بخشی از مقاله
چکیده
در میان روشهای متداول و موجود در تحلیل سازهها روش اجزا محدود بهعنوان یکی از کاملترین و قدرتمندترین ابزارها برای تحلیل سازه شناختهشده است. پیشرفتهای سالهای اخیر در کاربرد روش اجزا محدود باعث شد تا مدلسازی و تحلیل هر سازه یا جزئی از آن با شبیهسازی دقیق و نزدیک به واقعیت ممکن گردد. در این روشها امکان ارزیابی مدل در محدوده عملکرد خطی و یا غیرخطی مصالح و پسازآن در ترکیبات بارگذاری متفاوت بهراحتی امکانپذیر است .
از مزایای مهم این روش، توانایی آن در حل مسائل مختلف با آرایشهای متنوع المان سازهای، خواص مصالح گوناگون و شرایط مرزی دلخواه میباشد؛ بنابراین روش اجزا محدود با قابلیتهای فوق ابزار مناسبی برای مدلسازی انواع سازههای بتنی است. وجود پارامترهای متعدد و تأثیرگذار در سازههای بتنی موجب میشود تا پیشبینی کامل رفتار سازه بدون انجام آزمایش یا تحلیلهای دقیق ممکن نبوده یا بسیار دشوار شود. از سویی، امکان انجام آزمایش و بررسی تغییرات هر پارامتر، عملی است که مستلزم صرف زمان و هزینه زیادی است لذا امروزه با توجه به وجود روشهای تحلیل اجزا محدود امکان تحلیل غیرخطی سازهها با دقت قابلقبول و سرعت بالا امکانپذیر شده که بهاینترتیب میتوان مقادیر تنش و تغییر شکل را در بخشهای مختلف سازه محاسبه کرد.
در این مطالعه آزمون آزمایشگاهی بررسی عملکرد اتصالات بتنی خمشی ویژه که در آییننامه ACI توصیه شده است بهوسیله نرمافزار اجزا محدود ABAQUS شبیهسازیشده و نتایج این تحلیل با خروجیهای حاصل از آزمون آزمایشگاهی استاندارد مقایسه شده است. پس از مقایسه نتایج مذکور مشاهده شد؛ درصورتیکه مشخصات مصالح و جزئیات آزمون آزمایشگاهی بهصورت دقیق و بر اساس تئوریهای معتبر در نرمافزار مدل شوند، میتوان انتظار استخراج نتایجی نزدیک به واقعیت و با اختلاف بسیار اندک نسبت به آزمون واقعی داشت.
1. مقدمه
هدف این مطالعه، اعتبارسنجی آزمون آزمایشگاهی استاندارد مربوط به بررسی عملکرد اتصالات خمشی بتنی است که در نرمافزار اجزا محدود ABAQUS شبیهسازی شده است. این کار بهمنظور کاهش زمان و هزینه آزمونهای آزمایشگاهی صورت گرفته است اما به علت عدم حصول اطمینان از صحت نتایج حاصله لازم است تا قبل از استناد به نتایج این تحلیلهای عددی از صحت نتایج مذکور اطمینان حاصل گردد لذا در این مطالعه بعد از بررسی اجمالی مطالعات صورت گرفته در زمینه اتصالات خمشی به صحتسنجی تحلیلهای عددی با استفاده از چند آزمون آزمایشگاهی معتبر پرداخته شده است.
