تاًثیرات تقویت تراكمی بر روی استحكام برشی تیرهای پل بتن مسلح

دسته: عمران
بازدید: 123 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 43 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 48

ظرفیت برشی پیش بینی شده از تیرهای بتن مسلح موجود یك موضوع مهمی است كه لازم است به تفصیل بیشتری ذكر شود توجه در خصوص اینكه آیا كد ارزیابی پل جاری برای انگلستان خیلی محافظه كارانه است هنگامی كه مقاومت برش تیرهای بتن موجود ارزیابی می گردد كه حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای از فولاد می باشد در طی ارزیابی نا دیده گرفته می شود این مقاله به تاثیرات سودمند چنی

قیمت فایل فقط 3,900 تومان

تاًثیرات تقویت تراكمی بر روی استحكام برشی تیرهای پل بتن مسلح 

ظرفیت برشی پیش بینی شده از تیرهای بتن مسلح موجود یك موضوع مهمی است كه لازم است به تفصیل بیشتری ذكر شود. توجه در خصوص اینكه آیا كد ارزیابی پل جاری برای انگلستان خیلی محافظه كارانه است هنگامی كه مقاومت برش تیرهای بتن موجود ارزیابی می گردد كه حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای از فولاد می باشد در طی ارزیابی نا دیده گرفته می شود. این مقاله به تاثیرات سودمند چنین فولاد تراكمی ای بر روی استحكام برش تیرهای بتن مسلح توجه دارد. نتایج بررسی آزمایشگاهی با پیش بینی های كد جاری برای استحكام برش تیرهایی مقایسه می شوند كه فرض می شوند صرفاً حاوی فولاد كشش می باشد. فشردگی های بعدی با یك راه حل پلاستیسیتة حدّ بالایی انجام می شوند كه قادر است تمام تقویت فولاد را در یك تیر بتن در نظر بگیرد. دلایل متعددی وجود دارند كه چرا پل ها مخازن پنهان استحكام را، نشان می دهند و عمل غشاء فشاری احتمالاً از همه مهمتر است. با این حال، دلایلی از قبیل حضور فولاد فشاری به استحكام پنهان كمك می كند طوری كه تحقیق از این نوع، برای ارزیابی درست و انجام پیش بینی های استحكام لازم است. و نشان داده می شود كه حضور فولاد با فشردگی زیاد دارای تأثیر چشمگیری بر روی ظرفیت تیرهای پل بتن مسلح است كه دارای تقویت نهایی برش می باشد.

نمادها(نمادگذاری):

Abs مساحت فولاد تحتانی در تیر                  d عمق مؤثر تیر

Ats مساحت فولاد فوقانی در تیر                   a طول دهانه برش

D  نرخ  پراكندگی یا پراكنش انرژی در واحد حجم    

bs d فاصله از نقطة دوران تا فولاد كف(تحتانی)

ts d فاصله از نقطه دوران تا فولاد سر(فوقانی)

ED               نرخ پراكنش انرژی كل در سیستم

EDc              پراكنش انرژی ناشی از بتن (صرفاً)

EDci  پراكنش انرژی ناشی از بتن در هر نقطه در امتداد خط     ناپیوستگی

EDs              پراكنش انرژی ناشی از فولاد (صرفاً)

fc  استحكام فشاری مؤثر بتن ( (  fc=yfcu    fcn     استحكام مكعب فشاری بتن

ft  استحكام كشش بتن                                    

fy استحكام تسلیم فولاد

Pهر بار بكار رفته (N )

aزاویة بین جهت     Si  و خط ناپیوستگی

Sبردار جابجایی نسبی در عرض یك خط ناپیوستگی

Siبردار جابجایی نسبی در هر نقطه در امتداد یك خط از ناپیوستگی

IPفاصله از خط دوران تا بار نقطة اول(mm)

Lstirrap طول دهانة برش كه بر روی آن ركاب ها(Stirrups) بطور مؤثر لنگر می شوند.

