رفتار دالهای کامپوزیت تحت دمای بالا
چکیده
با توجه به روند رو به رشد شهر نشینی نیاز به مسکن به شدت در حال افزایش است. با توجه به این نکته ساخت ساختمان های بلند مرتبه اهمیت بالایی دارد. در این بین در ایران ساخت سازه های فولادی به دلیل وزن کمتر و سرعت بالای ساخت طرفداران متعددی در بین سازندگان دارند. با توجه به وجود خطر دائمی آتش سوزی بررسی و رفتار سنجی این سازه ها در برابر آتش از اهمیت به سزایی برخوردار می باشد. با توجه به این مهم در این تحقیق سعی شده تا به نحو جامعی رفتار تیر های کامپوزیت لانه زنبوری ( دال بتنی با تیر لانه زنبوری ) تحت آتش سوزی مورد بررسی قرار گیرند. چرا که این نوع سقف ها بالاخص در حال حاضر به شدت در ساختمان های فولادی بلند مرتبه در کشور مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور کسب نتایج دقیق در این تحقیق از روش اجزا محدود و نرم افزار قدرتمند abaqus استفاده شده است. مدل سازی به صورت سه بعدی و با در نظر گرفتن کلیه جزییات انجام شده است. به منظور تحلیل نمونه از تحلیل دینامیکی کوپله دما-تغییر مکان و روش صریح استفاده شده است . به منظور اطمینان از صحت نتایج حاصله از نرم افزار ابتدا با مقایسه نتایج یک نمونه ازمایشگاهی با نتایج حاصل از تحلیل عددی توانایی نرم افزار به اثبات رسیده است. در این تحقیق رفتار تیر کامپوزیت مورد نظر در دو حالت مختلف بررسی شده است. در حالت اول ابتدا نمونه تحت بارهایی مشابه بارهای موجود در سازه قرار گرفته و سپس برای شبیه سازی آتش سوزی نمونه ها تحت نرخ بارگذاری iso 834 بار گذاری حرارتی شده اند. هدف از این سری تحلیل ها تعیین میزان افزایش تغییر مکان وسط دهانه در طول آتش سوزی بوده است. چرا که معیار گسیختگی برای تیر های فولادی در آتش معیار تغییر مکان حداکثر می باشد. در سری دوم تحلیل ها به منظور تعیین نمودار های نیرو-تغییر مکان هر نمونه در تراز های مختلف حرارتی و تعیین کاهش ظرفیت نمونه ها در تراز های مختلف ابتدا هر نمونه تا تراز مورد نظر حرارت دیده و سپس در آن تراز نمودار نیرو-تغییر مکان تعیین شده است. این نمودار ها اطلاعات کافی جهت طراحی تیر های مرکب لانه زنبوری در حرارت های مختلف و طراحی مقاوم در برابر آتش آنها را فراهم می آورند.اعم نتایج حاصل شامل موارد زیر می باشد: مد گسیختگی این سیستم خمشی بوده وناشی از تغییر مکان بالای وسط دهانه می باشد.. افزایش سایز تیر لانه زنبوری به واسطه افزایش سختی سیستم نقش بالایی در کاهش تغییر مکان های سقف و حفظ پایداری ان دارد. با افزایش حرارت نقش بخش فولادی ( تیر لانه زنبوری ) کاهش یافته و نقش بخش بتنی افزایش می یابد. افزایش حرارت موجب افزایش خیز وسط دهانه می شود که این افزایش تغییر مکان بعد از حرارت حدود 550 درجه شدت قابل توجهی می یابد. سیستم سقف کامپوزیت با فولاد معمولی و بتن معمول ساختمانی امکان مقاومت در برابر حرارت های بالای 800 درجه را ندارد چرا که بنابر نتایج حاصله 800 درجه نقطه عطف نمودار دما– تغییر مکان این سیستم بوده و در این دما بدون افزایش حرارت تغییر مکان افزایش می یابد. مجموعه تحقیقات انجام شده به خوبی روشن می نماید که استفاده از سازه های کامپوزیت به واسطه داشتن فاز بتنی تاثیر قابل توجهی در افزایش مقاومت و بهبود عملکرد رفتاری سازه در برابر آتش سوزی دارد. بررسی نمودارهای نیرو-تغییر مکان در حرارت های مختلف نشان می دهد که رفتار سازه کامپوزیت در آتش دارای دو فاز الاستیک خطی و پلاستیک با سخت شدگی می باشد شیب فاز اول با افزایش حرارت کاهش می یابد و فاز دوم با افزایش حرارت از حالت منحنی شکل به حالت خطی تغییر شکل می دهد. در نمودارهای تغییر مکان-زمان بعد از رسیدن به دمای بحرانی تغییر مکان به صورت ناگهانی افزایش می یابد که علت این مسئله به دلیل بروز بدخیمی در ماتریس سختی در حرارت بالا و عدم همگرایی سیستم می باشد.