بخشی از مقاله
خلاصه
دیوار برشی بتنی یکی از اعضای کلیدی برای مقابله با بارهای جانبی در سازه های بلند مرتبه به شمار می آید. در بسیاری از موارد به دلیل محدودیت های معماری و تاسیساتی نیاز به ایجاد بازشو در دیوار برشی به امری اجتناب ناپذیر تبدیل می گردد. به بیان بهتر 2 دیوار جداگانه تشکیل می شود که با یک تیر به یکدیگر متصل شده اند که به قسمت باقی مانده دیوار در بالای بازشو که به صورت یک تیر عمل می کند تیر کوپله و یا تیر همبند گفته می شود. تیر همبند مهمترین عضو در یک سیستم سازه ای دیوار برشی همبسته است که تحت تاثیر نیرو های برشی و خمشی منتقل شده از دیوار قرار می گیرد و رفتار آن تعیین کننده رفتار دیوار برشی می باشد.
قرار گیری ونوع چیدمان آرماتور های داخل تیر همبند تاثیر به سزایی در رفتار و عملکرد تیر های کوپله دارد. در مقاله حاضر با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی بار افزون توسط نرم افزار اجزاء محدود غیر خطی به بررسی آرایش مختلف آرماتور بر ظرفیت نهایی تیرهای کوپله کوتاه تحت اثر بار جانبی پرداخته شده است. در این تحقیق به منظور بررسی صحت مدل عددی، نتایج حاصل از یک نمونه آزمایشگاهی دیوار برشی با نتایج بدست آمده از آنالیز عددی مقایسه شده و پس از آن با انجام 18 تحلیل المان محدود غیر خطی، آرایش مختلف آرماتور ها در داخل تیر کوپله مورد بررسی قرار گرفته شده است. نتایج بدست آمده از تحلیل مدلهای عددی نشان دهنده رفتار و عملکرد بهتر آرایش آرماتور های مورب نسبت به آرایش های آرماتورهای دیگر می باشد.
.1 مقدمه
دیوار برشی بتنی به دلیل سختی زیاد درون صفحه ای خود یکی از اعضای کلیدی برای مقابله با بارهای جانبی در سازه های بلند مرتبه به شمار می آید. علاوه بر زلزله اشتباهات در طراحی و ساخت، تخریب های محیطی و در بسیاری از موارد ایجاد بازشو در دیوار برشی از جمله عوامل ضعف این عضو سازه ای در سالیان اخیر می باشند که تقویت آن به امری اجتناب ناپذیر تبدیل گردانده است. به دلیل قابلیت خوب دیوار های بتنی در باز توزیع تنش ها، ایجاد بازشوهای کوچک تاثیر بسزایی در رفتار دیوار نخواهد داشت ولی ایجاد بازشوهای بزرگ با کاهش سختی و مقاومت عضو همراه است. پارامتر بسیار مهم در دیوارهای برشی دارای بازشو نحوه آرایش آرماتورها در داخل تیر هم بند می باشد.
پائولی و همکارانش به طور پیوسته و مداوم از سال 1968 تا 2009 بر روی دیوار برشی بتنی کار کردند.[1] وی در ابتدا رساله ی دکترا ی خود را با عنوان - همبسته سازی دیوارهای برشی - در سال 1969 ارائه و همچنین نتایج مطالعات خود را در مقالاتی منتشر نمود. در اولین مقاله تحت عنوان - همبسته سازی دیوار برشی بتن مسلح - که چهارمین کنفرانس جهانی مهندسی زلزله در 1969 ارائه کرد به بیان لزوم تشکیل یک سیستم دیوار همبسته و تعاریف آن پرداخت. وی در اولین تعریف رسمی از دیوار برشی همبند بیان کرد که برخی از دیوار های برشی دارای یک یا چند ردیف بازشو می باشند که در این شرایط میتوان بیان کرد دیوارها به وسیله یک سری تیر به هم بسته شده و تغییر مکان های آن ها به هم واسطه بوده و این نوع دیوار ها را دیوارهای همبسته نامید.
در سال Lin and Kuo 1988 با 2 روش برنامه المان محدود و آزمایشگاه به بررسی و مطالعات بر روی پارامتر های طراحی و رفتار ترک خوردگی 12 پانل دیوار برشی با آرایش الگو های مختلف تحت بار یکنواخت پرداخت در این بررسی برای اولین بار بازشو با هندسه دایره ای مورد بررسی قرار گرفت.[2] در سال Tassios & Moretti & Bezas 1996 آزمایش های متعددی را بر روی مدل های طرح بندی مختلف آرماتور های با نسبت برشی های مختلف مورد بررسی قرار دادند[3] به این نتیجه رسیدند که آرایش قطری آرماتور های منجر به افزایش ظرفیت نهایی شده و بهبود رفتار کلی و عملکرد بهتری نسبت به نمونه های مرسوم - آرایش آرماتور بندی افقی و قائم - دارا می باشد.
