دانلود تحقیق مشخصاتِ طراحی سازه ای

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 .

، نتایج مربوط به تست های کرنل بر ستونها ، با استفاده از مقاومتهای مختلف بتن ، نشان می دهد .

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 .

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 حلزونهای طراحی شده ، منطبق شده و اینکار توسطِ AC1318 ، انجام می شود و باید متذکر شد که ، ستونهایی که با چنین چیزی تقویت نشده اند ، دارای مقاومتِ کافی نیستند .

در ستونهایی که دارای قطر بزرگتر هستند ، تنش محدوده ، بطور چشمگیری کاهش می یابد ، بنابر فرضیه های اصولی ، این مقدار ثابت می ماند .

این موضوع مستقیماً پیرو معادله (2-6) می باشد .

برای ستونهای بزرگتر ، نسبت Ag/A ، بسیار کوچکتر شده ، در نتیجه ، نسبتِ فولاد حلزونی مورد نیاز کوچکتر و کارآیی تنشِ محدوده نیز بطور متناسبی کوچک می شود .

تنش محدوده ، که توسط حلزونهای طراحی شده ACI318 ، برای بتن ها با مقاومت بالا و کم ، در 15in و 50 ، تولید شده و قطرهای ستون اصلی ، در جدول 6.1 ، مقایسه شده اند .

تست ها و آزمایش ها ، نشان می دهند حتی ستونها با مقاومت پایین یا کم ، تنش محدوده را ، از 238 به 83 پسا (psi) ، کاهش داده و (1.64 تا 0.57MPa ) بدست آمده تحت نظر ACI318 ، یک ستون با ظرفیت بسیار بالای کشش ، تولید خواهد کرد ، بدون اینکه ، مقاومتِ خویش را از دست بدهد .

برای بتن با مقاومت بالا ، شاهد کاهش تنش محدوده از 825 به 263 پسا ، هستیم که موجب تولید یک ستون با ظرفیت کشش بدونِ حداکثرِ نقطه پیک ، می شود .

حتی در تنش محدوده بالا (پسا) 825 ، یک ستون با مشخصه نامطلوب همراه با اُفتِ مقاومت بعد از تنش پیک ، تولید می شود .

علاوه بر این بعضی از داده ها یا اطلاعاتِ آزمایشی و تجربی در این ستونها با مقاومت – بالا ، قابل دسترس هستند و از تیرهای اتصالی و جانبی استفاده می کنند ، تا از حلزونها .

بارگذاری مکرر (چندگانه) : بتن با مقاومت – بالا ، بطور نسبی فارغ از گسستگی (شکاف) داخلی می باشند ، حتی در بارگذاریِ اصلی ، البته زمانیکه بارگذاری بطور یکنواخت صورت گرفته باشد .

از طرف دیگر ، گزارش شده بتن با مقاومتِ – بالا دارای شکنندگی بیشتری است تا بتن با مقاومتِ – پایین (کم) و این کمبود مربوط به شکل پذیری و پیشرفت تدریجیِ رشدِ شکاف ها (ترک) ، است .

برخی از پژوهش های تجربی نشان می دهد که ، فرسودگی ضرورتاً ، بستگی به مقاومت و تراکم (فشردگی) دارد .

تحقیقات اَخیر ، حاکی از آن است ، نقص و عیب در بتن و در خصوص بارگذاری مکرر ، می تواند بطور تقریبی توسط بتنِ مربوط به پوش منحنی ، صورت گیرد و مستقیماً با منحنی و افزایش طول نسبیِ ، منوتونیک کوتاه – مدت ، ارتباط دارد .

برای بتن با مقاومت – بالا ، هر کاربرد بارگذاری ، موجب آسیب کمتر می شود .

هر چند ، تعداد چرخه ها (دوره ها) جهتِ داشتن نقص ، زیاد چشمگیری نمی باشند ، و این بدلیل شیب خمیدگی بزرگتر است که مربوط به پوش منحنی (منحنی محاطی) پیک می باشد .

