دسته: بتن مسلح

چکیده

دالهای تخت بتن مسلح یکی از سیستم های مرسوم سازه ای است . این دالها برای پوشش کف در ساختمانهای با بارهای سبک، نظیر آپارتمانهای مسکونی ، و با دهانه های 4/5 تا 6 متر مناسب و اقتصادی است. عدم وجود تیر در این قاب ها ، موجب سهولت اجرا، افزایش سرعت ساخت و ساز، افزایش ارتفاع خالص طبقه و کاهش ارتفاع کلی ساختمان می گردد. با این وجود، خطر شکست ترد سوراخ کننده در اتصالات دال ستون باعث می‌شود این سیستم ها مستعد خرابی پیش رونده ای باشند که با بروز گسیختگی در یک اتصال همراه خواهد بود ازاین رو در سال های اخیر تقویت سازه های بتنی محسوب می‌شود که بسیار پر کاربرد است، علاوه بر این روش روش های مقاوم سازی دیگری از جمله غلاف بتنی و فولادی نیز وجود دارد که کاربرد فراوانی دارد، اما روش مقاوم سازی با الیاف پلیمری به دلیل کاهش زمان اجرا، سبک بودن و مقاومت بسیار بالای آنها در کشش به نحوه موثری در تقویت سقف ها در برابر بارهای ضربه ای نظیر بیشتر مورد کاربرد قرار گرفته است، با توجه به اهمیت موضوع در این تحقیق برای مقایسه عملکردی روش مقاوم سازی غلاف بتنی و فولادی، با روش مقاوم سازی باالیاف پلیمری از یک سازه 5طبقه بتنی با سیستم سقف دال تخت است توسط برنامه ETABS تحلیل و طراحی می‌شود سپس برای بررسی تحلیل عددی و قیاس و روش های مقاوم سازی سازه 5طبقه طراحی شده در برنامه Abaqus مدلسازی می‌شود،بعد از انجام تحلیل اجزای محدود، درانتها مشاهده می‌شود که به دلیل مزایای فراوان الیاف FRP این روش تقویتی نسبت به روش غلاف بتنی و فولا دی عملکرد بهتر و مناسب تری خواهد داشت.

خرید الیاف فولادی

خرید الیاف پلی پروپیلن

خرید الیاف پلاستیکی آجدار

1.مقدمه

دال های تخت صرفا برای تحمل بارهای قائم طراحی می‌شوند وسیستم های باربر جانبی ناشی از زلزله را دارند، بااین وجود برش های چشمگیری در محل اتصال دال ستون به وجود می‌آید. درزلزله 1985 مکزیکوسیتی، 91 سازه دال تخت ویران شدند و 44 سازه نیز به علت گسیختگی پانچ خسار ات شدیدی دیدند ساختمان های بتن مسلح با ارتفاع کم و زیاد وسیستم دال تخت بدون و با دیوار برشی ، به تعداد زیاد در ایران وجود دارند که بنا به دلایلی که قبلا بیان شد نیاز به بررسی آسیب پذیری مقاوم سازی دارند. طی بررسی و مطالعات موردی به عمل گذشته و با توجه به وضع موجود و سازه ساختمان، مشاهده شد که یکی از بهترین راه های مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله که اطراف آنها فضای خالی وجود دارد، استفاده از عناصرمقاوم در خارج ساختمان است که این سیستم مقاوم سازی دارای کمترین تخریب و مزاحمت برای وضع موجود و امکان استفاده بدون تخلیه را در بردارد.

