نشریه شماره   227   هفته نامه آرشیو PDF پیام ساختمان

بررسی اثر مقاومت فشاری و کششی مصالح میانقاب بر مقاومت قاب

کد مطلب : 3542
اسماعیل توکلی گلپایگانی، دانش‌آموخته کارشناسی ارشد عمران ـ سازه، چنگیز سیاوشی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهن
محمدهادی علیزاده الیزئی، گروه مهندسی سازه دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی
 براساس نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی انجام‌شده بر روی قاب‌های مرکب در طی نیم قرن گذشته، اغلب مودهای گسیختگی قاب‌های مرکب شناسایی و طبقه‌بندی شده‌اند. یکی از مکانیزم‌های قاب مود شکست برشی لغزشی است که با چندین لغزش افقی اتصالات ملات در دیوار بنایی مشخص می‌شود. اغلب این مکانیزم در پرکننده‌های با اتصالات ملات ضعیف رخ می‌دهد. در این حالت اگر از شکست برشی ترد در ستون‌ها جلوگیری گردد می‌تواند رفتاری کاملاً انعطاف‌پذیر داشته باشد. از دیگر حالت‌های گسیختگی قاب مرکب مود ترک قطری است. در این حالت ترکی در امتداد قطر فشاری از یک گوشه به گوشه دیگر شکل می‌گیرد. در میانقاب‌هایی که ملات بسیار قوی دارند و ملات مانع عبور ترک از میان درزهای افقی و قائم گردد، شکست قطری از نوع کششی است.
در میانقاب‌های با ملات معمولی ترک قطری از آجرها عبور نمی‌کند، بلکه از میان بندهای افقی و قائم ملات می‌گذرد و شکست قطری از نوع برشی است. به‌طورکلی و براساس تحقیقات محققین اولین گام شکست را ترک‌های مرزی می‌داند. وقتی قاب مرکب تحت بار جانبی قرار می‌گیرد، در کنج‌های کششی قاب و میانقاب از یکدیگر جدا می‌شوند و ترکی که ایجاد می‌گردد به ترک مرزی موسوم است. براساس نتایج محققان مراحل گسیختگی قاب مرکب را می‌توان به شرح ذیل توضیح داد هنگامی‌که قاب مرکب تحت بار جانبی قرار می‌گیرد، در کنج‌های کششی قاب و میانقاب‌ از یکدیگر جدا می‌شوند و ترکی که ایجاد می‌گردد به ترک مرزی موسوم است. ترک‌های مرزی فقط اندکی سختی قاب را کم ‌می‌کنند. با افزایش نیروی جانبی ترک‌ قطری در امتداد قطر فشاری رخ می‌دهد و رفتار قاب وارد مرحله غیرخطی می‌گردد. با افزایش بیشتر نیرو، گوشه‌های میانقاب خرد می‌گردند که به آن شکست کنج می‌گویند. پس از شکست کنج، سختی به‌شدت کاهش می‌یابد و به‌تدریج که به بار جانبی افزوده گردد در میانقاب‌ ترک‌های دیگری به‌موازات ترک قطری و در قاب مفاصل پلاستیک ایجاد می‌شوند و ناحیه خردشده کنج گسترش می‌یابد تا آنکه سختی صفر می‌شود و این حالت نهایی شکست است. در این مقاله ابتدا با ریز مدل‌سازی میانقاب‌ها، مدل یک طبقه یک دهانه قاب مرکب ساخته شده و پس از صحت‌سنجی اثر پارامتر‌هایی نظیر مقاومت کششی و فشاری مصالح میانقاب و نتایج حاصل از تحلیل‌ها با تئوری‌های مختلف مقایسه می‌شوند.
مدل‌سازی
در مطالعه حاضر برای مدل‌سازی سازه‌ها، از نرم‌افزار Abaqus استفاده می‌شود. نرم‌افزار Abaqus محیط کاملی است که فضایی ساده و کاربرپسند برای ساختن مدل‌های آباکوس، انجام تحلیل و مشاهده و بررسی مراحل تحلیل و ارزیابی نتایج حاصل از شبیه‌سازی دارد. نرم‌افزار آباکوس ازجمله نرم‌افزارهای قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزای محدود (FEM Finit Element Method) در بازار است. نرم‌افزار آباکوس المان مشخصی برای بتن ندارد و از المان هشت گرهی 3D Stress استفاده می‌شود. انتگرال‌گیری عددی این المان به روش گوس انجام می‌شود و اعمال بار به‌صورت کنترل تغییر شکل است. در این نرم‌افزار مدل‌سازی رفتار بتن و فولاد مستقل از هم انجام‌شده و اثرات درگیری بتن و فولاد به‌صورت تقریبی معرفی می‌شوند. جهت مدل‌سازی میلگرد از المان Wire استفاده‌شده و سطح مقطع برای آن تعریف می‌گردد. همچنین نرم‌افزار آباکوس المان خاصی برای آجر ندارد و از المان هشت گرهی نقطه‌ای 3D Stress معمولی استفاده می‌شود.