با اینکه کارهای مهمی در این خصوص ، صورت گرفته ، اما مجدداً پژوهش و تحقیقاتِ بیشتری نیاز است که به جنبه های بتن با مقاومت – بالا ، بپردازد ، البته بدون در نظر گرفتن محدوده فولاد و یا فرآیند بارگذاری مکرر و مختلف ، قبل از طراحی ، باید به توصیه های مطرح شده عمل کرد .

بارگذاری طویل (طولانی) مدت : در اکثر ساختارها(سازه ها) بتن ، مشروط به بارگذاری طولانی مدت می باشد .

کششِ وابسته به زمان، با این تنش ها ، ارتباط دارند و دارای تأثیر عمیق بر عملکرد سازه هستند .

چنین کشش هایی ، مستقیماً با انحرافِ بلند – مدت مرتبطند و در اینجا ، شاهد اتلاف نیروی پیش تنش و گسستگی هستیم .

احتمالاً ، مقاومتِ بتن ، بعلت بارگذاریِ طولانی – مدت با شدت بالا ، کاهش می یابد ، و همچنین بدلیلِ ظرفیت و تواناییِ سازه بتنی افزایش یافته (منظور مقاومت) و با تنش های بالای محلی .

با وجود وارفتگی بتن (خزش) تعدیل و تنظیم شده اند .

وارفتگی بتن ، در ضریب وارفتگی بتن (خزش) ، بدین صورت توصیف شده است : = و یا بوسیله ضریب خزش ویژه محاسبه می شود : کشش خزش در هر واحد تنش= ایندو می توانند با مدول الاستیسی ، ارتباط داشته باشند : یک توافق کلی در مورد خزش بتن با مقاومت – بالا وجود دارد که بطور چشمگیری کمتر از خزش با مقاومت – پایین می باشد .

اکثر اطلاعات و داده های اخیر نشان میدهد که ، برای بتن ها با مقاومت حدوداً 10.000 پسا ، این بتن ، دارای یک خزشِ ویژه است که فقط در حدود 20% مقاومت – بالا دارد و بتن با مقاومت – پایین دارای یک ضریب وارفتگیِ (خزش) در حدود30% می باشد .

در نتیجه ، برای ستونهای بتنی با مقاومت بالا ، که در راستای محوری (موازی محوری) بارگیری شده اند ، وا رفتگی بتنی ( خزش) در آن کوتاه شده و سطحِ تنش ارائه شده ، کمتر از ستونهای بتنی با مقاومتِ – پایین ، می باشد .

علاوه بر این ، توزیع بارگذاری بین بتن و فولاد و ستونهای بتنی با مقاومت – بالا ، باسپری شدن زمان ، موجب تغییرات کمتری خواهد شد .

توزیع الاستیک تنش ها ، احتمالاً بیشتر حفظ می شود .

اُفت تنش در عضو پیش فشرده ، بعلت کوتاه شدنِ خزش ، بسیار کمتر از سطحِ تنش بتن است .

اما ، این مزیت احتمالاً حذف می شود اگر ، فشارهای بارگذاری طویل المدت ، مجاز بوده باشد .

شاه تیرها و دال ها (صفحات بتنی) : مشخصات مواد ، که در فصل ها و در بخش 6.2 ، توصیف شده اند ، تأثیر و یا اثر ، عملکرد آنان در شاه تیرهای بتنی با مقاومت – بالا را نشان می دهد .

در برخی موارد ، بهبود و پیشرفت دیده می شود : در موارد دیگر ، این عملکرد با رضایت کمتری همراه خواهد بود .

در بسیاری از روشها یا شیوه ها ، شاه تیرها ، با مقاومتِ – بالا ، طبق قوانین مشابه موجود جهتِ ، توصیف عملکرد شاه تیرهای بتنی با مقاومت – پایین استفاده می شوند .

هر چند ، برخی از پرسش های با قیمانده ، باید جواب داده شوند .

توزیع تنش متراکم : توزیع تنش متراکم (فشرده) در شاه تیرها ، مستقیماً با شکل مربوط به منحنیِ تنش و افزایش طول نسبی ، با تراکم محوری ارتباط دارد .

در نتیجه ، برای بتن با مقاومت – بالا که در شکل های مختلف به نمایش در آمدند (تصویر 6.1 را مشاهده کنید) ، منطقی است که ، انتظار داشته باشیم تفاوت در توزیع تنش متراکم و انعطاف پذیر ، بویژه در روشهای (صفحه 33) بارگذاری ، مشاهده شود .

