مفهوم باز توزیع لنگر پیچشی و کاربرد آن
مفهوم باز توزیع لنگر پیچشی و کاربرد آن و بیان فلسفه طراحی برای پیچش تیرهای بتن مسلح در قاب های نامعین
این مقاله تحلیلی را با چند سوال شروع میکنیم:
به طور متعارف برخی طراحان وقتی در طراحی ساختمانهای بتن مسلح، به اتصال تیر به تیر برخورد میکنند، اتصال تیر فرعی به تیر اصلی را در مدل نرم افزاری خود مفصلی مینمایند، به نظر شما این کار صحیح است؟
یا در طراحی تیرهایی که تحت لنگر پیچشی قابل توجه هستند، برخی از طراحان سختی پیچشی تیر را در عددی کوچک ضرب میکنند و در مقابل برخی دیگر نیز میلگردهای عرضی و طولی زیادی برای انتقال ایمن این پیچش در آن تیر خاص تعبیه میکنند، به نظر شما کار کدامیک صحیح است؟ آیا طراحان از فلسفه کار خود آگاه هستند؟
برای پاسخ به این سوالات که در ذهن اکثر مهندسین جریان دارد، مطالب مفصلی که ممکن است خالی از اشکال هم نباشند، در ادامه ارائه گردیده است.
به طور کلی، یکی از شرایطی که ممکن است منجر به ایجاد لنگر پیچشی قابل توجه (که ممکن است طرح تیر را کنترل کند) در یک تیر اصلی بشود، اتصال صلب یک تیر فرعی به آن است که باعث میشود لنگر خمشی آن تیر فرعی در محل اتصال به تیر اصلی، باعث ایجاد پیچش متمرکز در تیر اصلی شود. حال اگر ظرفیت پیچشی نظیر ترک خوردگی تیر اصلی () از لنگر ضریبدار حداکثر ایجاد شده در آن تحت یک ترکیب بار خاص () کمتر بود، بایستی میلگردهای پیچشی برای مقابله با آن لنگر طراحی نمود (رفتار الاستیک پیچشی) با تعبیه این میلگردهای پیچشی عرضی و طولی، این تیر سختی پیچشی الاستیک کافی برای ایجاد گیرداری خمشی نسبی برای تیر فرعی متصل شده به آن را خواهد داشت و تیر فرعی متصل شده به تیر اصلی مورد بحث ما در محل اتصال نیاز به میلگرد فوقانی (لنگر منفی) و در وسط دهانه نیاز به میلگرد تحتانی (لنگر مثبت ) خواهد داشت، البته با توجه به صفر نبودن لنگر منفی تیر فرعی، لنگر مثبت وسط دهانه تیر فرعی نیز از لنگر مثبت نظیر حالت دو سرمفصلی به میزان مطلوبی کوچکتر خواهد بود. لازم به توضیح است در این حالت کلیه تحلیلها برای تیر اصلی باید با فرض ضریب ترکخوردگی پیچشی مساوی با یک انجام پذیرد.
در غیر این صورت، یعنی در شرایطی که لنگر پیچشی بدست آمده از تحلیل خطی (با فرض ضریبترک خوردگی پیچشی مساوی با یک برای تیر اصلی) تحت بارهای ضریبدار، از لنگر نظیر ترک خوردگی پیچشی تیر اصلی بیشتر بود، دو روش زیر را میتوان در پیش گرفت:
رویکرد اول آن است که مشابه قبل، میلگرد پیچشی (عرضی و طولی) به میزان لنگر پیچشی بدست آمده از تحلیل خطی طراحی نمود و مشابه قبل برای اتصال تیر فرعی گیرداری نسبی خوبی تامین نمود تا لنگر خمشی وسط دهانه تیر فرعی کاهش یابد (عدم توجه به بحث بازتوزیع) در این حالت ضریب ترک خوردگی پیچشی را نیز میتوان برابر یک گرفت.
اما رویکرد دوم که من آن را بسیار میپسندم و در آیین نامه ACI318-14 هم به طور مفصل به آن پرداخته شده است، توجه به اصل بازتوزیع نیروها است، به این صورت که در این روش اصلاً مهم نیست که تحت تحلیل خطی چه میزان لنگر پیچشی بدست آمده است، کافیست شما میلگردهای پیچشی را صرفاً برای تامین ظرفیت پیچشی نظیر لنگر پیچشی ترک خوردگی () فراهم نمایید!
