بخشی از مقاله
خلاصه
مقاومت بتن بسته به شرایط بارگذاری وارد بر آن متغییر است. دو مقاومت در بسیاری از پروژه ها مبنای طراحی مهندسان است. این دو مقاومت عبارتند از مقاومت تک محوره و دو محوره بتن. با توجه به اهمیت مسائل اقتصادی، در این تحقیق سعی شده است با بیانی ساده مزایا و معایب استفاده از هریک از این دو مقاومت بیان شود. برای این منظور ابتدا مقاومت بتن تحت بارگذاری های مختلف بیان شد. سپس دیدگاههای مختلف در طراحی سدهای قوسی بیان شد و در نهایت با ارائه مدل های واقعی از سدهای ساخته شده در ایران مقایسه ای اجمالی برای تعیین مقاومت مورد نیاز که معیاری تعیین کننده در قیمت نهایی پروزه دارد، در هر یک از این دو حالت صورت گرفت.
بارگذاری ها در حالت استاتیکی خطی صورت گرفته شده است. نتایج نشان می دهد استفاده از مقاومت تک محوره با رویکردی که به مسئله دارد با عملکرد سدهای قوسی مطابقت بیشتری دارد و هم چنین طراحی با مقاومت دومحوره با توجه به ضرایب اطمینانی که برای بتن در ناحیه کشش دارد باعث غیر اقتصادی تر شدن سازه می شود مگر آنکه مقدار تنش کششی در بدنه سد در حد بسیار کم باشد در این صورت است که با توجه به اضافه ظرفیتی که بتن در حالت دو محوره دارد میتواند منتج به طرحی اقتصادی تر شود. هم چنین زمان طراحی در حالت مقاومت دومحوره نسبت به تک محوره بشدت افزایش پیدا می کند.
.1مقدمه
همزمان با تحقیقات محققین بر روی بتن به عنوان پرمصرف ترین ماده ای که در ساخت پروژهای بشر از آن استفاده می شود، آزمایشهای فراوانی نیز بر روی ویژگی های این ماده صورت گرفته است و تا کنون نیز ادامه دارد. از مهم ترین آنها که شاید مهم ترین خاصیت آن نیز باشد مقاومت است. بتن بسته به شرایط بارگذاری از خود مقاومت های مختلف نشان می دهد.
این مقاومت به پارامتر هایی از قبیل نوع بار - فشاری،کششی - ، چندجانبه بودن بار، سرعت بارگذاری و دیگر عوامل ممکن است کاملا متفاوت باشد. مدل های زیادی برای مقاومت بتن در طول مدت بارگذاری ارائه شده است. در این تحقیق سعی شده با ارائه اجمالی به رفتار بتن با تاکید بر دو پارامتر اساسی، نوع و چندجهته بودن بار وارد بر بتن، مقاومت آن را مورد بررسی قرار داده شود. هم چنین با توجه به نوع عملکردی که سدهای قوسی برای انتقال بارهای خارجی دارند و ضرایب اطمینانی که برای حالتهای مختلف بارگذاری، که ارائه شده است به نگاهی که محققین به این مسئله دارند پرداخته شود. و در آخر با ارائه مدل هایی بتوان مقایسه مفیدی از این دو نگاه و مقاومتی که برای طراحی سدها ارائه می شود صورت گیرد.
.2مقاومت بتن
.1,2مقاومت تک محوره فشاری
تغییر شکل بتن تحت تنش فشاری با منحنی تنش- کرنش آن مشخص می شود. منحنی تنش -کرنش بتن تحت فشار تک محوره در شکل - 1 - نشان داده شده است. از مهم ترین کسانی که بر روی این موضوع کار کردند - مهتا و مونتورینو 1993 بودند - .
در شکل - 1 - دیده می شود که تغییر شکل بتن تحت تنش فشاری تک محوره به صورت غیرخطی است؛ به صورتی که هرچه بتن تحت تنش فشاری بالاتری قرار می گیرد، رفتار غیر خطی آن بیشتر آشکار می شود. رفتار غیر خطی بتن تحت تنش فشاری ناشی از تشکیل تدریجی ریز ترک ها1 در آن است. به طوری که هرچه تنش افزایش یابد، مقدار ریز ترک ها نیز افزایش خواهد یافت.