در روشِ U.S.

همانند ACI318 و ACI318 ، مناسب است که ، از بخش های شاه تیر استفاده کرد که ، بر مبنای شرایط هایی در یک وضعیت فرضیِ ضعف (سقوط) اصلی در شکلِ توزیع تنش متراکم استوار شده اند ، در یک شاه تیرِ ساخته شده از بتن با مقاومت – پایین ، احتمالاً مقاومتِ اسمی و لحظه ای با دانستنِ نیروی داخلی TوCو بازوی اهرم داخلی بینِ آنان ، محاسبه می شود .

شکل واقعیِ توزیع تنش متراکم در گسستگی ِ اصلی ، همواره دارای متغیری بالاست ، حتی در محدوده یک دامنه (شعاع) مقاومت های ارائه شده بتن که احتمالاً شاید ربطی به موضوع نداشته باشند ، اگر (a) اهمیت سازگاری (انعطاف پذیری) تراکم C را بدانیم و (b) سطحِ شاه تیر در هر عملکرد را ، محاسبه کنیم .

اینها ، امکان دارد ، در شرایطی از سه ویژگیِ پارامترهای ارائه شده توزیع تنش ، تشکیل شوند (تصویر (a)6.4 را مشاهده کنید ) .

نسبتِ میانگین برای حداکثر تنش متراکم در شاه تیر = نسبت عمق برای سازگاری تراکم در عمقِ محورِ خنثی = نسبت حداکثر تنش در شاه تیر برای حداکثر تنش در = تطبیق کردن بارگذاری سیلندری ، بطور محوری .

برای اهدافِ طراحیِ معمولی و متداول ، عملکرد صحیح و درست ، توزیع تنش متراکم مستطیل معادل (برابر) است که در تصویر 6.4(b) نشان داده شده ، همراه با بزرگیِ سازگاری (انعطافِ پذیری) تراکم و خطِ عملکرد مشابه همانند مورد قبلی .

چنین توزیع برابر ، بطور ویژه ای مربوط به ACI318 می باشد که آن را بدین صورت ACI318 ، تفسیر کرده است .

با مقدار یکسان از تراکم بتنِ فرضی و برابر برای که یک پارامتر جداگانه می باشد ، جهتِ توصیف و تعریف بزرگی (اهمیت) و خط عملکرد ، بنظر کافی می رسد .

برای بتن با مقاومت – بالا ، منحنی تنش و – افزایش طول نسبی ، بیشتر خطی (طولی) است تا سهمی شکل (پارابولیک) .

بنابراین ، دلیل آن ، احتمالاً پارامترهای بلوک (قطعه) تنش می باشد که مختلف هستند .

پژوهش آزمایشی یا تجربی تأیید کرده اند که ، تفاوتها و یا اختلافها ، می توانند وجود داشته باشند و جایگزینهایی برای بلوک تنشِ مستطیلی ، مطرح شده اند ، همانطور که در تصویر 6.4.(C) این مورد نشان داده شده است .

هر چند ، تفاوتهایی نیز در مقدارهای مقاومت محاسبه شده ، برای شاه تیرها و ستونهای خارج از مرکز (غیر مدّور) که بستگی به نسبت های فولاد و عواملِ دیگر دارند .

ACI 318R پیشنهاد می کند ، بر مبنای بلوک تنش مستطیلی برابر ، مقاومت انعطاف پذیرِ اسمی از یک شاه تیرِ تقویت شده جداگانه است که ، تقویت شده و می تواند به شرح ذیل ، محاسبه شود : جاییکه مقاومت لحظه ای اسمی در بخش in-lb = محیط یا ناحیه تقویت کشش = A بازده مقاومتِ تعیین شده تقویت ، پسا = فاصله از قیبر بی نهایت متراکم برای مرکز ثقلِ تقویت کشش = d نسبت تقویت کشش = مقاومت متراکمِ تعیین شده بتن ، پسا = ضریب 0.59 ، می تواند برای معادل سازیِ ، نشان داده شود .

