بخشی از مقاله
چکیده :
در نواحی خاصی از سازه ها که به نواحی آشفته موسوم هستند ، فرضیات برنولی و توزیع کرنش خطی در مقاطع برقرار نمی باشد و لازم است این مسئله در تحلیل و طراحی سازه ها در نظر گرفته شود. مدل بست و بند یک روش تقریبی برای طراحی اعضا در نواحی آشفته می باشد. براساس این روش می توان نواحی آشفته را با مجموعه ای از اعضای کششی و فشاری و گره ها مدل نمود.
ستون های خارج از مرکز باعث ایجاد برش زیاد و آشفتگی تنش در تیر های اتصال می گردند. در این مقاله کاربرد این مدل برای طراحی نواحی آشفته ی ایجاد شده در اثر وجود ستون های خارج از مرکز مورد ارزیابی قرار می گیرد.
-1 مقدمه:
مدل بست و بند از سال 2002 به عنوان یک روش قابل قبول طراحی به صورت ضمیمه وارد آیین نامه ی بتن آمریکا - ACI318 - گردید
.البته پیش از آن در آیین نامه های دیگر ازقبیل CEB وFIP وCSA نیز وارد شده بود ولی تا قبل از وارد شدن به آیین نامه ی بتن آمریکا مورد استقبال زیادی در کتب طراحی قرار نگرفت .
مدل بست و بند روشی تقریبی برای طراحی قسمت هایی از سازه های بتن آرمه است که توزیع تنش در آنها به صورت آشفته می باشد. در نواحی خاصی از سازه ها که به نواحی آشفته موسوم هستند ، به دلیل وجود نیروی برشی زیاد نمی توان از فرضیات ساده کننده برنولی و توزیع کرنش خطی در مقاطع استفاده کرد. برای طراحی این نواحی باید از روش های آزمایشگاهی و اجزا محدود غیر خطی استفاده نمود. اما با توجه به دشواری روش ها و پرهزینه بودن آن ها می توان روش های دیگری همچون مدل بست و بند را به کار گرفت. در این روش توزیع تنش های واقعی ایجاد شده در اعضا به صورت مسیرهای انتقال نیروی کششی و فشاری تقریب زده می شوند. از مدل بست وبند برای تحلیل و طراحی اعضای بتنی خاص مانند تیرهای عمیق ، سرشمع ، کربل ، دیوارهای برشی با بازشو استفاده می شود.
-2 مدل بست وبند:
مدل بست وبند مجموعه ای از سه جزء عضو فشاری - بست - ، عضو کششی - بند - و گره است. بعد از پیشنهاد مدل بست و بند مناسب و تحلیل آن باید مقاومت گره ها و اعضای فشاری کنترل گردد و با توجه به نیروهای کششی آرماتورهای کششی طراحی شوند.
ضوابط مربوط به این کنترل ها بر اساس آیین نامه ACI 318 در ادامه آورده شده.[3]
ضریب کاهش مقاومت برای کلیه اجزای فشاری ، کششی و گره ها 0,75 می باشد و مقاومت اسمی باید در این ضریب ، ضرب گردد.
1-2 عضو فشاری : معمولا بخشی از بتن سازه که تحت فشار قرار دارد، به عنوان عضو فشاری در نظر گرفته می شود - البته آرماتورفشاری نیز می تواند به عنوان بخشی از عضو فشاری عمل کند - Fns Ac × fc× s × 0 .85
:Fns مقاومت اسمی عضو فشاری ، نیوتون
: Ac سطح مقطع عمود بر عضو فشاری در محل گره مورد نظر ،میلی متر مربع
: fc مقاومت فشاری مشخصه نمونه استوانه استاندارد بتن،مگاپاسکال
2-2 گره :گره محل تلاقی محور اعضای خرپا است و بتن اطراف گره که در انتقال نیروهای مدل خرپایی نقش دارد، ناحیه گرهی نامیده می شود. گره ها برحسب فشاری یا کششی بودن نیروهای وارده طبقه بندی می شوند
: Ac سطح مقطع عمود بر عضو فشاری در محل گره مورد نظر ، میلی متر مربع
: fc مقاومت فشاری مشخصه نمونه استوانه استاندارد بتن، مگاپاسکال
:Fnt مقاومت اسمی عضو کششی ، نیوتون
: fy تنش تسلیم میلگردهای فولادی ، مگاپاسکال
: As سطح مقطع آرماتورهای کششی ، میلی متر مربع
-3 انتخاب هندسه مدل خرپایی:
مسیرهای انتقال نیروی فشاری و کششی در عضو و همچنین الگوی ترک خوردگی می تواند بهترین راهنما در انتخاب هندسه خرپا باشد. البته راهکارهای فوق در تعیین هندسه منوط به انجام یک آنالیز اجزا محدود و انجام آزمایشات تجربی است و معمولا به سادگی قابل استفاده نیست. راهکار ساده و عملی برای انتخاب مدل خرپایی بر اساس قضاوت مهندسی و تشخیص مسیرهای انتقال بار است . البته مدلی که مقدار فولاد مصرفی را به حداقل برساند به مدل ایده آل نزدیک تر است. در انتخاب هندسه خرپا باید به این نکته نیز دقت نماییم که براساس آیین نامه ACI 318 زاویه عضو فشاری و کششی در گره مشترک نباید از 25 درجه کمتر باشد.
-4 مثال طراحی:
در صورت جابجایی ستون ها در طبقات به دلایل معماری و ایجاد ستون خارج از محور ناحیه آشفته ای در تیر اتصال این دو ستون ایجاد می شود - شکل . - 1 در ادامه ناحیه آشفته نشان داده شده در شکل - - 1 تحت بارهای ثقلی ضریبدار، به کمک مدل خرپایی و بر اساس آیین نامه ACI 318 تحلیل و طراحی شده است . بار وارده بر تیر در هر طبقه - KN/m - 50 می باشد و بار ناشی از 4 طبقه به ستون خارج از محور وارد می شود. ابعاد ستون ها 40×40 سانتی متر می باشد و ارتفاع تیر ناحیه اتصال 550 میلیمتر و عرض تیر نیز برابر عرض ستون ها است. نیروی محوری ضریبدار ستون بالایی 500kN و لنگر و برش ضریبدار تیر در مجاورت ناحیه آشفته که بصورت بست و بند مدل شده است بترتیب 105 kN-m و 125 kN بوده است.
