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 آزمون های 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 .
ستون های 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 .
. 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 .
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)
، 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 حلزون های 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 ،. 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 .