اختلاف یا تغییر آزمایشیِ با مقاومت متراکم بتن ، بر مبنای پژوهش در چندین مرکز ، در تصویر 6.5 بوضوح مشخص است که ، تفاوتها یا اختلافها ، جبران کننده هستند و ضریب ترکیب شده ، بخوبی توسطِ مقدار ثابت 0.59 ،نشان داده شده .

این شرایط تقویت با نتایج آن در عکس 6.6 ، به تصویر کشیده شده اند که ، پیشگویی ها (پیش بینی ها) بدست آمده از مقاومت انعطاف پذیر ، از بلوک تنش مستطیلی ، یک بلوک تنش سه گوشه (مثلث) استفاده کرده است و یک توزیع برمبنای منحنی تنش و افزایش طول نسبی مشتق شده بطور تجربی (آزمایشی) همراه با داده های تست برای شاه تیرهایی که نسبت های تقویتِ و مقاومت بتنِ متفاوتی برای 11.000 پسا () دارند .

مقدار تست ، بهترین پیشگویی بوده اند که از منحنی تنش و افزایش طول نسبیِ واقعی استفاده کرده اند ، اما هم توزیعِ راست گوشه (مثلثی) و هم مستطیلی ، مرزهای پایین ترِ قابلِ قبولی را جهتِ مقدارهای تجربی و تئوری ، ارائه می دهند .

بر مبنای این تحقیقات مشابه ، بنظر می رسد که ، برای شاه تیرهای تقویت شده ، وجود و حضورِ متدهای ACI 318 ، می تواند بدون تغییرات ، مورد استفاده قرار گیرد ، حداقل برای مقاومتهای بتن تا بالای 12,000 پسا () .

برای شاه تیرهای بیش از حد تقویت شده ، که مجاز به استفاده ACI 318 ، نیستند و یا برای اعضای ترکیب شدنِ تراکم محوری و خمش ، تفاوتها بسیار مهم هستند و احتمالاً رخ خواهند داد .

محدود کردنِ کشش متراکم : در حالیکه بتن با مقاومت – بالا ، به تنش پیک در یک کشش متراکم میرسند ، این پیک یا اوج ، در بتن با مقاومت بالا بیشتر است تا بتن با مقاومت – کم و همینطور کششِ استفاده شده در تست های متراکم تک محوری در بتن با مقاومت – بالا و در تست های شاه تیر ، پایین تر (کمتر) است .

اینطور پیشنهاد شده که ، این نتایج ظاهراً بعلتِ انرژی آزاد شده از آزمایش کردن تجهیزات می باشد .

تصویر 6.7 ، نوسان یا اختلافِ کششِ بتن را در شکستگی و در تراکم زیادِ شاه تیرهای بتن تقویت شده جداگانه ، و یا ستونهای بارگذاری شده (غیر مدّور) بدون فولاد جانبیِ تقویت شده را ، نشان می دهد .

مقدار ثابتِ کشش در فیبر بسیار متراکمِ بتن 0.003 ، توسطِ ACI 318 ، تعیین شده اند و جهتِ نشان دادنِ نتایج رضایت بخشِ آزمایش ها برای مقاومت – بالا و مقاومت پایین بتن ، بکار گرفته شده است .

تأثیر فولاد تقویت شده و متراکم : با در نظر گرفتن ، ظرفیتِ کشش بسیار محدود شده بتن با مقاومت – بالا در تراکم ، لازم و ضروری است که شکل پذیری شاه تیرهای ساخته شده از بتن با مقاومت – بالا ، ارزیابی و بررسی شود .

شاخص شکل پذیریِ خمیدگی ، بدین صورت ، توصیف می شود : خمیدگی شاه تیر در بارگذاریِ شکستگی خمیدگی شاه تیر در بارگذاریِ تولید شده بازده کششِ فولاد تست ها یا آزمایش هایی توسطِ pastor (پاستور) از شاه تیرهای ساخته شده از بتنِ با مقاومت – بالا تشکیل شده که ، بطور خلاصه شده در جدول 6.2 (ردیف یاسری A) و جدول 6.3 (ردیف B ) نشان داده شده است .

