تبلیغات

بررسی رفتار اتصالات T شکل در ساختمانهای بتن مسلح و کاربرد الیاف فولادی در اتصالات

ساختمان مجموعه‏ای از اجزء سازه‏ای است که بوسیله اتصالات به یکدیگر پیوند یافته‏اند. اگر اتصال صحیح طراحی نگردد این پیوند بصورت حلقه‏ای ضعیف در آمده ، ایمنی و خدمت دهی ساختمان را دچارمخاطره می‏سازد. محاسبه و طرح جزئیات یک اتصال اگر از طرح اعضای ساختمان مهمتر نباشد لااقل در همان درجه اهمیت قرار دارد. در ساختمانهایی که عنصر مقاوم آنها در مقابل نیروی زلزله قاب خمشی می‎باشد ، اتصال تیر به ستون عامل اصلی در نقش سازه به عنوان یک قاب خمشی می‏باشد و بررسی خسارت وارده در اثر زلزله به قابهای بتن مسلح بیانگر این است که حداکثر خسارات وارده به این نوع قابها در ناحیه اتصال تیر به ستون رخ می‎دهد که ناشی از شکل پذیری و مقاومت کمتر نسبت به اعضاء وارد بر آن می‎باشد.
در کشور ما به علت زلزله خیزی اغلب مناطق، باید به طراحی صحیح اتصال تیر به ستون توجه بیشتری مبذول گردد. کلیه کدهای معتبر دنیا در حال حاضر در جستجوی اتصالی هستند که در جه تغییر شکل پذیری آن بالا بوده و آرایش آرماتورها ساده و در عین سادگی به نحوی باشد که شکست در داخل اتصال صورت نپذیرد.
در اتصال بتن آرمه با بتن بدون الیاف ، ضمن تحقیقات و مطالعات بعمل آمده بر روی عوامل مؤثر در کارائی یک اتصال ، می‏توان آیتمهای زیر را به عنوان پارامترهای مهم در کارایی نام برد:
1. مقاومت بتن
2. مقاوم فولاد
3. درصد فولاد به کاررفته در قطعات اتصالی از قبیل تیر و ستون
4. نوع و نحوه فولاد گذاری در اتصال
5. طول مهاری
6. نسبت لنگر مقاوم تیر به ستون


این مطالب بصورت آزمایشگاهی در بعضی از مؤسسه ها و دانشگاههای متعبر دنیا برای شناخت تأثیر عوامل مختلف انجام پذیرفته است . ولی به علت موجود نبودن مدلهای ریاضی و اجزاء محدود غیر خطی که بتواند رفتار اتصالات را نشان دهد و همچنین تغییر شکل و دوران اتصال را در مقابل بار بدست آورد ، محققین ناگزیر از انجام آزمایشات بوده‏اند.
در مرحله اول ، با توجه به عوامل ذکر شده ، ما به ترتیب با تغییر آرایش فولادگذاری و تغییر در صد فولادهای طولی و ثابت نگه داشتن دیگر عوامل به مطالعه پرداخته و آنگاه کارائی هراتصال تحت شرایط جدید بررسی می‎گردد.
در مرحله دوم در این رساله جهت بررسی اتصال T شکل از وجود الیاف فولادی استفاده گردیده و رفتاراتصال با وجود این الیاف مطالعه شده و عوامل مؤثر در کارائی ناشی از افزودن الیاف شناسایی شده است که با این کار چند مزیت نسبت به اتصال بدون الیاف تأمین می‎گردد.
1. مقاومت اتصال ترک خورده با الیاف بیشتر از مقاومت اتصال بدون الیاف است.
2. اتصال ترک خورده با الیاف توانایی تغییر شکل بسیار بیشتری از اتصال بدون الیاف دارد.
3. با توجه به مطالعات و آزمایشات انجام شده توسط محققین ، مقاومت ضربه‏ای و طاقت شکست اتصال ترک خورده با الیاف از اتصال بدون الیاف به مراتب بیشتر است.

هنگامی که ترکیب تحت بار قرار میگیرد، الیاف دورن آن سبب می‎شود که نخست ، سرعت گسترش ترکها آهسته گردد، که با افزایش میزان بار ، مقدار آن نیز زیاد می‎شود و چون الیاف ها قادرند تنش را در یک مقطع ترک خورده منتقل سازند ، بنا براین قسمتهای ترک خورده نیز در مقابل بار، از خود مقاومت نشان داده و در نتیجه می‎توان نسبت به ترکیب بدون الیاف از خود تغییر شکل بیشتری نشان دهد.

