جزئیات آنالیز سازه های بتن مسلح
جزئیات زیر مربوط به پاسخ دینامیکی ساختمان های بتن مسلح است که بایستی به صورت ویژه مورد توجه قرار گیرند.
- پتانسیل شکست ترد در برش و فشار در بتن با دورگیری و محصوریت کم، وجود دارد، آنالیز سازه های شکل پذیر باید این شکست بالقوه را تعیین کند و یک فاکتور ایمنی مناسب را در مقابله با آن ایجاد نماید. عملیات مشابهی در مورد ساختمان های فولادی به کار می‌رود، اما مودهای شکست بالقوه در دو مورد متفاوت است و در مورد فولاد، خسارت کمتری به دنبال دارد.
- بتن مسلح یک ماده پیچیده، غیر خطی و دو مولفه ای است. آنالیز باید طبیعت متفاوت دو ماده را در نظر بگیرد و همچنین تغییراتی که بعد از ترک در بتن حاصل می‌شود را لحاظ کند. یک مثال مهم رفتار پس از تسلیم متناوب بتن مسلح در قاب های مقاوم خمشی است، که با قاب های فولادی تفاوت دارد. در بتن افزایش طول تیرها که ممکن است اتفاق بیفتد مهم است. اما برای فولاد چندان مهم نیست. دو مثال دیگر، به ویژگی های بسیار پیچیده مقاومت ستون های بتنی دو محوری و نواحی اتصال تیر ستون مربوط می‌شود.
- تنش های تحمیل شده در اثر تغییر فرم های ناشی از جمع شدگی، دما و سایر علت ها بطور رسمی با تنش های ناشی از زلزله ترکیب نمی‌شوند. در شرایط زلزله، اولین چرخه تسلیم، تنش های تغییر فرم را متزلزل می‌سازد. بنابراین ضروری به نظر نمی‌رسد که تنش های لرزه ای را با تنش های تغییر فرم های گفته شده جمع ببندیم. تنش های تغییر فرم های بطور موثر از برخی شکل پذیری موجود استفاده می‌کند و شکل پذیری کافی برای مواقع زلزله فراهم می‌کند.
مدل های پلاستیسیته متمرکز شده در بتن مسلح
مدلسازی مفصل های پلاستیکی
در آنالیز غیر خطی سازه های بتن مسلح همیشه از این واقعیت استفاده می‌شود که پلاستیسیته (در نتیجه رفتار غیر الاستیک) به نواحی مفصل های پلاستیکی خلاصه می‌شود که محل آنها را می‌توان از قبل مشخص نمود. برای قاب های بدون بارهای ثقلی قابل توجه، مکان آنها معمولا در انتهای تیرها و همچنان در پایه ستون ها می‌باشد (شکل a16-3). همچنین، مکان مفصل ها ممکن است در اثر شتاب قائم زلزله قابل توجه تغییر پیدا کند. با این وجود، در مواردی که محل مفصل های پلاستیکی بالقوه را می‌توان از قبل مشخص کرد، ساده سازی زیادی را بر روی عملکرد آنالیز می‌توان انجام داد.
با فرض اینکه مقاطع مستوی، مستوی باقی بمانند. و با اطلاع از ویژگی های تنش- کرنش فولاد و بتن، رابطه لنگر- انحناء (شکل 17-3) می‌تواند بوسیله برنامه های کامپیوتری ساده مشخص شود (شکل 7-3). روابط لنگر، چرخش را هم می‌توان با تعیین طول موثر مفصل های پلاستیک محاسبه نمود. (شکل 8-13)، اگر فرض های ساده کننده انحناء ثابت در طول مفصل را قبول کنیم می‌توان طول موثر مفصل های پلاستیکی را محاسبه کرد. خصوصا اگر کرنش های محدود کننده بتن و فولاد مشخص باشد، چرخش نهایی قابل محاسبه خواهد بود. چرخش نهایی پارامتر کلیدی در تعیین شکل پذیری موجود است.
