مقایسه تأثیر مساحت و موقعیت گشودگی بر رفتار و ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

گاهی به دلیل مسائل معماری و محدودیت های موجود در پلان سازه، گشودگی ­هایی مانند در، پنجره و داکت های تأسیساتی در دیوار برشی بتن مسلح ایجاد می گردد که باعث تغییراتی در رفتار، سختی و مقاومت نهایی دیوار برشی بتن مسلح می­گردد. هدف از انجام این پژوهش مقایسه  تأثیر  پارامترهای مساحت و موقعیت گشودگی بر رفتار و ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای گشودگی­های منظم می­باشد. در این تحقیق از نرم­افزار آباکوس برای مدل سازی و بررسی پارامترهای مورد نظر استفاده شده است. برای صحت سنجی نتایج حاصل از نرم­ افزار آباکوس، نمونه­های آزمایشگاهی آگودا در این نرم­افزار مدل­سازی گردیده و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردیده است. پس از صحت­سنجی نرم­افزار، نمونه هایی دارای یک و دو ردیف گشودگی مشابه باشرایط آزمایش طراحی گردیده و برای تحلیل از آنالیز اجزامحدود بتن آرمه و مدل رفتاری خسارت خمیری[1]در نرم­افزار آباکوس استفاده گردیده است. نتایج حاکی از آن است که مساحت ناحیه مؤثر تحت فشار دیواراز مهم­ترین عوامل تأثیر گذار بر مقاومت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای گشودگی می باشدکه مساحت و موقعیت گشودگی به طور مستقیم باعث تغییر در مساحت این ناحیه می گردند. همچنین می توان نتیجه گرفت ، موقعیت گشودگی در مقایسه با مساحت آن پارامتری تأثیرگذارتر در کاهش ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح می­باشد.



[1]Damage Plasticity

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparative Study On Effects Of Area And Position Of Opening On Behavior And Shear Capacity Of Concrete Shear Walls

نویسندگان [English]

  • Abolfazl Arazbzade 1
  • mehran Mozaffar Jazi 2
2 Master Student,Tarbiat Modares University
چکیده [English]

In many cases concrete shear walls have openings for architectural reasons.opning cause  some changes in shear capacity,stiffness and behavior of reinforced cocncrete walls.In this study,finite element models are developed by Abaqus software to compare the effect of area and position of opening on shear capacity of concerete shear wall with regular openings. the experimental results on  cocncrete shear walls with two bands of openings by Aguda are used to verify the the analytical models.after verification; Some specimens with one and two bands of opening are designd similiar to qulification of Agudas experiments.Nonlinear finite element  analysis of  reinforced cocncrete walls is performed using damage plasticity model. Results further confirm that compressive area of wall play an important role on shear capacity of structural concrete walls and parametrs of area and position of opening can affect on compressive area.Comparison of results are also showed that the position of opening is more effective on shear capacity of concrete shear walls.  

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cocncrete shear walls
  • Opening area
  • Opening position
  • Ultimate Shear Strength Compressive area

مقدمه

     دیوار برشی بتن مسلح دیوارهای بتن آرمه­ای هستند که از سختی داخل صفحه­ای زیادی برخوردار بوده ومانند یک تیرکنسول قائم و عمیق عمل کرده و در برابر برش وارده و لنگرهای خمشی ناشی از بارهای جانبی مقاومت می­کنند. در اکثر مواقع، به دلیل مسائل معماری و محدودیت­های موجود در پلان ساختمان، گشودگی­هایی مانند در و پنجره در داخل دیوار قرار می­گیرد که باعث تغییر در رفتار، شکل­پذیری، مقاومت و سختی دیوار برشی می گردد[1].

     نحوه چینش گشودگی­ها در دیوار می­تواند به صورت پله­ای(متناوب) و یا در ردیف­های منظم باشند. در حالتی که گشودگی­ها به صورت منظم در چند ردیف قرار گیرند، دیوار برشی بتنی در واقع ترکیبی از چند دیوار می­باشد که به وسیله تیرهای هم­بند به یکدیگر متصل می­گردند[2]. تیر هم­بند نقش اساسی در عملکرد لرزه­ای این نو ع از دیوارها داشته و در صورتی که به نحوی مناسب طراحی و اجرا گردند، می­تواند ضمن دارا بودن مقاومت کافی در هنگام و قوع زلزله مانند فیوز عمل نموده و با ایجاد تغییر شکل­های کافی بخش قابل توجهی از انرژی زلزله را قبل از آسیب دیدن قسمت های اصلی دیوار مستهلک می­نماید[3].

     تا کنون تحقیقات گسترده­ای بر روی رفتار و ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح دارای گشودگی­ صورت گرفته است. وایلین[1] برای اولین بار ظرفیت برشی دیوارهای برشی بتنی دارای گشودگی را به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرارداد و به این نتیجه رسید که وجود گشودگی باعث تغییر در رفتار و مقاومت دیوار برشی خواهد شد[4]. آگودا[2] نحوه گسترش ترک­ها و مقاومت برشی نهایی دیواربرشی با دو ردیف گشودگی را مورد بررسی قرار داد[5]. پائولی[3] و همکاران شکل پذیری دیوارهای برشی دارای گشودگی را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسیدند که تیر همبند تأثیر مهمی بر شکل­پذیری نمونه­های دارای گشودگی دارد[6]. گوان[4]و همکارانش به توسعه مدل اجزا محدود غیر خطی  در مورد  این نوع از دیوارها پرداختند[7].

     «خاتمی» و همکاران به بررسی رفتار لرزه­ای دیوارهای برشی دارای گشودگی پرداختند و به این نتیجه رسیدند که مؤلفه قائم نیروی زلزله در زلزله­های نزدیک به گسل تأثیر زیادی بر رفتار دیوارهای این نمونه­ها خواهد داشت[8]. همچنین، واراشینا[5] و همکاران به بررسی اثر ابعاد و موقعیت گشودگی در دیوارهای برشی پرداختند و به این نتیجه رسیدند که اندازه و موقعیت گشودگی بر رفتار و ظرفیت برشی نمونه­های دارای گشودگی تأثیر گذار خواهد بود[9].

     بررسی تحقیقات گذشته نشان می­دهد که تا کنون مطالعات تحلیلی بر روی مقایسه تأثیر پارامترهای موقعیت و مساحت  گشودگی بر رفتار وظرفیت جانبی دیوارهای برشی بتن مسلح انجام نشده است. هدف از انجام این مقاله مقایسه تأثیر پارامترهای موقعیت و مساحت(ابعاد) گشودگی بر رفتار و ظرفیت برشی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای گشودگی­های منظم می­باشد. همچنین تمهیداتی برای طراحی بهینه دیوارهای برشی با دو ردیف گشودگی ارایه شده است که پیش از این بحثی راجع به آن انجام نشده است.

مطالعات آزمایشگاهی آگودا بر روی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای دو ردیف گشودگی

    درسال 1991 دو نمونه مقیاس شده دیوار برشی بتنی با دو ردیف گشودگی توسط گابریل آگودا در دانشگاه داندی مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت[5]. در این تحقیق برای بررسی روند مدلسازی کامپیوتری دیوارهای مورد مطالعه و اطمینان از صحت مدل­سازی آن­ها، از نتایج آزمایشگاهی آگودا استفاده گردیده­است. نحوه میلگردگذاری و هندسه نمونه­ آزمایشگاهی ایجاد­شده در شکل­های 1و2و3 نشان داده شده است. تمامی ابعاد بر حسب میلیمتر می باشد.

