بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از بتن توانمند به طور وسیعی در صنعت ساختمان افزایش یافته است. یکی از کاربردهای بتن توانمند در ستونهای ساختمانهای بلندمرتبه است. برخی از مزیتهای استفاده از بتن توانمند عبارتند از: کاهش ابعاد موردنیاز ستونها، کاهش مصرف مصالح، دوام طولانیمدت بیشتر، ظرفیتهای باربری بیشتر و طراحیهای اقتصادی. کاهش در مقاطع ستونها میتواند منجر به افزایش در ضریب لاغری و درنتیجه کمانش آنها گردد . ستونهای بتن توانمند میتوانند بارهای بیشتری نسبت به ستونهای ساختهشده با بتن معمولی تحمل کنند. به علت رفتار ترد بتن توانمند، رسیدن به حداکثر پتانسیل باربری برای ستونها به طور کامل میسر نخواهد بود. اکثر روندهای طراحی اخیر براساس آزمایشات تجربی انجام شده روی نمونههای بتنی با مقاومت فشاری کمتر از 40 MPa میباشند.
ازینرو ضروری است تا روشهای آییننامههای موجود ارزیابی شوند تا برای طراحی اعضای سازهای بتن توانمند مناسب شوند. محققین مختلف روندهای طراحی اصلاحشدهای برای ستونهای لاغر درنظر گرفتهاند. در این مقاله روشهای طراحی موجود برای ستونهای بتن توانمند لاغر در قابهای مهارشده تحت بار تکمحوری توسط آییننامهی ACI 318 و روابط پیشنهادی محققین بررسی شدهاند. نتایج محاسبهشده توسط این روشها با نتایج تجربی جمعآوریشده از ادبیات فنی مقایسه شدند تا صحت و دقت آنها در طراحی ستونهای لاغر بتن توانمند کنترل شوند.
-1 مقدمه
یکی از کاربردهای بتن توانمند در ستونهای ساختمانها است. رفتار بتن توانمند نسبت به بتن معمولی متفاوت است، بتن توانمند دارای دیاگرام تنش-کرنش خطیتر، مقاومت کششی بالاتر، مدول الاستیسیتهی بالاتر و خرش کمتر میباشد. بتن توانمند باعث کاهش ابعاد ستون، کاهش قاالب، تولید مصالح بادوامتر و بهبود باربری نهایی میشود. - Afefy et al, 2009; Leite et - al., 2013; Bouchaboub and Samai, 2013 ستونهای بتنآرمه به طور کلی در معرض با نیروهای محوری اعمالی با خروج از مرکزیتهای مساوی یا نامساوی در دو انتها هستند. این خروج از مرکزیتها به علت نحوهی قرارگیری ستونها در سازه، توع نیرو و قیود در انتهای آنها، شکل مقطع و یا بارهای افقی مانند بار باد یا زلزله ایجاد میشوند.
زمانیکه بتن توانمند استفاده شود، ابعاد مقطع عرضی ستونها کاهش مییابد و درنتیجه لاغری آنها نسبت به ستونهای بتنی معمولی با طول مشابه افزایش مییابد که میتواند منجر به مشکلات ناپایداری گردد - Afefy et al, 2009; . - Bouchaboub and Samai, 2013 ظرفیت باربری نهایی ستون بتنآرمهی کوتاه به طور کلی بر این اساس تعیین میشود که فرض میشود اثرات کمانش و تغییرمکان جانبی روی مقاومت بسیار ناچیز است و شکست مصالح قبل از شکست مود کمانشی رخ میدهد.
برخلاف ستون بتنآرمهی کوتاه، ستون لاغر دارای یک کاهش قابل ملاحظه در مقاومت به علت خمش ثانویهی ناشی از تغییرمکان جانبی میباشد . - Kwak and Kim,2006,b; Beal and Khalil,1999 - همچنین مطالعات روی رفتار کوتاهمدت ستونهای لاغر بتن توانمند نشان دادهاند که قابلیت اطمینان ستون به طور قابل ملاحظهای تحت تأثیر خروج از مرکزیت بار است و برای خروج از مرکزیتهای کوچک قابلیت اطمینان بالا و برای خروج از مرکزیتهای بزرگ قابلیت اطمینان کمتر است، چون خروج از مرکزیتهای بزرگتر، اثرات خمش بزرگتر ایجاد میکنند و درنتیجه مقاومت ستون لاغر نسبت به ستون کوتاه کاهش زیادی مییابد.
استفاده از بتن توانمند بار نهایی یک ستون کوتاه را به طور قابل ملاحظهای افزایش مییابد ولی در مورد ستون لاغر این حالت رخ نمیدهد. شکست ستونهای لاغر چه بتن توانمند چه بتن معمولی بسیار تحت تأثیر اثرات خمشی مرتبهی دوم است . - Bouchaboub and Samai, 2013 - احتمال شکست پایداری برای یک ستون لاغر با افزایش مقاومت بتن افزایش مییابد. نتایج مشاهده شده نشان میدهند که استفاده از بتن توانمند در ستون بتنآرمهی لاغر به اندازهی ستون کوتاه مؤثر نمیباشد .
- Kwak and Kim,2006a - افزایش آرماتور طولی در ستون لاغر با بتن توانمند از ستون لاغر بتنی معمولی مؤثرتر است - Kim . - and Yang,1995 هدف کلی یک استاندارد طراحی تأمین راهنماییهایی برای طراحی سازههای ایمن و اقتصادی هست. هرچند به علت تفاوت در رفتار بتن معمولی و بتن توانمند هیچ تضمینی وجود ندارد که ستونهای لاغر بتن توانمند که با روندهای طراحی اخیر طراحی شوند به اندازهی بتن معمولی ایمن باشند . - Diniz and Frangopol, 2003 ستونهای لاغر بتن توانمند ممکن است متناسب با روش تشدید لنگر در آییننامهها استفاده شوند . - Rangan, 1998 -
-2 ضوابط طراحی آییننامهی و روابط پیشنهادی محققین
در این بخش روشها و روابط طراحی ستونهای لاغر بتن پرمقاومت در قابهای مهارشده بررسی میشوند. روشهای منتخب براساس روش تشدید لنگر به دست آمدهاند. در این روشها مقدار لنگر نهایی اعمالی بر ستونها با درنظر گرفتن اثرات خمش ثانویه به دست میآیند.
