تشکیل مفصل پلاستیک در تیرهای بتن‌آرمه چگونه تامین می‌گردد؟ (تسلیم شدن)

شروط تشکیل مفصل پلاستیک در تیرهای بتن‌آرمه چیست؟

تعریف مفصل پلاستیک در سازه‌های بتن‌آرمه: 

مفصل پلاستیک مقطعی است که در آن آرماتورهای طولی مقطع در کشش جاری شوند.

برای جاری شدن آرماتورهای کششی مقطع در کشش چه پارامترهایی بایستی کنترل گردد؟

برای جاری شدن آرماتورهای طولی در کشش بایستی مقدار آرماتورهای طولی و مقدار آرماتورهای عرضی کنترل گردد.

دانلود فیلم کامل شروط لازم برای تشکیل مفصل پلاستیک در تیرهای بتن‌آرمه به مدت 25 دقیقه 

دانلود ورکشاپ طراحی لرزه‌ای سازه‌های بتن‌آرمه

مفصل پلاستیک چیست؟

رفتار آزمایشگاهی اتصال مفصلی در سازه‌های بتن‌آرمه

قاب ساده بتن‌آرمه چیست؟

مفصل پلاستیک در تیرها و ستون‌های بتنی

همگرا کردن میلگردهای طولی در تیرهای بتن‌آرمه

فلسفه آرماتور کششی حداقل:

گاها در طراحی به دلیل الزامات معماری یا عملکرد مورد انتظار، ابعاد تیر به مراتب بزرگتر از مقادیریست که برای خمش لازم است. چنین مقاطعی به صورت تئوری مقادیر بسیار کمی از فولاد کششی لازم دارند. اما این مسئله ممکن است حالت شکست دیگری را برای تیر به شدت کم فولاد به وجود آورد، به صورتی که مقاومت نهائی مقطع از لنگر ترک خوردگی آن کمتر باشد، و تیر بلافاصله بعد از ترک خوردگی تسلیم شود. این حالت شکست بدون هشدار قبلی بوده و بایستی از آن ممانعت گردد. به همین دلیل آئین‌نامه‌های حداقل فولاد کششی مقطع را به گونه‌ای تعیین می‌کنند که بلافصله بعد از اولین ترک خوردگی، مقطع جاری نشود.

فلسفه آرماتور کششی حداکثر:

کوپل خمشی در تیرهای بتن‌آرمه از طریق دو بازوی آرماتور کششی و بتن فشاری تشکیل می‌گردد. تقدم شکست در این دو بخش، شکست نهائی تیر بتنی را تعیین می‌کند. به دلیل اینکه شکل‌پذیری آرماتورهای کششی بسیار بیشتر از شکل‌پذیری بتن فشاری است لذا طرح مطلوب، طرحیست که در آن فولادهای کششی ضعیف‌تر از بتن فشاری بوده و قبل از اینکه بتن فشاری به ظرفیت نهائی خود برسد فولادها جاری شده و وارد حوزه فرا ارتجاعی گردند. لذا مقدار آرماتور کششی یکی از عوامل تاثیرگذار برروی شکل‌پذیری تیرهای بتنی است. با توجه به نمودار روبه‌رو که مقاومت خمشی را در برابر انحنای مقطع نشان می‌دهد، هرچه‌ قدر مقدار درصد فولاد کششی کمتر باشد شکل‌پذیری مقطع بیشتر خواهد بود.  با افزایش درصد فولادهای کششی، مقاومت و سختی افزوده شده لیکن شکل‌پذیری به صورت قابل ملاحظه‌ای محدود می‌گردد و درنهایت برای مقادیر فولاد کششی بالای 2 درصد رفتار کاملا ترد و شکننده خواهد شد.

تاثیر فولاد کششی در شکل‌پذیری تیرهای بتن‌آرمه

فلسفه آرماتور عرضی حداکثر:

آیا در تیرهای بتن‌آرمه به مانند آرماتورهای طولی، حداقل و حداکثر آئین‌نامه‌ای برای محدود کردن آرماتورهای عرضی وجود دارد؟