 

شکل 1 نمای کلی دیوار طراحی شده توسط آگودا [5]

 

   

                               شکل 2 میلگردگذاری تیر هم­بند[5]                            شکل3- میلگردگذاری دیوار برشی بتن مسلح[5]

 

 2-1. ویژگی مصالح مصرفی

30 mm

     در این نمونه­ها از بتن ریز­دانه[6] استفاده شده است که در دیوارهای با ضخامت کم بیشترین کاربرد را ایفا نموده و خصوصیات آن کاملأ منطبق بر بتن معمولی می­باشد. این خصوصیت  سبب می­گردد تا رفتار قابل مقایسه­ای با دیوار در مقیاس واقعی ایجادگردد. برای میلگرد­گذاری نمونه­ها از میلگرد با قطر 8 میلیمتر برای میلگردهای عرضی تیر هم­بند و از میلگرد با قطر شش میلیمتر برای میلگردگذاری سایر قسمت­های دیوار برشی استفاده گردیده است. مشخصات میلگرد و بتن مصرفی در نمونه­ها در جداول 1و2 آورده شده است.

جدول 1 :مشخصات بتن مصرفی[5]

مدول الاستیسیته(KN/mm2)

مقاومت فشاری 28روزه(MPa)

نوع بتن

23.5

25

ریزدانه

 

جدول 2- مشخصات میلگرد مصرفی[5]

مدول الاستیسیته(KN/mm2)

مقاومت تسلیم متوسط(MPa)

نوع واندازه میلگردها

195

312

6میلیمتر ساده

200

558

8میلیمتر آجدار

 

2- 2. بارگذاری نمونه­ها

پس از ساخت نمونه­ها و نصب وسایل اندازه­گیری جابه­جایی در آن­ها، نمونه­ها در تراز فوقانی مورد بارگذاری قرار گرفته­اند. بار به وسیله یک جک هیدرولیکی که در گوشه بالای دیوار در سمت راست آن قرار گرفته است، اعمال شده است. پایداری دیوار به وسیله یک قاب فولادی متصل به میلگرد پیش تنیده تأمین شده است.جزییات بارگذاری وارده به نمونه­های آزمایشگاهی آگودا در شکل 4 نشان داده شده است.

 

شکل 4بارگذاری نمونه­های آزمایشگاهی آگودا[5]

روند مدل­سازی نمونه های آزمایشگاهی در نرم افزار آباکوس

3-1. پارامترهای مورد استفاده در مدل خسارت خمیری بتن[10]

مدل خسارت خمیری از پیچیده­ترین و پرکاربردترین مدل­های رفتاری بتن می­باشد. مدل خسارت خمیری  به دلیل عدم مدل­سازی صریح ترک و نیروهای انتقالی در سطح ترک، نیاز به مدل­های رفتاری کمتری نسبت به مدل­های دیگر داشته و به­طور کلی برای اغلب مسائل مهندسی و کاربردی روشی قابل قبول محسوب می­شود. به طور کلی مدل­های خسارت خمیری علاوه بر سه ویژگی مدل­های مبتنی بر تئوری خمیری که به ترتیب معیار تسلیم برای شروع تغییر شکل­های خمیری، قانون سخت­شدگی یا نرم­شدگی برای تعیین وضعیت تکامل سطح تسلیم و قانون جریان برای تعیین نمو کرنش های خمیری، دارای یارامتر خسارت برای محاسبه آسیب­دیدگی المان می­باشند. سه ویژگی اول در نرم ­افزار به صورت زاویه اتساع، خروج از مرکزیت، نسبت مقاومت فشاری دو محوری بتن به مقاومت فشاری تک­محوری،  KCنسبت دومین نامتغیر تانسور تنش در نصف­النهار کششی به مقدار آن در نصف النهار فشاری و ویسکوزیته تعریف می­گردد. زاویه اتساع بتن مهم ترین پارامتر تأثیرگذار بر نتایج نمونه ­ها می­باشد. زاویه اتساع برابر با نسبت نمو کرنش خمیری حجمی به نمو کرنش خمیری انحرافی می باشد و برای بتن معمولآ بین 20 تا 40 درجه فرض می­شود که این مقدار بر روی شکل­پذیری مصالح و نتایج شکل پذیری کل مدل تأثیر قابل توجهی دارد و با افزایش این مقدار شکل­ پذیری نیز افزایش می­یابد. در این تحقیق با توجه به حساسیت سنجی انجام گرفته و مقایسه نتایج نرم­افزار با نتایج آزمایشگاهی مقدار زاویه اتساع 33 درجه در نظر گرفته شده است.

3-2. رفتار بتن در کشش و فشار تک محوری[10]

رفتار بتن در اثر تنش­های فشاری و کششی تک­محوری در ابتدا به صورت خطی در نظر گرفته می­شوند و تا زمانی که به ترتیب مقاومت بتن به مقاومت نظیر ترک خوردگی و مقاومت فشاری بتن برسد، این رفتار خطی ادامه می یابد. مقاومت ترک خوردگی بتن با آغاز ایجاد ترک­های پیش­رونده و رفتار غیر خطی بتن در فشار با گسترش ریز ترک­ها در بتن آغاز می گردد که به طور معمول حد شروع رفتار غیر خطی فشاری بتن حدود 30 درصد مقاومت نهایی فشاری بتن در نظر گرفته می شود. رفتار بتن در فشار و کشش تک محوری در حالت غیر خطی به صورت درشت مقیاس توسط منحنی نرم شدگی کرنشی در نظر گرفته می­شود. پارامتر خسارت یا آسیب دیدگی نمونه بتنی در این روش به صورت کاهش در سختی سکانتی بتن تعریف می­گردد. شکل 5 رابطه میان تنش و کرنش در حالات فشار و کشش تک­محوری را نشان می نماید.

در شکل 5 شاخص ­های dtوdc مشخص کننده کاهش تماس ذرات و از بین رفتن پیوند­های ریز­ساختار می­باشند و برای هر وضعیت تنش کرنش یک مقدار مشخص آسیب­دیدگی به بتن اختصاص داده می­شود. در این پژوهش، این مقادیر طبق فرض اوناته وهمکاران در هر دو حالت فشار و کشش تک­محوری قبل از رسیدن ماده به بیشینه مقاومت، شاخص خسارت صفر بوده و با ورود به ناحیه نرم­شدگی کرنشی، مقدار شاخص خسارت برابر با نسبت مقاومت از دست رفته به بیشینه مقاومت می باشد.

 

شکل 5مدل خسارت خمیری بتن در فشار و کشش تک محوری[10]

3-3. مدل رفتاری میلگرد[12]

به منظور واقعی­تر شدن رفتار سازه باید اثر اندر­کنش بین بتن و میلگرد را در رفتار المان با اصلاح رفتار میلگرد در نظر گرفت. در این پژوهش از مدل بلاربی برای در نظر گرفتن این رفتار استفاده گردیده است. شکل 6 نمودار رفتاری میلگرد بلاربی را نشان می­دهد.

 

شکل 6مدل رفتاری بلاربی[12]

3-4. مدل فشاری بتن مسلح[10]

در این پژوهش مدل­های رفتاری هاگنستاد، پوپویچ و مایکاوا برای مدل­سازی در نرم­افزار صحت سنجی شده­اند. نتایج حاکی از عدم حساسیت مدل­سازی به مدل­های  فشاری بتن می­باشد. از مدل فشاری هاگنستاد برای پیش­بینی مدل فشاری بتن استفاده شده است. در توسعه مدل هاگنستاد هدف اصلی، پیش­بینی رفتار قبل از حد نهایی مقاومت بتن بوده است. مدل رفتاری هاگنستاد طبق روابط 1 و 2 تعیین می­گردد.

