گسیختگی-برشی
ماهیت ترد و ناگهانی شکست برشی باعث شده است در سازه های مقاوم دربرابر زلزله یکی از مهمترین الزامات ،بکارگیری تدابیری برای دوری از انهدام برشی باشد.از آنجا که شکست برشی ستون همراه با ایجاد ترک های مورب در کل ارتفاع ستون خواهد بود لذا در مقاوم سازی ستون های بتن آرمه در برابر برش لازم است کل ارتفاع ستون مقاوم سازی شود. شکست های برشی ترد هستند و منجر به کاهش سریع مقاومت جانبی پایه میگردند.ستون های کوتاه با جزئیات آرماتوربندی عرضی قدیمی بویژه به شکست برشی آسیب پذیرند ، در حالیکه برای یک بار جانبی داده شده مقاومت خمشی موجود معمولا خیلی بیشتر از مقاومت برشی می باشد. ستون های بتن آرمه پل ها به دلایل مختلفی ممکن است در اثر برش آسیب پذیر باشند ، مهمترین این علت ها عبارتند از : ناکافی بودن خاموت ها ، کوتاه بودن ستون ها ، کمتر بودن ظرفیت برشی اولیه مقطع از نیروی برشی وارد بر آن در هنگام زلزله و نهایتا کاهش ظرفیت برشی مقطع در هنگام زلزله یک گسیختگی ترکیبی برشی-خمشی هم میتواند رخ بدهد و با انتقال ناحیه مفصل پلاستیک همراه باشد.مفصل پلاستیک میتواند به مقطعی که نسبت فشار دورگیر به ممان خمشی اعمالی کمتر باشد منتقل شود.اگر فاصله آرماتورهای عرضی در ارتفاع پایه یکسان نباشد گسیختگی برشی ممکن است دور از ناحیه مفصل پلاستیک رخ دهد.
با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه ( در اثر باد یا زلزله ) به طرق مختلف مقابله می شود که اثر زلزله بر ساختمانها از سایر اثرات وارد بر آنها کاملا متفاوت می باشد . ویژگی اثر زلزله در این است که نیروهای ناشی از آن به مراتب شدیدتر و پیچیده تر از سایر نیروهای مؤثر می باشند . عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی ، دیوار برشی و یا ترکیبی از آن دو می باشند . استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی بخصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به جزئیات خاصی دارد که شکل پذیری کافی قاب را تأمین نماید .این جزئیات از لحاظ اجرایی غالبا دست و پاگیر بوده و در صورتی می توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی بالا باشد از لحاظ برتری می توان گفت که دیوار برشی اقتصادی تر از قاب می باشد و تغییر مکانها را کنترل می کند در حالی که برای سازه های بلند قاب به تنهایی نمی تواند در این زمینه جوابگو باشد . حال به ذکر چند نمونه از دیوارهای برشی می پردازیم :
۱-دیوار های برشی فولادی : بعضی مواقع ورقهای فولادی به عنوان دیوارهای برشی بکار می روند . برای جلوگیری از کمانش موضعی چنین دیوارهای برشی فولادی لازم است از تقویت کننده های قائم و افقی استفاده شود.
۲-دیوارهای برشی مرکب : دیوارهای برشی مرکب شامل : ورق ها ی تقویت شده فولادی مدفون در بتن مسلح ، خرپاهای ورق فولادی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح و دیوارهای مرکب ممکن دیگر ، که تماما با یک قاب فولادی و یا با یک قاب مرکب تؤام هستند می شود .
۳- دیوارهای برشی مصالح بنایی : از دیر زمان در ساختمانهای مصالح بنایی از دیوارهای مصالح بنایی توپر غیر مسلح استفاده می شده است ولی روشن شده است که این دیوارها از نقطه نظر مقاومت در مقابل زلزله ضعف دارند و لذا اکنون به جای آنها از دیوارهای برشی مسلح نظیر دیوارهای با آجر تو خالی و پر شده با دوغاب استفاده می شود . ۴-دیوارهای برشی بتن مسلح : نوع دیگری از دیواهای برشی ، دیوارهای برشی بتن مسلح است که در این مقاله به آن می پردازیم. یکی از مطمئن ترین روشها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح است . دیوار برشی به عنوان یک ستون طره بزرگ و مقاوم در برابر نیروهای لرزه ای عمل می کند و یک عضو ضروری برای سازه های بتن مسلح بلند و یک عضو مناسب برای سازه های متوسط و کوتاه می باشد .
