشی آجری در دو حالت مسلح و غیرمسلح تحت بار جانبی تحلیل میگردد و مقاومت خمشی دیوار تعیین میشود. مدلسازی عددی دیوار آجری به طور کلی به دو دسته مدلسازی میکرو و مدلسازی ماکرو تقسیم بندی میشود. دیوار آجری از سه جزء آجر، ملات و سطح تماس آجر و ملات تشکیل شده است.
در مدلسازی میکرو هرکدام از این اجزا به طور جداگانه مدلسازی میشوند هرچند که این روش از دقت بالایی برخوردار است اما از نظر محاسباتی و شیوه مدلسازی پیچیده است. و برای مدلسازی در ابعاد بزرگ کاربردی ندارد. در مدلسازی ماکرو، دیوار آجری به صورت یک ماده یکدست، با خواص مکانیکی معادل فرض میشود. مدلسازی در این روش ساده بوده و حجم محاسبات هم کمتر از حالت میکرو است .[5] هردو حالت میکرو و ماکرو در شکل 3 نمایش داده شده است.
الف ب شکل-3 انواع مدلسازی: الف - مدلسازی میکرو، ب - مدلسازی ماکرو
بتی و همکاران[6] 1 در سال 2002 از این روش استفاده کردند و آجر، ملات و سطح مشترک آجر و ملات را به عنوان یک ماده همگن فرض کردند. جهت مدلسازی دیوار آجری و بتن از المان سه بعدی ایزوپارامتریک Solid 65 استفاده شده است. المان Solid 65 یک المان شش وجهی هشت گرهای با سه درجه آزادی انتقالی در هر گره است. مصالح دارای قابلیت ترک در تنشهای کششی و شکست در تنشهای فشاری در سه جهت متعامد و همچنین تغییرشکل های پلاستیک و خزش میباشند. و امکان مسلح کردن با مواد مختلف در هرسه امتداد وجود دارد. در شکل Solid 65 4 نمایش داده شده است
شکل -4 المان [7] Solid 65
برای پارامترها پلاستیک از معیار شکست Willam@warnke استفاده شده است. به این ترتیب که اگر تنش کششی از مقاومت کششی فراتر رود ماده ترک خورده و همچنین اگر تنشهای موجود از مقاومت فشاری فراتر رود خردشدگی ماده در سه جهت متعامد و نیز تغییرشکلهای متعامد و خزش رخ میدهد. رفتار غیرخطی شامل ترک، شکست و کاهش سختی در اثر ایجاد ترک، خزش و پلاستیسته میباشد. در شکل 5 معیار ویلام وارنک نمایش داده شده است