با این کار عملاً ظرفیت پلاستیک پیچشی تیر اصلی مورد بحث ما دقیقاً برابر با لنگر پیچشی حد ترک خوردگی خواهد بود و اگر به طور ایده آل نمودار لنگر پیچشی- انحنای پیچشی را به صورت الاستوپلاستیک زیر در نظر بگیریم، میتوان استدلال نمود که با تشکیل مفصل پلاستیک پیچشی در این حالت، دوران خمشی تیر فرعی در محل اتصال به تیر اصلی آزاد میشود و عملاً در انتهای تیر فرعی صرفاً لنگر خمشی ثابت نظیر تیر اصلی، اثر خواهد کرد.
اگر از مقدار لنگر ترک خوردگی پیچشی تیر اصلی صرف نظر کنیم، عملاً باید گیرداری خمشی انتهای اتصال تیر فرعی به تیر اصلی را آزاد نماییم و لنگر خمشی تیر فرعی در آن انتها عملاً صفر خواهد بود اما در این حالت لنگر مثبت وسط دهانه تیر فرعی نسبت به رویکرد اول به میزان قابل توجهی افزایش خواهد یافت.
باید توجه داشت بهتر است اثر لنگر پیچشی ثابت تیر اصلی بر روی تیر فرعی و ستون نظیر (افزایش لنگر تیر فرعی یا ستون) در نظر گرفته شود. یکی از این راه ها در نرم افزارهای تحلیل خطی و طراحی مانند ایتبس یا سپ، آن است که تحت یک ترکیب بار بحرانی، با سعی و خطا مقدار ضریب اصلاح سختی پیچشی تیر اصلی را تا آنجایی کاهش داد تا لنگر پیچشی حداکثر ایجاد شده تحت آن ترکیب بار در تیر مورد بحث، دقیقا برابر شود و با نتایج این تحلیل میلگردهای خمشی تیر فرعی و میلگردهای پیچشی تیر اصلی و به طور کلی تمام المانهای سازه را طراحی نمود، امیدوارم تا اینجای بحث جواب سوالات را گرفته باشید.
اما سوال دیگری که باقی می ماند آن است که آیا این روش بازتوزیع برای طراحی پیچشی تیرهای بتن مسلح در همه جا قابل کاربرد است؟
به طور کاملا بدیهی جواب این سوال منفی است، بازتوزیع جایی امکان پذیر است که در مسیر انتقال بار نامعینی کافی وجود داشته باشد مثلاً تیر نگهدارنده (تیر لبه) یک تیر کنسول باید مقاومت پیچشی و سختی پیچشی کافی برای تامین مقاومت و گیرداری نسبی خمشی برای کنسول را داشته باشد در غیر اینصورت تیر کنسول و یا دال کنسول شده بعد از تشکیل مفصل پلاستیک پیچشی در تیر اصلی، ناپایدار خواهد شد!
بنابراین تیرهای لبه ساختمانها که کنسول را نگهداری میکنند، معمولاً باید دارای میلگرد پیچشی طولی و عرضی کافی باشند چرا که فقط یک مسیر انتقال ایمن برای بار این کنسولها وجود دارد و آن انتقال بار به صورت خمشی توسط تیر کنسول به تیر لبه و بعد از آن انتقال پیچشی این بار توسط تیر لبه به ستون و بعد از آن انتقال خمشی این بار به پی از طریق ستون است. همانطور که گفته شد در صورتی میتوان عمل باز توزیع را انجام داد که مسیرهای انتقال بار متعددی برای انتقال یک بار مشخص وجود داشته باشد. و اصطلاحاٌ مسیر انتقال بار نامعین (Redundant) باشد.
توضیحات ارائه شده در این مقاله تحلیلی حاصل برداشتهای شخصی بنده از مراجع مختلف بوده و بدیهی است برداشتهای حقیر خالی از ایراد نخواهد بود. بنابراین از مهندسین عزیز تقاضا میشود نقطه نظرات خودشان را درباره این محتوا به بنده ارائه نمایند.
با احترام و استقبال از نظر عزیزان
محمد طالبی
طراح سازه های زیرزمینی و سازه های خاص و دانشجوی دکتری سازه شریف

دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.