دانلود تحقیق تاًثیرات تقویت تراکمی بر روی استحکام برشی تیرهای پل بتن مسلح

«تاًثیرات تقویت تراکمی بر روی استحکام برشی تیرهای پل بتن مسلح»
ظرفیت برشی پیش بینی شده از تیرهای بتن مسلح موجود یک موضوع مهمی است که لازم است به تفصیل بیشتری ذکر شود.

توجه در خصوص اینکه آیا کد ارزیابی پل جاری برای انگلستان خیلی محافظه کارانه است هنگامی که مقاومت برش تیرهای بتن موجود ارزیابی می گردد که حاوی مقادیر قابل ملاحظه ای از فولاد می باشد در طی ارزیابی نا دیده گرفته می شود.

این مقاله به تاثیرات سودمند چنین فولاد تراکمی ای بر روی استحکام برش تیرهای بتن مسلح توجه دارد.

نتایج بررسی آزمایشگاهی با پیش بینی های کد جاری برای استحکام برش تیرهایی مقایسه می شوند که فرض می شوند صرفاً حاوی فولاد کشش می باشد.

فشردگی های بعدی با یک راه حل پلاستیسیته حدّ بالایی انجام می شوند که قادر است تمام تقویت فولاد را در یک تیر بتن در نظر بگیرد.

دلایل متعددی وجود دارند که چرا پل ها مخازن پنهان استحکام را، نشان می دهند و عمل غشاء فشاری احتمالاً از همه مهمتر است.

با این حال، دلایلی از قبیل حضور فولاد فشاری به استحکام پنهان کمک می کند طوری که تحقیق از این نوع، برای ارزیابی درست و انجام پیش بینی های استحکام لازم است.

و نشان داده می شود که حضور فولاد با فشردگی زیاد دارای تأثیر چشمگیری بر روی ظرفیت تیرهای پل بتن مسلح است که دارای تقویت نهایی برش می باشد.

نمادها(نمادگذاری):
Abs مساحت فولاد تحتانی در تیر d عمق مؤثر تیر
Ats مساحت فولاد فوقانی در تیر a طول دهانه برش
D نرخ پراکندگی یا پراکنش انرژی در واحد حجم
bs d فاصله از نقطه دوران تا فولاد کف(تحتانی)
ts d فاصله از نقطه دوران تا فولاد سر(فوقانی)
ED نرخ پراکنش انرژی کل در سیستم
EDc پراکنش انرژی ناشی از بتن (صرفاً)
EDci پراکنش انرژی ناشی از بتن در هر نقطه در امتداد خط ناپیوستگی
EDs پراکنش انرژی ناشی از فولاد (صرفاً)
fc استحکام فشاری مؤثر بتن ( ( fc=yfcu fcn استحکام مکعب فشاری بتن
ft استحکام کشش بتن
fy استحکام تسلیم فولاد
Pهر بار بکار رفته (N )
aزاویه بین جهت i و خط ناپیوستگی
بردار جابجایی نسبی در عرض یک خط ناپیوستگی
iبردار جابجایی نسبی در هر نقطه در امتداد یک خط از ناپیوستگی
IPفاصله از خط دوران تا بار نقطه اول(mm)
Lstirrap طول دهانه برش که بر روی آن رکاب ها(Stirrups) بطور مؤثر لنگر می شوند.

nتعداد رکاب هایی که ناپیوستگی مفروض را قطع می کند
Uجابجایی افقی نمادی از بخش صلب
WDکار خارجی کل انجام شده بر روی سیستم
Xعمق تا محور خنثی بصورت یک تناسب از d
aزاویه بین  و خط ناپیوستگی
دوران بفش صلب
زاویه داخلی اصطحکاک برای بتن
Vضریب تأثیر برای بتن
PS درصد فولاد طولی در تیر
Psv درصد فولاد رکاب (Stirrup)در تیر

مقدّمه:
به دلیل افزایش ترافیک و وزن بالاتر کامیونها،هر پل ای در انگلستان از لحاظ استحکام برش و انعطاف پذیری اش ،بصورت بخشی از برنامه ارزیابی پل انگلستان مورد ارزیابی قرار می گیرد.

مؤسسه بزرگراه ها،ناحیه(مساحت) ای از بتن را تعریف کرده است.

موسوم به ارزیابی استحکام برش تیرهای پل بتن، که حاوی مقادیر قابل توجهی از فولاد (متراکم) است.

راهنمای ارزیابی پل انگلیسی BD 44/95 حضور فولاد(متراکم) فوقانی را نادیده می گیرد هنگامی که استحکام برشی یک تیر بتن مسلح را پیش بینی می نماید این موارد در طی یک فرآیند طراحی قابل بررسی می باشند.با این حال، ارزیابی فعلی با استفاده از نظریه الاستیک یک درک محافظه کارانه از استحکام یک پل بتن موجود را ارائه می کند اکثر پل های بتنی موجود دارای مقادیر کافی از فولاد برای ایجاد یک قفسه برای ساختمان Stirrup هستند.