همچنین مشاهده شده است استفاده از دیوار برشی درهردو جهت طولی و عرضی در قطعات داخلی دارای کمترین هزینه می‌باشد و همچنین استفاده ازعناصر مقاوم بادبندی درخارج ساختمان و دیوار برشی در داخل ساختمان و یا عناصر مقاوم بادبندی در داخل ساختمان هزینه بیشتری نسبت به گزینه دیوار برشی مقاومت، سختی، شکل پذیری و درجه اطمینان سازه را بشدت افزایش می‌دهد و باعث بهبود رفتار لرزه ای سازه و کاهش تغییر شکل ها و خسارات وارد به دیگر اجزاء بتنی سازه می‌گردد. بهسازی لرزه ای از شاخه های نوین علم عمران می‌باشد که از چند دهه قبل در کشورهای پیشرفته صنعتی مورد توجه قرار گرفته است و در سال های اخیر با توجه به خسارات وارده در اثر زلزله های گذشته ، در کشور ما نیز اهمیت ویژه ای به خود اختصاص دا ده است. با توجه به اینکه کشور ایران در روی کمربند الپ _ هیمالیا قرار دارد، در طول سال زلزله های مختلفی در نقاط مختلف آن به وقوع ملی بپیوندد و آئین نامه 2800 ایران اکثر شهرهای پرجعیت کشور را با خطر نسبی زیاد و بسیار زیاد معرفی کرده است. یکی از موثرترین راه های کاهش خسارات ناشی از زمین لرزه ها مقاوم سازی ساختمانهای موجود می‌باشد. حساسیت ایت موضوع با توجه به بافت فرسوده نقاط زلزله خیز، ساخت و ساز بدون رعایت استاندارد اجرایی و نیز استفاده از آئین نامه های طراحی قدیمی دردهه های گذشته دوچندان شده است. عدم وجود تیر در این دال ها، موجب سهولت اجرا، افزایش سرعت ساخت و ساز،افزایش ارتفاع خالص طبقه و کاهش ارتفاع کلی ساختمان می‌گردد. با این وجود خطر شکست ترد سوراخ کننده در اتصالات دال ستون باعث می‌شود که این سیستم ها مستعد خرابی پیش رونده ای باشند که با بروز گسیختگی در یک اتصال همراه است و به دلیل ماهیت ترد آن که فاقد علائم هشدار دهنده قبل از بروز می‌باشد مطلوب نیست.

بهشتی و متقی (1396) در تحقیق روی ساختمان بستن مسلح معیوب 6 طبقه به این نتیجه رسیدند که یکی از جنبه های حوزه بهسازی فراهم آوردن امکان مقایسه بین گزینه های مختلف طراحی و بهسازی بااستفاده از مفاهیمی چون عملکرد در مقابل فروریزش است. یک ساختمان بتنی ضعیف به دو روش مختلف، مهاربند فولادی و میراگر اصطکاکی بهسازی شده و مدلسازی کردند و با انتخاب 15 شتابنگاشت، تحلیل دینامیکی فزاینده بر روی سه مدل مختلف انجام دادند. نتیجه گرفتند که روش های بهسازی مذکوراحتمال فروریزش را در هر دو سطح عملکردی IO و CP کاهش می‌دهد. این در حالی است که با لحاظ کردن منحنی خطر لرزه های منطقه که در آ ن مشخصات سختی سازه در نظر گرفته شده است.نتایج متفاوتی حاصل می‌شود.

بینیسی وبایراک 2003 روشی جدید برای افزایش ظرفیت برش سوراخ شونده دال ها ارائه نمودند. آنها ورقه های فولادی FRP را عمود بر صفحه دال در اطراف ستون وعمود بر صفحه آرماتورهای خمشی، به صورت آرماتورهای خمشی، به صورت آرماتور برشی در دال قرار دارند. آنها دور شدن صفحه مستعد ترک برشی از نزدیکی ستون و افزایش در حدود 55 درصد در ظرفیت برش پانج را مشاهده نمودند. در سال های اخیر تقویت سازه های بتن مسلح با استفاده از کامپوزیت های FRP مورد توجه زیادی قرار گرفته که در این میان تقویت دال های دو طرفه به خصوص برای افزایش مقاوم سوراخ کننده کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. در تحقیق دانشگاه رازی تقویت دال های تخت با استفاده از صفحات FRP و فولادی برای تقویت ظرفیت برش سوراخ شونده مورد مطالعه قرار گرفته است. در این روش الیاف مسلح پلیمری به صورت رکابی های بسته در ارتفاع دال قرارداده شد. افزایش مقاومت نهایی، ظرفیت تغییر مکان، انرژی جذب شده و شکل پذیری در تمامی نمونه ها مشهود شد.