 

3-5. سخت شدگی کششی بتن مسلح[13]

پدیده سخت شدگی کششی بتن مسلح باعث می­گردد تا بتن ترک خورده باعث کاهش کرنش میلگردها در فاصله بین ترک­ها گردد. این پدیده در اثر انتقال تنش­های چسبندگی از میلگرد به بتن رخ می­دهد و تأثیر قابل توجهی بر تغییر شکل و عرض ترک اعضای بتن مسلح دارد. اثر سخت­شدگی کششی را می­توان به صورت اصلاح سختی میلگرد و یا اصلاح مدل رفتاری بتن در کشش در نظر گرفت. در این پژوهش از مدل شیما و همکاران مبتنی بر اصلاح رفتار کششی بتن استفاده گردیده است. رابطه 3 مدل سخت شدگی ­کششی شیما و همکاران را نشان می دهد. در این رابطه مقدار پارامتر c برای میلگرد آجدار0/4 و برای شبکه فولادی جوش شده برابر3/0 در نظر گرفته می­شود. مقاومت کششی بتن نیز از رابطه آیین نامه ژاپن محاسبه می­گردد.

                                                                                                                            

صحت­سنجی مدل­سازی کامپیوتری توسط نتایج آزمایشگاهی

دراین قسمت یکی از نمونه­های آزمایشگاهی آگودا توسط نرم­افزار آباکوس مدل­سازی شده است. برای مدل سازی المان بتنی  از المان­های سه بعدی محیط پیوسته و برای مدل­سازی المان­های میلگرد از المان تیر دو گرهی مرتبه اول استفاده شده است. شرایط مرزی توسط نرم­افزار آباکوس یک بار بادرنظر گرفتن فونداسیون موجود در نمونه آزمایشگاهی (WL1) و یک بار با حذف فونداسیون موجود و گیردار فرض نمودن پای دیوار(WL2 ) ایجاد شده است[10]. نمودار بار تغییر مکان حاصل از تحلیل غیر خطی نمونه­ها در نرم­افزار و همچنین نتایج آزمایشگاهی آگودا در شکل 7 نشان داده شده است.

     همان­طور که در شکل 7 مشاهده می­گردد، مدل­های ایجاد شده توسط نرم ­افزار در ناحیه غیر خطی با دقت قابل قبولی بر نتیجه آزمایشگاهی منطبق شده اند. عدم مدل­سازی فونداسیون باعث افزایش سختی اولیه و عدم انطباق بر نتایج آزمایشگاهی در این ناحیه گردیده است. از طرفی حذف فونداسیون باعث افزایش چشمگیر در سرعت تحلیل نرم افزار می­گردد. بنابراین با توجه به این­که در این تحقیق مقاومت برشی نهایی دیوار در ناحیه غیر خطی مد نظر است می­توان با حذف فونداسیون سرعت تحلیل نمونه­ها را افزایش دادو به درستی نتایج در ناحیه غیر خطی اطمینان حاصل نمود

 

شکل 7نمودار بار- تغییرمکان دیوار آگودا بر اساس نتایج آزمایشگاهی و مدل اجزا محدود

 

    در شکل 8 مود خرابی دیوار مورد مطالعه در شرایط آزمایشگاهی و مدل ایجاد شده در نرم­افزار نشان داده شده­است. همان طور که مشاهده می گردد، در هر دو حالت تخریب دیوار به صورت شکست خمشی می­باشد. همچنین همان­طور که بیان شد، تیرهای هم­بند با تحمل تغییر شکل و تخریب کامل همانند یک فیوز عمل نموده وباعث می گردد به قسمت­های اصلی دیوار آسیب کمتری وارد گردد. از بررسی نمونه­ی آزمایشگاهی در نرم­افزار آباکوس می­توان به درستی نتایج حاصل از این نرم­افزار در مورد دیوارهای برشی بتن مسلح مورد مطالعه اطمینان حاصل نمود.

 

شکل 8مقایسه مود خرابی دیوار مورد مطالعه در آزمایشگاه و  نتایج تحلیل نرم­افزار[5]

 

      مطالعه متغیرها بر روی مدل­های طراحی­شده

    در این قسمت برمبنای دیوارهای طراحی شده توسط آگودا، یک نمونه دیوار بدون گشودگی و نمونه­هایی با یک و دو ردیف گشودگی  طراحی شده است. در نمونه­های دارای یک ردیف گشودگی، مکان گشودگی نسبت  به لبه سمت چپ دیوار متغیر می­باشد. مدل­های طراحی شده دارای یک ردیف گشودگی در شکل 9آورده شده است. همان­طورکه مشاهده می­گردد، نمونه 4 دارای گشودگی متقارن نسبت به محور مرکزی دیوار و سایر نمونه­ها دارای گشودگی­هایی با خروج از مرکزیت نسبت به وسط دهانه دیوار می­باشند. در نمونه­های دارای دو  ردیف گشودگی موقعیت دو ردیف گشودگی به صورت متقارن نسبت به یکدیگر تغییر می­کنند. مدل­های طراحی­شده با دو ردیف گشودگی در شکل 10 آورده شده است. همان­طور که مشاهده می­گردد در هر دو مورد فاصله مرکز گشودگی نسبت به لبه ­ی دیوار مشخص شده است. مشخصات مصالح مصرفی و بارگذاری مشابه با نمونه­های آزمایشگاهی می­باشد.

 

شکل 9نمونه­های طراحی ­شده دارای یک ردیف گشودگی

 

 

شکل 10نمونه­های طراحی ­شده دارای دو ردیف گشودگی

 

    نتایج حاصل از تحلیل غیر خطی نمونه­های طراحی شده توسط نرم­افزار آباکوس

     در این قسمت نمونه­های طراحی شده در نرم­افزار آباکوس مدل­سازی گردیده و تحلیل غیر خطی بر روی نمونه­ها توسط نرم­ ­افزار آباکوس اعمال می­گردد. نمودار بار تغییرمکان تعدادی از این نمونه­ها در شکل 11 آورده شده است. همان طور که مشاهده می­گردد، با تغییر موقعیت گشودگی در دیوار، مقاومت برشی نهایی در نمونه­ها تغییر می­کند.

     همچنین می­توان نتیجه گرفت که با افزایش مساحت ناحیه تحت فشار در دیوار که متأثر از موقعیت گشودگی جهت بارگذاری می­باشد، ظرفیت برشی نمونه ­ها افزایش می­یابد. شکل12تأثیر مساحت ناحیه تحت فشار را بر روی ظرفیت برشی دیوارهای دارای گشودگی نشان می­دهد. محور افقی نسبت فاصله مرکز گشودگی تا لبه سمت چپ دیوار  به عرض کل دیوار و محور قائم نسبت ظرفیت برشی دیوار در هر حالت به ظرفیت دیوار در حالت بدون گشودگی را نشان می­دهد. با توجه به جهت بارگذاری از سمت راست به چپ، محور اققی نمودار شکل 12 نمایانگر مساحتی از دیوار است که به طور کامل تحت فشار قرار گرفته است. در شکل 12 مقدار L فاصله سنترلاین گشودگی تا لبه سمت چپ دیوار، L0عرض کل دیوار برابر1/1 متر، P  ظرفیت برشی دیوار و P0ظرفیت برشی نمونه بدون گشودگی  برابر 37کیلونیوتن می­باشد.