اما این فولاد(ثانویه)در طی ارزیابی نادیده گرفته میشود.این امر منجر به ترمیز غیرضروری شده و از لحاظ بالقوه برای جامعه در طی ارزیابی یک پل موجود،گران قیمت است.

کار زیادی برای چندین دهه به صورت ضرایب گوناگون انجام شده است که بر روی استحکام برشی تیرهای بتن تأثیر می گذارد(استحکام بتن،درصد تقویت کششی،درصد تقویت Itirrup ).

با این حال، کار کمی برای تعیین تأثیرات فولاد بر استحکام برشی تیرهای بتن انجام شده است کانینر و گروه محققان تمام فولاد را در تحلیل های خودشان با توسعه نظریه میدان فشرده انجام داده اند.

آنها متوجه شده انداستحکام فشار بتن در ارتباط با پهنا و تعداد ترک های کششی از بین میرود که موازی با تنش فشاری می باشد .

Kemp وalsafi استفاده از راه حل پلاستیک ـ صلب مرز بالایی را پیشنهاد کردند که توسط نیلسن و براستروپ بدست آمد.

امّا از یک روش دیگر استفاده کرد که پیشنهاد می کند که: دوران های بلوک های صلب در نقص برشی رخ می دهد شبیه به روش توسعه یافته توسط Ibell I .

روش پلاستیسیته مرز بالایی ، ارتباط خوب با نتایج آزمایش را فراهم می کند، هنگامی که ضریب تأثیر صحیح برای بتن انتخاب می شود .

Hamadi وRegan بیان کرده اند که منطقه فشردگی در تیر های بتن تا 40 % مقاومت برش کل را فراهم می نماید.

بنابراین:شخص انتظار دارد که از تأثیرات سودمند بهره ببرد.

با این حال،این امر در تحلیل آنها نادیده گرفته شد.

تایلور انتقال نیرو را در ترک ها مطالعه کرد و پیشنهاد کرد که مقاومت برشی یک تیر توسط سه مؤلفه شکل گرفت: عمل (dowel )،اصطحکاک ترک و برش منطقه فشاری.

برش منطقه فشاری 20 الی %40 مقاومت برشی است.

Anderson و Ramiret نشان دادند که فولاد top بالایی در معرض خمیدگی (buckling ) در غیاب رکاب (stirrups ) می باشد اما مجدداً این امر در تحلیل نادیده گرفته شد.

Wilby نتیجه گرفت که وقتی میله های تقویت کننده در مناطق فشردگی از تیر های مستطیلی لحاظ شدند که بطور ناکافی با stirrup ها دوباره کرنش دار شدند، خمیدگی تمایل دارد تا رخ دهد.

Regan یک بررسی جامع انجام داد که نشان می دهد که آنالوژی فرپای Morsch 45 چگونه توسط محققان گوناگون در بررسی رفتار برشی در بتن توسعه یافته و تمام تأثیرات فولاد بالایی نادیده گرفته شد.

روشهای تحلیلی بکار رفته برای ارزیابی برش پله های بتن باید واقع بینانه و دقیق باشد شاید استفاده از یک روش پلاستیسیته ارزیابی مناسب باشد نظریه توسط Ibell توسعه می یابد و رفتار واقعی پل را در هنگام فروریزش با نتایج خوب نشان می دهد.

یک مدل پلاستیسیته مرز بالایی در اینجا پذیرفته می شود و سعی دارد نشان دهد که حضور تقویت در تیرهای بتن تأثیر چشمگیر بر روی استحکام برش تیر دارد.

با بررسی انواع فولاد و برش ها، اعتبار پیش بینی های نظریه پلاستیسیته شرح داده شد.

یافته های مفیدی بدست آمدندو تأثیرات فولاد بررسی شد،و پل ها ارزیابی شدند.

نظریه پلاستیسیته مرز بالایی ـ مفروضات تحلیلی مقدماتی: فرض شد که a در مدل ازکارافتادگی برخورد پلاستیک رخ دهد و استحکام کامل موجود باشد، فقط ناحیه پلاستیک از رفتار تغییر شکل در نظر است.

تغییر شکل الاستیک کم می باشد و نادیده گرفته می شود (b) معیار کرامب ـ موهر اصلاح شده با برش کششی غیر صفر برای بتن در نظر می باشد.زاویه داخلی اصطحکاک برای تمام ترکیبات تنشی°37 است.

(C) میله های فولاد نیروهای تنش محوری دارند و هر تأثیر dowel نادیده گرفته میشود.

(d) به ضریب V برای استحکام فشردگی بتن بکار می رود.

برنامهآزمایش: چهار تیر بررسی گردید هر کدام دارای کمیت های گوناگون تقویت کف،پایین و برش بودند.

یک آزمایش چهار نقطه ای بر روی هر کدام از تیر ها انجام گرفت .

