بررسی و مطالعه مقاوم سازی سازه های مصالح بنایی با تعبیه میلگردهای قائم در داخل دیوار

مقاوم سازی، مجموعه اقداماتی است که سبب افزایش سختی، مقاومت یاشکل پذیری عضودربرابرنیروهای وارده می گردد باتوجه به اینکه خیلی
ازسازه های مسکونی، مدارس و بناهای فرهنگی موجوددرکشورازمصالح بنایی ساخته شده اند واهمیت هرکدام ازاین سازه ها برکسی پوشیده
نمی باشد. بادرنظرگرفتن این حقیقت که این سازه ها پایداری لازم رادرمقابل زلزله ندارند. لذا برای ایستایی بهتروجلوگیری ازتخریب اینگونه سازه
ابتدایک نمونه دیوار با اعمال سربارقائم مدل شد ANSYS هادرمقابل زلزله ، بایدآنهاراتقویت نمود. دراین تحقیق بااستفاده ازنرم افزارالمان محدود
وتحلیل گردید، درگام بعدی دیوار یکبار بامیلگردهای نمره 10 وباردیگربامیلگرد نمره 14 تقویت شد ونتایج تحلیل هامورد بررسی قرارگرفت
ANSYS 2. مدل سازی دیوار توسط نرم افزار المان محدود
با توجه به رفتارکاملامتفاوت آجروملات دردیواروآزمایشهای متعددانجام شده برروی اینگونه سازه هاکه نمایش دهنده پدیده هایی همچون لغزش،
جداشدگی ملات ازآجرو ترک های قطری می باشند. لذا مدل سازی ترک وکاهش سختی ناشی ازآن همواره ازبحث های مهم بوده است واینگونه
عملکردها ناشی ازرفتارمکانیکی پیچیده وخاصیت غیرهمگن وشکننده مصالح بنایی می باشد. مصالح بنایی ازالمانهای یکنواختی ساخته شده اندکه
ازبالاو پایین به وسیله ملات به هم پیوسته اند . این اتصالات ملاتی ضعیف بوده وبه طورقابل توجهی رفتارغیرخطی ازخودنشان می دهند . خاصیت
غیرخطی اتصالات ملات درابتداازتغییرشکل غیرخطی آنهاتحت برش یافشارحاصل می شود . ولی به وسیله شکست محلی ، بازوبسته شدن ولغزش
اتصالات تشدید می شوند. براساس تحقیقات زیادی که درگذشته صورت گرفته برای مدل سازی ساختارمصالح بنایی دورویکرد ماکرو و
میکرووجوددارد. درروش ماکروبرای مدل سازی محیط مصالح بنایی به صورت پیوسته درنظرگرفته می شود به این معنی که آجرها وملات وسطح
2] انجام شده ] Middleton 1] و ] Dhanasekar مشترک ملات وآجربه صورت یک ماده همگن معادل فرض می گردد. نظیرآنچه که توسط
معمولا این رویکرد به دلیل ناتوانی درتحلیل جزئیات تنش ودربرگیری انواع مکانیزم های شکست برای تحلیل ساختارمصالح بزرگ استفاده می شود.
پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران
14 تا 16 اردیبهشت 1389 ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران
3] یک رویکرد تصحیحی به نام مدل سازی میکرو را به کاربردکه درآن دیواربه صورت یک لایه طبقه بندی شده ازلایه های ملات ] Gambarotta
ومصالح تشکیل شده است. مدل سازی میکرو یک رویکرد محاسباتی متمرکزاست وبه عوامل بسیارزیادی نیازمنداست. چون ساختارمصالح به وسیله
مجموعه های جداازهم که بوسیله اتصالات به هم وصل گردیده، مدل سازی شده واین اتصالات به کمک المان های واضح تعریف شده اند بنابراین
ملاحظاتی ازقبیل شروع شکست ، گسترش ترک ولغزش درسطوح مختلف مشاهده شده وآنالیزهای واقعی تری بدست می آید. استفاده ازمیکرو دقت
بیشتری نسبت به روش اول دارد ولی تحقیقات انجام شده دراین زمینه نشان می دهدکه استفاده ازروش اول نیزجواب های قابل قبولی را بدست می دهد.
