بخشی از مقاله
چکیده
تحقیق حاضر با کاربرد روش "مسیر نیروی فشاری" - CFP - برای طراحی دیوارهای سازه ای بتن آرمه مقاوم در برابر زلزله مرتبط است .این تحقیق بر اساس یک مطالعه ی مقایسه ای نتایج به دست آمده از آزمایش ها بر روی دیوار های سازه ای تحت بار گذاری چرخه ای - متناوب - که در واقع تقلید رفتار لرزه ای است، صورت گرفته است. نیمی از دیوار های مورد آزمایش قرار گرفته با استفاده از روش - CFP - و باقی مانده بر طبق مفاد آیین نامه های اروپا با کد های 4 و 8 طراحی شده اند.
نتایج بدست آمده نشان داد که هر دو این روش های طراحی اتخاذ شده به راه حل هایی منجر می شوند که ملزومات آیین نامه های فعلی را برای کارآیی سازه ای در تمامی موارد مورد بررسی قرار گرفته برآورده می کنند.علاوه بر این ، نتایج بدست آمده از به کار بردن روش - CFP - به کاهش قابل توجه مقدار خاموت های قرار گرفته در طول های بحرانی لبه های عمودی دیوارها منجر میشود.
در واقع چنین تقویت شدگی با استفاده از روش دوم در مورد دیوار های با نسبت دهانه به عمق کمتر از 2,5 مشخص نمی شود.در مورد دیوار هایی که نسبت دهانه ی برشی به عمق بزرگتر از 2,5 دارند نه تنها تقویت شدگی در طولی که به طرز قابل ملاحظه ای کوچکتراست، قرار داده شده است، بلکه فاصله ی بین آن ها هم در مقایسه با روش بهره گیری از آیین نامه ها بزرگتر است.
-1 مقدمه
مفاد فعلی برای طراحی دیوار های بتن آرمه ی مقاوم در برابر زلزله سه نوع تقویت شدگی را مشخص می کنند: - 1 - تقویت شدگی عمودگی که ظرفیت خمشی مطابق با ظرفیت باربری حداقل برابر با بار طراحی را تامین میکند - 2 - تقویت شدگی افقی جان در یک مقدار کافی برای جلوگیری از گسیختگی برشی قبل از آن که ظرفیت انعطاف پذیری حاصل بشود - 3 - تقویت شدگی توسط خاموت بمنظور شکل دادن به المان های ستون پنهان - CC - که قادر به برآورد کردن نیازمندی های آیین نامه برای تامین شکل پذیری می باشند و بتن را در طول دو لبه ی عمودی دیوار محصور می کند
هرچند این مشخصات طراحی دارای یک اشکال مهم هستند: فضای متراکم ما بین خاموت ها غالبا به ازدحام تقویت شدگی درون المان CC منجر می شود و این ممکن است که در جفت و جور کردن جزئیات مشکل ایجاد بکند وهمچنین احتمالا تراکم ناقص بتن را در پی خواهد داشت. از طرف دیگر ،اطلاعات آزمایشگاهی در مورد دلایل گسیختگی سازه های بتنی تقویت شده نشان داده اند که کمبود ظرفیت باربری که توسط المان های خطی سازه های بتن آرمه خمشی تحمل می شود با شرایط تنش سه محوری که به منظور سازگاری تغییر شکل در ناحیه ی فشاری، صرف نظر از حضور تقویت شدگی محصورکننده، ایجاد میشوند مرتبط است
علاوه بر این در ناحیه های محلی شده - موضعی شده - این شرایط تنش سه محوری با حضور تنش های کششی عرضی که ممکن است به از دست رفتن ناگهانی ظرفیت باربری - اگر ناحیه ی فشاری بدرستی تقویت نشده باشد - منجر بشود مشخص می شوند.در واقع دریافته شده است که مقدار تقویت شدگی مورد نیاز برای این منظور بطور قابل ملاحظه ای کوچکتر از مقادیر مشخص شده در آیین نامه برای تامین محصور شدگی برای بتن زمانی که محاسبات آن با استفاده از به کار بردن روش "مسیر نیروی فشاری - " - CFP انجام می شود می باشد.