شکل 5 ابعاد نمونه های تیر را نشان می دهد.

حداکثر بار مورد نیاز برای تمام آزمایشات با استفاده از یک سیستم بار گذاری کف افقی بدست آمد ( شکل 6 ) .

دو بلوک الوار نمونه را پشتیبانی ( تکیه گاه ) کردند و دو ورق P T FE ( برای حداقل سازی اصطکاک ) ، برای رابط های فصل مشترک ها ، تکیه گاه استفاده شدند.

بیست های تکیه گاه در داخل ریل ها بر روی کف ،ثابت شدند که یک متر فاصله داشتند بار بکار رفته توسط دیوار قوی مقاوم شد.

یک جک هیدرولیک برای بکارگیری بار به ( تیر انتقال) استفاده شد که دو بار نقطه ای مورد نیاز برای تیر را انتقال داد.

بارهای ( نقطه ای ) و تکیه گاه ها از طریق یاتاقان های صفحه فولادی به ابعاد100 100 25 mm بدست آمدند بالشتک های لاستیکی نیز بین یاتاقان های صفحه و بتن قرار گرفتند، تا بار را به طور یکنواخت در سطح تیر توزیع کنند.

زیرا بطور کامل هموار نبود .

همچنین، این بالشتک های لاستیکی اجازه حرکت جانبی ، و جلوگیری از تأثیرات غشاء را داد.

شکل 7 یک راه اندازی دستگاه آزمایش را نشان می دهد .

نمونه های آزمایش: تمام تیرها دارای سطح مقطع کلی یکسان بودند.

تقویت فولاد کشش طولی در تیرهای دو نمونه اول شامل، میله های با استحکام زیاد T16 بودند اولین تیر حاوی فولاد کف و دومین تیر حاوی،فولاد بالا و پایین برابر (2 .

30 % ) بود.

سومین نمونه حاوی دو میله T16 برای فولاد پایین با سیم های فولاد ملایم 3 mm برای فولاد فشاری بود .

این امر برای ایجاد یک قفسه برای فولاد S tirrup برش بود و حضور فولاد بالایی در این نمونه می تواند ناچیز فرض شود .

Stirrup ها شامل سیم فولادی ملایم 3 mm بودند و در فاصله 75 mm مرکز تا مرکز در سراسر طول تیر ،با Stirrup های اضافی بود که در هر سر تیر قرار داشت تا از خرابی احتمالی جلوگیری کند.

نمونه چهارم حاوی دو میله T16 با تسلیم زیاد برای فولاد کف و دو میله T16 با تسلیم زیاد برای فولاد بالایی بود.

Stirrup ها حاوی سیم فولاد ملایم 3 mm بود و در فاصله 75 mm مرکز تا مرکز در سراسر طول تیر قرار داشت .

مجدداً ،Stirrup های اضافی در انتهای هر تیر قرار داشت تا از خرابی جلوگیری گردد.

شکل 8 جزئیات تقویت را برای چهار آزمایش نشان می دهد.

دامنه لازم برای استحکام فشاری مکعب بتن 4 0 _ 5 0 mpa بود که بطور ایده آل به Sompa نزدیکتر است زیرا اکثریت پل های موجود دارای استحکام بتن در این محدوده است .

مخلوط طراحی شده و بکار رفته به شرح زیر بود: ( بصورت تناسبی از مقدار سیمان به ازای وزن ): نتایج و بحث آزمایش آزمایش 1 : ترک های انعطافی آغاز شد تا در امتداد کف تیر در بار بکار رفته کلی از I SKN ظاهر گردد.

تحت بار KN 45 ، ترک های برشی آغاز شد تا در دهانه های برش شکل بگیرد.

بار تا KN 53 ، افزایش یافت، تا اینکه خرابی برش رخ داد.

هشدار خیلی کوچک قبل از فروپاشی کل، داده شد که خیلی بود و یک صدای بلند و تیز تولید گردید.

نمونه های از کار افتاده علائم حرکت جسم صلب را نشان داد.

همانطور که در شکل 9 می توان ملاحظه کرد خرابی سنگر کردن نهایی نیز پس از رسیدن به بار اوج رخ داد، که به سبب ترک در امتداد خط تقویت تا انتهای تیر بود.

بار پس مانده توسط تیر ، هنگامی که تیر شکسته شد رخ داد که فقدان چکش خواری را نشان می دهد.

این بار باقیمانده KN 9.8 بود بنابراین ،بار باقیمانده در از کارافتادگی فقط 20 % بار اوج بود .

طرح خمیدگی بار برای آزمایش 1 در شکل 10 دیده می شود.

آزمایش 2: ترک های انعطافی مجدداً در امتداد کف تیر تحت بار بکار رفته ISKN ظاهر گردید.

جهت ترک ها مشابه با جهت آنها در آزمایش 1 بود.