بیشتر بخوانید: انواع الیاف فولادی و کاربردهای آنها در صنعت ساخت و ساز

2. مواد و روش

مدلی که در این تحقیق بررسی خواهد گردید سازه بتن مسلح با دال تخت 5 طبقه خواهد بود که در نرم افزار Etabs مدل سازی و تحلیل و طراحی خواهد شد. برای بررسی حالت های مقاوم سازی از نرم افزار اجزاء محدود Abasqus استفاده خواهد شد. مشخصات مدل ها، پارامترهای موثر در جدول (1) ارائه شده است، همچنین نیز مشخصات و ابعاد پلان سازه در شکل (2) نشان داده شده است.

1.2مشخصات مکانیکی بتن

برای تعریف بتن در نرم افزار اجزای محدود Abaqus، یک مدل رفتاری به نام مدل خمیری آسیب بتن وجود دارد. این مدل توانایی کلی برای مدلسازی رفتاربتن یا هر ماده دیگر با رفتار نیمه ترد را دارد. این مدل برای مدلسازی رفتار ناکشسان بتن، از مفهوم شکست ایزوتروپیک در محدوده کشسان در کنار رفتار فشاری در محدوده پلاستیک استفاده می‌نماید. دراین پژوهش در مدل مورد بررسی، از بتن با مقاومت های فشاری 25 مگاپاسکال استفاده شده است رفتار بتن از خاصیت کشسان و خمیری تبعیت می‌کند. در شکل (3) نمودار تنش-کرنش بتن که در این پژوهش در مدلسازی نمونه ها استفاده خواهد شد نشان دا ده شده است.

2.2 مشخصات مکانیکی میلگردها

در این تحقیق میلگرد فولادی از نوع S400 است. برای تعریف ساده تر رفتار غیرخطی مکانیکی میلگردهای فولادی، منحنی تنش-کرنش فولاد به صورت دوخطی فرض شده در این مدلسازی در جدول (4 تا 6) نشان داده شده است.

برای راستی آزمایی نمونه نرم افزاری برنامه Abaqus از مطالعات آزمایشگاهی یانگ سانگ و همکاران در سال 2014 استفاده گردید، بعدا ز مدلسازی نمونه آزمایشگاهی در نرم افزار Abaqus و مقایسه نمودار نیرو- تغییر مکان اختلاف بسیار ناچیزی در حدود 2/4 درصد مشاهده شد، که در شکل های (5 و 6) نمونه آزمایشگاهی و نمودار نیرو تغییر مکان آنها نشان داده شده ا ست.

برای مشاهده همه محصولات به سایت آتروپات سر بزنید.

3. روند مدلسازی

جهت مدلسازی نمونه های طراحی شده، از نرم افزار اجزاء محدود Abaqus استفاده شد. جهت مدلسازی بتن از اجزاء SOlid استفاده شد و جهت مدل سازی میلگردهای فولادی از اجزاء Wire استفاده گردیده است، در مرحله معرفی مشخصات مصالح در نرم افزار Abaqus رفتارمصالح در ناحیه خطی وغیرخطی لحاظ گردید. همچنین مشخصات مکانیکی میلگرد فولادی (S400)، و بتن با مقاومت فشاری 25 مگاپاسکال استفاده شده است. برای اتصال تمامی صلب به یکدیگر از قید Tie و برای تعریف وضعیت سطح تمامی دارای تماس با یکدیگر از قید Contact به صورت سطح به سطح استفاده شد. می‌توان قسمت های ایجاد شده برای هندسه نمونه مطالعاتی در شکل (6) مشاهده کرد.