nتعداد ركاب هایی كه ناپیوستگی مفروض را قطع می كند

Uجابجایی افقی نمادی از بخش صلب

WDكار خارجی كل انجام شده بر روی سیستم

Xعمق تا محور خنثی بصورت یك تناسب از d

aزاویةبین    S   و خط ناپیوستگی

¦دوران بفش صلب

Æزاویة داخلی اصطحكاك برای بتن

Vضریب تأثیر برای بتن

PS                 درصد فولاد طولی در تیر

  Psv                          درصد فولاد ركاب (Stirrup)در تیر

مقدّمه:

به دلیل افزایش ترافیك و وزن بالاتر كامیونها،هر پل ای در انگلستان از لحاظ استحكام برش و انعطاف پذیری اش ،بصورت بخشی از برنامة ارزیابی پل انگلستان مورد ارزیابی قرار می گیرد. مؤسسةبزرگراه ها،ناحیه(مساحت) ای از بتن را تعریف كرده است. موسوم به ارزیابی استحكام برش تیرهای پل بتن، كه حاوی مقادیر قابل توجهی از فولاد (متراكم) است. راهنمای ارزیابی پل انگلیسی BD 44/95 حضور فولاد(متراكم) فوقانی را نادیده می گیرد هنگامی كه استحكام برشی یك تیر بتن مسلح را پیش بینی می نماید این موارد در طی یك فرآیند طراحی قابل بررسی می باشند.با این حال، ارزیابی فعلی با استفاده از نظریة الاستیك یك درك محافظه كارانه از استحكام یك پل بتن موجود را ارائه می كند اكثر پل های بتنی موجود دارای مقادیر كافی از فولاد برای ایجاد یك قفسه برای ساختمان Stirrup هستند. اما این فولاد(ثانویه)در طی ارزیابی نادیده گرفته میشود.این امر منجر به ترمیز غیرضروری شده و از لحاظ بالقوه برای جامعه در طی ارزیابی یك پل موجود،گران قیمت است.

كار زیادی برای چندین دهه به صورت ضرایب گوناگون انجام شده است كه بر روی استحكام برشی تیرهای بتن تأثیر می گذارد(استحكام بتن،درصد تقویت كششی،درصد تقویت Itirrup ).

با این حال، كار كمی برای تعیین تأثیرات فولاد بر استحكام برشی تیرهای بتن انجام شده است كانینر و گروه محققان تمام فولاد را در تحلیل های خودشان با توسعة نظریة میدان فشرده انجام داده اند.

آنها متوجه شده انداستحكام فشار بتن در ارتباط با پهنا و تعداد ترك های كششی از بین میرود كه موازی با تنش فشاری می باشد  . Kemp وalsafi استفاده از راه حل پلاستیك ـ صلب مرز بالایی را پیشنهاد كردند كه توسط نیلسن و براستروپ بدست آمد. امّا از یك روش دیگر استفاده كرد كه پیشنهاد می كند كه: دوران های بلوك های صلب  در نقص برشی رخ می دهد شبیه به روش توسعه یافته توسط Ibell I .

روش پلاستیسیته مرز بالایی ، ارتباط خوب با نتایج آزمایش را فراهم می كند، هنگامی كه ضریب تأثیر صحیح برای بتن انتخاب می شود .

Hamadi وRegan بیان كرده اند كه منطقة فشردگی در تیر های بتن تا 40 % مقاومت برش كل را فراهم می نماید. بنابراین:شخص انتظار دارد كه از تأثیرات سودمند بهره ببرد. با این حال،این امر در تحلیل آنها نادیده گرفته شد. تایلور انتقال نیرو را در ترك ها مطالعه كرد و پیشنهاد كرد كه مقاومت برشی یك تیر توسط سه مؤلفه شكل گرفت:

عمل (dowel )،اصطحكاك ترك و برش منطقة فشاری. برش منطقة فشاری 20 الی %40 مقاومت برشی است. Anderson و Ramiret نشان دادند كه فولاد top بالایی در معرض خمیدگی (buckling ) در غیاب ركاب (stirrups ) می باشد اما مجدداً این امر در تحلیل نادیده گرفته شد. Wilby نتیجه گرفت كه وقتی میله های تقویت كننده در مناطق فشردگی از تیر های مستطیلی لحاظ شدند كه بطور ناكافی با stirrup ها دوباره كرنش دار شدند، خمیدگی تمایل دارد تا رخ دهد.

