بخشی از مقاله
نگاهی مکانیکی به پدیده خوردگی در پایههاي بتنی چهارگوش خطوط انتقال نیرو
چکیده:
مقالاتی که تا کنون در مورد خوردگی در پایههاي بتنی خطوط انتقال نیرو به رشته تحریر درآمده است، بطور مجرد به جنبه شیمیائی موضوع پرداخته شد و بیشتر به یادآوري چگونگی فعل و انفعالات و واکنشها و عوامل مؤثر در آن پرداخته اند. در این مقاله موضوع، با نگرشی کاملاً متفاوت مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیري و نشان داده میشود که آنچه سبب اصلی آغاز ترك و تخریب و متلاشی شدن بتن میگردد جنبه مکانیکی داشته و به رفتار سازه در مقابل نیروهاي وارده بستگی دارد و عوامل شیمیائی در ادامه و تشدید آن مؤثر میباشند.
شرح مقاله یکی از معایب پایههاي بتنی و چهار گوش، خرد و شکسته شدن بتن پوششی فولاد است که منجر به زنگ زدگی میلگردها شده
و چه بسا موجبات واژگونی پایههاي را فراهم میآورد و چنانچه بتوان به علل بروز آن و عوامل مؤثر به ایجاد این پدیده دست یافت، قطعاً با تمهیدات فنی که در طراحی بکار گرفته میشود میتوان این نقیصه را در پایههاي بتنی مرتفع نمود.
براي دستیابی به عوامل مکانیکی که در پدیده خوردگی پایههاي بتنی دخالت دارند، توجه به موارد زیر میتواند بسیار مفید و مؤثر باشد ولی قبل از طرح آنها معانی چند واژه کلیدي که در این مقاله مورد استفاده قرار میگیرد مطرح میشود:
(تیره هاي طره) Cantiliver Beams، (تردي و شکنندگی) Brittleness، (پیوستگی) Bond، (خستگی) Fatigue، (شکل پذیري) Ductility، (ترك) Crack، (خوردگی) Corrosiveness، (طاقت) Tughness، (شکافتن) Split، (خرابی پیشرونده) Progressive
ـ توجه به این مطلب ساده استاتیکی که، پایههاي بتنی خطوط برق تحت تأثیر بار باد با مکانیزم تیرهاي طره عمل مینمایند و حداکثر لنگر مقاوم در ابتداي پایه ایجاد میگردد و بصورت خطی کاهش یافته بطوري که در انتهاي تیر و محل اعمال بار به صفر میرسد. (شکل (1
ـ ایجاد شکست در قسمت یقه پایه ها (تقریباً تا ارتفاع 1/5 متري از روي پی)، بطوریکه در بعضی از مناطق پس از خورد شدن بتن و ظاهر شدن میلگردها، جهت جلوگیري از سقوط پایه، حدود 2 درصد پایههاي شبکه فشار ضعیف مازندران را در
بشکههاي فلزي و توخالی و در ابتداي پایه و در زمین، بطوریکه پایه ها را در میان گرفته باشد نصب و داخل آن را با بتن پرنمودند. [1]
ـ عدم تماس پایه ها در قسمت خورده شده با خاك و همچنین استفاده از آب آشامیدنی در کارگاههاي تیرسازي که نقش تعیین کننده و اصلی عوامل شیمیایی را در پدیده خوردگی منتفی می نماید.
ـ عدم گزارش از مشاهدات خوردگی در پایههاي پیش فشرده گرد.
ـ مشاهده شدت بیشتر خوردگی در پایههاي بتنی چهارگوش با شرایط سیمکشی دومداره.
(شکل (1
1ـ عوامل موثر در ایجاد و گسترش شکست و خرابی در سازههاي بتنی:
1ـ1ـ شکل پذیري:
عامل شکلپذیري نوعی ظرفیت ذخیره و استعداد جذب انرژي است که لازمه آن قابلیت تغییر شکلهاي بزرگ در سازه است بدون آنکه خرابی بوجود آید.
اصولاً سازههاي بتنی در کشش و برش ضعیفند و باید این عیب را با فولاد گذاري جبران کرد، ضمناً بتن در تحمل فشار، که نقش اصلی آن است، مصالحی ترد و شکننده و فاقد قابلیت تغییر شکل بزرگ است بنابراین اگر میدانهاي تنش در سازه بدرستی پیش بینی و مصلح نشده باشند و یا شکنندگی مصالح با روشهاي فولاد گذاري مخصوص و دور پیچی ترمیم نشده باشند، سازه بتنی شکل پذیر نخواهد بود.
در بار گذاري حاصل از باد بصورت متناوب معکوس (با تکرار از کشش به فشار و برعکس) در منطقه غیر الاستیک، تغییرات بزرگی را در طرز مقاومت و ارتباط لنگر ـ انحنا و در مقاومت برشی قطعات بوجود میآورد. مثلاً وقتی که تیري زیر اثر لنگر مثبت کاملاً به منطقه غیر الاستیک میرسد و فولاد کششی تغییر شکل غیر الاستیک پیدا میکند و ترکهائی در مقطع در منطقه کششی بوجود میآید، با معکوس شدن جهت لنگر و به تبع آن انحنا، ترکهاي موجود در منطقه فشاري جدید کاملاً بسته نخواهد شد. چون فولاد آنجا در کشش تغییر شکل ماندگار پیدا کرده است. اگر لنگر در جهت منفی نیز مقطع تیر را به جاري شدن و ترك خوردن برساند، پس از یک سیکل کامل، ترکهاي باز در تمام ارتفاع مقطع بوجود آمده است و سختی خمشی به مقدار زیادي منحصر به عمل فولاد خواهد شد.