با توجه به موارد بالا هرچند تشخیص داده می شود که شاید یک نیاز به مشخص کردن تقویت شدگی عرضی در ناحیه ی فشاری بمنظور افزایش دادن شکل پذیری دیوار های سازه ای وجود داشته باشد ،این بحث مطرح می شود که چنین تقویت شدگی ضرورتا به منظور تامین محصور شدگی برای بتن در لبه ی دیوار ها مورد نیاز نمی باشد بلکه بمنظور تحمل کردن تنش های کششی عرضی که همواره در ناحیه ی فشاری زمانی که وضعیت حدی نهایی حاصل میشود بوجود می آیند ،لازم هستند.یک تلاش اولیه برای روشن کردن این موضوع بر اساس یک مطالعه ی مقایسه ای نتایج بدست آمده از تحلیل المان محدود - FEA - بر روی واکنش دیوار های بتنی مسلح در معرض انواع مختلف بارگذاری عرضی به صورت شبیه سازی عملکرد زلزله بوده است .
تمامی دیوار ها مشخصات هندسی و تقویت شدگی خمشی مشابهی داشتند ولی در مقدار و ترتیب تقویت شدگی عرضی ، که مطابق با مفاد طراحی مقاوم در برابر زلزله ی آیین نامه های فعلی [1,2] یا بر طبق روش CFP طراحی شده بود ،متفاوت بودند [4] .کشف اصلی تحقیق این بود که طراحی دیوار مطابق با روش CFP منجر می شود به صرفه جویی های قابل توجه در تقویت شدگی هم در جان و هم بخصوص در لبه های عرضی بدون سازش کردن با ملزومات کارآیی مندرج در آیین نامه، با رفتار اساسا مستقل دیوار در روش بکار رفته برای طراحی تقویت شدگی عرضی. هرچند مشخص شده است که نتایج بدست آمده از تحلیل ممکن است که همیشه واقع گرایانه نباشد BB در واقع چنین نتایجی شاید حتی در برخی مواقع مشکوک ارزیابی بشوند.در نتیجه، هر چند بسته ی FEA بکار رفته برای تحقیق فوق قابل اطمینان در نظر گرفته می شود ،چنانچه پیش از این دریافته شده است که عملکرد رفتار دیوار سازه ای را که ارتباط نزدیکی با نتایج آزمایشگاهی دارد
بدرستی پیش بینی میکند ، هدف تحقیق حاضر بررسی کردن اعتبار نتایج حاصل از تحلیل با استفاده از آزمایش می باشد.دو نوع دیوار مورد بررسی قرار می گیرند: دیوار های بلند و باریک مثلا دیوار های با نسبت دهانه ی برشی به عمق کمتر از - av/l>2.5 - 2,5 و دیوار های کوتاه با نسبت . - av/l<2.5 - مشابه حالت دیوار های مورد تحقیق قرار گرفته بصورت عددی ، بر ای هر نوع دیوار ، مشخصات هندسی و تقویت شدگی خمشی یکسان هستند، در حالی که دیوار ها در مقدار و ترتیب تقویت شدگی عرضی متفاوت هستند.در نیمی از دیوار ها تقویت شدگی عرضی مطابق با مفاد طراحی مقاوم در برابر زلزله ی آیین نامه های اروپایی و در نیمی دیگر بر اساس روش CFP طراحی شده است.این تحقیق بر اساس مطالعه ی مقایسه ای نتایج بدست آمده از رفتار دیوار تحت بار استاتیکی عرضی که چه بصورت یکنواخت و چه بصورت چرخه ای - متناوب - تا حد گسیختگی افزایش میابد، صورت گرفته است.
