بخشی از مقاله
خلاصه
بتن خودتراکم پرمقاومت - High Strength Self Compacting Concrete, HSSCC - ، نوع تکامل یافته از بتن بدون نیاز به ویبره با مقاومت مشخصه حدود 800 Kg/cm2 است. استفاده از روش پس کشیدگی جهت مسلح نمودن اعضای بتنی نامعینی که لازم است بارهای بسیار سنگین را تحمل نماید قطعا به اقتصادی تر شدن سازه خواهد انجامید.
گسترش استفاده از ترکیب دو فناوری در سازه ها با توجه به محدودیت های آیین نامه ای و نیز تجارب اجرایی بسیار محدود مستلزم بررسی خصوصیات ویژه آن ها و اطمینان از اثر بخش بودن ترکیب دو فناوری می باشد. در راستای افزایش اطلاعات مورد نیاز درخصوص عملکرد سیستم های پس کشیده که با استفاده از بتن خودتراکم پرمقاومت ساخته شده باشند، پروژه تحقیقاتی جامع بررسی آزمایشگاهی عملکرد تیرهای سراسری نامعین پس کشیده دارای بتن خودتراکم پرمقاومت با همکاری مشترک دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب و دانشگاه شهید باهنر کرمان تعریف و در کارخانه پریفاب اجرا گردید.
در این پروژه جمعا تعداد 18 عدد تیر پیش ساخته بتنی پس کشیده به طول 9 متر با مقطع I شکل با استفاده از بتن خودتراکم پرمقاومت به روش صنعتی تولید و سپس در آزمایشگاه تا مرحله تخریب تحت بارگذاری قرار گرفت. در مقاله حاضر نتایج حاصل از بررسی عملکرد 6 عدد تیر ساخته شده در زمینه های باز پخش لنگر، شکل پذیری و افت نیرو گزارش کردیده است.
1. مقدمه
پیشتنیده کردن عضو بتنی، یکی از اصلیترین گزینههای پیش روی طراحان برای مقابله با بارهای سنگین و پوشاندن دهانههای بزرگ میباشد. اگرچه بیش از 50 سال از اجرایی شدن این تکنیک میگذرد، اما همچنان تکنیکی کارآمد و مهم است. در این میان تکنیک پسکشیدگی، به لحاظ اجرایی و سهولت تنیدن از توجه خاصی برخوردارست، روش پسکشیدگی به علت عدم نیاز به تکیهگاههای خاص برای تنیدگی و قابلیت تنیدن عضو پس از کسب مقاومت بتن، این امکان را فراهم میآورد که پس از اجرای عضو، در محل تنیده شود و نیاز به حمل و نقل آن از کارگاه به محل اجرا نباشد.
بتن خود متراکم - بتن با روانی بالا و بدون نیاز به ویبره - بمنظور رفع مشکلات تراکمهای مکانیکی و ارتعاشی رایج برای بتنهای معمولی - بتن با نیاز به ویبره - پدید آمد. امروزه بدلیل کیفیت بالا، سهولت اجرا و مزایای اقتصادی فراوان بتن خودتراکم - Self- Compacting Concrete, SCC - در مقایسه با بتن معمولی - بتن نیازمند به ویبره - ، تمایل به استفاده از آن سازه های بتن مسلح و پیش تنیده رو به افزایش است.
از زمان ظهور این نوع بتن تا کنون تحقیقات فراوانی در سراسر جهان بر تکنولوژی و رفتار فاز خمیری آن صورت گرفته است. بررسیهای صورت گرفته در جهان توسط محققان مختلف 2]و[1 و در ایران توسط مراجع 4]و[3 عملکرد بتن خود متراکم را مشابه بتن معمولی، - بتن نیازمند به ویبره، جهت تراکم - معرفی کردهاند. اما متاسفانه تحقیقات درخصوص عملکرد و رفتار سازه ای این نوع بتن محدودتر میباشد.
بیشتر تحقیقات صورت گرفته در اعضاء بتن مسلح با تکیهگاه ساده صورت گرفته است و مطالعات بسیار محدودی در مورد اعضاء پس کشیده سراسری دارای بتن خود متراکم در جهان موجود است5]و[4از اولین تحقیق انجام شده می توان به تحقیق آزمایشگاهی مقصودی و حشمتی [2] اشاره کرد. آنها میزان افت نیروی پیش تنیدگی تیر- T شکل با بتن خودتراکم را گزارش کرده و نتایج دال بر عملکردنسبتاً مطلوب بتن خودتراکم در چنین اعضایی است.