ترک های برشی، که شبیه به موارد پیش آمده در آزمایش 1 بود.

تحت بار KN 40 مشهود گردید ( شکل 1 ).

خرابی، که در بار KN 50 رخ داد، تردی کمتری داشت و بیش از مورد در آزمایش 1 کنترل شد.

یک ناپیوستگی برشی سوم و دوم در محدوده دهانه برشی در طی خرابی نهایی طبق شکل 11 ملاحظه گردید.

چون فولاد بالایی در تحت فشردگی قرار گرفت، تمایل به خمیدگی تحت بار از کارافتادگی بکار رفته قرار گرفت که به سبب فقدان Stirrup ها بود.

این امر توسط آندرسن و رامیرز بحث شده است.

لذا، یک تمایل برای بتن برای فشرده شدن به طرف خارج و بالا در سر تیر وجود دارد، که باعث تشکیل ترک در امتداد خط تقویت ( فشردگی) بالایی تیر می شود این مکانیزم فروپاشی مقداری چکش خواری را به آزمایش 2 اضافه کرد و الگوی ناپیوستگی را تا حدی تغییر داد.

( شکل 9 و 11 ) .

آزمایش 3: ترک های انعطاف پذیر در کف تیر در یک نیروی KN 20 ظاهر گردید.

ترک ها بطور قابل توجهی عمیق تر از آزمایش های قبلی بود که به دلیل حضور تقویت Stirrup است .

این ترک ها بطرف بالای نمونه تحت بار گذاری زیاد، منتشر گردید و در سراسر تیر نسبتاً متقارن بودند.

( شکل 12 ) که نشان دهنده رفتار چکش خوار است.

ترک های برشی پس از یک بار KN 55 ظاهر گردید و از تکیه گاه ها تا بارهای نقطه ظاهر شد هنگامی که بار تا KN 60 زیاد شد ( شکل 12 )، تیر تا خرابی در KN 95 بارگذاری گردید .

تیر چکش خواری زیادی را نمایش داد ( در طرح خمیدگی برای این آزمایش در شکل 13 ملاحظه می شود ).

با بار به تدریج به یک KN 84 کاهش می یابد.

یک ترک برشی بزرگ تحت یک بار KN 60 و ناپیوستگی در امتداد این ترک در بار شکستگی KN 95 رخ داد.

حضور Stirrup ها بتن را محدود کرد و اجازه داد که یک خرابی کنترل شده و چکش خوار از نمونه پیش آید.

خمیدگی ها از نوع متقارن بود.

آزمایش 4 : استحکام بتن برای چهار نمونه کمتر از نمونه 3 بود این تیر همان ویژگی در آزمایش 3 را نشان داد.

و ترک های انعطاف پذیر پس از یک نیروی KN 20 ظاهر گردید.

مجدداً این ترک ها تیز بودند .

تیر، ترک خوردن متقارن را بار دیگر نشان داد.

ترک های برشی پس از KN 45 در هر دو انتهای نمونه ظاهر گردید و این امر تحت بارگذاری زیاد انتشار یافت ( شکل 14 ).

تیر سپس تا از کارافتادگی در KN 96 بارگیری شد.

تیر رفتار چکش خوار را نمایش داد که مشابه با نمونه 3 بود .

از جدول 1 ، مقایسه نمونه های 1 و 2 بنظر می رسد که هیچ استفاده ای از حضور فولاد بالایی بدون Stirrup های برشی بدست نیامد.

با این حال، از مقایسه 3 و 4 ، فواید بسیاری بنظر می رسد که از حضور فولاد بالایی ، با حضور Stirrup ها بدست آید.

این امر ممکن است لحاظ شود زیرا، اگر چه توانایی های شکست تا حدّی مشابه هستند، استحکام های بتن نمونه ها بطور فاحشی تفاوت دارند.

مقایسه بین پیش بینی های پلاستیسیته و نتایج آزمایش : جدول 2 یک سری نتایج را برای هر نمونه نشان می دهد.

مقدار در پرانتز تفاوت درصد بین نتایج آزمایش واقعی و پیش بینی شده را نشان می دهد.

آزمایش 1 : B D 44 / 95 و نظریه پلاستیسیته حدّ بالایی با دقت ظرفیت بار شکست آزمایش 1 را نشان می دهد.

پیش بینی از کد کمی دقیق تر از نظریه پلاستیسیته است .

اما، آنها هر ارزیابی خوبی از ظرفیت بارگذاری از یک تیر حاوی فولاد کششی را می دهند.

یک دلیل احتمالی برای پیش بینی کمتر، از نظریه پلاستیسیته آن است : که متکی بر چکش خواری کامل است.

در حالیکه یک تیر بدون تقویت S tirrup ، مانند مورد در آزمایش 1 ، که مستعد به خرابی ترد است.

آزمایش 2 : پیش بینی کد بسیار دقیق است و یک برآورد عدد 2 .

5 % از بازار خرابی واقعی را می دهد.