Regan یك بررسی جامع انجام داد كه نشان می دهد كه آنالوژی فرپای Morsch 45 چگونه توسط محققان گوناگون در بررسی رفتار برشی در بتن توسعه یافته و تمام تأثیرات فولاد بالایی نادیده گرفته شد. روشهای تحلیلی بكار رفته برای ارزیابی برش پله های بتن باید واقع بینانه و دقیق باشد شاید استفاده از یك روش پلاستیسیتة ارزیابی مناسب باشد نظریه توسط Ibell توسعه می یابد و رفتار واقعی پل را در هنگام فروریزش با نتایج خوب نشان می دهد. یك مدل پلاستیسیته مرز بالایی در اینجا پذیرفته می شود و سعی دارد نشان دهد كه حضور تقویت در تیرهای بتن تأثیر چشمگیر بر روی استحكام برش تیر دارد. با بررسی انواع فولاد و برش ها، اعتبار پیش بینی های نظریة پلاستیسیته شرح داده شد.

یافته های مفیدی بدست آمدندو تأثیرات فولاد بررسی شد،و پل ها ارزیابی شدند.

نظریة پلاستیسیته مرز بالایی ـ مفروضات تحلیلی مقدماتی:

فرض شد كه a در مدل ازكارافتادگی برخورد پلاستیك رخ دهد و استحكام كامل موجود باشد، فقط ناحیة پلاستیك از رفتار تغییر شكل در نظر است. تغییر شكل الاستیك كم می باشد و نادیده گرفته می شود

(b) معیار كرامب ـ موهر اصلاح شده با برش كششی غیر صفر برای بتن در نظر می باشد.زاویة داخلی اصطحكاك     Æ   برای تمام تركیبات تنشی°37 است.

(C) میله های فولاد نیروهای تنش محوری دارند و هر تأثیر dowel نادیده گرفته میشود.

(d) به ضریب V برای استحكام فشردگی بتن بكار می رود.

برنامةآزمایش:

چهار تیر بررسی گردید هر كدام دارای كمیت های گوناگون تقویت كف،پایین و برش بودند. یك آزمایش چهار نقطه ای بر روی هر كدام از تیر ها انجام گرفت . شكل 5 ابعاد نمونه های تیر را نشان می دهد. حداكثر بار مورد نیاز برای تمام آزمایشات با استفاده از یك سیستم بار گذاری كف افقی بدست آمد ( شكل 6 ) .

دو بلوك الوار نمونه را پشتیبانی ( تكیه گاه ) كردند و دو ورق P T FE  ( برای حداقل سازی اصطكاك ) ، برای رابط های فصل مشترك ها ، تكیه گاه استفاده شدند. بیست های تكیه گاه در داخل ریل ها بر روی كف ،ثابت شدند كه یك متر فاصله داشتند بار بكار رفته توسط دیوار قوی مقاوم شد.

یك جك هیدرولیك برای بكارگیری بار به ( تیر انتقال) استفاده شد كه دو بار نقطه ای مورد نیاز برای تیر را انتقال داد. بارهای ( نقطه ای ) و تكیه گاه ها از طریق یاتاقان های صفحة فولادی به ابعاد100* 100 * 25 mm  بدست آمدند بالشتك های لاستیكی نیز بین یاتاقان های صفحه و بتن قرار گرفتند، تا بار را به طور یكنواخت در سطح تیر توزیع كنند. زیرا بطور كامل هموار نبود . همچنین، این بالشتك های لاستیكی اجازة حركت جانبی ، و جلوگیری از تأثیرات غشاء را داد. شكل  7 یك راه اندازی دستگاه آزمایش را نشان می دهد .

نمونه های آزمایش:

تمام تیرها دارای سطح مقطع كلی یكسان بودند. تقویت فولاد كشش طولی در تیرهای دو نمونة اول شامل، میله های با استحكام زیاد T16 بودند اولین تیر حاوی فولاد كف و دومین تیر حاوی،فولاد بالا و پایین برابر (2 . 30 % ) بود. سومین نمونه حاوی دو میله T16 برای فولاد پایین با سیم های فولاد ملایم 3 mm برای فولاد فشاری بود . این امر برای ایجاد یك قفسه برای فولاد S tirrup برش بود و حضور فولاد بالایی در این نمونه می تواند ناچیز فرض شود . Stirrup ها شامل سیم فولادی ملایم 3 mm بودند و در فاصله 75 mm مركز تا مركز در سراسر طول تیر ،با Stirrup های اضافی بود كه در هر سر تیر قرار داشت تا از خرابی احتمالی جلوگیری كند.