رفتار بتن در این شکل به پنج ناحیه تقسیم بندی می شود. ناحیه A در این محدوده که تقریبا 30 درصد مقاومت نهایی است رابطهی تنش-کرنش بتن تقریبا خطی بوده و تغییر در ریز ترک های موجود در بتن بوجود نمی آید. ناحیه B در این ناحیه که در محدودهی 30 تا 50 درصدی مقاومت نهایی است، کاهش تدریجی سختی دیده می شود و آن هم به دلیل افزایش عرض و تعداد ترک ها می باشد البته ترک ها هنوز در حالت پایداری هستند.
ناحیه C که در محدوده 50 تا 75 است روند کاهش سختی افزایش پیدا کرده و ترک ها دیگر حالت پایدار نیستند به طوری که با یک نیروی ثابت رشد ترک دیده می شود. ناحیهD که در محدوده ی بالاتر از 75 درصد ظرفیت است رفتار غیر خطی داشته و به دلیل به هم پیوستن ریزترک ها، تبدیل به ترک بزرگتر میشوند. و در نهایت ناحیه E که به علت ایجاد ترک های بزرگ در بدنه نمونه افت شدید مقاومت و سختی دیده می شود
شکل - 1 - نمودار تنش-کرنش بتن تحت بارگذاری تک محوره فشاری - مستوفی نژاد -
.2,2مقاومت تک محوره کششی بتن درعمران، معماری و مدیریت شهری
شکل - - 2 منحنی تنش-کرنش برای بتن در حالت کشش تک محوره است. تمام منحنی ها تقریبا تا نقطهی ماکزیمم مقاومت به صورت خطی هستند. شکل کلی منحنی مانند منحنی بتن تحت بار فشاری تک محوره است. ولی با وجود ریز ترک ها و تاثیر آن بر روی شکست بتن می توان به تفاوت های کلی زیر اشاره کرد. برای تنش های کمتر از % 60 مقاومت کششی ×2بتن اثر ریزترک ها قابل چشم پوشی است لذا می توان از بتن رفتار الاستیک انتظار داشت. بالاتر از این تنش ریزترک ها شروع به رشد کرده است.
مقدار منطقی برای شروع ترک های ناپایدار در حدود 75 درصد مقاومت است. - ولچ - 1966 و - اون و ماراته . - 1968 شکست کششی تعداد ترک ها کم است ولی عمق ترک بزرگ تر است و لذا شکست کششی بر خلاف شکست فشاری ناشی از عرض زیاد ترک است در صورتی که در شکست فشاری این تعداد ترک ها هستند که نقش تعیین کننده دارند و شکست به صورت ناگهانی اتفاق می افتد یکی از مهم ترین پیامدهای این اتفاق این است که ترسیم دقیق منحنی تنش-کرنش بعد از حداکثرمقاومت امری دشوار است
از آنجایی که تعیین مقاومت فشاری3 بتن نسبت به مقاومت کششی آسان تر است ظرفیت کششی بتن را با استفاده از مقاومت فشاری ارزیابی می کنند و به طور تجربی این مقدار حدود 5 تا 10 درصد مقاومت فشاری در نظر گرفته می شود. لذا رابطه ی تقریبی برای بدست آوردن مقدار تنش کششی بتن ارائه شده است.
شکل - - 2نمودار تنش- کرنش بتن تحت بار تک محوره کششی - مستوفی نژاد -
.3,2مقاومت بتن تحت بارگذاری دومحوره
آقایان - کوپفل، هیلسدروف و راش - 1969 از نخستین افرادی بودند که رفتار بتن تحت تنش های دو محوره فشاری - فشاری، فشاری- کششی، کششی-کششی را بررسی کردند. رفتار بتن در حالت دو محوره را می توان به سه قسمت تقسیم بندی کرد.
ناحیه فشاری-فشاری: در این حالت مقاومت بتن بیشتر ازآن درحالت تک محوره است. به طور مثال ممکن است تا 27 درصد بیشتر از مقاومت فشاری تک محوره باشد. برای نسبت تنش در دو جهت یک مقدار مقاومت حدودا %16 افزایش خواهد داشت؛ و مهم ترین عامل برای این افزایش محدود شدن ایجاد ترک بدلیل وجود تنش های دوطرفه است.