شکل (4) تیر کنسول بتن آرمهاي را نشان میدهد که تحت اثر بار منفردي در انتها، به مرحله انحناي نهایی و لنگر نهایی در مقطع بحرانی خود رسیده است. (3)
منطقه پلاستیک، در مقاطع نزدیک تکیه گاه در طولی است که لنگر وارد از لنگر نظیر جاري شدن تیر بزرگتر است و دورانهاي زاویهاي بزرگ در مقاطع بیشتر در این منطقه متمرکز است. فرض کنیم که منحنی تغییرات خمیدگی یا دورانهاي زاویهاي را بشکل ایدهآل در آوریم و آن را به دو منطقه متمایز الاستیک و غیر الاستیک تقسیم کنیم. و نمودار تغییرات آن در طول تیر مطابق شکل (ج ـ (2 باشد که در آن طول (lp)، منطقه دورانهاي غیر الاستیک را نشان میدهد که همان منطقه مفصل پلاستیک است.
1ـ2ـ تنشهاي متغیر و متناوب و خستگی:
پایه بتنی تحت تأثیر بارهاي متناوب و دائمی ناشی از باد که از طریق سیم به آن وارد میگردد. تحت اثر تنشهاي متغیر و متناوب قرار میگیرد. آزمایش نشان میدهد که مصالح ساختمانی تحت تأثیر چنین بارگذاري زودتر از بارگذاري استاتیکی خرابی نشان میدهند و تنشهایی خیلی کمتر از حد گسیختگی و گاهی کمتر از حد ارتجاعی مصالح قادر است خرابی در مصالح بوجود آورد.
این پدیده کم شدن مقاومت تحت تأثیر نیروهاي تکراري و متناوب را خستگی مینامند امروزه ثابت شده است که ساختمان مصالح تحت اثر تنشهاي متناوب تغییر نمینماید وضعیف شده مصالح تحت اثر اینگونه تنشها فقط یک پدیده موضعی است، یعنی با تشکیل شدن یک ترك خیلی ریزذرهبینی در محل تمرکز تنش، تناوب تنشها باعث میشود که سطوح ترك و لغزش بسط پیدا کند و پس از تعداد معینی از سیکل تناوب گسیختگی، خرابی پیش رونده بوجود میآید. (4) در این مرحله عوامل شیمیائی بویژه نفوذ آب و زنگزدگی فولاد پدید میآید. ضمناً در شرایط یکسان، پایهها در خطوط دو مدره، بعلت افزایش شدت بارهاي متناوب ناشی از باد بیشتر از خطوط تک مداره، پدیده خرابی پیش رونده ظاهر میگردد.
1ـ3ـ طاقت:
مصالح بتنی از طاقت کمی برخوردارند چرا که بدون گسیختگی قادر به جذب انرژي زیادي نیستند. به عبارت دیگر طاقت خاصیتی است که از توأم شدن دو خاصیت مقاومت خوب و شکل پذیري خوب (مقاومت خوب و خمش پذیري خوب) بوجود میآید و مبین این خاصیت، قابلیت جذب تکان و ضربه است بدون اینکه خرابی و گسیختگی در مصالح اتفاق افتد مصالح ترد و شکننده از جمله بتن داراي طاقت کمیاند زیرا تغییر شکل پلاستیک آنها قبل از گسیختگی کوچک است.
1ـ4ـ تردي و شکنندگی:
بتن از انواع مصالح ترد و شکننده بشمار میآید و بر خلاف مصالح شکل پذیر فقط میتواند تغییر شکل خیلی کم را قبل از شکستن تحمل نماید ولی از آنجائیکه پایههاي بتنی با مقطعی کوچک ولی به صورت مساح ساخته میشوند بعلت وجود فولاد، خاصیت شکلپذیري آن افزایش مییابد. و خرابی آن تدریجی است و اگر فولاد در مقطع، به مقدار حداقل مجازي باشد. که آئین نامههاي محاسباتی تعیین مینمایند خطر خرابی ناگهانی در پایه ها خیلی کم خواهد شد و قبل از خرابی، در اثر پوسته شدن غشا بتنی روي فولاد، خرابی خود را خبر می دهد و بعدا نیز، پس از اینکه بعضی از قسمتها جاري و یا خرد شد، بعلت شکل پذیري فولاد وضع جدیدي از تعادل به خود می گیرد و خرابی ناگهانی همراه با واژگونی و بصورت حادثه کمتر اتفاق می افتد.
پس از بررسی عوامل تشدید کننده تنش و مؤثر در ایجاد و گسترش خرابی، پیوستگی، پیوستگی خمشی و مکانیزم شکست پیوستگی را در مورد بررسی قرار دهیم.