در سال Ruiz 2007 و همکاران [3] به منظور بررسی عملکرد بتن خودتراکم در تیرهای پیش تنیده، 10 عدد تیر ساده را با سه طرح اختلاط بتن متفاوت مورد آزمایش قرار دادند. سه تیر دارای بتن معمولی با مقاومت بالا و هفت تیر با دو طرح اختلاط که با دو تیپ سیمان 3 و1 ساخته شده بودند.
نتایج نشان داد که عملکرد دو تیپ سیمان در بتن های خودتراکم یکسان است و میزان افت نیروی پیش تنیدگی در تیرهای پیش تنیده ساخته شده با بتن خودتراکم بسیار نزدیک به بتن معمولی است. همچنین، اخیرا مطالعات آزمایشگاهی و تئوری در مورد تخمین میزان افت نیرو در اعضاء سراسری پس کشیده بدون پیوستگی دارای بتن مقاومت بالای با نیاز به ویبره گزارش شده است [4] که نتایج این تحقیق نشان می دهد با افزایش مقاومت بتن، از شدت میزان افت نیرو در چنین اعضائی کاسته می گردد. همه این بررسی ها، گویای اقتصادی کردن طرح ها ست، در صورتی بتوان از بتن پرمقاومت - با و بدون ویبره - استفاده کرد.
2. خلاصه ای از مبانی نظری
با توجه به رویکرد عملی مقاله حاضر مباحث تئوریک و مبانی نظری کار به صورت خلاصه بیان می گردد.
1-2 بازتوزیع لنگر :
عبارت بازتوزیع لنگر یا پخش مجدد لنگر - Moment Redistribution - در حالت کلی بیانگر رفتار عضو بتنی نامعین است که پس از ترک-خوردگی و مهمتر از آن پس از تسلیم شدن میلگرد، در مقطع بحرانی عضو روی می دهد. عامل اصلی ایجاد باز توزیع لنگر تغییر سختی عضو میباشد و به همین دلیل باز توزیع را به دو بخش تقسیم میکنند .[7] باز توزیع الاستیک و باز توزیع غیر الاستیک، اما در مورد بررسی باز توزیع این دو بخش به صورت با هم بررسی میشوند.
شکل - 1 - و - 2 - باز توزیع لنگر
اغلب آیین نامههای طراحی برای اعضای بتنمسلح معمولاً تحلیل الاستیک خطی را پیشنهاد میکنند. در این آیین نامه ها اثرات رفتار غیر خطی عضو در نظر گرفته نمیشود و یا با منظور کردن تعدیلهایی در میزان لنگر بدست آمده از آنالیز الاستیک خطی، است. اثرات غیر خطی در نظر گرفته میشود.
2-2 شکل پذیری
شکلپذیری را میتوان به عنوان معیار سنجش قابلیت یک ماده، مقطع، المان سازهایی، یا سیستم سازهایی، برای تحمل تغییر شکلهای غیرالاستکِی قبل از شکست و بدون کاهش چشمگیر در مقاومت تعریف کرد. این مطلب که مقدار معین و مشخصی برای شکل پذیری در آئین نامههای طراحی ذکر نشده، دلیلی بر بی اهمیتی این موضوع نمیباشد.
در تمام آیین نامههای طراحی، برای مقدار فولاد طولی حدودی برای حفظ شکل پذیری عضو، ارائه شده است. اگرچه بعضا دیدگاه غیر اقتصادی بودن، مقاطع شکل پذیر در اعضاء بتن مسلح مطرح میباشد، اما باید به نقش حیاتی و غیر قابل انکار شکل پذیری در حفظ جان استفاده کنندگان سازه، دقت ویژه ای کرد. شکل پذیری با استفاده از عباراتی شامل جابجایی، دوران، انحناء کمیتدار میشود که در ادامه معرفی شده اند. انواع شکل پذیری عبارتند از شکلپذیری انحناء، شکلپذیری خیز - جابجائی - ، شکل پذیری بر اساس انرژی.