در نهایت عبارت ساده تری را برای درک رساله به کار می‎بریم ، ما به دنبال اتصالی هستیم که دارای کارایی حداقل 100% باشد ( کارایی در اتصالات ، نسبت لنگر مقاوم اتصال به لنگر مقاوم قطعات اتصالی ( تیر یا ستون ) تعریف می‎گردد). این نکته برای کشور ما که در منطقه زلزله خیزی واقع شده است ، حائز اهمیت می‎باشد.
شروع این رساله می‎تواند راهگشای رساله های دیگری در این زمینه باشد که کار جدیدی محسوب می‎شود.

بررسی جزئیات و رفتار اتصالات T شکل
کلیات
در سازه های بتن مسلح که بصورت درجا ریخته میشود، اتصالات T تحت ممانهای خمشی به فراوانی مورد استفاده قرار می‎گیرند.
ظرفیت گره ها برای مقابله با ممانهای طراحی اولین اهمیت را در اتصالات دارا می‎باشند. در مرحله دوم معیار دیگری که باید برای طراحی در نظر گرفته شود ، خطر ترکهای بیش از اندازه تحت بار مجاز می‎باشد و همچنین در مرحله بعدی تقویت گره ها نباید به صورت پیچیده‏ای باشد.
در حالت کلی فرض می‎شود یک اتصال تیر ستون مطابق با یک مکانیزم خرپایی کار بکند به طوری که در آن رکابها و آرماتورهای بکار رفته کشش و بتن فشار را در اتصال تحمل کنند. در روش فوق توزیع نیروها در شکل (1) نشان داده شده است.

شکل(1) دتایل تقویت اتصال (a) ، توزیع نیروهای خارجی (b,c) ، نیروهای وارد بر اتصال و الگوی ترکها(c)

شکل(1) دتایل تقویت اتصال (a) ، توزیع نیروهای خارجی (b,c) ، نیروهای وارد بر اتصال و الگوی ترکها(c)


هر کدام از اشکال دارای یک الگوی ترک مشخص می‎باشند و روشنگر این حقیقت هستند که ترکهای باز عرضی نمی‎تواند نیروی فشار را تحمل کنند.
در سازه های حقیقی ،‌ ا‌تصالات T اغلب تحت تأثیر نیروهای قائم و ممانهای ناشی از بارهای خارجی قرار می‏گیرند . این نیروها تا حدی تنشهای کششی توزیع شده در اتصال را کاهش می‏دهند و نتیجتاً باعث به تأخیر افتادن شکست ترکهای قطری می‏شود.

اتصالات T شکل بخشی از سازه های نا معین استاتیکی هستند ، بنابراین شکست اتصال به ندرت باعث فرو ریختن کلی سازه می‏گردد و فقط یک ممان توزیع نشده در التصال به وجود می‏آید.

طراحی باید طوری باشد که طراح مطمئن باشد که اتصال قبل از اینکه اعضای مجاور به ممان نهایی برسند، نخواهد شکست.

نیروهای وارد شده به یک انصال تقویت شده در شکل (2) نشان داده شده است.

شکل (2) نیروهای فشاری وارد شده بر اتصال و ترک قطری کششی ایجاد شده.

شکل (2) نیروهای فشاری وارد شده بر اتصال و ترک قطری کششی ایجاد شده.


آرماتور تقویت در کشش باعث ایجاد فشار در اتصال تحت خمش می‏گردد و نیروهای فشاریFc در گره به‏وجود می‏آید نیروی کششی Ft سبب ایجاد یک ترک قطری عمود بر این نیرو می‏گردد (نگاه کنید به ترک ایجاد شده در شکل2-2) خیز باعث بوجود آمدن تغییر شکل در هر دو (تیر و ستون) می‏گردد.