برای پاسخ به این سوال در ابتدا بایستی به صورت کاملاً مفهومی رفتار تیر بتنی تحت تنش‌های برشی بررسی شود. از آنجایی که لنگر خمشی در نزدیک تکیه‌گاه بسیار اندک بوده و قابل اغماض می‌باشد به همین دلیل می‌توان فرض کرد که این المان تحت تنش‌های برش خالص قرار خواهد گرفت (Pure Shear) در نتیجه می‌توان المان مفروض را به صورت مجزا بررسی نمود.به جای بررسی المان برش خالص، می‌توان این المان را 45 درجه دوران داد (تا به صفحه تنش‌های اصلی برسیم) و المان به دست آمده را بررسی کرد. هر دو المان بالا هم‌ارز یکدیگر می‌باشند و بسته به شرایط می‌توانند به جای یکدیگر مورد استفاده قرار گیرند. (اصول دایره مور از مکانیک جامدات) در المان دوران یافته راستای 1، کششی و راستای2، به صورت فشاری خواهد بود. بتن در کشش ضعیف بوده به همین دلیل تحت کشش ایجاد شده در راستای 1، بتن در راستای عمود بر نیروی کششی ترک خواهد خورد (راستای ترک خوردگی برروی محور 2 خواهد بود) از طرفی بتن در مقابل نیروهای فشاری از مقاومت مناسبی برخوردار بوده، و لذا در راستای 2 برای مقابله با نیروهای فشاری مشکلی وجود نخواهد داشت.

نتیجه:

راستای 1 در کشش: برای مقابله با نیروی کششی راستای 1 لازم است تسلیح در المان انجام شود.

راستای 2 در فشار: برای مقابله با نیروی فشار در راستای 2 خود بتن کفایت می‌کند.

با تسلیح راستای 1 توسط آرماتورهای برشی در این صورت مشکل ترک خوردگی برطرف شده و هر ترک مورب (ترک خوردگی در اثر کشش ناشی از برش)  به وسیله یک یا چند آرماتور برشی دوخته خواهد شد. و راستای 2 نیز توسط بتن باربری می‌شود.حال اگر راستای 1 را به وسیله آرماتورهای بسیار قوی تسلیح بکنیم در این صورت قطر کششی المان بسیار قوی خواهد شد و راستای 2 که همان قطر فشاری است همچنان دارای همان مقاومت قبلی باقی خواهد ماند. در این صورت با افزایش سطح نیروهای وارده مشکلی برای قطر کششی ایجاد نشده و المان در راستای قطر فشاری به واسطه فشار بسیار زیاد خرد خواهد شد.آئین‌نامه‌های مختلف برای جلوگیری از این مورد (شکست ترد قطر فشاری و خرد شدن بتن)  مقدار مقاومت یک مقطع بتنی را  به یک حد مشخصی محدود می‌کنند توضیح آنکه برای یک مقاومت برشی بتن مشخص (Vc) مقدار حداکثر آرماتور برشی (Vs) را ارئه می‌دهد. لذا برای جلوگیری از گسیختگی ترد بتن قطر فشاری حداکثر آرماتور برشی بایستی در مقطع لحاظ شود.

فلسفه آرماتور عرضی حداقل:

حال حالت دیگری را در نظر بگیرید که آرماتور برشی آنقدر در مقطع کم گذاشته شود ( فواصل بزرگتر بین خاموت‌ها در طول تیر بتنی) که بین دو خاموت متوالی ترک به گونه‌ای تشکیل و رشد کند که توسط هیچ خاموتی دوخته نشود به همین دلیل در این حالت نیز به دلیل مقاومت کمتر المان مذکور در راستای کششی (همان راستای 1) تیر دچار گسیختگی خواهد شد.

پس مقدار آرماتورهای عرضی مقطع بایستی هم از کران پایین (حداقل آرماتور برشی) و هم از کران بالا (حداکثر آرماتور برشی) توسط آئین‌نامه‌ها محدود شوند.

این مطالب بخش‌هایی از دوره جامع طراحی عملکردی و بهسازی لرزه‌ای با نرم‌افزار Sap2000 می‌باشد.

دوره طراحی عملکردی و مقاو‌م‌سازی لرزه‌ای دوره طراحی عملکردی و بهسازی لرزه‌ای طراحی عملکردی  طراحی براساس عملکرد دوره طراحی براساس عملکرد و مقاو‌م‌سازی لرزه‌ای دوره طراحی براساس عملکرد و بهسازی لرزه‌ای دوره تحلیل غیرخطی و طراحی براساس عملکرد دوره تحلیل غیرخطی و طراحی عملکردی دوره تحلیل غیرخطی و بهسازی لرزه‌ای دوره تحلیل غیرخطی و مقاوم‌سازی لرزه‌ای