گروه مقاله : مقالات و انتشارات
تاريخ انتشار : 1397/01/09 - 21:16
كد :389

ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس و سیف

ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس و سیف : آموزش مفهومی و دقیق + رفع خطاهای رایج

ضرایب ترک خوردگی دالها

روند اعمال “ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون “و همچنین” دیوار برشی در ETABS ” ، در مقالات مربوطه بحث شد. در این مقاله در گام نخست به­ صورت مفهومی با ضرایب ترک­ خوردگی دال و فرضیاتی که بایست در شرایط مختلف مدنظر قرار دهیم آشنا خواهیم شد. سپس با نحوه اعمالِ ضرایب ترک خوردگی دال در etabs و نکات نرم­ افزاری مربوطه، بحث را پی­ می گیریم. در انتها با یک مثال از وضعیتی که اعمال ضرایب ترک خوردگی دال باعث خطا در تحلیل و طراحی سازه می­ شود؛ و بحث تکمیلی در مورد دال های تخت، مطلب را به پایان خواهیم رساند. لازم به ذکر است در تحلیل و طراحی نرم­ افزاری برای دال­ ها، با دو نرم­ افزار مواجه هستیم. ETABS و SAFE؛ که هریک نکات مخصوص به خود را دارند و مخاطب بایست در پروسه مطالعه این مقاله در هر مرحله دقت کافی را داشته باشد که در مورد کدام نرم­ افزار بحث می­ شود.

پس از مطالعه این مقاله شما قادر خواهد بود با یک دید مهندسی در وضعیت­ های گوناگون متصور برای هر پروژه­ ای، اقدام به درنظر گرفتن اثر ضرایب ترک ­خوردگی دال ها نمایید.

فلسفه اعمال ضرایب ترک­ خوردگی دال :

در دال­ های بتن­ آرمه، همانند بحثِ ترک خوردگی در تیر و ستون ، دیوارهای برشی و… تحت بارهای وارده، شاهد چنین رخدادی خواهیم بود. حضور این ترک­ ها بایست به­ نحوی مناسب در مدلسازی اعمال شوند. چرا که رفتار عضو دراثر این ترک­ ها با حالت بدون ترک متفاوت خواهد بود. و مواردی از قبیل سختی خمشی، خیز دال ­ها، آرماتورهای موردنیاز دال و… در اثر ترک­ خوردگی دال دستخوش تغییر خواهند شد.

باتوجه به پیچیدگی­ های موجود در انتخاب سختی­ های متفاوت برای هریک از اعضا، مطابق با رویکرد کلی در علم مهندسی عمران جهت تحلیل راحت­ تر مسائل، از ضرایب اصلاح سختی برای اعمال اثر ترک ­خوردگی استفاده می­ شود.

آیین­ نامه بتن آمریکا، در جدولی ضرایب اصلاح سختی خمشی را برای تیر، ستون، دیوار برشی و دال های بتن آرمه بیان می­ کند. مطابق با جدول مذکور برای دال­ های بتن­ آرمه ضریب اصلاح سختی خمشی 0.25 خواهد بود.

 

ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس :

تعریف دال دو طرفه بتن­ آرمه در نرم­ افزار، تاثیر بسیاری بر عملکرد و نتیجتاً ضرایب ترک­ خوردگی دال خواهد­ داشت. این بخش مهم از مقاله را با طرح پرسشی آغاز می­ کنیم:

اگر سیستم کف بتن­ آرمه باشد، تعریف نرم­ افزاری دال بایستی طبق کدامیک ازتعاریف  Shell یا Membrane باشد؟

در نگاه اول شاید این پرسش اساساً ارتباطی با موضوع ما نداشته باشد. اما بایست مجدداً تعاریف Shell و Membrane را مختصراً بررسی نماییم.

همانطور که می­دانیم عملکرد Shell  به گونه ایست که هم سختی درون ­صفحه ای و هم سختی خمشی خارج از صفحه را برای مقطع مورد نظر، هنگام مش بندی فراهم می آورد. این درحالی­ است که Membrane تنها سختی درون صفحه ای را دارا خواهد بود.

زمانی­که در نرم­ افزار ETABS دال از نوع Shell مدل می­ شود، لبه­ های دال به­ صورت گیردار به تیرهای محیطی متصل خواهند شد. بنابراین همانند تیرها در تحمل نیروهای جانبی به قاب خمشی کمک خواهند کرد. این درحالی­ است که مطابق استاندارد 2800 زلزله، کف­ ها نبایست در باربری جانبی مشارکت داشته باشند.

