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
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [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]
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 4–بارگذاری 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 5–مدل 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 6–مدل 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 7–نمودار 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 8–مقایسه 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 9–نمونههای طراحی شده دارای یک ردیف گشودگی
شکل 10–نمونههای 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
شکل12–تأثیر 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.
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] 
|
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 4–بارگذاری 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 5–مدل 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 6–مدل 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 7–نمودار 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 8–مقایسه 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 9–نمونههای طراحی شده دارای یک ردیف گشودگی
شکل 10–نمونههای 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
شکل12–تأثیر 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.
)