Minimum vertical reinforcement requirement for ductile RC wall in ACI 318-19
شکلپذیری و ظرفیت تغییرشکلی دیوارهای برشی در محدوده مفصل پلاستیک، وابسته به عملکرد غیرخطی ترک خوردگی بتن، خورد شدن بتن و جاری شدن آرماتورهای قائم میباشد. ظرفیت دورانی مفصل پلاستیک وابسته به توزیع ترک خوردگی میباشد هرچقدر تعداد ترکها در محدوده جاری شدن آرماتورهای قائم بیشتر باشد و توزیع ترکها در ارتفاع محدوده مفصل پلاستیک یکنواخت باشد به همان اندازه ظرفیت دورانی مفصل پلاستیک بیشتر خواهد بود. بنابراین مطابق با شکل 1، برای رسیدن به شکلپذیری مطلوب در زلزله، بایستی دیوارهای برشی بتنآرمه برای تشکیل تعداد زیادی ترک توزیع یافته (ترک اولیه و ثانویه) در محدوده مفصل پلاستیک طراحی شوند. اگر مطابق با شکل 2 و 3، تشکیل ترکها در محدوده مفصل پلاستیک به صورت محدود یا تکی باشد، در این صورت انتشار رفتار غیرخطی در ارتفاع دیوار، به صورت قابل ملاحظه کاهش یافته لذا شکلپذیری دیوار محدود شده یا بعضاً دیوار دارای رفتار غیرشکلپذیر (ترد) خواهد بود. در طی زلزلههای 2010-2011 کنتربری در نیوزیلند، برخلاف ترک خوردگی توزیع یافته مورد انتظار در محدوده پلاستیک، چندین دیوار برشی مسلح (با رفتار غالب خمشی) با مقدار آرماتورهای طولی متوسط، متحمل ترک با تعداد محدود یا بعضاً ترکها تکی شدند. چنین رفتاری برای دیوارهای برشی بتنآرمه در زلزله 1985 شیلی نیز رخ داده بود. به دلیل عدم وجود ترکهای توزیع یافته، طول مفصل پلاستیک به صورت قابل ملاحظه کاهش یافته و محدود به همین ترکها با تعداد اندک خواهد شد. در نتیجه تمرکز تغییرشکلهای غیرخطی آرماتورهای طولی در عرض یک یا چند ترکِ محدود، موجب گسیختگی زودهنگام آرماتورهای طولی میشود. بنابراین ظرفیت تغییرشکلی دیوار مطابق با شکلهای 2 و 3 (که قبلاً بحث شد)، بسیار کاهش خواهد یافت. نمونه دیوارهای برشی با توزیع ترک محدود در زلزله کنتربوری در شکلهای زیر نشان داده شده است. علاوه بر ضعفهای ذکر شده، باز شدن قابل ملاحظه این ترکها در پای دیوار آسیبهای دیگری نظیر ازدیاد طول محوری، لغزش، ناپایداری خارج از صفحه و کمانش موضعی آرماتورهای طولی دیوار را نیز به دنبال خواهد داشت. بنابراین بایستی از طرح و اجرای دیوارهای با رفتار غالبِ توزیع ترکِ محدود و ترکِ تک اکیداً جلوگیری شود.
استاندارد ACI 318-19 برای رسیدن به توزیع ترک یکنواخت و گسترده در طول ناحیه مفصل پلاستیک دیوارهای برشی با رفتار غالب خمشی، سه ضابطه مهم زیر را عنوان میکند:
18.10.2.4 Walls or wall piers with hw/ℓw ≥ 2.0 that are effectively continuous from the base of structure to top of wall and are designed to have a single critical section for flexure and axial loads shall have longitudinal reinforcement at the ends of a vertical wall segment that satisfies (a) through (c).
(a)Longitudinal reinforcement ratio within 0.15ℓw from the end of a vertical wall segment, and over a width equal to the wall thickness, shall be at least 0.5*f'c^0.5/fy
(b)The longitudinal reinforcement required by 18.10.2.4(a) shall extend vertically above and below the critical section at least the greater of ℓw and Mu/3Vu.
(c)No more than 50 percent of the reinforcement required by 18.10.2.4(a) shall be terminated at any one section.
جک میلی در کتاب طراحی لرزهای سازههای بتنآرمه 6 نمونه دیوار با نسبت آرماتورهای طولی مختلف در المانهای مرزی را مورد ارزیابی قرار داده است. دیوارها همگی دارای طول 6.1m و ضخامت 30cm میباشند. نسبت آرماتورهای طولی در المانهای مرزی بین 0.25% تا 4% میباشد. طول المان مرزی برابر با 61cm معادل 10% طول کل دیوار میباشد. مقدار مقاومت فشاری بتن 27.6 Mpa و تنش تسلیم آرماتورهای طولی 476 Mpa میباشد. آنالیز ممان-انحنا برای همه دیوارها در شکل زیر نشان داده شده است. نتایج آنالیز نشان میدهد بعد از وقوع اولین ترک خوردگی مقدار مقاومت خمشی دارای افت قابل ملاحظه میباشد. این افت در نمونه دارای آرماتور طولی 0.25% بیشترین مقدار را دارد. در صورتی که مقدار آرماتورهای طولی المان مرزی خیلی پایین باشد یک ترک در مقطع بحراین تشکیل شده و کل تغییر شکل دیوار متمرکز در این ترک بوده و ظرفیت دورانی مفصل پلاستیک بسیار کاسته میشود. جک میلی مقدار حداقل آرماتور طولی در المان مرزی را برای بتن و آرماتورهای طولی متعارف برابر با 1% پیشنهاد میکند.
حداقل ضوابط آرماتورهای قائم در دیوارهای برشی شکلپذیر براساس استانداردهای مختلف از آمریکا، کانادا، اروپا، نیوزیلند و چین در شکل نشان داده شده است.
رعایت حداقل مقدار آرماتورهای طولی در المانهای مرزی دیوارهای برشی با رفتار غالب خمشی، از اهمیت بسزایی برخوردار میباشد.
بعد از زلزلههای مخرب نیوزیلند در سالهای ۲۰۱۰-۲۰۱۱ تحقیقات گستردهای در این زمینه در نیوزیلند آغاز شد.
ضابطه حداقل مقدار آرماتورهای طولی در المانهای مرزی اول وارد ویرایش سوم استاندارد بتن نیوزیلند شد سپس با تکمیل تحقیقات موازی، با ارجاع به کارهای آزمایشگاهی دانشگاه اکلند نیوزیلند وارد استاندارد ACI 318-19 هم شد.
پیشنهاد جک میلی برای آرماتورهای طولی المانهای مرزی در دیوارهای با بتن و آرماتورهای متعارف، برابر با ۱٪ میباشد. استاندارد بتن کشور چین نیز برای دیوارهای برشی در مناطق با خطر لرزه خیزی بسیار زیاد همین مقدار را پیشنهاد میکند.
یک نکته بسیار مهم در استاندارد ACI 318-19 مغفول مانده است. استاندارد بتن نیوزیلند مقدار حداقل آرماتورهای طولی قائم در جان دیوار را هم وابسته به مقدار مقاومت بتن فشاری و مقاومت تسلیم آرماتورهای طولی میکند. نتایج تست و مدلهای عددی نشان میدهد دیوارهای برشی این استاندارد رفتار بسیار مناسبی نسبت به سایر استانداردها دارد.
Leave a comment