با این تفاسیر تعریف سقف در نرم­ افزار ETABS برای دال­ های دو طرفه­ ای که بر روی تیرها تکیه دارند بایست با تعریف Membrane باشد.

با کنار هم گذاشتن دو نکته مهم از پرسش و پاسخ فوق به نتیجه ذیل دست خواهیم یافت:

“تعریف دال دو طرفه بتن­ آرمه در نرم­ افزار ETABS بایست Membrane باشد و از آنجائیکه Membrane سختی خارج از صفحه ندارد لذا عملاً اعمال ضرایب اصلاح سختی خمشی دراین حالت بی­ اثر خواهد بود.”

بحثی که تاکنون مطرح شد در نرم ­افزار ETABS بود.

بایست درنظر داشته باشیم که طراحی آرماتور­های دال اساساً در نرم ­افزار SAFE صورت می­ گیرد. برای طراحی دال در نرم­ افزار SAFE با انتقال اطلاعات (export) از ETABS به SAFE تعریف دال نیز به­ صورت اتوماتیک از Membrane به Shell تغییر می­ یابد. پس در این حالت ضرایب اصلاح سختی خمشی اثر گذار بوده و بایست مطابق آیین­ نامه برابر 0.25 در نظر گرفته شوند.

برای درک بهتر تفاوت های دو المان Shell و Membrane پیشنهاد می کنیم به مقاله Shell یا Membrane مراجعه کنید.

برای یک جمع ­بندی مناسب از مطالب مطرح شده نمودار درختی زیر می­تواند مفید باشد:     ­

 ضرایب ترک­ خوردگی دال در سیف :

اگر دال بتن­ آرمه متکی بر تیر باشد اعمال ضرایب ترک خوردگی دال­ ها صرفاً درنرم­ افزار SAFE (چرا؟) و مطابق با گام­ بندی تصویری زیر قابل انجام خواهد بود:

دال­ ها را انتخاب و از منوی تصویر زیر به قسمت اصلاح مشخصات می­ رویم.

مطابق شکل زیر پس از کلیک برروی گزینه Property modifiers، پنجره­ ای نمایان می­ شود که در حالت پیش­ فرض تمامی ضرایب آن یک می­ باشند.

حال کافیست با توجه به مطالبی که آموختیم بخش­ های مرتبط با سختی خمشی را اصلاح نماییم، برای این منظور در خانه­ های مشخص شده در شکل فوق ضریب 0.25 وارد می­ نماییم.

 

در بین گزینه­ های موجود در پنجره Property modifiers چرا ضریب 0.25 فقط به دو آیتم خاص تعلق گرفت؟

با یادآوری این نکته که اثر ترک­ خوردگی دال با اعمال ضرایب کاهنده در سختی خمشی منظور می­ شود، به سادگی متوجه می­ شویم که ضرایب F11 و F22 و F12 که از جنس تنش­ های نرمال و برشی می­ باشند، نیاز به تغییر نخواهند داشت. تصویر زیر دید مناسبی در این­باره ایجاد می­ کند.

در شکل زیر نیز M11، M22 و M12 را مشاهده می کنیم که M12 عملکرد پیچشی داشته و بنابراین نیاز به اصلاح آن نیز نخواهد بود.

واکاوی یک خطای شایع درمورد خیز دال ها :

مبحث نهم از مقررات ملی ساختمان در فصل هفدهم و درقالب موضوع تغییرشکل­ و ترک ­خوردگی، بیان می­ دارد که در قطعات تحت خمش (نظیر دال­ها)، سختی قطعات باید به ­اندازه­ ای باشد که تغییرشکل ایجاد شده شرایط مطلوب بهره­ برداری نظیر خیز دال را حفظ کند. همچنین برای محاسبه سختی قطعات تحت خمش باید اثر ترک ­خوردگی بتن در نظر گرفته شود.

طراحان با توجه به این بند اقدام به اعمال ضرایب ترک­ خوردگی در هنگام تعیین تغییرشکل­ های دال می­ کنند. اما آیا این اقدام صحیح است؟

از جمله کاربردهای نرم­ افزار SAFE در تحلیل و طراحی دال­ها، کنترل خیز دال در این نرم افزار می­ باشد. بصورت عملی یک سازه را در ETABS مدل و به SAFE انتقال می ­دهیم، مطابق با آنچه آموختیم ضریب اصلاح سختی را در بخش­ های مربوطه وارد کرده و خیز حداکثر دال را بدست می­ آوریم.