.2 مطالعات پیشین
خالو و پرستش، در فاز اول تحقیقاتشان، اتصالات ساده خمشی تیر به ستون بتنی پیشساخته برای مناطق با لرزهخیزی زیاد را موردبررسی قرار دادند. نمونهها در فاز اول، تحت بار ثابت نیروی محوری ستون و بارگذاری دورهای بر طبق تاریخچه تغییر مکانهایی معین قرار گرفتند. نتایج این آزمایشها نشان میدهد که تغییر مکان جانبی نسبی در نمونه پیشساخته بیشتر از نمونه یکپارچه است و کاهش طول اتصال میلگردها باعث کاهش مقاومت، شکلپذیری و استهلاک انرژی میگردد
در مطالعه دیگری، هاشمی به بررسی ضریب رفتار سازههای ساخته شده با پانلهای بزرگ پیشساخته پرداخت و اثرات تغییر مقاومت بتن، تغییر تعداد دهانهها، طبقات و همچنین اثرات بارگذاری جانبی را بر ضریب رفتار مورد بررسی قرار داد. نتایج نشان داد که مقاومت بتن تأثیر ناچیزی بر ضریبرفتار دارد
ارتاس و همکاران چهار نوع اتصال شکلپذیر و مقاوم خمشی بهصورت پیشساخته و یک اتصال یکپارچه را مورد مقایسه قرار دادند. سپس آنها به ارزیابی مقاومت، کاهش سختی و اتلاف انرژی نمونهها پرداختند. نتایج نشان داد که کاهش سختی نمونههای پیشساخته نوع 1 - با اتصال در داخل ستون - و پیشساخته نوع 2 - بااتصال در داخل تیر - شبیه به هم بوده است؛ ولی سختی نمونه پیشساخته بااتصال مرکب کمتر از سایر نمونهها است. همچنین میرایی ویسکوز با افزایش تغییر مکان جانبی نسبی افزایش پیدا میکند. روند کلی انجام این مطالعه به این صورت بوده است که Ertas و همکاران، 4 نوع از اتصالات تیر به ستون اجراشده در محل - CIP - با بار دورهای معکوس در گسترهی غیر الاستیک را موردبررسی قرار دادهاند
پژوهش دیگری که شامل تیرهای بتنی پیشساختهای هستند که میان ستونها قرار دارند و یک مفصل با هستهی CIP - ریخته شده در محل - بتنی که میان بخش انتهایی تیر ساختهشده است، توسط رسترپو صورتگرفته است. نتایج آزمایش نشان میدهد که جزئیات اتصالات بهاندازه قابلتوجهی با آنچه در حالت اجرا در محل وجود دارد برابری میکند
چین یو و همکاران یک نوع از سیستمهای سازهای پیشساخته بتنی با تیرها و دالهای پیش-ساخته بتنی را موردبررسی قرار دادند. سپس بررسی عملکرد لرزهای سیستم تحت بارهای دورهای روی اتصال تیر به ستون و همچنین تحلیل بار افزون نمونه با نرمافزار Opensees انجام شد. آنها نتیجه گرفتند که این سیستمهای سازهای رفتار لرزهای خوبی از خود نشان میدهد
رودریگز، بلندن و همکاران نیز در مورد عملکرد اتصالاتی گزارش کردهاند که مفصل پلاستیک از سطح ستون گسترش مییابد. اگرچه این نوع از اتصال شبیهسازیشده جهت انجام آزمون، بهصورتکاملاً یکپارچه نیست اما میتوان این نوع اتصال را در قابهای پیشساخته بتنی و یا در بناهای ترکیبی استفاده کرد؛ به شرطی که مقاومت و سختی اتصال به صورت دقیق در نظر گرفتهشده باشد. استفاده از بتن مسلح شده با آرماتورهای فولادی در اتصالات ریخته شده درجا برای بهبود شکلپذیری و استهلاک انرژی در نمونه و افت آهستهتر سختی، بسیار مؤثر گزارششده است
اسکین و همکاران، اتصالات جوش دادهشده را جهت استفاده در سازههای بتنی پیشساخته معرفی کردند. اگرچه رفتار این اتصالات رضایتبخش بوده اما نیاز به جوشکاری زیادی در میلگردهای تیر و ستون دارد. هزینه و معضلات مربوط به کنترل کیفیت جوشکاری بیشازحد، بدون شک بعضی از مزایای ذاتی بتن پیشساخته را از بین میبرد. علاوه بر این؛ حرارت تولیدشده از جوشکاری بیشازحد ممکن است باعث آسیب به قید میلگردهای فولادی و همچنین ترکخوردگی بتن اطراف آنها شود.