 

شکل 11 نمودار بار تغییر مکان نمونه­های طراحی شده دارای یک ردیف گشودگی

 

شکل12تأثیر موقعیت گشودگی بر روی ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح

     از نمودار شکل12 نتیجه می­گردد که ظرفیت برشی نمونه­ها با افزایش مساحت ناحیه فشاری به طور تقریبا خطی افزایش می­یابد. با افزایش مساحت ناحیه تحت فشار دیوار به اندازه 65 درصد، ظرفیت برشی دیوار 25 درصد افزایش یافته است. همچنین می­توان نتیجه گرفت، با توجه به این که جهت بارگذاری تأثیری بر ظرفیت برشی نمونه متقارن ندارد، بهترین نحوه ایجاد گشودگی در دیوار برشی به صورت متقارن و در مرکز دیوار می­باشد.

     شکل 13 نمودار بار تغییر مکان نمونه­های دارای دو ردیف گشودگی را نشان می­دهد، که در نرم­افزار آباکوس به صورت غیر خطی تحلیل شده­اند. این نمونه­ها در واقع ترکیب سه دیوار برشی بتن مسلح می­باشند که به وسیله تیرهای هم­بند به یکدیگر متصل شده اند. همان­طور که مشاهده می­گردد تا زمانی که عرض دیوارهای کناری کمتر ازدیوار میانی ­باشد، هر چه گشودگی­ها به هم نزدیک­تر می­گردند، ظرفیت جانبی دیوار با نرخ کمی­تنها حدود 7 درصد افزایش یافته است. اما به محض اینکه عرض دیوارهای کناری بیشتر از دیوار مرکزی می­گردد، ظرفیت جانبی دیوار حدود19 درصد افزایش می یابد. جدول 3 ظرفیت جانبی نمونه­ها را به ازای عرض دیوارهای کناری نشان می­دهد. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که در دیوارهای برشی بتن مسلح با بیش از یک ردیف گشودگی حالت بهینه طراحی هنگامی رخ می­دهد که عرض دیواره های کناری بیشتر از قسمت­های میانی دیوار باشد.

 

شکل13 :نمودار بار تغییر مکان نمونه­های طراحی شده دارای دو ردیف گشودگی

جدول 3: ظرفیت جانبی نمونه­های دارای دو ردیف گشودگی

W24

W23

W22

W21

نوع نمونه

35

31.4

30.63

29

ظرفیت جانبی(KN)

 

مقایسه تأثیر مساحت و موقعیت گشودگی بر ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح[9]

آیین­نامه ژاپن برای محاسبه ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح دارای گشودگی رابطه 4 را رائه می­نماید

       

در این رابطه  ضریب کاهش مقاومت به دلیل وجود گشودگی و  ظرفیت برشی دیوار بدون گشودگی می­باشد. ضریب کاهش   توسط اونو طبق رابطه 5 محاسبه می­گردد. در رابطه 5،  مساحت ناحیه مؤثر فشاری بتن و  به ترتیب ارتفاع و طول دیوار می­باشند. ناحیه فشای مؤثردیوار در شکل 14 نشان داده شده است.

5                                                                                                                      

   الف:جهت بارگذاری از راست به چپ                                            ب: جهت بارگذاری از چپ به راست

  شکل 14: ناحیه فشاری مؤثر با توجه به جهت بارگذاری[9]          

همان طور که مشاهده می­گردد ضریب کاهش مقاومت  بعه ناحیه فشاری مؤثر دیوار بستگی دارد و مساحت این ناحیه به جهت بارگذاری، ابعاد و موقعیت گشودگی بستگی دارد. بنابراین مساحت و موقعیت گشودگی از مهم­نرین عوامل موثر بر ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح دارای گشودگی می­باشند که یه صورت مستقیم بر ناحیه فشاری مؤثر دیوار تأثیر می­گذارند.

برای درک بهتر تأثیر ناحیه­ی مؤثر فشاری بر ظرفیت جانبی دیوارهای برشی بتن مسلح دو نمونه مطابق شکل15 طراحی شده است. در این نمونه­ها یک بار گشودگی­ها در ناحیه تحت فشار دیوار و بار دیگر در ناحیه تحت کشش قرار گرفته­اند. شکل 16 نمودار بار تغییر مکان این نمونه­ها را نشان می­دهد. همان طور که مشاهده می­گردد با توجه به اینکه مساحت گشودگی­ها در دو نمونه تغییری نداشته است; اما ظرفیت جانبی نمونه­­ی WE2 25 درصد نسبت به نمونه WE1 افزایش یافته است. بنابراین مساحت مؤثر ناحیه تحت فشار یکی از مهم­ترین عوامل مؤثر بر ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح می­باشد.

 

شکل :15 نمونه­های طراحی ­شده دارای دو ردیف گشودگی  به صورت غیر متقارن

 

شکل 16 : نمونه­های طراحی ­شده دارای دو ردیف گشودگی

جدول 4 ظرفیت برشی تعدای از نمونه­های دارای یک و دو ردیف گشودگی حاصل از تحلیل غیر خطی در نرم­افزار را نشان می­دهد. ­در تعدادی از نمونه های دارای دو ردیف گشودگی با  وجود اینکه مجموع مساحت بازشوها دو                                       برابر نمونه های دارای یک ردیف گشودگی می باشد، اما ظرفیت برشی این نمونه ها بیشتر از نمونه­های دارای یک ردیف گشودگی می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالات معمولی موقعیت گشودگی پارامتری تاثیرگذارتر نسبت به مساحت گشودگی می باشد.

جدول 4 مقایسه ظرفیت جانبی نمونه­های دارای یک و دو ردیف گشودگی

W21

W24

نوع نمونه

32

35

ظرفیت جانبی(KN)

 

نتیجه­گیری

1-   مدل­سازی فونداسیون دیوار در مورد نمونه­های آزمایشگاهی آگودا در نرم­افزار آباکوس سبب می­شود تا جواب­های دقیق تری در ناحیه ابتدایی نمودارحاصل گردد. همچنین گیردار فرض نمودن پای دیوار در نرم­افزار باعث افزایش سرعت تحلیل و حاصل­شدن جواب­های دقیق در ناحیه غیر­خطی نمودار می­شود.

2- با تغییر مکان موقعیت گشودگی به اندازه 65 درصدظرفیت برشی نمونه های دارای یک ردیف گشودگی 25 درصد افزایش خواهد داشت.

3-   با توجه به عدم تأثیر مساحت ناحیه تحت فشار با تغییر جهت بار گذاری بهترین مکان برای ایجاد گشودگی به صورت متقارن و در مرکز دیوار می باشد.

4-   در نمونه­های دارای دو ردیف گشودگی،حالت مطلوب طراحی هنگامی رخ می دهد که عرض دیواره  میانی کمتر ازدیواره های کناری باشد.

5- در نمونه­های WE1,WE2 که در آن­ها مجموع مساحت گشودگی­ها با یکدیگر برابر می­باشند، وجود گشودگی­ها در ناحیه تحت کشش دیوار باعث می­گردد تا ظرفیت برشی نمونه نسبت به حالتی که گشودگی­­­

  ­  ها در ناحیه تحت فشار دیوار قرار داشت، 25 درصد افزایش یابد. بنابراین مساحت مؤثر ناحیه تحت فشار یکی از               مهم­ترین عوامل مؤثر بر ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح می­باشد.

6-   مساحت و موقعیت گشودگی به طور مستقیم بر مساحت ناحیه تحت فشار دیوار اثر می­گذارند.همچنین با مقایسه نتایج می توان نتیجه گرفت که در حالات معمولی موقعیت گشودگی پارامتری بحرانی تر در کاهش ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح می باشد.