نحوه محاسبه خیز دال به­ علت عدم ارتباط با موضوع مقاله درج نگردیده و صرفاً از نتایج بدست آمده از نرم ­افزار استفاده شده است.

اگر به این موضوع علاقه مند هستید پیشنهاد می کنیم دو مقاله ی جذاب و مفهومی :

” خیز مجاز تیر و دال ”

” کنترل خیز دال در safe ”

را حتما ببینید.

 

با مقایسه مقدار خیز حداکثر به ­دست آمده و خیز مجاز آیین ­نامه­ ای متوجه می­ شویم که خیز دال از حد مجاز تجاوز کرده و ضخامت دال ناکافی است. اتفاقی که نبایست رخ­ می­داد! چرا که مطابق بند زیر از مبحث نهم ضخامت دال ما به ­اندازه­ ای بود که اساساً نیاز به کنترل خیز نداشته باشیم.

میرویم به سراغ مبحث نهم…

9-17-2-6-3 در سیستم های دال های دو طرفه که بر اساس فصل هجدهم مبحث نهم طراحی شده اند در صورتیکه ضخامت دال بیشتر از مقادیر مشخص شده در بندهای 9-17-2-6-4 و 9-17-2-6-5 باشد، کنترل تغییر شکل تحت بارهای متعارف الزامی نیست.

موردی که بررسی نمودیم خطایی شایع در کنترل خیز دال­ها بود. اما علت این خطا چیست؟

نرم­ افزار SAFE در کنترل خیز، آنالیز را بصورت غیرخطی انجام می­ دهد و در پروسه تحلیل خود اثر ترک­ ها را منظور خواهد نمود. زمانی که ما به­ صورت دستی ضرایب اصلاح سختی را اعمال می­ کنیم گویی کاهش سختی دال در دو مرحله صورت گرفته و نتیجتاً خیز دال جوابگوی الزامات آیین­ نامه نخواهد بود.

بخش تکمیلی درمورد مدلسازی دالهای تخت :

کاربرد دال های تخت (فاقد تیر) در سال ­های اخیر به­ علت مزایایی که فراهم آورده­ اند رو به افزایش بوده است. در مدل سازی دال ­های تخت در نرم­ افزار ETABS بر خلاف دال­ های متکی بر تیر لازم است از تعریف Shell استفاده نماییم.(چرا؟) درنتیجه اعمال ضرایب ترک خوردگی دال در نرم­ افزار ETABS نیز لازم و اثر گذار خواهد بود. توجه داشته باشیم که اعمال ضریب اصلاحی در نرم­ افزار SAFE همچنان به قوت خود باقی­ است.

برای این منظور گام ­بندی زیر برای اعمال ضریب مذکور ارائه می گردد:

حال کافیست با توجه به مطالبی که آموختیم بخش­ های مرتبط با سختی خمشی را اصلاح نماییم، برای این منظور در خانه­ های مشخص شده در شکل فوق ضریب 0.25 وارد می­ نماییم.

 

نتیجه­ گیری :

  1. اثر ترک­ خوردگی بایست در تحلیل و طراحی دال­ های بتن­ آرمه مدنظر قرار گیرد، برای این منظور آیین­ نامه­ ها ضرایب ثابتی را ارائه می­ دهند.
  2. تعریف Shell یا Membrane دال در نرم­ افزار ETABS بر لزوم یا عدم لزوم اعمال ضرایب اصلاح سختی اثر گذار خواهد بود.
  3. در دال­های متکی بر تیرها، در نرم­ افزار ETABS اعمال ضریب اصلاح سختی لازم نبوده ولی در دال­های تخت بایست این عمل صورت گیرد.
  4. تحت هر وضعیتی از دال اعمال ضریب اصلاح سختی در نرم­ افزار SAFE برای تحلیل و طراحی الزامی است.
  5. دقت داشته باشیم که شیوه آنالیز نرم­ افزار SAFE در محاسبه خیز حداکثر دال غیر خطی می­ باشد. در این وضعیت حتماً یک فایل کمکی ساخته و در آن بدون اعمال ضرایب کاهش سختی خیز را کنترل نماییم.

منابع :

  1. Building Code Requirements for Structural Concrete -ACI 318-14
  2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392
  3. آیین­ نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4
  4. سایت سبز سازه sabzsaze.com
نويسندگان شرکت دال ماندگار
ابزار تلگرام

آپلود عکسابزار تلگرام برای وبلاگ