برای مدلسازی قطعات بتنی از اجزاء Solid و میلگردهای فولادی از اجزاء Wire استفاده شد. ضریب کشسانی فولاد 199 گیگاپاسکال و بتن مورد استفاده در این مدل سازی از بتن با رفتار محصور شده با مقاومت فشاری 25 مگاپاسکال برای مدل استفاده شده است. بعد از تعریف مشخصات مصالح بتن و فولاد در این قسمت اختصاص مصالح انجام می‌شود، بعد از اختصاص مشخصات مصالح قسمت های ایجاد شده به رنگ سبز در می‌آید، در شکل 7 می‌توان اختصاص مصالح به مدل مورد نظر را مشاده کرد.

از قسمت Assembely برای مونتاژ مدل استفاده می‌شود، در این قسمت به تولید قسمت های هر قسمت از مدل پرداخت و آنها مونتاژ می‌گردد. بعد از اتمام مونتاژ مدل می‌توان شکل نهایی مدل را در محیط گرافیکی Assembely مشاهده کرد.

به منظور اعمال بارگذاری ثقلی مرده و زنده در قسمت بارگذاری از برنامه Abaqus نوع بارگذاری را از نوع ثقلی انتخاب می‌گردد، و برای اعمال بارگذاری چرخه ای نمودار شکل (9) برای تمامی نمونه ها تعریف می‌گردد.

در قسمت شبکه کار مش بندی مدل انجام میشود، مش بندی مدل انجام می‌شود، چشمه شبکه اختصاص داده شده 50 میلی متر در نظر گرفته شد، در شکل (11) نحوه شبکه بندی ارائه شده است.

بعد از انجام تحلیل با توجه به نوع بارگذاری چرخه‌ای برای مشاهده نتایج تحلیل می‌توان از محیط دیداری نرم افزار Abaqus استفاده کرد. در شکل (12 الی 15) می‌توان منحنی هم تراز پارامترهای تحلیل مدل را مشاهده کرد. در شکل (12) منحنی هم تراز تغییر مکان کلی (U-magniude) نمونه نشان داده شده است، که مشخص است در قسمت انتهایی و گوشه های خا ک تغییر مکان های ترکیبی تحت بارهای انفجاری تغییر مکانی بیشتری دارد.

بعداز انجام تحلیل تحت بار انفجاری در محیط برنامه Abaqus برای نمونه A-1 در شکل (13) منحنی هم تراز تغییر مکان رائه شده است. با تشریح و تحلیل منحنی هم تراز تنش می‌توان مشاهده کرد که بیشترین تغییر مکان در سطوح سقف در قسمت‌های میانی در مدل A-1 بدون تقویت ایجاد شده است.

با مشاهده منحنی هم تراز تغییر مکان نمونه A-2 که نمونه تقویت شده با ورق‌های فولادی است، مشاهده گردید که اثر تقویت ورق‌های فولادی باعث بهبود عملکرد سقف نسبت به حالت بدون تقویت است.

با بررسی شکل (12) که منحنی هم تراز توزیع تغییر مکان برای نمونه A -3 که اثر تقوبت شده با غلاف بتنی می‌باشد، مشاهده می‌گردد که عملکرد غلاف بتنی نسبت به غلاف فولادی بهتر بوده و سازه عملکرد مناسب‌تری را از خود نشان می‌دهد که این موضوع با بازتوزیع تغییر مکان نشان داده شده است.

4. نتایج تحلیل عددی

بعد از انجام مدلسازی نمونه تحلیلی در محیط برنامه Abaqus ، نمودار منحنی هیسترزیس سازه از محیط گرافیکی دیداری برنامه خروجی گرفته می‌شود. در شکل های (16 الی 19) می‌توان نمودار هیسترزیس هر چهار نمونه را مشاهده کرد. درنمودار شکل (16) مشخص شده است که نمونه بدون تقویت حداکثرظرفیت نیرویی که می‌تواند تحمل کند مقدار 142/62سانتی متر را تحمل کند.

در نمودار شکل (17) که نمودار هیسترزیس نمونه تقویت شده با غلاف فولادی تحت تحلیل نمونه ارائه شد، مشخص شده است که نمونه با تقویت توسط ورق‌های Frp ظرفیت نیرویی آن افزایش می‌یابد که این مقدار حداکثر برابر است 591/34 نیوتن به ازای جابجایی 42/61 سانتی متر است.