[1] W.Lin

[2] Aguda

[3]Paulay

[4]Guan

[5]Warashina

[6]microconcrete

مقدمه

     دیوار برشی بتن مسلح دیوارهای بتن آرمه­ای هستند که از سختی داخل صفحه­ای زیادی برخوردار بوده ومانند یک تیرکنسول قائم و عمیق عمل کرده و در برابر برش وارده و لنگرهای خمشی ناشی از بارهای جانبی مقاومت می­کنند. در اکثر مواقع، به دلیل مسائل معماری و محدودیت­های موجود در پلان ساختمان، گشودگی­هایی مانند در و پنجره در داخل دیوار قرار می­گیرد که باعث تغییر در رفتار، شکل­پذیری، مقاومت و سختی دیوار برشی می گردد[1].

     نحوه چینش گشودگی­ها در دیوار می­تواند به صورت پله­ای(متناوب) و یا در ردیف­های منظم باشند. در حالتی که گشودگی­ها به صورت منظم در چند ردیف قرار گیرند، دیوار برشی بتنی در واقع ترکیبی از چند دیوار می­باشد که به وسیله تیرهای هم­بند به یکدیگر متصل می­گردند[2].تیر هم­بند نقش اساسی در عملکرد لرزه­ای این نو ع از دیوارها داشته و در صورتی که به نحوی مناسب طراحی و اجرا گردند، می­تواند ضمن دارا بودن مقاومت کافی در هنگام و قوع زلزله مانند فیوز عمل نموده و با ایجاد تغییر شکل­های کافی بخش قابل توجهی از انرژی زلزله را قبل از آسیب دیدن قسمتهای اصلی دیوار مستهلک می­نماید[3].

     تا کنون تحقیقات گسترده­ای بر روی رفتار و ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح دارای گشودگی­ صورت گرفته است. وایلین[1] برای اولین بار ظرفیت برشی دیوارهای برشی بتنی دارای گشودگی را به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرارداد و به این نتیجه رسید که وجود گشودگی باعث تغییر در رفتار و مقاومت دیوار برشی خواهد شد[4]. آگودا[2] نحوه گسترش ترک­ها و مقاومت برشی نهایی دیواربرشی با دو ردیف گشودگی را مورد بررسی قرار داد[5]. پائولی[3] و همکاران شکل پذیری دیوارهای برشی دارای گشودگی را مورد بررسی قرار داد و به این نتیجه رسیدند که تیر همبند تأثیر مهمی بر شکل­پذیری نمونه­های دارای گشودگی دارد[6]. گوان[4]و همکارانش به توسعه مدل اجزا محدود غیر خطی  در مورد  این نوع از دیوارها پرداختند[7].

     «خاتمی» و همکارانبه بررسی رفتار لرزه­ای دیوارهای برشی دارای گشودگی پرداختند و به این نتیجه رسیدند که مؤلفه قائم نیروی زلزله در زلزله­های نزدیک به گسل تأثیر زیادی بر رفتار دیوارهای این نمونه­ها خواهد داشت[8]. همچنین، واراشینا[5] و همکاران به بررسی اثر ابعاد و موقعیت گشودگی در دیوارهای برشی پرداختند وبه این نتیجه رسیدند که اندازه و موقعیت گشودگی بر رفتار و ظرفیت برشی نمونه­های دارای گشودگی تأثیر گذار خواهد بود[9].

     بررسی تحقیقات گذشته نشان می­دهد که تا کنون مطالعات تحلیلی بر روی مقایسه تأثیر پارامترهای موقعیت و مساحت  گشودگی بر رفتار وظرفیت جانبی دیوارهای برشی بتن مسلح انجام نشده است.هدف از انجام این مقاله مقایسه تأثیر پارامترهای موقعیت و مساحت(ابعاد) گشودگی بر رفتار و ظرفیت برشی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای گشودگی­های منظم می­باشد.همچنین تمهیداتی برای طراحی بهینه دیوارهای برشی با دو ردیف گشودگی ارایه شده است که پیش از این بحثی راجع به آن انجام نشده است.

مطالعات آزمایشگاهی آگودا بر روی دیوارهای برشی بتن مسلح دارای دو ردیف گشودگی

    درسال 1991 دو نمونه مقیاس شده دیوار برشی بتنی با دو ردیف گشودگی توسط گابریل آگودا در دانشگاه داندی مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت[5]. در این تحقیق برای بررسی روند مدلسازی کامپیوتری دیوارهای مورد مطالعه و اطمینان از صحت مدل­سازی آن­ها، از نتایج آزمایشگاهی آگودا استفاده گردیده­است. نحوه میلگردگذاری و هندسه نمونه­ آزمایشگاهی ایجاد­شده در شکل­های 1و2و3 نشان داده شده است. تمامی ابعاد بر حسب میلیمتر می باشد.

 

شکل 1 نمای کلی دیوار طراحی شده توسط آگودا [5]

 

   

                               شکل 2 میلگردگذاری تیر هم­بند[5]                            شکل3- میلگردگذاری دیوار برشی بتن مسلح[5]

 

 2-1. ویژگی مصالح مصرفی

30 mm

     در این نمونه­ها از بتن ریز­دانه[6] استفاده شده است که در دیوارهای با ضخامت کم بیشترین کاربرد را ایفا نموده و خصوصیات آن کاملأ منطبق بر بتن معمولی می­باشد. این خصوصیت  سبب می­گردد تا رفتار قابل مقایسه­ای با دیوار در مقیاس واقعی ایجادگردد. برای میلگرد­گذاری نمونه­ها از میلگرد با قطر 8 میلیمتر برای میلگردهای عرضی تیر هم­بند و از میلگرد با قطر شش میلیمتر برای میلگردگذاری سایر قسمت­های دیوار برشی استفاده گردیده است. مشخصات میلگرد و بتن مصرفی در نمونه­ها در جداول 1و2 آورده شده است.

جدول 1 :مشخصات بتن مصرفی[5]

مدول الاستیسیته(KN/mm2)

مقاومت فشاری 28روزه(MPa)

نوع بتن

23.5

25

ریزدانه

 

جدول 2- مشخصات میلگرد مصرفی[5] Text Box: 30 mm

مدول الاستیسیته(KN/mm2)

مقاومت تسلیم متوسط(MPa)

نوع واندازه میلگردها

195

312

6میلیمتر ساده

200

558

8میلیمتر آجدار

 

2- 2. بارگذاری نمونه­ها

پس از ساخت نمونه­ها و نصب وسایل اندازه­گیری جابه­جایی در آن­ها، نمونه­ها در تراز فوقانی مورد بارگذاری قرار گرفته­اند. بار به وسیله یک جک هیدرولیکی که در گوشه بالای دیوار در سمت راست آن قرار گرفته است، اعمال شده است. پایداری دیوار به وسیله یک قاب فولادی متصل به میلگرد پیش تنیده تأمین شده است.جزییات بارگذاری وارده به نمونه­های آزمایشگاهی آگودا در شکل 4 نشان داده شده است.

