بخشی از مقاله
پيش بيني نوع انهدام ستون هاي بتن آرمه تحت اثر بار جانبي دوره اي
چکيده :
در ارزيابي خسارت سازه ها، پيش بيني وتشخيص نوع انهدام بسيار با اهميت است . شناختن نوع انهدام و بررسي آن به صورت جداگانه ، کيفيت ارزيابي را بالا برده ، عدم قطعيت نتايج را کاهش داده و دقت مطالعات را بيشترمي نمايد. پس از ارزيابي خسارت ، اقدام بعدي ، تصميم گيري براي بهسازي و مقاوم سازي سازه قبل از زلزله و يا تعمير آن پس از زلزله مي باشد. شناخت نوع انهدام ، تصميم براي مقاوم سازي و يا تعمير را عاقلانه تر مي نمايد و در کاهش هزينه هاي مربوطه تأثير اساسي دارد. در اين تحقيق ، ابتدا انواع انهدام ستون هازير اثر بار دوره اي يا زلزله تعريف شده است ، آنگاه پارامترهائي که به لحاظ فيزيکي در نوع انهدام تاثيردارندشناسائي و تعريف شده اند، سپس با استفاده از اطلاعات آزمايشگاهي و نتايج بارگذاري بر روي تعداد قابل ملاحظه اي نمونه ، مدل جديدي به منظور پيش بيني نوع انهدام ستونها تدوين شده است .
کليد واژه ها: ستون بتن آرمه - انهدام - ارزيابي خسارت - بار جانبي - بار دوره اي
۱-مقدمه :
بار جانبي دوره اي به صورت تصادفي بر اثر زلزله يا در آزمايشگاه به صورت کنترل شده بر ستون ها اعمال ميشود، در حاليکه بار محوري بر اثر حرکات جانبي زلزله يا بر اثر بارهاي ثقلي و در آزمايشگاه به صورت از پيش تعيين شده بر ستون ها وارد ميشود. به دليل گران بودن و عدم دسترسي هميشگي به آزمايشات ميز لرزه ، معمولا محققين رفتار اعضاء سازه را زير اثر بار دوره اي مشخص و کنترل شده در آزمايشگاه بررسي و مطالعه مي نمايند و در اغلب موارد نتايج بدست آمده ، با تقريب در خصوص اثرات زلزله تعميم داده ميشود .در مرور بر ادبيات فني ،ملاحظه مي شود که بيشتر مطالعات بر روي اعضاء تشکيل دهنده قاب بتن آرمه با فرض رفتار خمشي تير ها و ستون ها انجام شده است ، در حاليکه گزارشات زلزله هاي اخير[١,٢] نشان مي دهد که انهدام برشي از علل با اهميت خرابي ستون ها بوده است .بررسي انهدام برشي ستون ها ،علل آن و پيش بيني نوع انهدام اين اعضاء مي تواند به عنوان يکي از زمينه هاي تو سعه مبحث تحليل خسارت سازه ها محسوب شود.
ستو ن هاي بتن آرمه به علل مختلف ممکن است زير اثر برش آسيب پذير باشند، مهم ترين اين عوامل عبارتنداز:
الف - ناکافي بودن خاموت ها که باعث ضعف ستون در مقابل برش مي شود.
ب - وقتي بعلت کوتاه بودن ستون برش بيشتري جذب کند.
ج - وقتي کوتاه بودن ستون مانع تغيير شکلهاي خمشي آن شود،کوتاه شدن ستون مي تواند به طور هندسي بوده با شد و يا آنکه به علت وجود ديوارهاي پر کننده ايجاد شود.
د- ظرفيت برشي اوليه مقطع از نيروي برشي وارد بر آن کمتر باشد.
ه - ظرفيت برشي مقطع در هنگام بارگذاري دوره اي يا زلزله کاهش پيدا کند. اين کاهش ممکن است به اندازه اي باشد که براي ستون تعيين کننده شود.
