ارائه مدل تحلیل غیرخطی قاب بتن مسلح سه بعدی تحت بارهای چرخه ای با درنظر گرفتن اثر اندرکنش بتن و میلگرد

روشهای تحلیلی فراوانی برای تحلیل غیرخطی قابهای بتن مسلح تا به امروز ارائه شده اند که شامل روشهای ساده تا پیچیده می باشند. در هر یک از این روشها وابسته به میزان ساده سازی تحلیلی و فرضیات بکار گرفته شده، دقت نتایج نیز متفاوت می باشد. اگرچه مدلسازی در محیط اجزای محدود به صورت دوبعدی و یا سه بعدی امکان مدلسازی دقیقتر را فراهم نموده و به دقت تحلیل می افزاید ولی به صورت قابل ملاحظه ای هزینه و زمان مدلسازی و تحلیل را افزایش می دهد. لذا از این روشها بیشتر برای مدلسازی جزئی و قسمتی از سازه استفاده شده و برای بررسی سازه های بزرگ لازم است از روشهای ساده تر استفاده شود. با این مقدمه، ارائه یک روش مدلسازی نسبتاً ساده و به دور از هزینه های مدلسازی و تحلیل میکروسکپی در محیط اجزای محدود نقش مهمی در تحلیل عددی قابهای بتن مسلح خواهد داشت. یکی از روشهایی که تا به امروز زیاد برای تحلیل قاب بتن مسلح بکار گرفته شده است، روش مدل فیبری می باشد. مدل فیبری پیوستگی بین بتن و میلگرد را کامل فرض نموده و از لغزش صرف نظر می کند. این در حالی است که فرض پیوستگی کامل بین بتن و میلگرد فرض چندان مناسبی نبوده و باعث اختلاف قابل ملاحظه بین پاسخهای تحلیلی و تجربی می شود. در تحقیق حاضر این روش مبنای کار قرار گرفته است ولی با از میان برداشتن فرض پیوستگی کامل بتن و میلگرد، اثر پیوستگی-لغزش در محاسبات و فرمولاسیون المان بتن مسلح اعمال شده است. علاوه بر این مدل که برای المانهای تیر-ستونی در دو حالت دو بعدی و سه بعدی ارائه شده است، برای مدلسازی قاب بتن مسلح نیاز به ارائه المان اتصال می باشد. لذا در این تحقیق المان اتصال جدیدی ارائه شده است که ضمن انعطاف پذیری برای مدلسازی انواع مختلف المانهای اتصال در یک قاب دو بعدی و سه بعدی، از قبیل اتصال میانی، کناری، گوشه و پای ستون، بتواند با المان تیر-ستون حاوی اثر پیوستگی-لغزش سرهم بندی شود. روش پیشنهاد شده برای مدلسازی المان اتصال، مواردی از قبیل اثر پیوستگی-لغزش میلگردهای گذرنده از درون اتصال، اثر بیرون کشیدگی میلگردهای مهار شده درون اتصال، اثر لغزش برشی، رفتار غیرخطی مصالح و اثر تغییر شکل برشی برای تیپهای های مختلف را لحاظ کرده است و از سادگی و سهولت کافی برای مدلسازی و تحلیل نیز برخوردار است. به کمک برنامه نویسی در محیط matlab و برای دو نوع تحلیل بار افزون و سیکلی، روش عددی پیشنهاد شده برای نمونه های متعدد دو بعدی و سه بعدی در مقایسه با نتایج تجربی مورد ارزیابی قرار گرفته است و دقت بسیار خوب برای آن نتیجه گیری شده است. علاوه بر اعتبارسنجی روش پیشنهادی، حساسیت سنجی روش نسبت به مشخصه های مختلف موثر در تحلیل غیرخطی از قبیل اثر پیوستگی-لغزش، اثر لغزش برشی، اثر بیرون کشیدگی میلگردها از درون اتصالات، تغییر شکل برشی و کمانش میلگردها انجام گرفته است. نتایج نشان می دهد که لغزش برشی تاثیر قابل ملاحظه ای در پاسخ غیرخطی قابهای بتن مسلح ندارد. همچنین فرض پیوستگی کامل بین بتن و میلگرد باعث تخمین بیش از حد واقع با اختلاف قابل ملاحظه در حوزه های سختی و ظرفیت مقاومتی می شود. در برخی موارد این اختلافها در حوزه سختی و مقاومت به ترتیب به حدود 100 و 50 درصد نیز می رسد. علاوه بر این فرض پیوستگی کامل باعث می شود مسیر باربرداری و بارگذاری مجدد در رفتار سیکلی با نتایج تجربی اختلاف ملاحظه ای داشته باشد ولی با از میان برداشتن این فرض، دقت برآورد سختی و ظرفیت مقاومتی بسیار بهبود پیدا کرده و پاسخ تحلیلی با تجربی انطباق خوبی پیدا می کند. بررسی اثر طول مهاری میلگردهای مهار شده درون اتصالات نشان می دهد که در صورت عدم کفایت طول مهاری و ایجاد پتانسیل بیرون کشیدگی میلگرد از درون اتصالات، ظرفیت مقاومتی به صورت قابل ملاحظه ای کاهش یافته و میزان کاهش وابسته به مقدار طول مهاری می باشد. این در حالی است که سختی تغییر قابل ملاحظه ای پیدا نمی کند. نهایتاً روش پیشنهادی در این تحقیق به عنوان روشی کارآمد و با دقت بسیار خوب در تحلیل غیرخطی قابهای دوبعدی و سه بعدی بتن مسلح معرفی می شود.