نظریه پلاستیسیته حدّ بالایی، یک بار خرابی پیش بینی شده 2 4 % را بالاتر از نتیجه آزمایش واقعی را می دهد.

دلیل اصلی برای این امر آن است که فولاد فوقانی مستعد به خمیدگی در غیاب تقویت Stirrup می باشد.

نظریه پلاستیسیته برای این امر در نظر گرفته شده و ظرفیت تیر را برآورد بیش از حدّ می کند، کد تیر برای خمیدگی در فولاد بالابب به حساب نمی آید، زیرا حضور آن را بطور کامل نادیده می گیرد هنگامی که استحکام برشی تیر ارزیابی می گردد.

آزمایش 3 : BD 44 / 95 ظرفیت بار را به اندازه 15 % نظریه پلاستیسیته حدّ پایینی برآورد می کند که یک مقدار قابل قبول و دقیق تری از ظرفیت تیر را با یک مقدار برآورد شده 5% فراهم می کند.

آزمایش 4 : ظرفیت پیش بینی شده آزمایش 4 توسط کد ( 22 % ) برآورد می شود و نظریه پلاستیسیته حدّ پایینی یک مقدار دقیق از بار نهایی، تیر را در شکست برشی ارائه می کند ( برآورد 3 % ) .

اگر فولاد بالایی به حساب آید، پراکندگی انرژی افزایش می یابد.

که ناشی از فولاد طولی است و نظریه پلاستیسیته یک بار شکست برشی پیش بینی شده را برای نمونه می دهد.

اگر چه نتایج برای آزمایش های 3 و 4 خیلی مشابه هستند ، استحکام بتن برای هر نمونه متفاوت است.

( شکل در پرانتزها در جدول 2 ).

بحث پیش بینی های نظریه پلاستیسیته حدّ بالایی: از نتایج حاصل در جدول 2 ، نظریه پلاستیسیته یک ارزیابی دقیق از یک بار خرابی برشی تیر را با حضور S tirrup ها ، می دهد و اعتماد را به پیش بینی های شکل 4 اضافه می کند.

برعکس، در غیاب S tirrup ها، پیش بینی های واقع در شکل 4 گمراه کننده هستند.

در حقیقت، هیچ ظرفیت برشی اضافی ای از حضور تقویت فشردگی بدست نمی آید.

هنگامی که هیچ S tirrup ای موجود نباشد.

این امر ناشی از خمیدگی ( خم شدن، تا شدن ) بارهای فشاری است .

و معلوم نمی باشد که آیا این امر در لوح ( شمش ) ها ، درست باشد یا خیر.

جایی که تقویت مورب و طبیعت کرنش ساده از لوح ها ممکن است به جلوگیری از خم شدن این میله ها کمک کند و اجازه توانایی های برشی افزایش یافته را میدهد.( حتی در غیاب Stirrup ها).

تحقیق در داخل این امر برای لوح ها ضروری است.

با این حال، در حضور Stirrup ها، در یک تیر ، خمیدگی جلوگیری می شود و پیش بینی های طرح شده در شکل 4 برای این مورد بنظر می رسد.

برای فولاد Stirrup برشی 0.19% تأیید شده باشد.

بنابراین، یک افزایش در ظرفیت برشی تا حدود 1 5 % ممکن است در تیرهای بتن درجه C 50 انتظار برود که حاوی حداقل Stirrup ها، ( 0.20 % ) و کمیت های ضروری تقویت فشردگی بالایی می باشد.

به دلیل تفاوت در استحکام بتن در نمونه های 3 و 4 ، نتیجه گرفته می شود که نظریه پلاستیسیته بتواند برای برون یابی نتایج، برای استحکام های بتن متفاوت، برای نمونه ها با فولاد بالا و پایین و تقویت Stirrup ، استفاده می شود.

جدول 3 نتایج برون یابی شده را برای دو استحکام بتن متفاوت، و دو نوع تیر آنها را نشان می دهد.

ملاحظه می شود که فولاد بالایی ، برای افزایش ظرفیت یک تیر با تقویت Stirrup ، توسط درصد قابل ملاحظه ای پیش بینی می شود.

هنگامی که نظریه پلاستیسیته بصورت ابزار ارزیابی پذیرفته می شود این افزایش درصد، برای تبدیل یک خرابی ارزیابی برشی از پل های بسیار در داخل یک مسیر ارزیابی برشی کافی است .

نتیجه گیری: همانطور که از نتایج در جداول 2 و 3 ملاحظه می شود، فولاد فشاری فوقانی ظرفیت برشی یک تیر بتن مسلح را ، افزایش می دهد مشروط بر اینکه تقویت S tirrup وجود داشته باشد.

این امر با استفاده از نظریه پلاستیسیته حدّ بالایی بطور موفق، مدل بندی شده است و ارتباط خوبی بدست می آید.