نمونه چهارم حاوی دو میله T16 با تسلیم زیاد برای فولاد كف و دو میله T16 با تسلیم زیاد برای فولاد بالایی بود. Stirrup ها حاوی سیم فولاد ملایم 3 mm بود و در فاصلة 75 mm مركز تا مركز در سراسر طول تیر قرار داشت . مجدداً ،Stirrup های اضافی در انتهای هر تیر قرار داشت تا از خرابی جلوگیری گردد. شكل  8 جزئیات تقویت را برای چهار آزمایش نشان می دهد. دامنة لازم برای استحكام فشاری مكعب بتن 4  0 _ 5 0

mpa بود كه بطور ایده آل به Sompa  نزدیكتر است زیرا اكثریت پل های موجود دارای استحكام بتن در این محدوده است . مخلوط طراحی شده و بكار رفته به شرح زیر بود: ( بصورت تناسبی از مقدار سیمان به ازای وزن ): نتایج و بحث آزمایش

آزمایش 1 :

ترك های انعطافی آغاز شد تا در امتداد كف تیر در بار بكار رفتة كلی از I SKN   ظاهر گردد. تحت بار KN 45 ، ترك های برشی آغاز شد تا در دهانه های برش شكل بگیرد. بار تا  KN 53 ، افزایش یافت، تا اینكه خرابی برش رخ داد. هشدار خیلی كوچك قبل از فروپاشی كل، داده شد كه خیلی       بود و یك صدای بلند و تیز تولید گردید. نمونه های از كار افتاده علائم حركت جسم صلب را نشان داد. همانطور كه در شكل 9  می توان ملاحظه كرد خرابی سنگر كردن نهایی نیز پس از رسیدن به بار اوج رخ داد، كه به سبب ترك در امتداد خط تقویت تا انتهای تیر بود. بار پس مانده توسط تیر ، هنگامی كه تیر شكسته شد رخ داد كه فقدان چكش خواری را نشان می دهد. این بار باقیمانده KN 9.8  بود بنابراین ،بار باقیمانده در از كارافتادگی فقط 20 %  بار اوج بود . طرح خمیدگی بار برای آزمایش 1  در شكل  10  دیده می شود.

آزمایش 2:

ترك های انعطافی مجدداً در امتداد كف تیر تحت بار بكار رفتة ISKN  ظاهر گردید. جهت ترك ها مشابه با جهت آنها در آزمایش  1  بود. ترك های برشی، كه شبیه به موارد پیش آمده در آزمایش 1  بود. تحت بار  KN 40  مشهود گردید ( شكل 1 ). خرابی، كه در بار KN 50  رخ داد، تردی كمتری داشت و بیش از مورد در آزمایش 1  كنترل شد. یك ناپیوستگی برشی سوم و دوم در محدوده دهانة برشی در طی خرابی نهایی طبق شكل 11  ملاحظه گردید. چون فولاد بالایی در تحت فشردگی قرار گرفت، تمایل به خمیدگی تحت بار از كارافتادگی بكار رفته قرار گرفت كه به سبب فقدان Stirrup ها بود. این امر توسط آندرسن و رامیرز بحث شده است. لذا، یك تمایل برای بتن برای فشرده شدن به طرف خارج و بالا در سر تیر وجود دارد، كه باعث تشكیل ترك در امتداد خط تقویت ( فشردگی) بالایی تیر می شود این مكانیزم فروپاشی مقداری چكش خواری را به آزمایش 2  اضافه كرد و الگوی ناپیوستگی را تا حدی تغییر داد.

 ( شكل 9  و 11 ) .

