بررسی تجربی و تحلیلی برش پانچ در اتصالات دیوار برشی به دال یا پی
Abstract
رفتار برشی پی های گسترده ی بتن آرمه در محل اتصال دیوارهای برشی مستطیلی، با انجام آزمایش بر روی چهار نمونه صفحه ی مستطیلی مورد مطالعه قرار گرفت. این آزمایش ها در آزمایشگاه ifma (انستیتو ساختمان های بتنی) دانشگاه لایبنیتز هانوفر انجام شد. ضخامت صفحات چنان انتخاب شد که معرف پی گسترده مقیاس شده باشد، همچنین ابعاد عضو مستطیلی متصل به آن نیز هماهنگ با تناسبات دیوارهای برشی انتخاب شد. درصد فولاد و دیگر خواص صفحه طوری در نظر گرفته شدند که مد گسیختگی پانچ-ترد که مد غالب گسیختگی پی ها می باشد، به دست آید. روند بارگذاری به صورت بار افزایشی با آهنگ رشد یکنواخت در نظر گرفته شد و خروج از مرکزیت ثابت برای هر نمونه چنان انتخاب شد که درمیلگردهای قائم دیوار که در ناحیه مرزی آن متمرکز بودند، تولید نیروی کششی کند. پارامترهای اصلی که در آزمایش ها هدف مطالعه قرارگرفتند عبارت بودند از نسبت ابعادی دیوار، خروج از مرکزیت نسبی یعنی نسبت خروج از مرکزیت بار نسبت به طول ضلع بزرگ دیوار، و نسبت عرض-ضخامت یعنی نسبت عرض دیوار به ضخامت موثر صفحه ی بتنی. این پارامترها به همراه دیگر پارامترهای موثر بر مسئله مانند مقاومت فشاری بتن، مقاومت جاری شدگی میلگردهای فولادی، درصد فولاد، ضخامت صفحه، دهانه نسبی برشی یعنی نسبت دهانه برشی به ضخامت موثر صفحه، انرژی شکافت بتن، و رابطه ی تنش-کرنش بتن در ناحیه پسا-اوج به صورت عددی مطالعه شدند. بخش مطالعات عددی این تحقیق شامل تحلیل های متعدد غیرخطی مدلهای عددی نمونه های آزمایشی با استفاده از نرم افزار atena بود. قبل از این بخش با انجام تحلیل های حساسیت مربوط به نمونه های آزمایشی گزارش شده در منابع موجود، ، تاثیر پارامترهای مختلف بر شبیه سازی عددی مورد مطالعه قرار گرفت. این تحلیل ها نشان داد که atena قادراست به خوبی رفتار برشی اعضای بتنی بدون میلگردهای برشی را برآورد کند. با استفاده از نتایج آزمایش های تجربی و تحلیل های عددی فوق الذکر و به منظور تخمین ظرفیت برش پانچ و ظرفیت دورانی در لحظه ی گسیختگی اتصالات صفحات تخت-ستون های مستطیلی، مدل مکانیکی جدیدی پیشنهاد شد. به دلیل درنظرگرفته شدن تمامی پارامترهای فوق الذکر، بارهای نهائی محاسبه شده توسط این مدل مطابقت خوبی با نتایج تحلیل های عددی دارند. بنابراین از این مدل می توان برای مطالعه ی تاثیر تک تک پارامترها بر رفتار برشی اتصال و یا کاربرد عملی آن به منظور تخمین ظرفیت برش پانچ اتصالات دال-ستون و یا ستون-پی بهره گرفت.روش های طراحی آئین نامه های eurocode2 (2004) وaci318-08 (2008) که از مدل های ساده شدهی گسیختگی پانچ استفاده می کنند، به منظور تعیین مقدار بیش تخمینی این روش ها به هنگام کاربرد ضوابط مربوط به اتصالات دال-ستون در اتصالات ستون-پی و یا دیوار پی مورد نقد وبررسی قرارگرفت. مقایسه ی نتایج آزمایشهای تجربی، یافته های تحلیل های عددی، و مقادیر برآورد شده توسط مدل مکانیکی پیشنهادی با روشهای آئین نامه ای نشانگر این است که در دو مد گسیختگی محتمل، یعنی پانچ-ترد و پانچ-جاری شدگی، تاثیر پارامترهای مختلف یکسان نیستند ولی در این آئین نامه ها به صورت یکسان با آنها برخورد شده است. پارامترهای مهمی چون درصد فولاد ویا اثربعد در آئین نامه ی aci در نظر گرفته نشده اند که این امر منجر به بیش تخمین زده شدن مقادیر بارهای نهائی گردیده است. پارامترهای دیگری چون دهانه نسبی برش، که اندرکنش لنگر خمشی- نیروی برشی صفحه را وارد قضیه می کند و تاثیر محسوسی بر رفتار برشی اتصالات دارد در هیچ یک از این آئین نامه ها در نظر گرفته نشده است.پیشنهاد می شود که عملکرد اتصال با کنترل ظرفیت دورانی به جای کنترل ظرفیت لنگر نامتعادل مورد ارزیابی قرارگیرد، بویژه در مواردی چون اتصالات ستون-پی و یا دیوار-پی که تعیین لنگر نامتعادل مشکل می باشد. مقدار ظرفیت دورانی را می توان با مدل مکانیکی پیشنهاد شده تخمین زد.