4] دراین تحقیق برای مدل سازی دیوارهای آجری ازمدل ماکرواستفاده شده است. ]
[ المانهایی که برای مدل سازی استفاده شده است عبارتنداز: [ 5
برای دیواربنایی وکلاف بالای دیوار Solid 1) المان 65
برای میلگردها Link 2) المان 8
جاسازی گردیده واتصال آن درراستای خود با Solid بین المانهای Link طول المان میلگرد هم اندازه باطول المان دیواردرنظرگرفته شده والمان
تمام المانهای دیواربرقرارشده است که دراین حالت تنش درسرتاسرمیلگردثابت نبوده وبسته به موقعیت آن تغییرمی کند. شکل 1 نمونه ای از دیوار مدل
شده در نرم افزار را نشان می دهد.
شکل 1- دیوار مدل شده در نرم افزار المان محدود
3. مشخصات مدل
0متر در نظر گرفته شد.درمدل سازی دیوارها ، یک کلاف بتنی برای انتقال / 2متروضخامت 3 / 4متر، ارتفاع 7 / در این تحقیق یک نمونه دیواربه طول 05
بارجانبی وجلوگیری ازاثرموضعی سرباردربالای دیوار، تعبیه شده است . بارهای مرده وزنده را با مراجعه به آئین نامه بارهای وارده برساختمان،
4 متروارد شده / کیلوگرم برمترمربع درنظرگرفته ایم. بار به صورت گسترده خطی برروی دیواربه طول 05 LL= کیلوگرم برمترمربع و 350 DL= 400
. [ است [ 6
قابل ذکراست که مقاومت فشاری، کششی ومدول الاستیسیته دیواربراساس مقاومت آجروملات محاسبه شده است. مقاومت کششی واحدهای
0 مگاپاسکال، مقاومت فشاری 3 مگاپاسکال ومدل الاستیسیته 1200 مگاپاسکال درنظر گرفته شدند. همچنین مقاومت تسلیم میلگرد نمره / بنایی 07
2مگاپاسکال درنظر گرفته شدند. × 4/5 ومدول الاستیسیته آنها 1011 × 2/9 مگاپاسکال ومقاومت تسلیم میلگرد نمره 14 برابر 108 × 10 برابر 108
پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران
14 تا 16 اردیبهشت 1389 ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
0 5 10 15
تغیر مکان ( میلی متر)
نیرو ( نیو تن )
4/05-2/7-0/ نمودار نیرو - تغیر مکان دیوار به ابعاد 3
4. تحلیل دیوار بدون تقویت
بار مرده وزنده در سقف توسط تیرها به دیوارها انتقال می یابد، که باید اثر آن را بروی دیوار لحاظ کردتا بتوان رفتار دیوار را مورد ارزیابی قرار داد. برای
، ANSYS بررسی اثرسربار برروی رفتار دیوار بار را به صورت گسترده خطی روی دیوار اعمال کردیم پس از مدل سازی و حل با نرم افزار
نمودارنیرو- تغییرمکان دیوار ترسیم شد که به صورت شکل 2 می باشد.
شکل 2- نمودار نیرو –تغیر مکان دیوار توپر بدون تقویت
با توجه به نمودار نیرو – تغیر مکان ترسیم شده می توان دید که دیوار در تغییر مکان 2میلی متری افت مقاومت داشته و پس از آن وارد مرحله
پلاستیک می شود.
دیوار در طی بارگذاری ترک می خورد، شکل 3 الگوی گسترش ترک دردیواررا نشان می دهد، قابل ذکر است که دراین شکل ترک به
صورت دایره ای عمود برسطح ترک نشان داده شده است . علاوه برترک ها ، خردشدگی نیزبه صورت چهارضلعی عمود برسطح خوردشدگی نشان
داده شده است. هرالمان دارای 8 نقطه انتگرال گیری می باشد که هرنقطه انتگرال گیری می تواند درسه جهت ترک بخورد. ترک اول بارنگ قرمز ،
ترک دوم بارنگ سبز، وترک سوم بارنگ آبی نشان داده شده است. با توجه به الگوی ترک به وجود آمده در دیوارمی توان به این نتیجه رسید، که
الگوی شکست دیوار به صورت شکست برشی می باشد بر اساس تحقیقاتی که توسط پژوهشگران با مدلهای آزمایشگاهی انجام شده است در دیوارهای