زمانی که در اتصال ترک ایجاد می‏شود، خیز به وجود آمده در گره‏ها باعث تغییر شکل در گره‏های مجاور می‏گردد

مطالعات و ازمایشات تات حد وسیعی بر روی اتصالات قابهای بتن مسلح تاکنون انجام گرفته، به‏طوری که در این مطالعات به پارامترهای موثر در اجراء اتصال از قبیل کیفیت بتن، نسبت درصد آرماتور طولی، جزئیات آرماتور گذاری اصلی و آرامتور گذاری اضافی توجه شده است. مقایسه میان نتایج به خاطر مقادیر مختلف بتن و همچنین نسبت های فولاد مسلح کننده که مورد استفاده قرار می گیرند بسیار مشکل می باشد ، به این دلیل جهت امکان مقایسه بین اتصالات مختلف ضریب بی بعد Z بوسیله محققین زیادی برای اندازه گیری کارایی اتصال در مقابل اعضای متصل به آن مانند تیر و ستون مورد استفاده قرار می گیرد زیرا که مقاومت اتصال باید مطابق با مقاومت اعضای متصل به ان بوده و کمتر از آن نباشد.

تعریف کارایی
مقدار Mu/2Mue=Z ضریبی است جهت اندازه گیری مقاومت اتصال که اصطلاحاً کارایی نامیده می‏شود . این ضریب نسبت میان مقاومت نهایی اتصال و ظرفیت خمشی نهایی اعضای متصل شونده به اتصال می باشد.
Mu= ممان شکست آزمایشی در مقطع معین
Mue= ممان شکست محاسبه شده از عضو بتنی

آزمایشات
مراحل آزمایش
مراحل مختلف جهت انجام یک آزمایش به صورت زیر می‏باشد :
تهیه مواد و مصالح مورد نیاز آزمایش
تعیین ابعاد نمونه
چگونگی آرایش فولادها
درصد فولاد مصرفی
تعیین ظرفیت خمشی نمونه به روش آیین نامه
تهیه فریم جهت نصب نمونه برای بارگذاری
چگونگی بارگذاری نمونه
تعیین ظرفیت خمشی نهایی نمونه از طریق آزمایش
محاسبه کارایی
رسم منحنی M-q به وسیله نتایج آزمایش

چگونگی آرایش فولادها
آرایشهای گوناگونی در ساخت نموهه ها بکاتر رفته تا بتوان براحتی آنها را با یکدیگر مقایسه کرد و بهترین آرایش را مشخص نمود (شکل a,b,cd,e,f 1-3)

شکل (A-1-3) آرایش فولادگذاری ساده Φ10
شکل (A-1-3) آرایش فولادگذاری ساده Φ10
 
شکل (B-1-3) آرایش فولادگذاری ساده Φ12
شکل (B-1-3) آرایش فولادگذاری ساده Φ12
 
شکل (c-1-3) آرایش آرماتور گذاری ساده Φ16
شکل (c-1-3) آرایش آرماتور گذاری ساده Φ16
 
شکل (d-1-3) آرایش آرماتور گذاری حلقوی
شکل (d-1-3) آرایش آرماتور گذاری حلقوی
 
شکل(e-1-3) آرماتورگذاری به فرم سنجاقهای مو عمود بر صفحه کاغذ با آرماتورگذاری اضافی در اتصال
شکل(e-1-3) آرماتورگذاری به فرم سنجاقهای مو عمود بر صفحه کاغذ با آرماتورگذاری اضافی در اتصال
 
شکل (f-1-3) آرماتورگذاری به فرم سنجاقهای مو عمود بر صفحه کاغذ بدون آرماتور گذاری اضافی در اتصال
شکل (f-1-3) آرماتورگذاری به فرم سنجاقهای مو عمود بر صفحه کاغذ بدون آرماتور گذاری اضافی در اتصال


چگونگی بارگذاری نمونه
توسط یک جک هیدرولیکی و یک لودسل سی تنی بار به صورت تدریجی به نمونه مورد آزمایش واردمی‏گردد تا نمونه گسیخته شود . این لودسل توسط کابلی به دستگاه Data-lagger که نیرو و تغییر مکان را اندازه قاب بارگذاری نمونه‏ها به صورت شماتیک می‏گیرد متصل می باشد . با هر نوبت بارگذاری تغییر مکانهای بوجود آمده در نمونه توسط تغییر مکان سنجهایی که در شش نقطه نمونه نصب شده مشخص و در دستگاه ثبت می‏گردد و منحنی نیرو– تغییر مکان نیز رسم می‏شود.

چگونگی بارگذاری نمونه

شکل (4)

مطالب نه چندان بی‌ربط


مسیر شما: مقالات مقالات بررسی رفتار اتصالات T شکل در ساختمانهای بتن مسلح و کاربرد الیاف فولادی در اتصالات