دانلود رایگان ترجمه مقاله ستون های بتنی تقویت شده (تیلور و فرانسیس ۲۰۱۹)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

مخلوط بتن و قالب گیری
مخلوط بتن مورداستفاده برای گرید ۳۴ Mpa در جدول ۳ نشان داده‌شده است. مخلوط بتن مورداستفاده از سیمان پرتلند معمولی، ماسه طبیعی و سنگ دولومیت طبیعی شکسته شده با حداکثر اندازه اسمی ۱۰ میلی‌متر تهیه شد. نمونه‌های آزمایش به‌صورت عمودی در قالب‌های چوبی که توسط مهارها برای حفظ فرم و شکل دادن به آن‌ها تثبیت‌شده‌اند ریخته شده است.

روش تست
نمونه‌ها در دستگاه تست بین سر جک و قاب فولادی قرار گرفتند. کرنش‌سنج‌ها، بارسنج‌ها و مبدل جابجایی ولتاژ خطی (LVDT) همه به سیستم جمع‌آوری داده‌ها که به کامپیوتر وصل بود، متصل می‌شدند. بار توسط یک بارسنج با ظرفیت kN 5000 تحت کنترل قرار گرفت و از طریق صفحات فولادی، برای تأمین سطوح اتکا یکنواخت، به ستون‌های بتن مسلح منتقل شد. شکل ۳ یک نمای کلی از برپایی آزمایش را نشان می‌دهد. یک سیستم سنجش داده کنترل‌شده برای ثبت مداوم مقادیر بارسنج الکتریکی استفاده شد، دو عدد سنجشگر مدرج با دقت ۰٫۰۱ میلی‌متر(LVDT) که تغییر شکل افقی ستون در دو جهت عمود، کرنش‌سنج‌های آرماتور و همچنین کرنش‌سنج‌های ژاکت فولادی را اندازه می‌گیرد.

برای اطمینان از اینکه شکست در بدنه نمونه و نه سر آن اتفاق خواهد افتاد، انتهای بالا و پایین نمونه‌ها با جعبه‌های فولادی ساخته‌شده از صفحات فولادی با ضخامت ۱۰ میلی‌متر محصورشد. تمام رکوردهای تست‌ها به‌صورت اتوماتیک در فایل کامپیوتری برای به‌کارگیری اطلاعات بیشتر و ترسیم ذخیره می‌شد. تمام آزمایش‌ها در آزمایشگاه مواد مرکز تحقیقات ملی مسکن و ساختمان(HBRC) انجام گرفت.

کار تحلیلی با استفاده از مدل اجزاء محدود
برنامه اجزاء محدود ANSYS 12.0 [1] برای شبیه‌سازی تست آزمایشگاهی با معرفی مدل عددی مورداستفاده قرار گرفت. ستون‌های آزمایش‌شده در کار آزمایشگاهی برای تعیین بارها و کرنش‌های شکست در هر نمونه مدل‌سازی شدند. مقايسه ای بین نتايج آزمايش و F.E صورت گرفت.

تعریف خواص مواد
رابطه تنش-کرنش بتن
بتن تعریف‌کننده المان Solid 65 نیاز به خواص مواد ایزوتروپیک خطی و ایزوتروپیک چندخطی دارد تا بتن به‌درستی مدل شود [۶, ۷] مواد ایزوتروپیک چندخطی از معادلات زیر برای محاسبه منحنی تنش-کرنش ایزوتروپیک چندخطی استفاده می‌کنند.

پیاده‌سازی مدل ماده
پیاده‌سازی مدل مواد نیاز به تعریف ثابت‌های مختلف دارد. ضریب انتقال برشی استاندارد از ۰٫۰ تا ۱٫۰، با ۰٫۰ نشان‌دهنده ترک‌خوردگی (از دست دادن کامل انتقال برش) و ۱٫۰ نشان‌دهنده یک ترک عمیق (بدون از دست دادن انتقال برش) است. ضرایب انتقال برش برای ترک های باز و بسته به‌عنوان اساس توسط Kachlakev و همکاران [۸] تعیین شد. مشکلات همگرایی درزمانی رخ می‌دهد که ضریب انتقال برش برای ترک باز به کمتر از ۰٫۲۰ کاسته شد.[۸] تنش ترک‌خوردگی غیرمحوری بر اساس مدول گسیختگی محاسبه شد. این مقدار با استفاده از معادله ۴ تعیین می‌شود.

ساخت مدل
شکل ۶-۱۱ هندسه مدل ها را پس از ساخت مدل نشان می‌دهد. در هنگام ایجاد مدل نصف ارتفاع ستون در نظر گرفته می‌شود برای همه نمونه‌ها از تقارن ستون بهره گرفته می‌شود شبیه‌سازی صحیح شرایط مرزی و بارها لحاظ می‌شود.