.[ که نسبت طول به ارتفاع آنها بزرگتر از واحد است، خرابی دراثرشکست برشی اتفاق می افتد[ 7
شکل 3- الگوی گسترش ترک در دیوار بدون تقویت در تغیر مکان 2 میلی متری
پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران
14 تا 16 اردیبهشت 1389 ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 2 4 6 8 10 12 14 16
تغیر مکان ( میلی متر)
نیرو (نیوتن)
دیوار تقویت شده با پنچ عدد میلگرد نمره ده
دیوار بدون تقویت
5. دیوار تقویت شده
یکی از ضعفهای سازه های بنایی پایین بودن مقاومت وشکل پذیری کم می باشد. که باعث خرابی اینگونه سازه ها در زلزله ها می شود یکی از روشهای
که می توان سازه ها ی بنایی را تقویت کرد استفاده از میلگردهای قائم در دل دیوار می باشد که در کشورهای اروپایی بسیار متداول می باشد
.[8 ] شکل 4
دیوار ها بسته به ابعادآن ومقدار سربارقائم دارای حالتهای شکست خمشی و برشی هستند. ما با ایجاد سوراخ یا درز در امتداد قائم وقرار دادن
میلگردها در این درزها و ادامه دادن آنها تا داخل پی وتزریق سیمان مخصوص در درزها سبب افزایش مقاوت خمشی می شود برای بالا بردن مقاومت
برشی می توان در بالای دیوارمیلگردها را تنیده کرد تا تنش قائم در دیوار افزایش یابد.
شکل 4- نحوه اسقرار میلگردها در داخل دیوار
6. تحلیل دیوار تقویت شده با میلگرد نمره 10
0سانتی مترمربع برمتربرای طول دیواردر نظر گرفته شده است [ 8] ، برای این دیوارکه به / میزان حداقل میلگردهای قائم مورد استفاده در این تحقیق ، 9
4مترمی باشداین طورمحاسبه می شود: / طول 05
.
٠/٩×۴/٠۵ =٣/۶۴۵ cm2
اگراز میلگردهای نمره 10 استتفاده کنیم ، 5عدد میلگرد نمره 10 مورد نیاز می باشد.
پس از مدل کردن وحل توسط نرم افزار المان محدود،نمودار نیرو- تغیر مکان ترسیم شد که به صورت نمودار شکل 5 است
شکل 5- نمودار نیرو –تغییر مکان دیوارها ی تحلیل شده
پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران
14 تا 16 اردیبهشت 1389 ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 5 10 15
دیوار تقویت شده با پنچ عدد میلگرد نمره ده"
دیوار بدون تقویت
دیوار تقویت شده با پنچ عدد میلگرد نمره چھارده
الگوی گسترش ترک در دیوار تقویت شده با میلگرد های نمره 10 به صورت شکل 6 می باشد.
شکل 6- الگوی گسترش ترک در دیوار تقویت شده با میلگرد نمره 10 در تغیر مکان 2 میلی متری
7. دیوار تقویت شده با میلگرد نمره 14
برای بررسی اثر افزایش حجم میلگرد برروی عملکرد دیوار،دیوار را با 5 عدد میلگرد نمره 14 مدل سازی شد و پس از تحلیل نمودار نیرو- تغیر مکان
ترسیم گردیدکه به صورت شکل 7 می باشد.
شکل 7-نمودار نیرو - تغییر مکان دیوار ها ی تحلیل شده
نحوه الگوی گسترش ترک در دیوار تقویت شده با میلگرد نمره 14 به صورت شکل 8 می باشد..
پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران
14 تا 16 اردیبهشت 1389 ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران
شکل 8- الگوی گسترش ترک در دیوار تقویت شده با میلگرد نمره 14 در تغییر مکان 2 میلی متری
8. نتیجه گیری
با بررسی و مقایسه نمودار نیرو – تغییر مکان و الگوی گسترش ترک در دیوار بدون تقویت ودیوارهای تقویت شده با میلگرد مشاهده می گردد :
