دانلود تحقیق طراحی سازه

مشخصاتِ طراحی سازه ای :
6.1 معرفی :
بتن ها با مقاومت – بالا ، دارای برخی مشخصات و خصوصیات مهندسی هستند که با بتن های مقاومت – کم ، تفاوت دارند .

تغییرات داخلی ، از بارهای ثابت ، مشخص و کوتاه – مدت و عوامل محیطی ناشی می شوند که شناخته شده هستند .

رابطۀ مستقیم این تفاوتهای داخلی تمایز و تفاوت را در خصوصیاتِ مکانیکی مشخص کرده که ، باید توسط مهندسان طراح ، در پیش بینی کردن عملکرد و ایمنی سازه ها ، شناسایی شود .

این تمایزها ، بسیار مهم هستند ، جهتِ افزایش مقاومت ها .

تست ها و یا آزمونهای بِتُن – مقاومت بالای تقویت شده ، را بطور نمونه نشان داده اند ، که چنین موادی در بسیاری از موارد ، احتمالاً مشخصۀ الاستیکی طولی (خطی) را برای سطوح تنش و دسترسی به ماکزیمم تنش ، تعیین می کند .

بنابراین ، منحنی تنش و تغییر طول نسبیِ بتنِ مقاومت – بالا ، در میزان بسیار بالا کاهش می یابد تا در بتن با مقاومت – پایین .

آزمایشات وسیع و جامعی در چندین مرکز پژوهشی ، صورت گرفت برای درک و استنباط عملکرد بتن با مقاومت بالا .

در حالیکه ، اطلاعاتِ معتبر ، امروز در بسیاری از جنبه ها ، قابل دسترس هستند ، برخی از توصیه های نهایی و اصلی ، منتظر نتایج و عملکردِ آیندۀ آنان می باشد .

در این مقاله ، تاکید بسیاری بر طراحیِ اعضا و سازه ها شده است .

توصیه ها و پیشنهادها ، بر اساس و پایۀ بهترین اطلاعاتِ آزمایشی ، عرضه و ارائه شده اند .

6.2.

ستونهای بارگیری شده بطور محوری :
در روشهای عملی ، ستونهای کمی بدرستی ، بارگیری محوری می شوند .

گشتاورهای خمشی ، بعلت کاربردِ اساسیِ بارگذاری و ارتباط و همکاری با عملِ قاب محکم ، معمولاً بر بارگذاری محوری ، اضافه می شوند .

AC1318-83 ، برای طراحی مورد نیاز است و ACI318R-83 ، این را منعکس می کند .هر چند ، اینها برای عملکرد ستونها و حمل کردن بارگذاری محوری ، استفادۀ مفیدی دارند .

6.2.1.

توزیع مقاومتِ فولادی و بتن :
ویژگی اصلی و اساسی ، مقاومت نهایی است .

شیوه و روش طرح حاضر ، مقاومت صوریِ عضو بارگذاری شده بطور محوری را ، محاسبه می کند ، جهتِ بررسی و ارزیابی کردن میزانِ قانون افزایش مستقیم مقاومت مربوط به بتُتن و فولاد .

توجیه این ایده ها و نظرات در تصویر 601 ، مشاهده می شود .

منحنی های تنش و تغییر طول نسبی اضافه شده در فشار و تراکم برای ، سه بتن با تقویت کردن فولادی ، دارای 60.0.0 پسا (414MPa) بازده مقاومت ، می باشد .

فرضیۀ معمول و متداول ، اینطور می گوید که ، فولاد و تغییر طول نسبی ، در هر مرحله بارگذاری ، یکسان هستند .

برای بتن – مقاومت بالا ، زمانیکه بتن به یک محدوده یا دامنه تغییرات غیر خطیِ مهم میرسد ، فولاد هنوز در محدوده الاستیک است ، بنابراین ، شروع به بدست آوردن سهم بزرگترِ بارگذاری می کند .