-2 دلایل گسیختگی ترد
مفاهیم زمینه ی روش CFP مفصلا در جاهای دیگر توضیح داده شده اند [4] .بهمین دلیل آن اصول مختصرا در ذیل شرح داده میشوند. تئوری CFP پایه و اساس را برای اعمال فلسفه ی حالت حدی به طور عملی بر طراحی سازه های بتنی مسلح از دو طریق زیر فراهم میکند - a - تشخیص ناحیه هایی که مسیری را که در طول آن نیرو های فشاری تولید شده در داخل یک المان سازه ای یا یک سازه ی تحت فشار از آن ناحیه ها به پشت بند ها انتقال میابند شکل می دهند و - b - تقویت این نواحی به صورت سهم دادن ظرفیت باربری دلخواه با شکل پذیری کافی به المان یا سازه.استفاده از نام "مسیر نیروی فشاری" به منظور برجسته کردن این دو خصیصه ی کلیدی تئوری در نظر گرفته شده است .
-1-2 تیر با تکیه گاه ساده
مدل سازی تیر با تکیه گاه ساده برای اعمال تئوری CFP در طراحی اساسی است ، چرا که بخش های گسترش یابنده بین نقاط با لنگر خمشی صفر - به عنوان مثال نقاط مقابل خمش ، یا تکیه گاه های ساده - هر سازه ی شامل المان های خطی را نشان میدهد.شکل 1 مدل در نظر گرفته شده با این تئوری، به عنوان مناسب ترین مدل برای فراهم کردن یک شرح ساده ولی واقع گرایانه از وضعیت فیزیکی یک المان شبیه تیر، با تکیه گاه های در حالت حدی نهایی آن تحت یک بار متمرکز عرضی را نشان میدهد .
گسیختگی فرض می شود که بدلیل توسعه ی تنش های کششی عرضی درون ناحیه ی مسیر نیروی فشاری ، با قرارگیری این تنش ها بسته به اندازه ی نسبت دهانه ی برشی به عمق - av/l - رخ بدهد.حالتی که با آن av/l ظرفیت بار بری تیر را تحت تاثیر قرار میدهد - دومی در یک شکل غیر ابعادی، بصورت نسبت لنگر خمشی در هنگام گسیختگی ،Mu ،به ظرفیت خمشی، Mf توضیح داده میشود - در شکل 2 نشان داده شده است .[4]درواقع گرایش های نشان داده شده با تغییرات Mu/Mf با av/l با چهار نوع متمایز رفتار المان سازه ای مطابق هستند.
از این انواع، نوع II و III با مد های ترد و غیر خمشی گسیختگی مشخص میشوند ، در حالی که برای نوع I و IV المان سازه ای ممکن است طراحی بشود که رفتار شکل پذیر بدون مفاد تقویت شدگی عرضی در بیش از یک مقدار اسمی[4] بروز بدهد.بنابر این رفتار های از نوع جانبی نیاز به توضیح بیشتری ندارند.حالت های گسیختگی ترد مرتبط با رفتار نوع II - با دربرگرفتن ،تقریبا محدوده ی تغییر av/l ما بین 2 ,5 و - 5 بوسیله ی تنش های کششی چه در ناحیه ی تغییر جهت CFP - موقعیت 1 در دهانه ی برشی av1 در شکل 1 با فرض - av1>2.5d یا در ناحیه ی مقطع در وجه سمت چپ بار متمرکز ،جایی که حداکثر لنگر خمشی با نیروی برشی ترکیب میشود - موقعیت 2 در دهانه ی برشی av1 در شکل - 2 ایجاد میشود.
شکل :1نمایش طرح وار موقعیت فیزیکی تیر بتنی مسلح با تکیه گاه ساده در حالت حدی نهایی آن
شکل :2گرایش رفتاری نشان داده شده با ارتباط بین ظرفیت باربری - Mu/Mf - و نسبت دهانه ی برشی به عمق - av/d - و حالت های گسیختگی مطابق با آن ها