شکل : - 3 - مفهوم شکل پذیری بر اساس انحناء شکل : - 4 - شکل پذیری بر اساس انرژی
-3-2افت نیرو در اعضاء پیش و پس تنیده
با تحت تاثیر قراردادن عضو بتنی، تحت نیروی تنیدگی کابل که ناشی از نیروی فشاری کابل که در اثر جک زدن و آزاد کردن آن اتفاق می افتد، عضو تحت تنش قرار گرفته و اصطلاحا تنیده می شود. عضو پیش تنیده به وجود می آید. چنین عضو تنیده شده ائی با گذشت زمان، از میزان نیروی کششی کابل کاسته شده و بنابراین، از تنشهای اولیه تنیدگی کاسته میشود و اصطلاحا افت نیرو در عضو اتفاق می افتد. برای تخمین میزان افت نیرو روش های متفاوتی از جمله روشهای وابسته به زمان، روشهای اصلاح شده و روشهای افت مجموع پیشنهاد گردیده ایت. بعضی آیین نامه ها برای انجام محاسبات سریعتر مقدار کل افت نیروی پیش تنیدگی را با توجه به نوع اعمال پیش تنیدگی و نوع و مشخصات مصالح، مقدار عددی کلی را برای افت مشخص میکنند، آیین نامه AASHTO [7] چنین روشی را بکار می برد.
3. کار آزمایشگاهی
بهمنظور بررسی عملکرد خمشی در بازتوزیع لنگر برای بتن خودمتراکم بکار گرفته شده در تیرهای سراسری -I شکل پستنیده با تاندونهای بدون پیوستگی - - Unbond، دو عدد تیر -I شکل طراحی، ساخته و آزمایش بارگذاری آنها بشرح زیر برنامهریزی شده.
-1-3 مشخصات نمونه ها
در این تحقیق شش عدد تیر -I شکل پس کشیده دو دهانه با طول دهانه 4/35 متر با نامهای مندرج در جدول شماره - 2 - با ابعاد نشان داده شده در شکل - 5 - طراحی و ساخته شد. برای ساخت نمونهها از بتن خودمتراکم که طرح اختلاط آن توسط نگارنده اول ارائه شد، استفاده شد. برای بتن در حالت خمیری آزمایشهای فاز خمیری از جمله آزمایش جعبه -L شکل، قیف -V شکل، حلقه J و قطر جریان اسلامپ انجام گرفت و نتایج بدست آمده با استانداردهای مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت و بتن طراحی شده، شرایط فاز خمیری بتن خودتراکم استاندارد را کسب کرد.
در فاز سخت شده، جهت تعیین مقاومت بتن مورد استفاده، تعداد 4 عدد نمونه مکعبی با ابعاد 10 سانتی متر برای هر تیر نمونه برداری شد که نتایج مقاومت فشاری نمونه ها و میانگین آنها در مرحله تنیدن فولادهای پس کشیده و همچنین زمان بارگذاری تیر، در جدول - - 2 نشان داده شده است. به منظور معرفی تیرها از علامت اختصاری عمومی UPB به همراه یک حرف و دو عدد استفاده شده است، حرف S معرف بتن خودتراکم مقاومت بالا، N بتن معمولی مقاومت بالا، شماره تک رقمی قید شده پیش از خط تیره معرف تعداد تاندون های مورد استفاده در تیر و شماره دو رقمی پس از خط تیره معرف قطر میلگردهای آجدار معمولی استفاده شده در تیر را دارد.
بهمنظور جلوگیری از شکست غیر شکلپذیر و رفتار قطعات مهار شده از مقادیر بیش از حداقل فولادهای معمولی مورد نیاز به صورت سراسری در تیرها استفاده شده است و با استفاده از بار نهایی، آنالیز سلاح برشی تیرها طرح گردید. به کمک قرائت ابزارهای دقیق، تنش موثر در تیرها قبل از بارگذاری نسبت به تنش نهایی فولادهای پس تنیدگی در جدول - - 2 نشان داده شده اند.
ابرازهای دقیق اندازهگیری مورد استفاده در تیرهای آزمایشگاهی مورد بحث، به دو دسته کلی ابزار دقیق مکانیکی و الکترونیکی تقسیم میشوند. ابزار دقیق مکانیکی با دقت بالا شامل خیزسنجهای عقربه ایی - Dial-up Gage - وکرنشسنج سطح بتن - Demec Gage - میباشند. ابزار دقیق الکترونیکی شامل خیزسنجهای الکترونیکی - - Linear Variable Differential Transformer -LVDT، بارسنج - - LoadCell،کرنشسنج های الکترونیکی - - Strain Gage می باشند.اکثر ابزارهای فوق محصول شرکت TML ژاپن هستند.
از آنجا که بررسی رفتار تیرها در مراحل مختلف آزمایش، نیازمند تعیین کرنش و در پی آن تنش فولادهای معمولی و پستنیدگی میباشد، میکروکرنش سنجهای الکتریکی بر روی سطح این فولادها نصب گردید. تمام ابزار دقیق الکترونیکی به وسیله سیمهای رابط مخصوصی به دستگاه ثبت دادها یا Data Logger متصل شد