درنمودار شکل (18) که نمودار شکل هیسترزیس نمونه تقویت شده با غلا ف بتنی تحت تحلیل نمونه ارائه شد، مشخص شده است که نمونه با تقویت توسط غلاف بتنی ظرفیت نیرویی آن نسبت به نمونه بدون تقویت افزایش می‌یابد که این مقدار حداکثر برابر است 489/51 نیوتن به ازای جابجایی 51/31 سانتی مر است.

در نمودار شکل (19) که نمودار هیسترزیس نمونه تقویت شده با غلاف فولادی تحت تحلیل نمونه ارائه شد، مشخص شده است که نمونه با تقویت توسط غلاف بتنی ظرفیت نیرویی آن نسبت به نمونه بدون تقویت افزایش می یابد که این مقدار حداکثر برابر است 23/71 نیوتن به ازای جابجایی 68/85 سانتی متر است.

در شکل (20) نمودار قیاسی هیسترزیس نمونه‌های مطالعاتی بدون تقویت، تقویت شده با ورق فولادی، تقویت شده با غلا ف بتنی وتقویت شده با ورق الیاف FRP را ارائه شده است، با مقایسه هر نمونه نسبت یکدیگر مشخص می‌شود که نمونه تقویت شده با ورق FRP بیشترین و بهترین رفتار مکانیکی را ازخود نشان می‌دهد، بعد از ورق FRP حالتی که بهترین رفتار را از خود نشان می‌دهد، حالت تقویتی با غلاف بتنی است که بعد از حالت تقویتی با ورق الیافی FRP بهترین روش را از خود نشان می‌دهد، و در انتها که حالت تقویت شده با غلاف فولادی ضعیف ترین رفتار مکانیکی را از خود نشان می دهد.

5. نتیجه گیری

با توجه به نمودار مدل بدون تقویت و مدل تقویت شده مشاهده شد که مقدار مقاومت مقطع مدل تقویت شده به طور میانگین 85/23% بیشتر از مقاومت مقطع بدون تقویت است. همچنین مقدار سختی مقطع و مدل تقویت شده به طور میانگین 2/18% بیشتر از سختی مدل بدون تقویت بود، همچنین نیز مقدار شکل پذیری مدل تقویت شده به طور میانگین 34/16% بیشتر از شکل پذیری مدل بدون تقویت است.

• با توجه به نمودار هیسترزیس مدل با تقویت غلاف فولادی نسبت به غلاف بتنی مشاهده شد، که مقاومت مقطع مدل تقویت شده با غلاف بتنی 8/12% نسبت مدل تقویتی با غلاف فولادی بیشتر می‌باشد. همچنین مقدار سختی مقطع و مدل تقویت شده با غلاف بتنی 75/10% بیشتر از سختی مقطع مدل با تقویت غلاف فولادی می‌باشد و شکل پذیری مدل تقویت شده با غلاف بتنی 75/11% بیشتر از شکل پذیری مدل با تقویت غلاف فولادی می باشد.
  • با توجه به بررسی مدل هیسترزیس مدل با تقویت ورق FRP نسبت به غلاف بتنی مشاهده گردید، که مقدار مقاومت مدل تقویت شده با ورق FRP 28/16% بیشتر از مقاومت مقطع مدل با تقویت غلاف بتنی است، مقدار سختی مدل تقویت شده با ورق FRP 16/35% بیشتر از سختی مقطع مدل با تقویت غلاف بتنی است. همچنین شکل پذیری مقطع مدل تقویت شده با ورق 14/72% FRP بیشتر از شکل پذیری مقطع مدل با تقویت غلاف بتنی است.

برای دیدن همه محصولات به سایت آتروپات سربزنید.

خرید الیاف فولادی

خرید الیاف پلی پروپیلن

خرید الیاف پلاستیکی آجدار

منبع: انجمن بتن ایران