وقتی تغییر طول نسبی در حدود 0.002 است ، شیب منحنی بتن ، نزدیک صفر می باشد که می تواند بعنوان دفرمه شدن (بدشکلی) پلاستیسیه (شکل پذیری) ، همراه با مقدار کم و بدون افزایش تنش ، در نظر گرفته شود .

فولاد به نقطه بازدهی خویش در تغییر طول نسبی مشابه ، در این مورد می رسد .

در نتیجه ، بتن در مازیمم تنش خویش می باشد و فولادر ، بنابراین مقاومت ستون به شرح ذیل ، پیش بینی می شود :
در اینجا ، معنی این عبارت بدین صورت است :
مقاومت فشرده سیلندر (استوانه) مربوط به بتن =
بازده مقاومت فولاد =
ناحیه بخشِ بتن =
ناحیه فولاد =
فاکتوریا عامل 0.85 ، برای محاسبه و برای تفاوتهای مشاهده شده در مقاومت بتن و در ستونهای مقایسه شده با بتنِ مخلوط شده در سیلندرهای (استوانه های) – آزمون – فشاری ، صورت گرفته است .

یک تجزیه و تحلیلِ مشابه ، برای ستونهای بتن – مقاومت بالا انجام گرفته ، به استثنای فولاد که بازدهی آن ، قبل از اینکه بتن به مقاومت پیکِ (اوج) خویش برسد ، انجام خواهد گرفت .

هر چند ، فولاد به بازدهی خویش در تنش ثابت ادامه خواهد داد ، تا بتن بطور کامل ، عملکرد خویش را انجام دهد .

امکان دارد ، پیش بینی مقاومت هنوز بر مبنای معادله (1-6) باشد .

اسناد و مدارک آزمایش نیز ، از استفاده عامل 0.85 حمایت و پشتیبانی می کنند ، برای بتن مقاومت – بالا .

6.2.2.

تاثیرات محدوده فولاد :
فولاد جانبی در ستونها ، بطور کامل در فُرم یا شکلِ حلزونهای (مارپیچی های) مداوم و پیوسته قرار دارند که ، این فولاد دارای 2 اثر مفید بر عملکرد ستون ، می باشد : (a) موجب افزایش زیادِ مقاومتِ داخلی هسته بتن (نمونه استوانه ای بتن) در حلزون شده ، با محدود کردن هسته در برابرِ انبساط و یا گسترش جانبی تحت کنترلِ بارگذاری و (b) همینطور ظرفیت تغییر طول نسبی محوریِ بتن را افزایش می دهد و اجازه می دهد که بیشتر نرم و قابل انبساط شود (یعنی یک ستون tougher (محکم شده) .

اساس و پایه طرحِ فولاد حلزونی تحت نظارت نسخه های ( نگارش های ) AC1318 در سال 1977 ، بوده که ، تاثیر تقویت کننده حلزونی باید حداقل برای مقاومت از بین رفته ستون ، یکسان باشد ، البته زمانی که به پوسته خارجی بتن ، مربوط به لاشه سنگ (سنگ هایی که به مصرف پرکردن می رسد ) ، تحت عمل بارگذاری ، نیازی نباشد .

معادله AC1318 ، برای مینیمم نسبت حجمیِ حلزونی عبارت است از :
در اینجا :
نسبت حجمِ تقویت حلزونی برای حجم هسته بتن = Ps
ناحیه (فضای) قراص (ناخالصی) بخش بتن = Ag
ناحیه هسته بتن = Ac مقاومتِ فشرده سلیندری بتن = بازده مقاومتِ فولاد حلزونی = افزایش در مقاومت فشرده ستونها ، توسطِ فولاد حلزونی فراهم و ایجاد شده که بر مبنای روابط مشتق شده و بطور آزمایشی برای مقاومت بدست آمده ، می باشد : در اینجا : مقاومت فشرده ستون بتن تقویت شده ، بطور حلزونی = مقاومت فشرده ستون بتنِ تقویت نشده = تنش در محدوده بتن که بطور حلزونی تولید شده = این رابطه ، می تواند مستقیماً برای معادله (2-6) ، نشان داده شود .