کد ارزیابی جاری B D 44/ 95 بار خرابی این نوع تیر، کمتر از حدّ معمول برآورد می گردد.

یک تیر شامل فولاد فوقانی با Stirrup ها، یک افزایش در استحکام تا 22 % را بر مقدار پیش بینی شده توسط کد نشان می دهد .

یک تیر حاوی تقویت کف در نزدیکی بار پیش بینی شده، توسط کد ارزیابی جاری و نظریه پلاستیسیته حدّ بالایی ، از کار افتاد.

از آنجایی که تیر حاوی تقویت کف است ( کشش )، فولاد پراکندگی ، انرژی کمی را فراهم خواهد کرد و نظریه بستگی به انرژی در بتن دارد، بنابراین، این امر ضرورت یک ضریب مؤثر V را برای چنین محاسبات حدّ بالایی ای مشخص می کند.

یک تیر حاوی فولاد بالایی بدون Stirrup ها، نزدیک به پیش بینی کد از کار افتاد، اما استحکام آن توسط نظریه پلاستیسیته برآورد و بیش از حدّ گردید.

این امر ناشی از خمیدگی تقویت فولاد ( فشاری ) بالا است ،که Span;y بتن را باعث گردید.

این نمونه یک از کارافتادگی چکش خوارتر از یک تیر تقویت شده با فولاد کششی محض نشان می دهد ( مانند نمونه 1 ).

اگر پلاستیسیته حدّ بالایی برای ارزیابی تأثیرات فولاد فوقانی استفاده می شود، سپس باید پذیرفته شود .

فقط اگر تیر حاوی تقویت برشی باشد که به سبب مسئلهخمیدگی می باشد.تیرهای پل عموماً در ناحیه کف شدیداً تقویت می شود و در نزدیک و بالا (top )، کمی بیشتر تقویت می گردد.

فولاد فوقانی برای ایجاد یک قفسه تقویت برای مقاصد ساختمان سازی می باشد و این امری ایده آل است.

بعید بنظر می رسد که یک تیر حاوی فولاد فوقانی و تحتانی بدون هر نوع تقویت برشی در یک پل موجود حضور داشته باشد.

با این امر، نظریه پلاستیسیته حدّ بالایی یک روش باارزش برای ارزیابی مقاومت برشی تیرهای پل بتن مسلح است که حاوی فولاد فوقانی است.

مشروط بر اینکه، Stirrup ها موجود باشند.

نشان داده شده است که تا 15 % ، تقویت در ظرفیت برش ممکن است از یک تیر پل بتن انتظار برود که حاوی حداقل تقویت برشی است .

چنین تقویتی می توانست برای تبدیل یک ارزیابی برشی از کارافتاده، به یک مسیر کافی باشد روش پلاستیسیته متکی بر چکش خواری کافی ساختار است، طوری که ملاحظات برای بکارگیری چنین روشی در عمل لازم است.

با این حال ، روش بر پایه پلاستیسیته پذیرفته شده در اینجا دارای پتانسیل، برای تعیین کردن بار از کارافتادگی برشی برای تیرهای پل موجود می باشد.

لازم به ذکر است که به دلیل فرض چکش خواری نامحدود ذاتی در نظریه پلاستیسیته و طبیعت تا حدّی، ترد شکستگی برش، چنین روش ای مستلزم کار آزمایشگاهی ضروری برای تعییت حدودای است که در داخل آن ممکن است معتبر باشد یا نباشد.

قدردانی: نویسندگان، پشتیبانی مالی، بخش معماری و مهندسی ساختمان در دانشگاه B ath تشکر و قدردانی میکند و از پرسنل آزمایشگاه برای کمک آنها در ساختن و بررسی نمونه ها تشکر می نماید.

مراجع : 1)بخش حمل و نقل 2) ژورنال بخش ساختمان ASCE 3)یک راه حل پلاستیک 4)صلب حدّ بالایی برای از کارافتادگی برش تیرهای بتن بدون تقویت برشی 5)تحلیل حدّ و پلاستیسیته بتن 6)تحلیل پلاستیک برشی در بتن مسلح 7)روش تحلیل فرو ریزش برای پل های بتن، بخش مهندسی دانشگاه کمبریج 8)یک تحلیل پلاستیک حدّ بالایی برای برش، مجله تحقیق بتن 9)رفتار در برش تیرها با ترک های انعطاف پذیر، مجله تحقیق بتن 10)بعضی آزمایش های برش بر روی تیرهای بتن بدون تقویت برشی 11) جزئیات تقویت Stirrup 12) خمیدگی تقویت فشاری در تیرهای بتن تقویت شده ، خلاصه مذاکرات مؤسسه مهندسان ساختمان 13) تحقیق در مورد برش، یک سود برای انسانیت یا یک اتلاف وقت؟

مهندسی سازه 14) روش پلاستیسیته برای ارزیابی برشی در پل های تیر و لوحه بتن ای، مهندسی سازه موارد بحث بر روی این مقاله باید به دست نویسنده تا 21 نوامبر 2000 برسد.