آزمایش 3:

ترك های انعطاف پذیر در كف تیر در یك نیروی KN 20  ظاهر گردید. ترك ها بطور قابل توجهی عمیق تر از آزمایش های قبلی بود كه به دلیل حضور تقویت Stirrup  است . این ترك ها بطرف بالای نمونه تحت بار گذاری زیاد، منتشر گردید و در سراسر تیر نسبتاً متقارن بودند. ( شكل 12 ) كه نشان دهندة رفتار چكش خوار است. ترك های برشی پس از یك بار KN 55  ظاهر گردید و از تكیه گاه ها تا بارهای نقطه ظاهر شد هنگامی كه بار تا KN 60  زیاد شد ( شكل 12 )، تیر تا خرابی در KN 95  بارگذاری گردید . تیر چكش خواری زیادی را نمایش داد ( در طرح خمیدگی برای این آزمایش در شكل 13  ملاحظه می شود ). با بار به تدریج به یك KN 84  كاهش می یابد. یك ترك برشی بزرگ تحت یك بار KN 60  و ناپیوستگی در امتداد این ترك

در بار شكستگی KN 95  رخ داد. حضور Stirrup  ها بتن را محدود كرد و اجازه داد كه یك خرابی كنترل شده و چكش خوار از نمونه پیش آید. خمیدگی ها از نوع متقارن بود.

آزمایش 4 :

استحكام بتن برای چهار نمونه كمتر از نمونة 3  بود این تیر همان ویژگی در آزمایش 3  را نشان داد. و ترك های انعطاف پذیر پس از یك نیروی KN 20  ظاهر گردید. مجدداً این ترك ها تیز بودند . تیر، ترك خوردن متقارن را بار دیگر نشان داد. ترك های برشی پس از KN 45  در هر دو انتهای نمونه ظاهر گردید و این امر تحت بارگذاری زیاد انتشار یافت ( شكل 14 ).

تیر سپس تا از كارافتادگی در KN 96  بارگیری شد. تیر رفتار چكش خوار را نمایش داد كه مشابه با نمونة 3  بود . از جدول 1 ، مقایسة نمونه های 1  و 2  بنظر می رسد كه هیچ استفاده ای از حضور فولاد بالایی بدون Stirrup  های برشی بدست نیامد. با این حال، از مقایسة 3  و 4  ، فواید بسیاری بنظر می رسد كه از حضور فولاد بالایی ، با حضور Stirrup  ها بدست آید. این امر ممكن است لحاظ شود زیرا، اگر چه توانایی های شكست تا حدّی مشابه هستند، استحكام های بتن نمونه ها بطور فاحشی تفاوت دارند.

مقایسة بین پیش بینی های پلاستیسیته و نتایج آزمایش :

جدول 2  یك سری نتایج را برای هر نمونه نشان می دهد. مقدار در پرانتز تفاوت درصد بین نتایج آزمایش واقعی و پیش بینی  شده را نشان می دهد.

آزمایش 1 :

B D 44 / 95  و نظریة پلاستیسیته حدّ بالایی با دقت ظرفیت بار شكست آزمایش 1  را نشان می دهد. پیش بینی از كد كمی دقیق تر از نظریة پلاستیسیته است . اما، آنها هر ارزیابی خوبی از ظرفیت بارگذاری از یك تیر حاوی فولاد كششی را می دهند. یك دلیل احتمالی برای پیش بینی كمتر، از نظریة پلاستیسیته آن است : كه متكی بر چكش خواری كامل است. در حالیكه یك تیر بدون تقویت S tirrup ، مانند مورد در آزمایش 1  ، كه مستعد به خرابی ترد است.

آزمایش 2 :

پیش بینی كد بسیار دقیق است و یك برآورد عدد 2   . 5 %  از بازار خرابی واقعی را می دهد. نظریة پلاستیسیته حدّ بالایی، یك بار خرابی پیش بینی شدة 2 4 %  را بالاتر از نتیجة آزمایش واقعی را می دهد. دلیل اصلی برای این امر آن است كه فولاد فوقانی مستعد به خمیدگی در غیاب تقویت  Stirrup  می باشد.

نظریة پلاستیسیته برای این امر در نظر گرفته شده و ظرفیت تیر را برآورد بیش از حدّ می كند، كد تیر برای خمیدگی در فولاد بالابب به حساب نمی آید، زیرا حضور آن را بطور كامل نادیده می گیرد هنگامی كه استحكام برشی تیر ارزیابی می گردد.