 

شکل 4بارگذاری نمونه­های آزمایشگاهی آگودا[5]

روند مدل­سازی نمونه های آزمایشگاهی در نرم افزار آباکوس

3-1. پارامترهای مورد استفاده در مدل خسارت خمیری بتن[10]

مدل خسارت خمیری از پیچیده­ترین و پرکاربردترین مدل­های رفتاری بتن می­باشد.مدل خسارت خمیری  به دلیل عدم مدل­سازی صریح ترک و نیروهای انتقالی در سطح ترک، نیاز به مدل­های رفتاری کمتری نسبت به مدل­های دیگرداشته و به­طور کلی برای اغلب مسائل مهندسی و کاربردی روشی قابل قبول محسوب می­شود. به طور کلی مدل­های خسارت خمیری علاوه بر سه ویژگی مدل­های مبتنی بر تئوری خمیری که به ترتیب معیار تسلیم برای شروع تغییر شکل­های خمیری، قانون سخت­شدگی یا نرم­شدگی برای تعیین وضعیت تکامل سطح تسلیم و قانون جریان برای تعیین نمو کرنش های خمیری، دارای یارامتر خسارت برای محاسبه آسیب­دیدگی المان می­باشند.سه ویژگی اول در نرم ­افزار به صورت زاویه اتساع،خروج از مرکزیت، نسبت مقاومت فشاری دو محوری بتن به مقاومت فشاری تک­محوری،  KCنسبت دومین نامتغیر تانسور تنش در نصف­النهار کششی به مقدار آن در نصف النهار فشاریو ویسکوزیته تعریف می­گردد. زاویه اتساع بتن مهم ترین پارامتر تأثیرگذار بر نتایج نمونه ­ها می­باشد. زاویه اتساع برابر با نسبت نمو کرنش خمیری حجمی به نمو کرنش خمیری انحرافی می باشد و برای بتن معمولآ بین 20 تا 40 درجه فرض می­شود که این مقدار بر روی شکل­پذیری مصالح و نتایج شکل پذیری کل مدل تأثیر قابل توجهی دارد و با افزایش این مقدار شکل­ پذیری نیز افزایش می­یابد. در این تحقیق با توجه به حساسیت سنجی انجام گرفته و مقایسه نتایج نرم­افزار با نتایج آزمایشگاهی مقدار زاویه اتساع 33 درجه در نظر گرفته شده است.

3-2. رفتار بتن در کشش و فشار تک محوری[10]

رفتار بتن در اثر تنش­های فشاری و کششی تک­محوری در ابتدا به صورت خطی در نظر گرفته می­شوند و تا زمانی که به ترتیب مقاومت بتن به مقاومت نظیر ترک خوردگی و مقاومت فشاری بتن برسد، این رفتار خطی ادامه می یابد. مقاومت ترک خوردگی بتن با آغاز ایجاد ترک­های پیش­رونده و رفتار غیر خطی بتن در فشار با گسترش ریز ترک­ها در بتن آغاز می گردد که به طور معمول حد شروع رفتار غیر خطی فشاری بتن حدود 30 درصد مقاومت نهایی فشاری بتن در نظر گرفته می شود. رفتار بتن در فشار و کشش تک محوری در حالت غیر خطی به صورت درشت مقیاس توسط منحنی نرم شدگی کرنشی در نظر گرفته می­شود. پارامتر خسارت یا آسیب دیدگی نمونه بتنی در این روش به صورت کاهش در سختی سکانتی بتن تعریف می­گردد. شکل 5 رابطه میان تنش و کرنش در حالات فشار و کشش تک­محوری را نشان می نماید.

در شکل 5 شاخص ­های dtوdc مشخص کننده کاهش تماس ذرات و از بین رفتن پیوند­های ریز­ساختار می­باشند و برای هر وضعیت تنش کرنش یک مقدار مشخص آسیب­دیدگی به بتن اختصاص داده می­شود. در این پژوهش، این مقادیر طبق فرض اوناته وهمکاران در هر دو حالت فشار و کشش تک­محوری قبل از رسیدن ماده به بیشینه مقاومت، شاخص خسارت صفر بوده و با ورود به ناحیه نرم­شدگی کرنشی، مقدار شاخص خسارت برابر با نسبت مقاومت از دست رفته به بیشینه مقاومت می باشد.

 

شکل 5مدل خسارت خمیری بتن در فشار و کشش تک محوری[10]

3-3. مدل رفتاری میلگرد[12]

به منظور واقعی­تر شدن رفتار سازه باید اثر اندر­کنش بین بتن و میلگرد را در رفتار المان با اصلاح رفتار میلگرد در نظر گرفت. در این پژوهش از مدل بلاربی برای در نظر گرفتن این رفتار استفاده گردیده است. شکل 6 نمودار رفتاری میلگرد بلاربی را نشان می­دهد.

 

شکل 6مدل رفتاری بلاربی[12]

3-4. مدل فشاری بتن مسلح[10]

در این پژوهش مدل­های رفتاری هاگنستاد، پوپویچ و مایکاوا برای مدل­سازی در نرم­افزار صحت سنجی شده­اند. نتایج حاکی از عدم حساسیت مدل­سازی به مدل­های  فشاری بتن می­باشد. از مدل فشاری هاگنستاد برای پیش­بینی مدل فشاری بتن استفاده شده است. در توسعه مدل هاگنستاد هدف اصلی، پیش­بینی رفتار قبل از حد نهایی مقاومت بتن بوده است. مدل رفتاری هاگنستاد طبق روابط 1 و 2 تعیین می­گردد.

3-5. سخت شدگی کششی بتن مسلح[13]

پدیده سخت شدگی کششی بتن مسلح باعث می­گردد تا بتن ترک خورده باعث کاهش کرنش میلگردها در فاصله بین ترک­ها گردد.این پدیده در اثر انتقال تنش­های چسبندگی از میلگرد به بتن رخ می­دهد و تأثیر قابل توجهی بر تغییر شکل و عرض ترک اعضای بتن مسلح دارد. اثر سخت­شدگی کششی را می­توان به صورت اصلاح سختی میلگرد و یا اصلاح مدل رفتاری بتن در کشش در نظر گرفت. در این پژوهش از مدل شیما و همکاران مبتنی بر اصلاح رفتار کششی بتن استفاده گردیده است. رابطه 3 مدل سخت شدگی ­کششی شیما و همکاران را نشان می دهد. در این رابطه مقدار پارامتر c برای میلگرد آجدار0/4 و برای شبکه فولادی جوش شده برابر3/0 در نظر گرفته می­شود. مقاومت کششی بتن نیز از رابطه آییننامه ژاپن محاسبه می­گردد.

                                                                                                                            

صحت­سنجی مدل­سازی کامپیوتری توسط نتایج آزمایشگاهی

دراین قسمت یکی از نمونه­های آزمایشگاهی آگودا توسط نرم­افزار آباکوس مدل­سازی شده است. برای مدل سازی المان بتنی  از المان­های سه بعدی محیط پیوسته و برای مدل­سازی المان­های میلگرد از المان تیر دو گرهی مرتبه اول استفاده شده است. شرایط مرزی توسط نرم­افزار آباکوس یک بار بادرنظر گرفتن فونداسیون موجود در نمونه آزمایشگاهی (WL1) و یک بار با حذف فونداسیون موجود و گیردار فرض نمودنپای دیوار(WL2) ایجاد شدهاست[10]. نمودار بار تغییر مکان حاصل از تحلیل غیر خطی نمونه­ها در نرم­افزار و همچنین نتایج آزمایشگاهی آگودا در شکل 7 نشان داده شده است.