درکليه موارد فوق ، عوامل ديگري نظير کاهش ظرفيت شکل پذيري بتن به علت کمبود خاموت ، کاهش پيوستگي بتن و فولاد به علت عدم رعايت کيفيت خوب بتن و الزامات مربوط به پيوستگي ممکن است بر روي عملکرد ستون در برش تاثيرگذار باشد. بطور معمول ستونها به دليل آنکه زير اثر بار محوري فشاري قرار دارند نسبت به تيرها تغيير شکل کمتري دارند و بيشتر در معرض انهدام برشي قرار مي گيرند ستون هاي بتن آرمه زير اثر بارهاي جانبي دوره اي همراه بار محوري به يکي از شکل هاي زير منهدم مي شوند:
الف - انهدام برشي قبل از تسليم ميلگردهاي طولي ب - انهدام برشي پس از تسليم ميلگردهاي طولي
ج -انهدام خمشي برشي پس از تسليم ميلگردهاي طولي د- انهدام خمشي پس از تسليم ميلگردهاي طولي
حالات انهدام ستون ها به شرح زير تو ضيح داده مي شود:
الف - انهدام برشي قبل از تسليم ميلگردهاي طولي
اين پديده به علت ناکافي بودن مقاومت برشي مقطع ستون در ابتداي بارگذاري اتفاق مي افتد. اين حالت به دليل عدم پيش بيني صحيح نيرو هاي برشي وارده به ستون پيش مي آيد.
فرآيند اين خرابي ناگهاني و تشخيص آن با مقايسه مقاومت برشي مقطع ستون و نيروي برشي ايجاد شده صورت مي گيرد. در طراحي ، حتي المقدور سعي ميشود با جزئيات اجرايي مناسب از اين نوع خرابي جلوگيري شود .
ب - انهدام برشي پس از تسليم ميلگردهاي طولي
اين پديده به علت کاهش سريع مقاومت برشي اوليه ستون و در نتيجه ناکافي شدن مقاومت برشي مقطع نسبت به نيروي برشي ايجاد شده اتفاق مي افتد. اينحالت نسبت به مورد قبلي در زمان طولاني تري اتفاق مي افتد (پس از تسليم ميلگردهاي طولي ). فرآيند اين خرابي تدريجي است ولي نسبت به ا نهدام خمشي در زمان کوتاه تري صورت مي گيرد. معمولا اين نوع خرابي در شکل پذيري کوچکتر از ۲ صورت مي گيرد (شکل پذيري نسبت تغيير شکل جانبي ستون به تغيير شکل جانبي نظير حالت تسليم مي باشد).
ج - انهدام خمشي برشي پس از تسليم ميلگردهاي طولي
اين پديده به علت کاهش مقاومت برشي اوليه ستون به علت بارگذاري دوره اي و ناکافي شدن مقاومت برشي کا هش يافته در مقابل نيروي برشي ايجاد شده اتفاق مي افتد.
اين پديده نسبت به حالت خرابي ب در زمان طولاني تري (پس از تسليم ميلگردهاي طولي ) اتفاق مي افتد.
در اين حالت ، به لحاظ فيزيکي ترک هاي مورب برشي توام با ترک هاي مستقيم خمشي ايجاد ميشود.
فرآيند اين پديده ، تدريجي است ولي نسبت به انهدام خمشي در زمان کوتاه تري صورت مي گيرد. معمولا اين نوع خرابي در شکل پذيري بزرگتر از ۲ اتفاق مي افتد.
د- انهدام خمشي پس از تسليم ميلگردهاي طولي
در صورتيکه ستون ها بطور مناسبي براي خمش طراحي و از جزئيات اجرايي مناسبي برخوردار بوده و شکل پذيري قابل قبولي تحت اثر بار جانبي داشته باشند، انتظار مي رود زير اثر بار هاي وارده در برش خراب نشوند و در صورت افزايش بار، انهدام با شکل پذيري و اتلاف انرژي قابل ملاحظه و از نوع خمشي خواهد بود. در اين حالت در تمام طول بارگذاري ، مقاومت برشي تقليل يافته ستون از نيروي برشي ايجاد شده بيشتر است و به لحاظ فيزيکي ترک هاي مورب برشي در هنگام بارگذاري مشاهده نمي شود. در شکل ۱ نمودار کاهش مقاومت برشي مقطع ستون در هنگام بارگذاري دوره اي (نمودار با خط پر) و پوش منحني هاي هيسترزيس (نمودار با خط - نقطه ) در کنار هم درچهار حالت فوق الذکر نشان داده شده است . در حالت الف ، اين دو نمودار در نقطه اي قبل از نقطه تسليم ميلگردهاي طولي يکديگر را قطع مي کنند. در حالت ب وج نقطه تقاطع قبل از رسيدن ستون به ظرفيت خمشي نهايي اش بوده و در حالت د، اين دو نمودار يکديگر را تا پايان بارگذاري قطع نمي کنند.