شکل 16-3- مناطق مفصل پلاستیک در قاب های شکل پذیر
(در طراحی از تشکیل مفصل در ستون ها به جز در پای ستون اجتناب می‌شود)
فرض انحناء ثابت برای محاسبه چرخش ممکن است باعث بروز خطای جدی در محل تغییر سریع لنگر خمشی شود، به عنوان مثال، بارهای ثقلی بزرگ می‌توانند چنین اثری را ایجاد نمایند. در این مورد انحنا را باید نسبت به طول مفصل جمع بندی کرد تا برآورد بهتری از چرخش بدست آید.رفتار فولاد تحت بارهای تناوبی تقریبا پیچیده است. فرض بسیار ساده تر، رفتار الاستو- پلاستیک در آیین نامه ها ارائه شده است (بعنوان مثال مراجع 17-3 و 20-3) با این وجود، سخت گرائی در نواحی تسلیم اتفاق می‌افتد و این هنگامی است که محاسبه مقاومت قسمت های مختلف سازه که باید الاستیک باقی بمانند، انجام می‌شود. مسائل مهم و مشکل تر به چگونگی تعیین رفتار تنش- کرنش بتن در فشار و طول موثر مفصل های پلاستیک و پاسخ آنها تحت بارگذاری متناوب بستگی دارد.
شکل 17-3- ارتباط لنگر- انحناء با فرض اینکه مقاطع مستوی باقی می‌مانند
مدل های قراردادی برای بتن تحت فشار
کرنش جزئی بتن تحت فشار به درجه محصوریت اعمال شده توسط محیط بستگی دارد، و با درجه ای از مقدار محصوریت بین شرایط بتن غیر محدود و کاملا محدود شده تغییر می‌کند. انحناء که مفصل پلاستیکی در یک تیر یا ستون یا در پایه دیوار برشی بوجود می‌آورد، تا حد زیادی به درجه محصوریت بستگی دارد و تا حدودی بوسیله کرنش بتن تحت فشار محدود می‌شود.
شکل 18-3- رابطه تقریبی بین انحناء و چرخش مفصل
طول مفصل پلاستیکی بتن مسلح
یک بیان ساده در مورد طول مفصل پلاستیکی در فصل 4 آمده است (معادله 5-4) و توضیحات بیشتر بوسیله Riva و Cohn و آیین نامه Eurocode 8 داده شده است.
رفتار تناوبی مفصل های پلاستیکی در بتن مسلح
در ساده ترین ایده فرض می‌شود یک لولای الاستیک کاملا پلاستیک (شکل a19-3) با چرخش حداکثر ناشی از انحناء در دورترین تار، کرنش فشاری در بتن محصور شده با استفاده ااز روش های تشریح شده در بالا به حد نهایی خود می‌رسد.
مدل های منطقی تر زیادی، طبق نظریه Kunnath و همکارانش ارائه می‌شوند. یک مدل پایدار در (شکل b19-3) آمده اس که در شرایطی که بتن کاملا محدود شده است و تسلیم قابل توجهی در آرماتورهای برشی وجود ندارد، مناسب است. به عبارت دیگر باعث کاهش سختی (و احتمالا مقاومت) تحت بارهای متناوب می‌شود.
این مدل ها برای خمش تک محوری با نیروی محوری ثابت به کار می‌روند. فرمولاسیون پیچیده تر برای خمش دو محوری و نیروهای محوری تناوبی مورد نیاز است، این حالت ممکن است در پایه یک ستون گوشه که قسمتی از دو قاب عمود بر هم می‌باشد، موجود باشد.
Saatcioglu مرور تازه ای را بر روی روابط تغییر شکل نیروی هستیرتیک در المان های بتن مسلح ارائه نموده است. و مرجعی که معرفی می‌کند (ACI SP 127) یک منبع سودمند در آنالیز غیر خطی بتن به شمار می‌رود.
شکل 19-3- مدل لنگر- چرخشبرای مفصل های خمشی بتن
کلینیک بتن ایران با برسی و جمع آوری منابع علمی در این مقاله، آنالیز سازه های بتنی مسلح را به خوبی در این مقاله شرح داده است. امیدواریم که به شما کمک کرده باشد.