در سال Galano and 2000 Andrea Vignoli با انجام تحلیل های آزمایشگاهی متعدد بر روی نمونه های تیرهای کوپله با طرح های مختلف آرماتور بندی و نسبت برشی متفاوت مورد بررسی قرار دادند و مشاهده کردند آرایش آرماتورها به صورت مورب دارای مقاومت بالاتری نسبت به آرایش های دیگر و آرایش لوزی دارای شکل پذیری بالاتری نسبت به مدل های دیگر دارا می باشندکه در بخش بعدی به آن پرداخته شده است.[4] در سال Paulay 2002 با استفاده از روابط مقدار ظرفیت جابجایی سازه های بتن مسلح برای موارد مختلف اعم از تیر کوپله و دیوار همبند و قاب همراه با دیوار برشی و ... مورد بررسی قرار داد.
[5] در سال kim & lee 2003 با استفاده از المان محدود و تکنیک سوپر المان به بررسی مدل های شبکه ای کوچکتر و با به کار گیری تیر های فرضی به بررسی رفتار دیوار برشی با بازشوهای از نوع درب و پنجره پرداختند.[6] آنها به این نتیجه رسیدند که نتایج آنالیز مدل مطرح شده - روش سوپر المان - در دیوار برشی دارای بازشو خیلی نزدیک به مدل المان محدود صرف نظر ازتعداد ابعاد مکان بازشو می باشد.
در سال 2012 بهفرنیا و سیاحی در مقاله ای تحت عنوان "بررسی اثر تقویتی ورق های FRP بر ظرفیت نهایی دیوار برشی بتنی داری بازشو با استفاده از روش اجزاء محدود "به بررسی اثر تقویتی ورق های کامپوزیت FRP بر ظرفیت نهایی دیوار برشی دارای بازشو تحت اثر بارجانبی پرداختند که مشاهده کردند تقویت دیوار برشی دارای بازشو با ورقهای کامپوزیت FRP یکی از پارامترهای تاثیرگذار در میزان بهبود ظرفیت عضو بعد از مقاوم سازی ابعاد و محل بازشو در دیوار می باشد.[7]
قرار گیری ونوع چیدمان آرماتور های داخل تیر همبند تاثیر به سزایی در رفتار، عملکرد و مقاومت نهایی تیر های کوپله دارد بنابرین یکی از اهداف طراحان سازه و محققین از گذشته نحوه قرار گیری آرماتور ها و چیدمان آرماتور های داخل تیر های کوپله بوده است. در این تحقیق سعی شده است که در ابتدا با استفاده از تحلیل استاتیکی غیر خطی بار افزون توسط برنامه اجزاء محدود غیر خطی به مدل سازی نمونه آزمایشگاهی از تیر کوپله پرداخته و پس از اطمینان از صحت نتایج مدل عددی، به مدل سازی 4 سری آرایش آرماتور های مختلف اعم از آرایش آرماتور های موازی، مورب؛ لوزی ذوزنقه در داخل تیر کوپله پرداخته شده است.
.2 راستی سنجی مدل عددی
در این مقاله در ابتدا با استفاده از تحلیل استاتیکی غیر خطی بار افزون توسط برنامه اجزاء محدود به مدل سازی نمونه آزمایشگاهی گالانو و اندر پرداختیم و پس از اطمینان از صحت نتایج مدل عددی به اثر آرایش مختلف آرماتور ها در داخل تیر کوپله بر مقاومت نهایی تیر کوپله تحت اثر بارجانبی مورد بررسی قرار گرفته است. گالانو و اندری بر روی تقویت کننده ها و نحوه آرماتور بندی 20 تیر کوپله کوتاه با 4 آرایش آرماتور بندی مختلف پرداختند.
در تمام نمونه ها با مشخصه عمق- برشی 0/75 و مقاومت فشاری بتن در نمونه ها 48 مگاپاسکال بود. مقطع تمام تیر کوپله ها برابر 150 x 400 میلی متر، درصد آرماتور های اصلی فرض شده برابر 0/524 و مقاومت تسلیم فولاد 567 مگاپاسکال، مقاومت نهایی آن برابر 660 و همچنین مقدار مدول الاستیسیته اندازه گیری شده E S = 206X10 3 می باشد. شکل1 نمایی از دیوار برشی و جزییات مدل ساخته شده توسط گالانو و اندری را نمایش میدهد.
تیر کوپله کوتاه در پلان عمودی تحت شرایط خمشی نامتقارن و برش ثابت در شکل 2 نشان داده شده است. که توسط نرم افزار المان محدود به بررسی و صحت مدل با بارگذاری یکنواخت پرداختیم. همانطور که در شکل 2 مشاهده میشود، 6 غلطک فولادی در این آزمایش برای شرایط تکیه گاهی به کار گرفته شده است که با استفاده از دو جک هیدرولیکی که قادر به اعمال حداکثر بار 350 کیلو نیوتن میباشد بارگذاری می شود. در مدل ارائه شده توسط برنامه المان محدود بجای اعمال نیرو از جابجایی استفاده شده جزئیات مدل آزمایشگاهی و نرم افزاری در شکل 2 نمایش داده شده است .
.1-2 مدل سازی عددی
مدل مورد بررسی مدل P05 گالانو واندر با آرایش مورب آرماتور ها می باشد که به صحت سنجی مدل با نرم افزار المان محدود تحت بار استاتیکی می پردازیم. در این نمونه از 4خاموت در وسط تیر، 6 آرماتور موازی در داخل دیوار تیر با 6 و از 4 آرماتور تقویتی مورب با 10 در هر جهت تیر استفاده شده است. شکل3 ، مدل P05 ساخته شده توسط گالانو و اندری و نرم افزار المان محدود را نشان میدهد.