شاه تیرهای ردیفA ، بطور جداگانه تقویت شده اند بدونِ فولاد متراکم و یا فولاد تقویت شده .

این ردیف ها (سری ها) شامل شاه تیرهایی ، همراه با مقاومت بتن از 3700 تا 9265 (پسا) (26 تا 64MPa) هستند ، برای شاه تیر با مقاومت بالا .

نسبتِ کشش فولاد از تا ، متفاوت است ، جاییکه ، pb = نسبت تقویت برای شرایط های کششِ توازن یافته می باشد .

نتایج ، یک قابلیت شکل پذیری را برای شاه تیرهای ، همراه با مقاومتهای بالای بتن نشان میدهد .

براساس این نتایج ، ردیف ها در جدول 6.3 ، خلاصه شده اند .

این شاه تیرها ، شامل تفاوت در مقدارِ تراکمِ فولاد (50 تا 100 درصد) و محدوده فولاد جانبی در فرُم یا شکلِ مماس در فاصله بندیِ 6.3 و 12in ، می باشد .

همه شاه تیرهای قابل قیاس برای A4 مربوط به اولین سری (ردیف) و همراه با بتن با مقاومت بالا بودند که ، تیرهای اتصالی و فشار یا تراکم فولاد نداشتند .

از شاه تیرهای B1 و B2 ، مقایسه شده با شاه تیر A4 ، می توان نتیجه گرفت که ، تیرهای اتصالی در (30,5.mm)12in شاخص قابلیت شکل پذیری افزایش یافته اند ، اما ، این مقدار زیاد چشمگیری نیست .

شاخص قابلیت شکل پذیری زمانی بطور برجسته افزایش می یابد که فاصله گذاری تیر اتصالی به (15.2mm)6in در شاه تیرهای B3 و B4 ، کاهش یافته باشد ، اما هیچگونه مسیر یا گرایش بالایی نشان ندهد زمانی که به 3in (7.6mm) کاهش می یابد .

یک مقایسه بین شاه تیرهای B3 و B4 ، تأثیر مفید را در افزایش یا اضافه کردنِ بیشتر تراکم فولاد ، نشان می دهد ، اگر چه واضح است ، این عمل در مقایسه با شاه تیرهای B5 و B6 ، امکان پذیر نیست .

حداقل نسبت های کشش فولاد : مجموعه های ACI318 ، یک محدوده بالا بر ، نسبتِ کشش فولاد می باشد ، برای شاه تیرها در 75% نسبتِ توازن یافته آنان و اطمینان از اینکه باید شکستگی رخ دهد و تسلیم شدگی فلز تدریجی خواهد بود .

محدودیت کمترِ نسبت کشش فولاد ، موجب محافظت در برابر شکستگیِ ناگهانی شاه تیرهای تقویت شده و ترک خوردگیِ بتن می شود .

در اینجا ، عبارت ACI 318 برای مینیمم (حداقل) نسبت فولاد ، مشخص شده است : برای در پسا (6.10) برای در این عبارت ، از لنگر مقاومِ بخش ترک خورده (شکافته شده) ، مشتق شده است که باید حداقل بر مبنای مدوله (پیمانه ، قدر مطلق) گسیختگی یا تخریب باشد .

بنابراین ، قسمت دوم عبارت برای بزرگتر بودن و برای بتن مقاومت – بالا ، شناخته شده است تا در بتن با مقاومت کم ، این نشان می دهد که ، مقاومتِ بتن باید در یک نسخه (نگارش) اصلاح شده معادله (6.10) ، شامل شده باشد ، همراه با مدوله های گسیختگی که در استفاده شده است که بدین شرح ، مشخص می شود : این معادله نشان می دهد که ، معادله مناسبی برای همه مقاومتهای بتن از 3000 تا 12000 پسا (21 تا 83 MPa )، می باشد .

برش و کشش قطری : در شیوه US ، طراحی برای برش ، بر مبنای شرایطِ بارگذاری تجزیه شده صورت می گیرد .

کل مقاومت برش ، از دو بخش تشکیل شده است : که از خاموت ها (میله گردهای کم قطر که بصورت قاب – بسته ای آرماتورهای طولی را در بر می گیرند) تهیه شده و که بطور ظاهری از توزیع بتن ، فراهم شده اند .