شرایط مرزی و بارها
شرایط مرزی برای شبیه‌سازی شرایط آزمایش انتخاب شدند. انتقال افقی تمام مفاصل تکیه‌گاه در سه جهت محدود شد. شکل ۱۲ و ۱۳ شرایط مرزی و روش بارگذاری نمونه را به ترتیب نشان می‌دهند.

نتایج آزمایشگاهی
حالت‌های شکست و بارهای شکست
مودهای شکست و بارهای شکست بسته به تنظیمات ژاکت فولادی و همچنین آرایش آن متفاوت است.
ازآنجایی‌که المان های تقویت بیشتر بدنه نمونه را پوشش می‌داد، امکان مشاهده ترک‌های اولیه یا بار ترک‌خوردگی نمونه‌ها نبود؛ بنابراین فقط بار خرابی ثبت شد. بار شکست حداکثر بار ثبت‌شده در طول آزمایش در نظر گرفته می‌شود که در آن نمونه نمی‌تواند هیچ بار اضافی تحمل کند. جدول ۶ بارهای شکست برای همه نمونه‌ها و درصد افزایش نسبت به نمونه مرجع (Col.00) را نشان می‌دهد درحالی‌که شکل ۱۴ بر آسیب مشاهده‌شده در هر نمونه در شکست متمرکز است.

نمونه.Col.00 رفتار هر دو ستون مرجع مشابه بود. زمانی که بار افزایش افزایش یافت، ترک‌های مایل شروع به پدیدار شدن در قسمت بالای بخش سرستون کردند. با افزایش بار، تعداد این ترک‌ها افزایش یافت و عمیق‌تر شدند. در تقریباً ۹۲ درصد بار شکست ستون (۱۴۰ kN) پوشش بتنی خردشده و یک کمانش محسوس آرماتور طولی با خمیدگی خارجی یک طرف از آرماتور عرضی (خاموت) رخ داد بصورتی که در شکل ۱۴a نشان داده شده است. هنگامی که بار به kN 1250 رسید، آسیب خرد شدن مشاهده شد و فروپاشی کلی نمونه رخ داد.
نمونه.Col.01.L.3P با افزایش بار، ترک های کوچک شروع به ظاهر شدن درست در زیر صفحه بارگیری کردند. افزایش بیشتر بار منجر به ترک های عمده در قسمت پایین ستون شد. سپس در تقریبا ۹۸٪ بار شکست (۱۷۸۰ kN)، پوشش بتنی شروع به خرد کردن کرد و در هر دو آرماتور طولی و نبشی گوشه کمانش آشکار شد. در بار شکست (۱۸۲۱ kN)، جوش مهار پشتی پایینی به علت گسترش جانبی بتن همانطور که در شکل b14 نشان داده شده است باعث صدای انفجار شد.

نمونه.Col.02.L.6P این نمونه با ترک های جزئی زیر ورق بارگیری آغاز شده است. در قسمت پایین ستون، به علت گسترش جانبی بتن، ترکهای عمده ای تشکیل شدند. همانطور که بار افزایش یافته است، پوشش بتنی خرد می شود و جوش دو عدد مهار قرارگرفته در پایین شکافته می شود. این در تقریبا ۱۶۴۹ kN رخ داده است همانطور که در شکل ۱۴c نشان داده شده است.
نمونه.Col.03.C.3P در قسمت بالای قسمت ستون در زیر صفحه بارگذاری ترک های مایل کوچکی ظاهر می شود. با افزایش بار تعداد این ترک ها افزایش یافت و عمیق تر شدند. در تقریبا ۱۴۸۰ kN، یک کمانش قابل توجه در یک بال و جان ژاکت ایجاد شد و به همراه ترک اصلی باعث خرد شدن پوشش بتنی شد. در نهایت، نمونه در حدود ۱۵۴۵ kN، همانطور که در شکل ۱۴d نشان داده شده است گسیخته شد.

نمونه.Col.04.C.6P در قسمت بالای قسمت ستون در زیر صفحه بارگذاری ترک های مایل کوچکی ظاهر می شود. با افزایش بار ترک های عمده ای شروع به ظاهر شدن در قسمت پایین می کنند و گسترده تر می شوند که باعث می-شود پوشش بتنی خرد شود و آرماتورها آشکار شوند. در نهایت نمونه در تقریبا ۱۸۴۱ kN با یک کمانش کوچک در مهارهای پایین و بال ناودانی، همانطور که در شکل ۱۴e نشان داده شده است گسیخته شد.
نمونه.Col.05.Pl این نمونه با استفاده از صفحات فولادی که تمام ستون را پوشش می داد و با صفحات عمودی که بهم متصل می شدند، تقویت شد؛ بنابراین، امکان مشاهده نه ترک های بتنی و نه رفتار آرماتور، وجود نداشت. در پایان آزمایش، یک کمانش قابل توجه در یک طرف نمونه در قسمت فوقانی رخ داد، در حالی که در سمت دیگر کمانش خفیفی رخ داد که موجب شد شکست بصورتی که در شکل ۱۴f نشان داده شده است اتفاق بیفتد.