رفتار چرخه ای اتصالات تیر- ستون بتنی با توجه به جزییات آرماتورگذاری و نوع بتن مصرفی در هسته اتصال
چکیده
قاب های خمشی بتنی که از اتصال تیرها و ستون ها تشکیل شده اند، یکی از متداول ترین سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی به شمار می روند. بررسی های انجام شده بر روی آثار زلزله های متعدد نشان داده است که اتصالات تیر- ستون بتنی در قاب های خمشی ضعیف ترین نقط? این سازه ها و عامل اصلی تخریب آنها هستند. بر این اساس، مطالعات بسیاری دربار? طراحی محل اتصال تیر و ستون و اصلاح ضوابط آیین نامه ها انجام گرفت که بخش عمد? آنها مربوط به سال های 1970 تا 2005 میلادی می باشند. یکی از مشکلات عمده در اجرای اتصالات بتنی، تمرکز آرماتورهای تیر و ستون در محل هسته است که ویبر? بتن را دشوار می سازد. به این منظور، تلاش می شود تا با تغییر نوع خم میلگردهای طولی تیر یا کاربرد بتن خودتراکم و یا استفاد? همزمان از هر دو، مشکل فوق را کاهش داده یا برطرف نمود. تغییر آرایش میلگردها در محل هسته، همچنین می تواند موجب تغییر مکانیزم شکست اتصال از مود برشی در هسته به مود خمشی در تیر گردد. این موضوع به ویژه در اتصالاتی که در اثر زلزله دچار خسارت شده و نیاز به ترمیم یا تقویت دارند حائز اهمیت است. در این تحقیق، رفتار اتصالات خارجی تیر- ستون بتنی با توجه به نوع خم میلگردهای طولی تیر در محل هست? اتصال (90 درجه و 45 درجه) و نوع بتن مصرفی (معمولی و خودتراکم) به صورت آزمایشگاهی و تحلیلی بررسی می شود. در بخش آزمایشگاهی، تعداد 24 نمون? اتصال خارجی تیر- ستون بتنی با مقیاس 2/1 ساخته شده است. نمونه های مورد نظر دارای 5 الگوی متفاوت آرماتوربندی در ناحی? هست? اتصال و 4 الگوی بتن ریزی هستند. دو نوع بتن معمولی و خودتراکم با دو مقاومت mpa30 و mpa45 در این نمونه ها به کار گرفته می شوند. در بین الگوهای آرماتوربندی، تفاوت اصلی در نوع خم میلگردهای طولی تیر در محل هست? اتصال است که در دو وضعیت 90 درجه و 45 درجه مورد بررسی قرار می گیرد. علاوه بر آن، اثرات میلگردهای عرضی و طولی ستون در ناحی? هسته و نیز محل شروع خم 45 درج? میلگردهای طولی تیر در رفتار اتصالات مطالعه خواهد شد. کلی? نمونه های آزمایشگاهی، تحت اثر بارهای چرخه ای با کنترل تغییر مکان جانبی نسبی انتهای تیر قرار گرفته و نمودار بار- تغییر مکان و نیز الگوی ترک خوردگی هر یک از آنها تا زمان شکست به دست می آید. در این تحقیق همچنین تلاش می شود تا مدل تحلیلی دقیق و مناسبی با استفاده از نرم افزار abaqus ایجاد شود به طوریکه کلی? اجزای سازه شامل جسم بتنی و میلگردهای طولی و عرضی، به صورت سه بعدی و بدون ساده سازی و یا حذف نقاط کم اهمیت (مانند انحنای موجود در محل خم آرماتورها) در تحلیل وجود داشته باشند. مدل سازی بتنی در این نرم افزار مستلزم انتخاب پارامترهای گوناگونی است که در شرایط مختلف و برای سازه های متفاوت ممکن است نیاز به تغییر داشته باشند. از اینرو، قبل از استفاده از مدل تحلیلی لازم است تا سازگاری آن توسط مطالعات آزمایشگاهی موجود و یا مطالعات تحلیلی دیگر به اثبات برسد. پس از انطباق نتایج تحلیلی و نیز سازگاری مدل تحلیلی با مشاهدات آزمایشگاهی، مدل نرم افزاری به دست آمده به منظور انجام تحلیل حساسیت اتصالات به کار گرفته می شود. در این بخش از تحقیق، تاثیر مقدار نیروی محوری ستون، درصد میلگردهای طولی ستون، درصد میلگردهای عرضی در ناحی? هسته، مقاومت بتن، نوع بتن مصرفی و نوع خم میلگرد طولی تیر در رفتار اتصال بصورت تحلیلی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهند که اگرچه ظرفیت باربری، کارایی و قابلیت جذب انرژی در اتصالات با خم 45 درجه اندکی کمتر از اتصالات با خم 90 درجه است، اما شکست اتصال در حالت 45 درجه از مود برشی خارج شده و بخش اصلی هست? اتصال که خود، قسمتی از ستون است و وظیف? انتقال بارهای ثقلی را به عهده دارد دچار خسارت نمی شود. وجود خم 45 درجه در میلگردهای طولی تیر، مقاومت برشی اتصال را تا حدی افزایش می دهد اما نمی تواند جایگزین میلگردهای عرضی هست? اتصال شود. طبق بررسی های آزمایشگاهی، استفاده از بتن خودتراکم علاوه بر سهولت اجرا، باعث افزایش کارایی و ظرفیت باربری اتصال به ویژه در نمونه های با خم 90 درجه می گردد. کاربرد این نوع بتن باعث کاهش عرض ترک ها نیز می شود. در هر دو نوع بتن معمولی و خودتراکم، ظرفیت باربری، کارایی و قابلیت جذب انرژی اتصال با افزایش میلگردهای طولی ستون، میلگردهای عرضی هست? اتصال و افزایش مقاومت بتن، زیاد می گردد. بر اساس نتایج تحلیلی، تغییر نیروی محوری ستون در ظرفیت باربری اتصالات تاثیر چندانی نشان نمی دهد.