مقاله تحلیلی: تحلیل گام به گام تغییر شکل با استفاده از CSI SAFE

 طبق بخش 4.4 در ACI 435R:

«به دلیل پیچیدگی‌های موجود در محاسبه‌ تغییر شکل‌های دال دوطرفه، مهندسان ترجیح می‌دهند که تغییر شکل‌ها را با ارائه‌ حداقل ضخامت دال به صورت تابعی از طول دهانه کنترل کنند. معادلاتی مانند آنچه در بخش 9.5 از ACI 318 آمده در جدول 4.2 نشان داده شده است. معادلات ACI 318 حداقل ضخامت را به صورت تابعی از دهانه‌ بین ستون‌ها، مقاومت تسلیم فولاد و سختی خمشی تیرهای کناری، ارائه می‌دهند. مقادیر حداقل ضخامت برای اثرات ناشی از دراپ پنل¬ها و لبه‌های ناپیوسته، اصلاح می‌شوند. ACI 318 در صورت محاسبه‌ تغییر شکل و ارضای مقادیر ماکسیمم مجاز مشخص شده، به ما اجازه‌ ضخامت‌های دال کمتر را هم می‌دهد».

در این پست من سعی می‌کنم که به صورت گام به گام نحوه‌ محاسبه‌ تغییر شکل دال‌ها را با استفاده از نرم‌افزار SAFE توضیح دهم:

1. تغییر شکل‌های آنی – بدون آب‌رفتگی و بدون خزش
2. تغییر شکل‌های بلندمدت – بار دائمی با خزش و آب‌رفتگی

تغییر شکل‌های آنی – بدون آب‌رفتگی و بدون خزش

در اینجا ما یک دال با مشخصات زیر داریم:

• دهانه‌ 10 متری در هر طرف
• ضخامت دال صلب 40 سانتیمتر
• مقاومت فشاری بتن 25 MPa
• بار یکنواخت مرده‌ 0.5 تن بر متر مربع به همراه بار زنده‌ یکنواخت 1 تن بر مترمربع
• دارای تکیه‌گاه روی چهار لبه بر روی ستون‌های مربعی 80 در 80 سانتیمتر

این مثال تنها برای شفاف‌سازی نحوه‌ محاسبه‌ تغییر شکل در نرم‌افزار SAFE است؛ بنابراین جواب‌های اقتصادی‌تری هم برای این دهانه‌ها به صورت پیش‌تنیده، دال‌هایی با هسته‌ خالی و ... وجود دارد.

 در مواردی که نیاز به تعریف بارها هست (Define – Load)، ما یک بار به نام IMMEDIATE –ALL LOADS تعریف می‌کنیم که در آنجا الگوهای بار (مرده و زنده و بارهای تحمیلی مرده) را در یک حالت بارگذاری تحت تحلیل غیرخطی (ترک خورده) قرار می‌دهیم.

 برای مقایسه، یک ترکیب بار که شامل تمام الگوهای بار است را تعریف می‌کنیم (زنده + مرده + بار تحمیلی مرده). این یک ترکیب بار الاستیک خطی (ترک نخورده) خواهد بود.

اکنون ما تنظیمات تحلیل ترک‌خوردگی را تحت منوی Run تعریف می‌کنیم، در اینجا ما سه گزینه داریم که باید انتخاب شوند:

• آرماتور مشخص شده توسط کاربر (User Specified Rebar)
• از طراحی بر مبنای اجرای محدود (From Finite Element Based Design)
• مشخصات آرماتوربندی کششی سریع (Quick Tension Rebar Specification)

در این مثال ما گزینه From Finite Elements Based Design را انتخاب می‌کنیم.

بعد از انجام تحلیل، نتایج به صورت زیر به دست خواهند آمد:

در حالت IMMEDIATE – ALL LOADS = حداکثر تغییر شکل برابر با 5.6 سانتیمتر است.

ترکیب بار الاستیک = ماکسیمم تغییر شکل برابر با 2.8 سانتیمتر است.

در اینجا می‌توانیم ببینیم که تغییر شکل تحت تحلیل ترک غیرخطی تقریباً دو برابر تغییر شکل تحت ترکیب بار خطی الاستیک است.

تغییر شکل‌های بلندمدت – بارهای دائمی با خرش و آب‌رفتگی

اکنون ما تغییر شکل طولانی مدت ترک‌ خورده را به دست می‌آوریم – بار پایدار با خزش و آب‌رفتگی.

تحلیل در تغییر شکل ترک‌خورده‌ بلندمدت (Long – term cracked deflection) به دو دسته‌ زیر تقسیم بندی شده است:

• بخش غیر پایدار (Non – sustained) که در تحلیل مقطع ترک خورده تنها بخش غیر پایدار بارهای مرده را در نظر گرفته و حل تغییر شکل افزایشی استفاده می‌کند.
• بخش پایدار (Sustained) که در آن تحلیل ترک‌خورده‌ بلندمدت بارهای پایدار DEAD، SDEAD و بخشی از بار LIVE را در نظر می‌گیرد. خزش و آب‌رفتگی تنها در این بخش تحلیل در نظر گرفته می‌شوند زیرا این اثرات تنها تحت بارهای پایدار قابل اعمال هستند.

در اینجا توجه شما را به این موارد جلب می‌کنم:

• مدول کوتاه مدت بتن = مدول الاستیک بتنE_c (to)
• مدول بلندمدت بتن = مدول بتن اصلاح شده با سنE_c (t,to) که به صورت زیر محاسبه می‌شود :

مثلاً فرض کنید که 25% از بار زنده (LIVE) پایدار است. فرآیند تحلیل به صورت زیر است:

• حالت 1: تحلیل ترک‌خورده برای بار کوتاه مدت با مدول کوتاه‌مدت بتن: DEAD+SDEAD+ Ψ_s LIVE ، که در آن Ψ_s=1.0 است . 

•  مورد 2: تحلیل ترک‌خورده برای بار دائمی با مدول بتن کوتاه مدت: DEAD+SDEAD+ Ψ_L LIVE ، که در آن Ψ_L=0.25 است . ( اگر 100% از بار زنده ناپایدار باشد Ψ_L=0 خواهد بود) . 

• حالت سوم: تحلیل ترک‌خورده‌ بلندمدت (با خزش و آب‌رفتگی) برای بار دائمی با مدول بلندمدت:         DEAD+SDEAD+ Ψ_L LIVE، که در آن  Ψ_L=0.25 است .