تنش در محدوده بتن ، که بطور حلزونی تولید شده ، بر اساسِ فولاد حلزونی محاسبه می شود ، با استفاده از معادله کشش قیاسی (hoop).

و یا در اینجا : ناحیه فولاد حلزونی = قطر هسته بتن = شیب حلزونی = S تحقیقات اَخیر که توسط احمد و شاه shah Ahmad , ، صورت گرفت ، تقویت حلزونی را نشان داده که ، کارآمدیی کمتری برای ستونهای بتن مقاومت بالا و ستونهای بتن سبک وزن ، دارند .

آنها (احمد و شاه) همچنین دریافتند که ، تنش در فولاد حلزونی در بارگذاری پیک ، برای ستونهای بتن – مقاومت بالا و ستونهای بتن – سبک وزن ، اَغلب بطور چشمگیری کمتر است تا دربازده مقاومت که در معادله (2-6) ، فرض شده است .

این نتیجه گیریها ، از پژوهش های آزمایشی در دانشگاه کرنل ، ناشی شده .

تحقیق و پژوهش کرنل ، تأثیر یک تنش در محدوده (1-s/dc) ، استفاده کردند جهتِ ارزیابی کردن نتایج ، جاییکه ، محدوده تنش در بتن است که با استفاده از تنش واقعی در فولاد حلزونی ، محاسبه شده که اغلب ، کمتر از می باشد .

عبارت یا واژه (1-s/dc) ، کاهش در کاراییِ حلزونها را منعکس می کند که ، با افزایش یافتن فاصله بندیِ سیمهای حلزونی ، مرتبط است .

بنابراین ، تفسیر و توصیفِ معادله (6-3a) ، بدین صورت است : (6-3b) تصویر 6.2 ، نتایج مربوط به تست های کرنل بر ستونها ، با استفاده از مقاومتهای مختلف بتن ، نشان می دهد .

واضح است که ، مقاومت بدست آمده با معادله (6-3d) ، قابل پیش بینی است و اعتبار یا پایایی برای بتن با وزن نرمال با همه مقاومتها در محدوده تنش ، حداقل 3000 پسا ، می باشد .

یک نمودار بر مبنای معادله (6-3a) ، پیش بینی بدون محافظه کاری را برای تنش در محدوده بالا را ، نشان می دهد ، اما همچنین می تواند تنش در محدوده را برای حلزونهای ستون ، نشان دهد که بسیار کمتر از 1000 پسا می باشد .

برای این محدوده ، معادله (6-3a) ، نتایج خوبی را ارائه کرده است .

از دیدگاه مقاومت ، حضور معادله ACI318 ، برای مینیمم نسبت فولاد حلزونی ، می تواند بطور ایمن ، استفاده شود ، البته برای ستونها با وزن و مقاومت نرمال و به همان سان برای ستونها با مقاومت – کم (پایین) .

تصویر 6.2 ، نیز ، یک حلزونی را که دارای حداقل اثر محدود کننده در ستونهای بتنی – سبک وزن ، نشان می دهد .

بتنِ سبک وزن ، اگر بطور سنگین بارگذاری شود ، شکسته خواهد شد و فشار حاصله را کاهش یا تخفیف می دهد .

برای ستونهای سبک وزنِ تقویت شده بطور حلزونی ، مارتینز ، پیشنهاد می کند معادله (6-3a) توسطِ جایگزین شود و معادله (6-3a) باید توسطِ جایگزین شود .

این تفاوت در میانگین عملکرد معادله (6-2) مهم است که در ACI318 مشخص شده و باید مجدداً مورد آزمایش قرار گیرد .