توزیع ظاهری بتن ، شامل یک روش توصیف نشده است ، توزیع هایی که هنوز بتن در رأس یک ترکِ قطری فرضی ، ترک نخورده است ، این مقاومت با مصالح دانه ایِ (ماسه و شن یا مخلوطی از آن) بهم پیوسته یا متصل شده .

در امتداد سطحِ ترک قطری پدید آمده و مقاومتِ میخ چوبی ، با تقویت کردن فولاد اصلی ، حاصل شده است .

بتن مقاومت – بالای بارگذاری شده ، با فشار بدون محوری به ناگهان می شکند (دچار شکستگی می شود ) و احتمالاً در سطح ، شاهد شکستگی خواهیم بود که هموار و صاف می باشد .

بر عکس ، در بتن با مقاومت کم ، سطح شکستگی ، بسیار عمیق است .

در شاه تیرهایی که با مقاومت برش ، کنترل شده اند ، حالتِ تنش دو محوری است که از فشار یا تراکم قطری در مسیری از نقطه بارگذاری ترکیب شده ، برای حمایت کردنِ کشش قطری در مسیرِ عمودی ، انتظار میرود .

ترک های کششیِ قطری ، در شاه تیرهای بتنی با مقاومت – بالا ، دارای سطح هموار و صافی است که احتمالاً نقص در بهم پیوستن مصالح دانه ای می باشد .

تست ها و آزمایشات تأیید کردند که ، کاهش پیوستگیِ مصالح دانه ای ، در مقاومت بتن ، تأثیر دارد .

بنابراین ، نقصِ یا کمبود مقاومت برش ، برای طراحی معادله های حاضر ، در نظر گرفته نشده است .

داده ها یا اطلاعاتِ Frantz (فِرانتز) از دانشگاه Connecticut (کانِک تیکات) ، نشان می دهد که ، توزیعِ بتن محاسبه شده ، برای بتن مقاومت – بالا ، کافی است .

داده های نیلسون از دانشگاه کُرنل ، متدهای طراحی را نشان میدهد که ، برای بتن مقاومت بالا ، زیاد محافظه کارانه ، بنظر نمی رسند .

پژوهش و تحقیقاتِ صورت گرفته توسطِ Ahmad(احمد) ، حاکی از آن است ، توزیع مقاومت برشِ مربوط به بتن بطور مطلوبی با معادله – (11-3)ACI 318 ، پیش بینی شده است ، برای نسبت های مدت زمان برشِ 2.5 و یا کمتر و نسبت های پایین برای فولاد ، در معادله ACI ، مطلوب بنظر نمی رسند .

علاوه بر این ، بررسی های آنان نشان می دهد که ، معادله ACI 31883 نیز ، برای شاه تیرهای بتنی – مقاومت بالا با نسبت های کم فولاد ، مناسب و محافظه کارانه نیست .

تحقیقات اَخیر راسل و رولِر که برای شاه تیرها با نسبت ِ بالای فولاد مارپیچ ، صورت گرفته ، حاکی از آن است ، معادله های ACI Code (کد) ایمن هستند .

تأثیر مفیدِ بتن با مقاومت – بالا برای شاه تیرهای پیش تنیدگی شده ، مشخص شده بود ، با استفاده از تجزیه و تحلیل بر مبنای مدلهای تراس (خرپا ، تیر مشبک) توسطِ کافمَن و رَمی یرز .

بتن با مقاومت – بالا ، مقاومتِ مربوط به قطعاتِ تراس (خرپا) افزایش می دهد ، و اینکار کارآییِ تقویت web (جان تیر ، تیغه تیر ) را در حین به حرکت درآوردن خاموت ، بالا برده و همچنین ظرفیت و توانایی حمل کردن – بارگذاری ستونها یا پایه ها را ، افزایش می دهد .

البته ، هم اکنون هیچگونه اطلاعاتی در خصوصِ در نظر گرفتن حداقل نیازهایِ تقویت جان تیر ، برای محافظتِ شکستگی ترد و شکننده ناشی شده از ترکِ قطری حسّاس ، در دسترس نیست .