بررسی اثر مقاومت فشاری و کششی مصالح میانقاب بر مقاومت قاب

کد مطلب : 3542اسماعیل توکلی گلپایگانی، دانش آموخته کارشناسی ارشد عمران ـ سازه، چنگیز سیاوشی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد رودهنمحمدهادی علیزاده الیزئی، گروه مهندسی سازه دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی براساس نتایج به دست آمده از مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی انجام شده بر روی قاب های مرکب در طی نیم قرن گذشته، اغلب مودهای گسیختگی قاب های مرکب شناسایی و طبقه بندی شده اند. یکی از مکانیزم های قاب مود شکست برشی لغزشی است که با چندین لغزش افقی اتصالات ملات در دیوار بنایی مشخص میشود. اغلب این مکانیزم در پرکننده های با اتصالات ملات ضعیف رخ میدهد. در این حالت اگر از شکست برشی ترد در ستون ها جلوگیری گردد میتواند رفتاری کاملاً انعطاف پذیر داشته باشد. از دیگر حالت های گسیختگی قاب مرکب مود ترک قطری است. در این حالت ترکی در امتداد قطر فشاری از یک گوشه به گوشه دیگر شکل میگیرد. در میانقاب هایی که ملات بسیار قوی دارند و ملات مانع عبور ترک از میان درزهای افقی و قائم گردد، شکست قطری از نوع کششی است.در میانقاب های 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. به طورکلی و براساس تحقیقات محققین اولین گام شکست را ترک های مرزی میداند. وقتی قاب مرکب تحت بار جانبی قرار میگیرد، در کنج های 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 کنج های کششی قاب و میانقاب از یکدیگر جدا میشوند و ترکی که ایجاد میگردد به ترک مرزی موسوم است. ترک های 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، گوشه های میانقاب خرد میگردند که به آن شکست کنج میگویند. پس از شکست کنج، سختی به شدت کاهش مییابد و به تدریج که به بار جانبی افزوده گردد در میانقاب ترک های دیگری به موازات 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 مدل سازی میانقاب ها، مدل یک طبقه یک دهانه قاب مرکب ساخته شده و پس از صحت سنجی اثر پارامتر هایی نظیر مقاومت کششی و فشاری مصالح میانقاب و نتایج حاصل از تحلیل ها با تئوریهای مختلف مقایسه میشوند.مدل سازیدر مطالعه حاضر برای مدل سازی سازه ها، از نرم افزار Abaqus استفاده میشود. نرم افزار Abaqus محیط کاملی است که فضایی ساده و کاربرپسند برای ساختن مدل های آباکوس، انجام تحلیل و مشاهده و بررسی مراحل تحلیل و ارزیابی نتایج حاصل از شبیه سازی دارد. نرم افزار آباکوس ازجمله نرم افزارهای قدرتمند مهندسی به کمک رایانه در زمینه تحلیل به روش اجزای محدود (FEM Finit Element Method) در بازار است. نرم افزار آباکوس المان مشخصی برای بتن ندارد و از المان هشت گرهی 3D Stress استفاده میشود. انتگرال گیری عددی این المان به روش گوس انجام میشود و اعمال بار به صورت کنترل تغییر شکل است. در این نرم افزار مدل سازی رفتار بتن و فولاد مستقل از هم انجام شده و اثرات درگیری بتن و فولاد به صورت تقریبی معرفی میشوند. جهت مدل سازی میلگرد از المان Wire استفاده شده و سطح مقطع برای آن تعریف میگردد. همچنین نرم افزار آباکوس المان خاصی برای آجر ندارد و از المان هشت گرهی نقطه ای 3D Stress معمولی استفاده میشود.در گام اول مدل سازی ازآنجاکه روش مورداستفاده از نوع میکرو است باید آجرها ترسیم شوند در اینجا برای اینکه نیازی به مدل سازی 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 ساده سازی انجام شده و ملات به صورت مستقیم مدل سازی نشده و تنها اثرات آن نظیر اصطکاک و چسبندگی در قالب تعریف اندر کنش بین آجرها شبیه سازی میشود و به صورت Interaction بین آجرها مدل میشود بدین صورت که سطوح آجرهایی که باهم در ارتباط هستند انتخاب شده و اندرکنش آنها تعریف میشوند.3ـ صحت سنجی مدل نرم افزاریهندسه مدل و ابعاد مقاطع تیر و ستون و جزئیات آرماتورگذاری مدل ها در شکل زیر آمده است:4ـ کنترل اثر مقاومت فشاری مصالح میانقاب بر مقاومت قاب مرکبهمان طور که ذکر شد تئوریهای جدید، مقاومت خارج از صفحه میانقاب را به مقاومت فشاری آن وابسته دانسته اند، 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. به عنوان مثال 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. به عبارت دیگر 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 داده اند که این موضوع در نتایج تحلیل های صورت گرفته نیز دیده میشود.5 ـ کنترل اثر مقاومت کششی مصالح میانقاب بر مقاومت قاب مرکبتئوریهای جدید مقاومت خارج از صفحه میانقاب را به مقاومت فشاری میانقاب مربوط دانسته اند و سهمی برای مقاومت کششی مصالح میانقاب قائل نشده اند. براساس نتایج به دست آمده از تحلیل مدل هایی با مقاومت کششی مصالح میانقاب 2kg/cm2 و 4kg/cm2 و 6kg/cm2 این موضوع مورد تأیید قرار گرفت.6 ـ نتیجه گیریبه عنوان یک نتیجه گیری کلی میتوان گفت تئوریهای موجود در زمینه مقاومت میانقاب که آن را به مقاومت فشاری میانقاب مربوط دانسته اند مطابق نتایج به دست آمده مورد تأیید است ولی مقاومت کششی مصالح میانقاب عملاً تأثیری بر مقاومت میانقاب ندارند که این موضوع نیز بر اساس نتایج به دست آمده از تحلیل مدل ها مورد تأیید است.