1ـ مقدمه : حمله به پنتاگون وسازمان مرکزی تجارتـی دنیا WTC ) ) درنیویورک که درتاریـخ 11 سپتامبرسال 2001 رخ داد ، سبب شدکه مهندسان ساختمان بدنبال راهـهایی برای پیشـرفت کارآیی ساختمان ها بدهنـد که شاید در آینده هم مورد حملات واقع شود .

از زمانی که این واقعه رخ داد بسیاری از سازمان های مهم در آمریکا و کشورهای دیگر دنیا شروع به بررسـی کار ساختمان WTC و پنتاگون کردند که این کار با جمع آوری و بررسی داده ها صورت گرفت .

طبق نتایج بررســی می توان ثابت کرد ، پیشنهادی برای اصلاح و تغییـرات ساختمانی ارائه شد که نیاز به زمان زیاد برای تخلیـه دارد یا احتمال فروریختـن ( متلاشی شدن ) درحمـلات مشابه در آینـده دارد .

طی وقایع انفجـار اخیـر در داخل و اطراف ساختمان ها ، سؤالی مطرح شدکه چطورباید طراحی شود که مقاومت ساختمـان در برابر انفجاری که ممکن است مجدداً رخ دهد ، زیـاد شود .

به عبارت دیگر ، تعداد ساختمانهای زیادی هستند که طراحی شده اند ، تا نه تنها در برابر نیروهای دینامیک ناشی شده از وقایع طبیعی از قبیل طوفان ، زلزله مقاومت می کنند بلکه باید دربرابر وقایع غیر مترقبه و مخرب از قبیل انفجـار پایدار باشد .

مهمترین شکل مقاومت ساختمانها در برابر انفجار این است که قابلیت تحلیل و از بین بردن ضربات شدید و انرژی انفجار را داشته باشد ، بدون اینکه سبب ویرانی ساختمانها به کلی شود.

شماری مطالب مربوط به این منتشر شد ، مدارکی درآمریکای شمالی که مهندسان بتوانند اطلاعات لازم درباره طـراحی ساختمان های شهر برای اینکه مقاومت فیزیـکی را در برابر ضـربات و صدمات بالقوه و انفجـار بالا ببرد ، موجود نبود .

بنابراین طـراحان ساختمـان و آرشیتکت ها به رهنمودهایی نیاز دارند که درباره چگونگی طراحـی ساختمان های بلند که مقاوم باشد در برابر حمـلات گوناگون دشمن و میزان صدمـه و جراحات ساکنین این ساختمان ها را کاهش دهد .

این متن مروری کلــی مربوط به وقایع انفجارکه درساختمانها رخ داده است میپردازد که خرابی برجهای WTC ذکر خواهـد شد .

دو نظریه موجود است یکی ازدیدگاه معماری ساختمان و دیگری از دیدگاه مهندسی ساختمان برای ساختمان های بلنـدی است که می خواهد میزان امنیت بشــر و افرادی که درآنجا هستند را بالاببرد .

دیدگاه آرشیتکتی شامل طرح ریزی وطرح بندی وعملکردساختمان است .دیدگاه مهندسی ساختمـان به بررسی محـاسبـات وطـراحی بخش های ساختمـان که مربوط به ایجاد امنیت اسـتمی باشد .

استراتژیهای ارزیابی ساختمان و افزایش امکانات در ساختمان های بلند که در برابر وقایع انفجارمناسب نبود که در بعد به آن خواهیم پرداخت .

متن شامل نظریات مهم برای طراحی مؤثر و کارآمد سیستمهای ساختمانی است تا میزان امنیت بشر بالا رود .

2ـ مروری بر مطبوعات : مطالب بسیاری مربوط به این واقعه منتشر شد ، مدارک زیادی در کانادا موجود نبود تا مهندسـان بتوانند اطلاعات لازم را برای طراحی ساختمانهای شهری ارائه دهند تا میزان مقاومت فیزیکــی در برابر این حملات بالقوه و انفجار زیاد شود و میزان امنیت مطابق با این بیشتر .

استانداردهای عمده ثابت در آمریکا وجود داشت که برای ساختمـان سفارت خانه های خارجی و ساختمان های ارتـش ایالت متحـده بود .

مقررات موجود در ایالت متحــده مربوط به طراحـی امکانات در برابر حـملات هسته ای ( اتمی ) دشمن (ASCE ) 42 ، سال 1985 و همچـنین طراحـی مقاومت در برابر انفجـار پتروشیمی ( ASCE رهنمودهایی برابر مقاومت ساختمان در برابر انفجار در پتروشیمی ، سال 1997 بود ) ، است .

درس های زیادی از این وقایـع بمب گذاری اخیر گرفتـه شد که برای روشن ساختن وقایع حملات صورت گرفته و حملات بعدی بسیار با ارزش است ، که برای بررسی این رویدادها به کار برده شده است .