دو نوع دیوار برشی بتن مسلح وجود دارد : ۱-دیوار برشی در جا :در دیوار برشی در جا به منظور حفظ یکنواختی و پیوستگی میلگرد های دیوار ، به قاب محیطی قلاب می شوند . ۲-دیوار برشی پیش ساخته : در دیوار های برشی پیش ساخته یکنواختی و پیوستگی با تهیه کلیه های ذوزنقه شکل در طول لبه های پانل و یا از طریق اتصال پانلها به قاب توسط میخهای فولادی صورت می گیرد . تأثیر شکل دیوار : تعبیه بال در دیوارها برای پایداری و شکل پذیری سازه بسیار مفید می باشد .
علم مهندسی زلزله ساختمانها در سال ۱۹۵۰ میلادی هم زمان با فعالیت‌های گسترده بازسازی پس از پایان جنگ جهانی دوم شروع گردید. تلاش‌های اولیه به منظور مقاوم‌سازی ساختمانها، براساس فرضیاتی نه چندان دقیق بر روی واکنش سازه در اثر ارتعاش زمین صورت گرفت که بدلیل کمبود ابزار تحلیل مناسب و سوابق اطلاعاتی کافی در مورد زلزله، روش‌های ناقصی بودند. مشاهده عملکرد سازه‌ها در هنگام وقوع زلزله و همچنین مطالعات تحلیلی و کارهای آزمایشگاهی و جمع‌آوری اطلاعات مربوط به زمین‌لرزه‌های چهار دهه اخیر، امکان ارایه روشی مدرن برای طراحی سازه‌های مقاومت در برابر زلزله را فراهم آورده است. در طی دهه ۱۹۵۰، سیستم ”قاب خمشی شکل‌پذیر“ از سیستم ”قاب خمشی“ که در آن زمان تنها سیستم مقاوم در ساختمانهای چندین طبقه بتنی و فولادی بود ، منشا گرفت و به دلیل رفتار مناسب این سیستم در برابر زلزله، کاربرد آن تا اواخر دهه ۱۹۷۰ ادامه یافت. در طی این مدت سیستم‌های جدیدتر و کارآمدتری نظیر دیوارهای برشی و یا خرپاها برای تحمل فشار جانبی باد در ساختمانهای بلند رایج شدند و تقریباً روش ساخت به صورت قاب تنها در این ساختمانها، کنار گذاشته شد. تحقیقات تجربی و تئوری انجام شده در سراسر جهان طی دهه‌های ۶۰ و ۷۰ و ۸۰ میلادی منجر به جمع‌آوری اطلاعات مفصلی در رابطه با واکنش سیستم‌های ساختمانی دارای دیوار برشی در هنگام زلزله شد که این مطالعات بر اهیمت قاب خمشی شکل‌پذیر در کاهش بار زلزله تأکید داشتند. با توجه به اینکه سازه‌های دارای صلبیت بیشتر (یعنی شکل‌پذیری کمتر) در هنگام زلزله، تحت نیروهای به مراتب قوی‌تری قرار می‌گیرند و از آنجا که وجود دیوار برشی در ساختمانها باعث افزایش صلبیت آنها می‌شود، کاربرد دیوارهای برشی، نامناسب تشخیص داده شد و بیشتر ساختمانها به روش قاب خمشی ساخته شدند. برای نمونه در برخی از کشورها خصوصاً کشورهای توسعه نیافته بدون رعایت حداقل ضوابط شکل‌پذیری، قاب‌های ساختمانی از انواع شکننده و فاقد قابلیت تحمل زلزله‌های قوی بدون وارد آمدن آسیب شدید به ساختمان، اجرا شدند و همانگونه که در زمین لرزه‌های چهار دهه اخیر مشاهده شد، بسیاری از ساکنین خود را در ”تله‌های مرگ“ گرفتار کردند.