     همان­طور که در شکل 7 مشاهده می­گردد، مدل­های ایجاد شده توسط نرم ­افزار در ناحیه غیر خطی با دقت قابل قبولی بر نتیجه آزمایشگاهی منطبق شده اند. عدم مدل­سازی فونداسیون باعث افزایش سختی اولیه و عدم انطباق بر نتایج آزمایشگاهی در این ناحیه گردیده است. از طرفی حذف فونداسیون باعث افزایش چشمگیر در سرعت تحلیل نرم افزار می­گردد. بنابراین با توجه به این­که در این تحقیق مقاومت برشی نهایی دیوار در ناحیه غیر خطی مد نظر است می­توان با حذف فونداسیون سرعت تحلیل نمونه­ها را افزایش دادو به درستی نتایج در ناحیه غیر خطی اطمینان حاصل نمود

 

شکل 7نمودار بار- تغییرمکان دیوار آگودا بر اساس نتایج آزمایشگاهی و مدل اجزا محدود

 

    در شکل 8 مود خرابی دیوار مورد مطالعه در شرایط آزمایشگاهی و مدل ایجاد شده در نرم­افزار نشان داده شده­است. همان طور که مشاهده می گردد، در هر دو حالت تخریب دیوار به صورت شکست خمشی می­باشد. همچنین همان­طور که بیان شد، تیرهای هم­بند با تحمل تغییر شکل و تخریب کامل همانند یک فیوز عمل نموده وباعث میگردد به قسمت­های اصلی دیوار آسیب کمتری وارد گردد. از بررسی نمونه­ی آزمایشگاهی در نرم­افزار آباکوس می­توان به درستی نتایج حاصل از این نرم­افزار در مورد دیوارهای برشی بتن مسلح مورد مطالعه اطمینان حاصل نمود.

 

شکل 8مقایسه مود خرابی دیوار مورد مطالعه در آزمایشگاه و  نتایج تحلیل نرم­افزار[5]

 

      مطالعه متغیرها بر روی مدل­های طراحی­شده

    در این قسمت برمبنای دیوارهای طراحی شده توسط آگودا، یک نمونه دیوار بدون گشودگی و نمونه­هایی با یک و دو ردیف گشودگی  طراحی شده است. در نمونه­های دارای یک ردیف گشودگی، مکان گشودگی نسبت  به لبه سمت چپ دیوار متغیر می­باشد. مدل­های طراحی شده دارای یک ردیف گشودگی در شکل 9آورده شده است. همان­طورکه مشاهده می­گردد، نمونه 4 دارای گشودگی متقارن نسبت به محور مرکزی دیوار و سایر نمونه­ها دارای گشودگی­هایی با خروج از مرکزیت نسبت به وسط دهانه دیوار می­باشند. در نمونه­های دارای دو  ردیف گشودگی موقعیت دو ردیف گشودگی به صورت متقارن نسبت به یکدیگر تغییر می­کنند. مدل­های طراحی­شده با دو ردیف گشودگی در شکل 10 آورده شده است. همان­طور که مشاهده می­گردد در هر دو مورد فاصله مرکز گشودگی نسبت به لبه ­ی دیوار مشخص شده است. مشخصات مصالح مصرفی و بارگذاری مشابه با نمونه­های آزمایشگاهی می­باشد.

 

شکل 9نمونه­های طراحی ­شده دارای یک ردیف گشودگی

 

 

شکل 10نمونه­های طراحی ­شده دارای دو ردیف گشودگی

 

    نتایج حاصل از تحلیل غیر خطی نمونه­های طراحی شده توسط نرم­افزار آباکوس

     در این قسمت نمونه­های طراحی شده در نرم­افزار آباکوس مدل­سازی گردیده و تحلیل غیر خطی بر روی نمونه­ها توسط نرم­ ­افزار آباکوس اعمال می­گردد. نمودار بار تغییرمکان تعدادی از این نمونه­ها در شکل 11 آورده شده است. همان طور که مشاهده می­گردد، با تغییر موقعیت گشودگی در دیوار، مقاومت برشی نهایی در نمونه­ها تغییر می­کند.

     همچنین می­توان نتیجه گرفت که با افزایش مساحت ناحیه تحت فشار در دیوار که متأثر از موقعیت گشودگی جهت بارگذاری می­باشد، ظرفیت برشی نمونه ­ها افزایش می­یابد. شکل12تأثیر مساحت ناحیه تحت فشار را بر روی ظرفیت برشی دیوارهای دارای گشودگی نشان می­دهد. محور افقی نسبت فاصله مرکز گشودگی تا لبه سمت چپ دیوار  به عرض کل دیوار و محور قائم نسبت ظرفیت برشی دیوار در هر حالت به ظرفیت دیوار در حالت بدون گشودگی را نشان می­دهد. با توجه به جهت بارگذاری از سمت راست به چپ، محور اققی نمودار شکل 12 نمایانگر مساحتی از دیوار است که به طور کامل تحت فشار قرار گرفته است. در شکل 12 مقدار L فاصله سنترلاین گشودگی تا لبه سمت چپ دیوار، L0عرض کل دیوار برابر1/1 متر، P  ظرفیت برشی دیوار و P0ظرفیت برشی نمونه بدون گشودگی  برابر 37کیلونیوتن می­باشد.

 

شکل 11 نمودار بار تغییر مکان نمونه­های طراحی شده دارای یک ردیف گشودگی

 

شکل12تأثیر موقعیت گشودگی بر روی ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح

     از نمودار شکل12 نتیجه می­گردد که ظرفیت برشی نمونه­ها با افزایش مساحت ناحیه فشاری به طور تقریبا خطی افزایش می­یابد. با افزایش مساحت ناحیه تحت فشار دیوار به اندازه 65 درصد، ظرفیت برشی دیوار 25 درصد افزایش یافته است. همچنین می­توان نتیجه گرفت، با توجه به این که جهت بارگذاری تأثیری بر ظرفیت برشی نمونه متقارن ندارد، بهترین نحوه ایجاد گشودگی در دیوار برشی به صورت متقارن و در مرکز دیوار می­باشد.

     شکل 13 نمودار بار تغییر مکان نمونه­های دارای دو ردیف گشودگی را نشان می­دهد، که در نرم­افزار آباکوس به صورت غیر خطی تحلیل شده­اند. این نمونه­ها در واقع ترکیب سه دیوار برشی بتن مسلح می­باشند که به وسیله تیرهای هم­بند به یکدیگر متصل شده اند. همان­طور که مشاهده می­گردد تا زمانی که عرض دیوارهای کناری کمتر ازدیوار میانی ­باشد، هر چه گشودگی­ها به هم نزدیک­تر می­گردند، ظرفیت جانبی دیوار با نرخ کمی­تنها حدود 7 درصد افزایش یافته است. اما به محض اینکه عرض دیوارهای کناری بیشتر از دیوار مرکزی می­گردد،ظرفیت جانبی دیوارحدود19 درصد افزایش مییابد. جدول 3 ظرفیت جانبی نمونه­ها را به ازای عرض دیوارهای کناری نشان می­دهد. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که در دیوارهای برشی بتن مسلح با بیش از یک ردیف گشودگی حالت بهینه طراحی هنگامی رخ می­دهد که عرض دیوارههای کناری بیشتر از قسمت­های میانی دیوار باشد.

 

شکل13 :نمودار بار تغییر مکان نمونه­های طراحی شده دارای دو ردیف گشودگی

جدول 3: ظرفیت جانبی نمونه­های دارای دو ردیف گشودگی

W24

W23

W22

W21

نوع نمونه

35

31.4

30.63

29

ظرفیت جانبی(KN)

 

مقایسه تأثیر مساحت و موقعیت گشودگی بر ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح[9]

آیین­نامه ژاپن برای محاسبه ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح دارای گشودگی رابطه 4 را رائه می­نماید

       

در این رابطه ضریب کاهش مقاومت به دلیل وجود گشودگی و ظرفیت برشی دیوار بدون گشودگی می­باشد. ضریب کاهش  توسط اونو طبق رابطه 5 محاسبه می­گردد.در رابطه 5،  مساحت ناحیه مؤثر فشاری بتن و  به ترتیب ارتفاع و طول دیوار می­باشند. ناحیه فشای مؤثردیوار در شکل 14 نشان داده شده است.