چندین نویسنده به بررسی و رسیدگی درباره ساختمان هایی که تحت واقعـه انفجـار قرار گرفته بود پرداختند .

هرچند ، برخی از نویسندگان به ساختمان های محکم و فولادی اشاره کردند .

آزمایشگاه مهندسی کشتیرانی در کالیفرنیا در سال 1987 تلاشهای بسیاری را برای توسعه « مدل ارزیابی آسیب در اثر انفجـار » پرداختند .

بخش مهندسـی ارتش ایالت متحــده و مرکزش برای ارائه دیدگاه فنی در امنیت فیزیکی اشاره کردکه کار با توسعه « بررسی مقررات » و ارائه مدارک و اسناد در باره این « رویه ارزیابی آسیب » صورت می گیرد .

موریس ات ال در سال 1991 بررسیهای مربوط به آن و ارزیابی هزینه برای ارتش ایالت متحده پرداخت تا امکاناتی را در ساختمان ها در برابر انفجارات خارجی ایجاد کند .

مذاکرات پارلمانی درباره برقراری امنیت بیشتر صورت گرفت که نیاز به تقویت بیشتر قابلیت زیستی دارد .

انهــدام WTC سبب شد که به ساخـت ساختمانهای بلند پایان بخشند .

مهمتر اینکه سؤالی در باره چگونگی برخی ساختمان های ساخته شده مطرح شد .

ساختمان های بلند و کوتاه به سیستم های جدیدی نیاز دارند تا از آنهـا در برابر حملات دشمن حمایت کنند .

3 ـ انهدام برجهای مرکز بازرگانی جهان : پیش از واقعـه سپتامبر ، بیشتر ساختمان های مهندسـی حرفه ای ، طرح ، ساخت و کارفرمایــی ساختمان های بلند مورد بحث قرار گرفت چون حتی تصور نمی شد که دوتا از بلندترین ساختمان های دنیا در اثر حمله منهـدم شوند .

تحقیقی صورت گرفت برای اینکه مکانیسم این انهـدام بهتر درک شود ، رسانـه های گروهی گزارشاتــی را توسط مهـندسان ساختمان دو آرشیتکت ها درباره برج های WTC ارائه کردند.

در این قسمت انهـدام این دو برج بررسـی شد و از دیدگاه مهندسـی ساختمان مورد بحث قرار گرفت .

1ـ 3 ـ ساختار برجها : در تمام ساختمان های بلند ، طراحی اصلی مهندسی ساختمان معیارهایی دارد که برای ساختمان بلند 415 متری که در جنوب برج بود و ساختمـان بلند 417 متری در شـمال بر اساس دو آیتـم متمرکز شده بود که مقاومت آن را تضمین می کند ، 1 ) نیروی جاذبه خود ساختمان ها ، 2 ) نیروهای جانبی که در اثر طوفان و زمین لرزه است که می تواند نیروهای بزرگی در زمینه آن برای واژگونی ایجاد کند .

آیتم قبلی بستگی به ستونهای عمودی قوی معین داشت که می تواند به طور مؤثری به گروهی از ساختمان های زمین سرایت کند .

آیتم آخری متمرکز شده نه تنها به درستی ساختمان بلکه میزان راحتی قابل قبول توسعه یافته که برای افراد مستقر در آنجا هست .

مقاومت در برابر تکانهای جانبی توسط طرح گروه ساختمانی کنترل می شود ، استحکام بخشهای جانبی و میزان تعدیل ساختمانی که به کار رفته را تحت نظارت قرار میدهند .

هرکدام از برجها دیوارهایی به طول 62 متر داشتند که سطح وسیعی از زمین را گرفته بود .

حداکثر نیروی باد که می توانست در برابر آن مقاومت کند تقریباً 49000 KN بود .

برای به کار بردن این نیــروهای وسیع ، این دو برج هرکدام به گونه ای درست شده بودند که در ساختمان آن فولاد به کار رفته و در سطح خارجی آن 356 mm ستون های محکم در فاصله 990 m از مرکز قرار دارند .

شکل کامل آن به صورتـی است که در مرکز ساختمان و در اطـراف دیگر بناها هستند .

مرکز هسته بارهای سنگینــی را حمل می کند و در سطح خارجی آن مقاومت جانبی ایجاد می شود .

ستونهای محکم افقی که طبقات را حفاظت می کند ومربوط به ستونهای پیرامون است که این پایه های فولادی در مرکز هر ساختمان قرار دارد .

این ستون ها 3/18 m از مرکز دیوار خارجی هستند .

پیچهای محکم که به هر کدام از پایه ها هر بخش محیط ستون و مرکز آن وصل شده است .

ورقه های باریکــی روی سطح زمین را پوشانده است .

هر برج تقریباً 90720 تن فولاد دارد و 100 mm در زمین 3716 m بتونه شده است