در گام اول مدل‌سازی ازآنجاکه روش مورداستفاده از نوع میکرو است باید آجرها ترسیم شوند در اینجا برای اینکه نیازی به مدل‌سازی ملات نباشد ارتفاع و طول آجرها یک سانتی‌متر بیشتر در نظر گرفته می‌شود و پس از آن می‌بایست آجر نیمه مدل شود. در روش میکرو ساده‌سازی انجام شده و ملات به صورت مستقیم مدل‌سازی نشده و تنها اثرات آن نظیر اصطکاک و چسبندگی در قالب تعریف اندر کنش بین آجرها شبیه‌سازی می‌شود و به‌صورت Interaction بین آجرها مدل می‌شود بدین‌صورت که سطوح آجرهایی که باهم در ارتباط هستند انتخاب‌شده و اندرکنش آنها تعریف می‌شوند.
3ـ صحت‌سنجی مدل نرم‌افزاری
هندسه مدل و ابعاد مقاطع تیر و ستون و جزئیات آرماتورگذاری مدل‌ها در شکل زیر آمده است:
4ـ کنترل اثر مقاومت فشاری مصالح میانقاب بر مقاومت قاب مرکب
همان‌طور که ذکر شد تئوری‌های جدید، مقاومت خارج از صفحه میانقاب را به مقاومت فشاری آن وابسته دانسته‌اند، در FEMA 356 نیز این نکته درنظر گرفته شده است. طبق رابطه FEMA 356 مقاومت خارج از صفحه میانقاب متناسب با مقاومت فشاری مصالح میانقاب است. برای بررسی این موضوع چهار مدل با مقاومت منشور مصالح میانقاب 80kg/cm2 و 100kg/cm2 و 120kg/cm2 و 160kg/cm2 مورد مطالعه قرار گرفت.
با افزایش مقاومت فشاری مصالح میانقاب ظرفیت خارج از صفحه میانقاب افزایش می‌یابد اما متناسب با آن نیست. به‌عنوان‌مثال در نمونه با مقاومت مصالح میانقاب 80kg/cm2 ظرفیت خارج از صفحه تقریباً 250000kg و در نمونه با مقاومت مصالح میانقاب 160kg/cm2 ظرفیت خارج از صفحه تقریباً 30000kg است. به‌عبارت‌دیگر به نظر می‌رسد ارتباط مستقیم بین مقاومت خارج از صفحه میانقاب با مقاومت فشاری مصالح آن در همه شرایط صادق نباشد. داو و سیا مقاومت را با توان 75/0 مقاومت فشاری ارتباط داده‌اند که این موضوع در نتایج تحلیل‌های صورت‌گرفته نیز دیده می‌شود.
5 ـ کنترل اثر مقاومت کششی مصالح میانقاب بر مقاومت قاب مرکب
تئوری‌های جدید مقاومت خارج از صفحه میانقاب را به مقاومت فشاری میانقاب مربوط دانسته‌اند و سهمی برای مقاومت کششی مصالح میانقاب قائل نشده‌اند. براساس نتایج به‌دست آمده از تحلیل مدل‌هایی با مقاومت کششی مصالح میانقاب 2kg/cm2 و 4kg/cm2 و 6kg/cm2 این موضوع مورد تأیید قرار گرفت.
6 ـ نتیجه‌گیری
به‌عنوان یک نتیجه‌گیری کلی می‌توان گفت تئوری‌های موجود در زمینه مقاومت میانقاب که آن را به مقاومت فشاری میانقاب مربوط دانسته‌اند مطابق نتایج به‌دست‌آمده مورد تأیید است ولی مقاومت کششی مصالح میانقاب عملاً تأثیری بر مقاومت میانقاب ندارند که این موضوع نیز بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل مدل‌ها مورد تأیید است.