بنظر می رشد ، ستونهای بتنی سبک وزن نیاز به 2.5 بیشتر فولاد حلزونی دارد تا تطبیق (مطابق) کردن ستونهای وزن نرمال برای رضایت مورد نیاز مقاومت بعد از پوشش لاشه سنگ ، که به ACI318 منعکس شده ، نیاز ندارند .

شاید کاربرد حلزونهای سنگین ، مورد سوال واقع شوند .

هیچگونه توافق عمومی بر کارآیی فولاد حلزونی برای بهبود بخشیدن شکل پذیری ستونهای بتنی مقاومت – بالا ، وجود ندارد ، و اینکه ، افزایش یافتن تغییر طول نسبی محدود شده و مسطح شدنِ شیب منفی مربوط به منحنی تنش و تغییر طول نسبی در نقطه پیکِ تنش ، مشاهده می شود .

یک مقاله مربوط به احمد شاه ، نشان می دهد که ، محدود شدن حلزونی در مسطح کردن شیب منفیِ منحنی تنش و تغییر طول نسبی ، برای ستونهای بتنی با مقاومت – بالا و همینطور ستونهای بتنی با مقاومت – پایین ، تأثیر گذار است .

تحقیقات دانشگاه کرنل حاکی از آن است که ، منحنی های تنش و تغییر طول آزمایشی برای مقاومت های مختلفِ ستونهای بتنی با وزن نرمال و طبیعی با تقویت کننده حلزونی متفاوت ، نشان داده شده است ، (تصویر 6.3) .

سه گروه منحنی ، توسط سه سطح مقاومت بتن با مطالعه ، مشخص شده اند .

هر یک از این گروهها ، از سه مجموعه منحنی ، تشکیل شده که با سه مقدارِ مختلفِ تقویتِ جانبی ، منطبق شده اند .

هر مجموعه از منحنی ها ، با خط افقی ، میانگین تطبیق مقاومت ستونِ تقویت نشده را ، نشان می دهد ، برای مشخص کردن ستونهای محدود شده ویژه یا خاص .

همانطور که در تصویر 6.3 ، مشاهده می کنید ، منحنی ها ، برای ستونهای بتنی با مقاومت – بالا ، NC167 هستند که دارای کارآیی مفید در محدوده تنشِ 767 پسا (5MPa) می باشند ، که با منحنی های ستونهای بتنی و با مقاومتِ – پایین تر NC163 همراه با کارآیی مفید در محدوده تنش پسا (6MPa) مقایسه شده اند .

عملکرد متفاوت آنان ، بوضوح آشکار است ، در نتیجه نه تنها کشش (افزایش طول) در بتن با مقاومت بالا در پیک (اوج) قرار دارد ، بلکه این کشش در بتن با مقاومت پایین ، به حد قابل ملاحظه ای پایین می آید .

در واقع ، این حقیقتی است که حتی برای ستونهای NC169 نیز ، همراه با تنش زیادِ 2500 پسا دیده شده است .

بر اساس شواهدِ قابل دسترس ، می توان نتیجه گرفت که ، احتمالاً ستونهای بتنی با مقاومت – بالا و چگالی نرمال ، زمانیکه همراه با فولادِ کششی همراه می باشند ، می توانند مقاومتِ مورد نیاز را بخوبی نشان داده و این پیش بینی را بخوبی در معادلات ، منعکس کنند ، اما مشخصه های (خصوصیات) پیکِ تنش ، احتمالاً جهت مقایسه با ستونهایی با مقاومت – کم ، ناکافی وضعیت می باشد .

طراحیِ ستونهای بتنیِ سبک وزن همراه با فولاد حلزونی ، باید با دقت بسیار ، صورت گیرد .

مسئله مهم و جالب دیگر ، ارتباط داشتن ستونهای تقویت شده حلزونی است که بطور کلی ، سطح تنش تقویت شده با