فرانس و همکاران نیز پاسخ انواع مختلفی از اتصالات را ارائه کردند. در برخی از اتصالات مفصل پلاستیک از نقطه اتصال به سمت داخل اتصال انتقال مییابد. تحقیقات ایشان نشان میدهد که اتصالات مسلح شده با میلگرد کشیده شده و رزوه شده به قسمتهای ثابت؛ بهترین و مطلوبترین حالت ازنظر عملکرد، ساخت و بحث مسائل اقتصادی را داراست. در این برنامه؛ اتصالات با جزییات اتصال مشابه این حالت با درصد فولاد کمتر مورد آزمایش قرار گرفتند و عملکرد این اتصالات را شبیه اتصالات یکپارچه گزارش کردند. اشکال این اتصالات را جابجایی باقیمانده بسیار زیاد و همچنین سختی باقیمانده کم پس از پاسخ لرزهای غیر ارتجاعی بیان کردند.
گوش و همکارانش یک مقاله در مورد مفهوم اتصال قوی ارائه کردند که با اجلاس بینالمللی - 1997 - برای سازههای تابع آییننامه رسمی - سازههای همشکل - گسترش یافت و به تدوین مقررات طراحی مهندسی سازه برای سازههای پیشساخته منجر شد
یک برنامه تحقیقاتی دومرحلهای مبنی بر بررسی علل ضعف اتصالات تیر به ستون پیشساخته در دانشگاههای بوگازیجی و کوکالی بعد از زلزله 1999 صورت گرفت. این برنامه توسط شورای تحقیقات علمی و فنی ترکیه و انجمن بتن پیشساخته ترکیه سازماندهی شده بود. در مرحله اول از این طرح تحقیقاتی، اتصالات پیشنهادی مختلفی با اتصالات یکپارچه همتای خود مقایسه شدند. در فاز اول؛ انواع اتصالاتی که با توجه به شیوه ساختشان در آمریکای شمالی، اروپا و ژاپن بهصورت گسترده کاربرد دارند، انتخاب شد و در فاز دوم اتصالات هیبریدی پس تنیده با نسبت آرماتورهای مختلف موردبررسی قرار گرفتند. جزییات و موقعیت اتصالات اعضاء بتنی پیشساخته موضوع تعدادی از آزمایشها، تحلیلها و بررسیها قرارگرفت
.3 پارامترهای شبیهسازی بتن مسلح در نرمافزار اجزا محدود ABAQUS
در این قسمت جزئیات مدلسازی اتصالات بتنی در نرمافزار ABAQUS اعم از رفتار مصالح مصرفی، پارامترهای موردنیاز جهت شبیهسازی و نوع المانهای انتخابی توضیح داده شده است. مدل خسارت پلاستیک بتن تعمیمیافته معیار شکست دراگر-پراگر - 1952 - میباشد. این معیار یک سطح شکست مخروطی مطابق شکل 1 دارد و یکی از تئوریهای متداول در مدلسازی شکست بتنآرمه میباش
شکل -1 معیار شکست بتن دراگر-پراگر - 1952 -
به منظور تعریف معیار شکست دراگر- پراگر در نرم افزار ABAQUS، باید این کار را به کمک پارامترهای تعریف شده در نرم افزار انجام داد لذا در ادامه پارامترهای مورد نیاز به منظور تعریف معیار دراگر- پراگر در نرم افزار مذکور آورده شده است.
-1 پتانسیل خروج از مرکزیت پلاستیک، عدد کوچک مثبتی است که برابر نسبت مقاومت کششی به مقاومت فشاری بتن میباشد. مقدار پیشفرض آن برابر 0.1 است. وقتی که این عدد برابر صفر باشد درواقع شکل مریدین تبدیل به یک خط راست میشود