در دهه‌های اخیر روش‌های شکل‌پذیر ساختن سیستم‌های سازه‌ای که گاهی قابلیت افزایش مقاومت در برابر زلزله را نداشتند مورد توجه قرار گرفت که ضمن ایجاد احساس امنیت کاذب، هیچگونه بازدهی کافی نداشتند. در ابتدای پیدایش علم مهندسی زلزله، بسیاری از متخصصین مفهوم شکلی‌پذیری (ductility) را با انعطاف‌پذیری (flexibility) اشتباه کردند و در نتیجه سازه‌های انعطاف‌پذیر زیادی در مناطق زلزله‌خیز جهان ساخته شد. با اینکه تعدادی از آنها شکل‌پذیر بودند اما هنگام وقوع زلزله، در اثر پیچش زیاد بین طبقات، خسارات غیر قابل جبرانی به این ساختمانها وارد شد. در ساختمان‌سازی امروزی که تنها ۲۰ درصد کل مخارج مربوط به هزینه در سیستم سازه‌ای و مابقی صرف مخارج کارهای معماری و تأسیسات برقی و مکانیکی می‌شود. انتخاب یک سیستم سازه‌ای مناسب که امنیت جانی و مالی افراد را در برداشته باشد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار بوده و یکی از راه‌های رسیدن به چنین امنیتی استفاده از دیوارهای برشی در سازه‌های بتنی می‌باشد. جزئیات شکل‌پذیری دیوارهای برشی که بعد از مطالعات اخیر، در برخی آئین‌نامه‌ها ذکر شده‌اند هنوز در زلزله‌های واقعی مورد آزمایش قرار نگرفته‌اند. بدون شک استفاده از این جزئیات، باعث شکل‌پذیرتر شدن دیوارها می‌شود ولی میزان دقیق بهره‌وری از شکل‌پذیری باید در زلزله‌های واقعی و یا مطالعات پیچیده پاسخ‌های دینامیکی دیوار در اثر زلزله مشخص شود. طراحی دیوار به صورت شکل‌پذیر هنگامی صحیح است که مقاومت آن از طریق خمش صورت بگیرد نه از طریق برش و همچنین ظرفیت برشی دیوار در هر مقطع از برش آن مقطع که بر مبنای مقاومت خمشی دیوار به دست می‌آید، بیشتر باشد. علاوه بر این نه تنها ظرفیت برشی نهائی بلکه رفتار عضو بین حالت شروع ترک‌خوردگی و حالت گسیختگی برشی نیز مشخص باشد.
با اینکه سازه‌های دیوار برشی در ۳۰ سال اخیر، از فولاد کمتر از مقدار توصیه شده توسط آئین‌نامه‌های فعلی آمریکا برخوردار بوده‌اند اما با این وجود در برابر زلزله‌های این سه دهه به خوبی مقاومت کرده‌اند. بررسی‌های انجام شده از سال ۱۹۶۳ به بعد روی عملکرد این سازه‌ها، هنگام وقوع زلزله، نشان داده‌اند که با وجود مشاهده ترک‌های مختلف، حتی یک مورد ویرانی یا تلفات جانی در سازه‌های با دیوار برشی گزارش نشده است. اغلب خسارات ساختمانهای با سیستم قاب، در اثرپیچش طبقات (و در نتیجه گسیختگی برشی ستون‌ها) بوده است. البته این دلیل بر عدم مقاومت سازه‌های قابی طرح شده به روش‌های جدید، در برابر زلزله نمی‌باشد بلکه هدف نمایش قابلیت بالای دیوارهای برشی حتی در صورت آرماتورگذاری با شیوه‌های قدیمی و غیر علمی است. با مشاهده ویرانی ساختمانها تحت زلزله‌های اخیر (۱۹۷۲ نیکاراگوئه و ۱۹۸۵ مکزیک و ۱۹۸۸ ارمنستان)، تأکید بر استفاده از دیوارهای برشی (مخصوصاً در ساختمانهای مسکونی) امری معقول به نظر می‌رسد و نشان می‌دهد که ساخت سازه‌های بدون دیوار برشی در مناطق با زلزله‌خیزی شدید یک نوع ریسک محسوب شده که با توجه به عواقب ناگوار آن قابل توصیه نمی‌باشد.