-1 باتوجه به نمودارهای رسم شده نیرو- تغییر مکان این نتیجه حاصل می شودکه استفاده از میلگرد ها در مرحله خطی اثری در افزایش مقاومت
وسختی ندارد.
-2 میلگرد ها باعث افزایش مقاومت وسختی در مرحله پلاستیک می شوند و این افزایش تا مرحله جاری شدن میلگردها ادامه می یابد و پس ازآن افت
نمودار اتفاق می افتد .
-3 با افزایش حجم میلگرد نیز سختی و مقاومت دیوار در مرحله خطی تغییونمی کند. ولی در مرحله پلاستیک باعث افزایش سختی ومقاومت نسبت به
حالتهای قبلی می شود. واین افزایش تا مرحله جاری شدن میلگردها ادامه می یابد ولی پس از آن افت می کند.
-4 سطح زیر نمودارنیرو-تغییر مکان نشان دهنده انرژی جذب شده می باشد. که کاربرد میلگردها باعث افزایش جذب انرژی می شود،.با افزایش حجم
میلگردها سطح زیر نمودار بزرکتر می گردد.
-5 با مقایسه الگوی گسترش در دیوارهای بدون تقویت و تقویت شده می توان به این نتیجه رسید که شکست غالب ،شکست برشی است. اما استفاده
ازمیلگردها باعث پراکندگی ترک ها شده و از تخریب زود هنگام دیوار جلوگیری می کنند.
9. مراجع
1.Dhanasekar M., Kleeman P.W.and Page A.W., “Biaxial Stress-Strain Relations for Brick Masonry.”
Journal of Structural Engineering, ASCE, 111 (5),PP.
1085-1100, 185 .
2. Middleton J., Pande G.N., Liang J.X.and Kralj B., “Some Recent Advances in Computer Methods
in Structural Masonry,”Computer Methods in Structural Masonry, J.Middleton and G.N.Pande,eds., Books
and Journals International,Swansea,U.K.,PP.
1-21,1991
3.Gambarotta L.and Lagomarsino S., “Damage Models for the Seismic Response of Brick Masonry
Shear Walls.Part II:The Continuum Model and its Applications, “Earthguake Eng.and Structural
Dynamics,26(4),pp.4441-462,19
پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران
14 تا 16 اردیبهشت 1389 ، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد ، ایران
4. تسنیمی،نادری"تاثیرمیانقاب های مصالح بنایی دارای بازشو بر رفتار کلی قابهای بتن مسلح"پنچمین کنفرانس بین المللی زلزله شناسی
5. ANSYS, ANSYS User’s Manual Revision 10.0.
6. آیین نامه بارهای وارده بر ساختمان
7. کاظمی، محمد تقی، حسین زاده اصل، مسعود"بررسی رفتار لرزه ای اتاق آجری ساخته شده بر اساس استاندارد 2800 به کمک میز لرزان و مدل
سازی عددی آن "هفتمین کنفرانس بین المللی مهندس عمران، تهران.
8. مقدم، حسن.، "طرح لرزه ای ساختمانهای آجری"، موسسه انتشارات علمی دانشگاه صنعتی شریف

بررسی و مطالعه مقاوم سازی سازه های مصالح بنایی با تعبیه میلگردهای قائم در داخل دیوار

مطالب مشابه :

سازه بنایی ( پاورپوینت ) (مهندس حسن فراهانی)

رفتار سازه های بنایی در برابر زلزله و نحوه تقویت آنها

روشهای مقاوم سازی ساختمانهای بنایی غیرمسلح

بررسی و مطالعه مقاوم سازی سازه های مصالح بنایی با تعبیه میلگردهای قائم در داخل دیوار

دانلود رایگان نقشه های ساختمانهای آجری با زیربناهای مختلف

مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود با مصالح بنایی در برابر زلزله