5                                                                                                                      

   الف:جهت بارگذاری از راست به چپ                                            ب: جهت بارگذاری از چپ به راست

  شکل 14: ناحیه فشاری مؤثر با توجه به جهت بارگذاری[9]          

همان طور که مشاهده می­گردد ضریب کاهش مقاومت  بعه ناحیه فشاری مؤثر دیوار بستگی دارد و مساحت این ناحیه به جهت بارگذاری، ابعاد و موقعیت گشودگی بستگی دارد. بنابراین مساحت و موقعیت گشودگی از مهم­نرین عوامل موثر بر ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح دارای گشودگی می­باشند که یه صورت مستقیم بر ناحیه فشاری مؤثر دیوار تأثیر می­گذارند.

برای درک بهتر تأثیر ناحیه­ی مؤثر فشاری بر ظرفیت جانبی دیوارهای برشی بتن مسلح دو نمونه مطابق شکل15 طراحی شده است. در این نمونه­ها یک بار گشودگی­ها در ناحیه تحت فشار دیوار و بار دیگر در ناحیه تحت کشش قرار گرفته­اند. شکل 16 نمودار بار تغییر مکان این نمونه­ها را نشان می­دهد. همان طور که مشاهده می­گردد با توجه به اینکه مساحت گشودگی­ها در دو نمونه تغییری نداشته است; اما ظرفیت جانبی نمونه­­ی WE2 25 درصد نسبت به نمونه WE1 افزایش یافته است. بنابراین مساحت مؤثر ناحیه تحت فشار یکی از مهم­ترین عوامل مؤثر بر ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح می­باشد.

 

شکل :15 نمونه­های طراحی ­شده دارای دو ردیف گشودگی به صورت غیر متقارن

 

شکل 16: نمونه­های طراحی ­شده دارای دو ردیف گشودگی

جدول 4 ظرفیت برشی تعدای از نمونه­های دارای یک و دو ردیف گشودگی حاصل از تحلیل غیر خطی در نرم­افزار رانشان می­دهد. ­در تعدادی از نمونه های دارای دو ردیف گشودگی با  وجود اینکه مجموع مساحت بازشوها دو                                       برابر نمونه های دارای یک ردیف گشودگی می باشد، اما ظرفیت برشی این نمونه ها بیشتر از نمونه­های دارای یک ردیف گشودگی می باشد. بنابراین می توان نتیجه گرفت در حالات معمولی موقعیت گشودگی پارامتری تاثیرگذارتر نسبت به مساحت گشودگی می باشد.

جدول 4 مقایسه ظرفیت جانبی نمونه­های دارای یک و دو ردیف گشودگی

W21

W24

نوع نمونه

32

35

ظرفیت جانبی(KN)

 

نتیجه­گیری

1-   مدل­سازی فونداسیون دیوار در مورد نمونه­های آزمایشگاهی آگودا در نرم­افزار آباکوس سبب می­شود تا جواب­های دقیق تری در ناحیه ابتدایی نمودارحاصل گردد. همچنین گیردار فرض نمودن پای دیوار در نرم­افزار باعث افزایش سرعت تحلیل و حاصل­شدن جواب­های دقیق در ناحیه غیر­خطی نمودار می­شود.

2-با تغییر مکان موقعیت گشودگی به اندازه 65 درصدظرفیت برشی نمونه های دارای یک ردیف گشودگی 25 درصد افزایش خواهد داشت.

3-   با توجه به عدم تأثیر مساحت ناحیه تحت فشار با تغییر جهت بار گذاری بهترین مکان برای ایجاد گشودگی به صورت متقارن و در مرکز دیوار می باشد.

4-   در نمونه­های دارای دو ردیف گشودگی،حالت مطلوب طراحی هنگامی رخ می دهد که عرض دیواره  میانی کمتر ازدیواره های کناری باشد.

5-در نمونه­های WE1,WE2که در آن­ها مجموع مساحت گشودگی­ها با یکدیگر برابر می­باشند، وجود گشودگی­ها در ناحیه تحت کشش دیوار باعث می­گردد تا ظرفیت برشی نمونه نسبت به حالتی که گشودگی­­­

  ­  ها در ناحیه تحت فشار دیوار قرار داشت، 25 درصد افزایش یابد. بنابراین مساحت مؤثر ناحیه تحت فشار یکی از               مهم­ترین عواملمؤثر بر ظرفیت نهایی دیوارهای برشی بتن مسلح می­باشد.

6-   مساحت و موقعیت گشودگی به طور مستقیم بر مساحت ناحیه تحت فشار دیوار اثر می­گذارند.همچنین با مقایسه نتایج می توان نتیجه گرفت که در حالات معمولی موقعیت گشودگی پارامتری بحرانی تر در کاهش ظرفیت برشی دیوارهای بتن مسلح می باشد.



[1] W.Lin

[2] Aguda

[3]Paulay

[4]Guan

[5]Warashina

[6]microconcrete

­1. مستوفی­نژاد، داوود. سازه­های بتن آرمه(جلد دوم)،اصفهان، انتشارات ارکان دانش،صفحه682 ، 1386
2. تسنیمی، عباسعلی. رفتار وطرح لرزه­ای ساختمان­های بتن مسلح، نشریه شماره ک.344 . مرکز تحقیقات مسکن و ساختمان،صفحه180،1380.
3. شابختی، ناصر، حشمتی سعادتی، علی، بررسی رفتار غیر خطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو به روش طراحی بر اساس سطح عملکرد، چهارمین کنگره ملی مهندسی عمران،صفحه 7، 1387.
. .4C.Y.Lin, C.L.Cuo. Behaviour Of Shear Wall With Opening.Ninth Confrence On Earthquake Engineering,August 2-9Tokyo, Japan (Vol.IV), 1988.
.5G.O.Aguda. Ultimate Strength Tests For Rc Coupled Walls With Openings With Two Bands Of Openings.Thesis For Master Degree,University Of Dundee,1991.
.6 Yanez FV, Park R, Paulay T. Seismic behavior of walls with irregular openings. Earthquake Engineering Tenth World Conference. Rotterdam: Balkema1992.
.7 H.Guan, C.Cooper, D.Lee. Ultimate strength analysis of normal and high strength  concrete wall panels with varying opening configurations.Engineering Structures 32 1341-1355,2010.
8. M.Khatami, A.Moratazei, C.Barros.Comparing Effects of Openings in Concrete Shear Walls under Near-Fault Ground Motions. 15th WCEE, LISBOA 2012.
9. M.Warashina, S.kono, M.Sakashita, H.Tanaka. Shear Behavior Of Multi-Story Rc Structural Walls With Eccentric Openings, The 14th World Confrence On Earthquake Engineering, October12-17,Beijing, China, 2008.
10. ABAQUS Theory Manual, version 6.11:Habbiit Karlsson , Sorenson Inc, 4-5-2,2012.
11.Mohammad Masood,Ishtiaque Ahmed,Majad Assas. Behavior of Shear Wall with Base Opening, Jordan Journal of Civil Engineering, Volume 6, No. 2, 2012
13. Belarbi, A., & Hsu, T. T. Constitutive laws of concrete in tension andreinforcing bars stiffened byconcrete,ACI structural Journal, 91(4),Page 6, 1994.
14.Shima.H., Okamura.H.,Micro And Macro Models for Bond in Reinforced Concrete,The University of Tokyo (B);39(2):133-94,Page 185,1987.