آزمایش 3 :

BD  44 / 95  ظرفیت بار را به اندازة 15 %  نظریة پلاستیسیته حدّ پایینی  برآورد می كند كه یك مقدار قابل قبول و دقیق تری از ظرفیت تیر را با یك مقدار برآورد شدة 5%   فراهم می كند.

آزمایش 4 :

ظرفیت پیش بینی شدة آزمایش 4  توسط كد ( 22 %  ) برآورد می شود و نظریة پلاستیسیتة حدّ پایینی یك مقدار دقیق از بار نهایی، تیر را در شكست برشی ارائه می كند ( برآورد 3    % ) . اگر فولاد بالایی به حساب آید، پراكندگی انرژی افزایش می یابد. كه ناشی از فولاد طولی است و نظریة پلاستیسیتة یك بار شكست برشی پیش بینی شده را برای نمونه می دهد. اگر چه نتایج برای آزمایش های 3  و 4  خیلی مشابه هستند ، استحكام بتن برای هر نمونه متفاوت است. ( شكل در پرانتزها در جدول 2  ).

بحث پیش بینی های نظریة پلاستیسیتة حدّ بالایی:

از نتایج حاصل در جدول 2  ، نظریة پلاستیسیته یك ارزیابی دقیق از یك بار خرابی برشی تیر را با حضور S tirrup  ها ، می دهد و اعتماد را به پیش بینی های شكل 4  اضافه می كند. برعكس، در غیاب S tirrup  ها، پیش بینی های واقع در شكل 4  گمراه كننده هستند. در حقیقت، هیچ ظرفیت برشی اضافی ای از حضور تقویت فشردگی بدست نمی آید. هنگامی كه هیچ S tirrup  ای موجود نباشد.

این امر ناشی از خمیدگی ( خم شدن، تا شدن ) بارهای فشاری است . و معلوم نمی باشد كه آیا این امر در لوح ( شمش ) ها ، درست باشد یا خیر. جایی كه تقویت مورب و طبیعت كرنش ساده از لوح ها ممكن است به جلوگیری از خم شدن این میله ها كمك  كند و اجازة توانایی های برشی افزایش یافته را میدهد.( حتی در غیاب Stirrup  ها). تحقیق در داخل این امر برای لوح ها ضروری است. با این حال، در حضور Stirrup  ها، در یك تیر ، خمیدگی جلوگیری می شود و پیش بینی های طرح شده در شكل 4  برای این مورد بنظر می رسد. برای فولاد Stirrup  برشی 0.19%  تأیید شده باشد. بنابراین، یك افزایش در ظرفیت برشی تا حدود 1  5 % ممكن است در تیرهای بتن درجه C 50  انتظار برود كه حاوی حداقل Stirrup  ها، ( 0.20 % ) و كمیت های ضروری تقویت فشردگی بالایی می باشد. به دلیل تفاوت در استحكام بتن در نمونه های 3  و 4  ، نتیجه گرفته می شود كه نظریة پلاستیسیته بتواند برای برون یابی نتایج، برای استحكام های بتن متفاوت، برای نمونه ها با فولاد بالا و پایین و تقویت Stirrup  ، استفاده می شود. جدول 3  نتایج برون یابی شده را برای دو استحكام بتن متفاوت، و دو نوع تیر آنها را نشان می دهد. ملاحظه می شود كه فولاد بالایی ، برای افزایش ظرفیت یك تیر با تقویت Stirrup ، توسط درصد قابل ملاحظه ای پیش بینی می شود. هنگامی كه نظریة پلاستیسیته بصورت ابزار ارزیابی پذیرفته می شود این افزایش درصد، برای تبدیل یك خرابی ارزیابی برشی از پل های بسیار در داخل یك مسیر ارزیابی برشی كافی است . 

قیمت فایل فقط 3,900 تومان

برچسب ها : تاًثیرات تقویت تراكمی بر روی استحكام برشی تیرهای پل بتن مسلح , طرح توجیهی تاًثیرات تقویت تراكمی بر روی استحكام برشی تیرهای پل بتن مسلح , دانلود تاًثیرات تقویت تراكمی بر روی استحكام برشی تیرهای پل بتن مسلح , عمران , بتن مسلح , تاًثیرات تقویت تراكمی بر روی استحكام برشی تیرهای پل , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان