نوشته شده در دیدگاه‌تان را بنویسید

عوامل موثر در مقاومت سازه

مقاومت (Strength) چیست؟

مقاومت یعنی سازه چه مقدار نیرو را می‌تواند بدون فرو پاشی سازه تحمل نماید. مطابق تعریف، مقاومت (نهایی) یک عضو، ماکزیمم نیرویی است که عضو مورد نظر (پیش از خرابی) قادر به تحمل آن می‌باشد.

مفهوم مقاومت (Strength)

انواع مقاومت اجسام و سازه ها

مقاومت برشی (Shear strength) :

در مهندسی اصطلاحی است که برای تعریف مقاومت یک جسم یا عضوی از سازه در برابر تسلیم یا شکست سازه‌ای هنگام اعمال نیروی برشی به کار می‌رود. نیروی برشی، نیرویی است که تمایل به ایجاد برش در سطح مقطع جسم دارد. این برش، موازی با جهت نیرویی است که اعمال می‌شود.

مقاومت خمشی (Bending strength):

حداکثر تنش فشاری یا کششی (هر کدام که باعث شکست می‌شود) است که ماده قبل از شکست تحت خمش می‌تواند تحمل کند.

مقاومت محوری (Axial strength):

هنگامی‌که نمونه‌ای تحت نیروی اعمال‌ شده، افزایش طول پیدا کند، مقاومت در برابر نیروی مورد نظر، از نوع مقاومت کششی (Tensile strength) است؛ اما اگر تحت نیروی فشاری، کاهش طول داشته باشد، به مقاومت در برابر این حالت را مقاومت فشاری (Compressive strength) گفته می‌شود.

روش‌های مقاوم‌ سازی ساختمان و عوامل موثر در مقاومت سازه

گاهی ساختمان‌ های ساخته‌ شده به دلیل ضعف در برخی از المان‌های سازه‌ای، ممکن است نیاز به مقاوم‌سازی آن‌ها باشد. برای مقاوم‌سازی ساختمان‌ها روش ­های زیادی وجود دارد که برخی از روش­های رایج در مقاوم‌سازی سازه‌ها در زیر شرح داده می­ شوند.

قابل‌ ذکر است برای مقاوم ­سازی سازه ­ها روش ­های بسیار متنوعی وجود دارد که روش ­های مقاوم ­سازی که در ذیل به آن اشاره می ­کنیم، متداول‌ ترین روش‌های مقاوم‌سازی محسوب می‌شوند.

1.مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با FRP

FRP) polymer Fiber reinforced) به معنای ترکیب یا کامپوزیت الیاف و پلیمر است که به‌ منظور استفاده هم‌ زمان از مزایای الیاف و پلیمر، تولید می‌شود. استفاده از FRP به دلیل وزن کم‏‏، سرعت اجرای بالا‏، مقاومت بالا و عدم ایجاد محدودیت معماری به‌خصوص در طراحی ساختمان‌های بتنی بسیار مورد توجه می‌باشد.

مقاوم‌سازی با FRP در قسمت‌های متنوعی از سازه انجام می‌شود؛ که ازجمله می‌توان به مقاوم‌سازی ستون‌ها با FRP، مقاوم‌سازی تیر با FRP، مقاوم‌سازی دال با FRP و مقاوم‌سازی دیوار با FRP اشاره کرد.

در فرایند مقاوم‌سازی از رزین (رزین اپوکسی) برای ایجاد لایه یکپارچه، همچنین چسبیدن سیستم FRP به سطح بتن زیرین و ایجاد پوشش به‌منظور محافظت مصالح استفاده می‌شود.

در زیر تصویری از روش‌های مقاوم‌ سازی با FRP مشاهده می‌کنید.

2.مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با دیوار برشی و بادبند فولادی

استفاده از دیوار برشی بتنی و یا بادبند در ساختمان‌ها یکی دیگر از روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان‌ها هست. دیوار برشی مقاومت، سختی و شکل‌پذیری سازه را به شدت افزایش می­ دهد و باعث بهبود رفتار لرزه‌ای سازه و کاهش تغییر شکل‌ها و خسارات وارد به دیگر المان‌های بتنی سازه می‌گردد

اضافه نمودن مهاربند فولادی برای مقاوم‌سازی سازه، افزایش سختی، کاهش نیاز به شکل‌پذیری و افزایش مقاومت برشی سیستم را به همراه خواهد داشت. به علت سختی بیشتر دیوار برشی نسبت به بادبند، تعداد دهانه‌های لازم برای تعبیه دیوار برشی کمتر از دهانه‌های لازم برای بادبند است.

مقاوم‌سازی با دیوار برشی بتنی و یا بادبند در ساختمان‌ها

3.مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با استفاده از میراگر

سیستم­ های جاذب یا مستهلک کننده انرژی (Dampers) بر پایه افزایش ضریب میرایی ساختمان بنا شده‌اند. مهم‌ترین تأثیر میرایی، کاهش دامنه نوسان و پاسخ ساختمان نسبت به نیروهای وارده می‌باشد و بدین‌وسیله قسمت عمده‌ای از انرژی ارتعاشی را قبل از رسیدن پاسخ سازه به حد نهایی به هدر می‌دهند.

اتلاف کننده‌های انرژی ممکن است در مهاربند ها، اتصالات و اجزای غیر سازه‌ای و یا دیگر مکان‌های مناسب در ساختمان‌های موجود قرار داده شوند، لیکن ساده­­ ترین و پرکاربرد ترین آن‌ها استفاده از میراگر در مهاربندها می‌باشد.

استفاده از سیستم­ جاذب یا مستهلک کننده انرژی (Dampers) در ساختمان

4.مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با استفاده از جرم‌های متمرکز پاندولی

میراگر جرمی (TMD) یا Tuoned Mass Damper نمونه‌ای از میراگرهای غیرفعال می‌باشد. این میراگر در کف یک یا چند طبقه از ساختمان نصب می‌گردد. از این‌ رو می‌توان آن را به‌ عنوان ابزاری جهت مقاوم‌ سازی نیز به کار برد.

5.مقاوم‌سازی ساختمان‌ها با استفاده از ژاکت‌ های فلزی

ژاکت فلزی (Steel jacket) در این روش ورق‌های فلزی در محل آسیب‌پذیر ساختمان بر روی سطح بتنی عضو قرار گرفته و توسط بولت به عضو مربوطه متصل می‌گردد. استفاده از ژاکت فلزی روشی مناسب برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی بوده ضمن افزایش مقاومت و شکل‌پذیری اعضای این نوع سازه‌ها وزن قابل ملاحظه‌ای را نیز به ساختمان اضافه نمی‌نماید.

استفاده از ژاکت فلزی برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های بتنی

6.مقاوم‌ سازی ساختمان­ با استفاده از بادبندهای کمانش تاب

مهاربندهای کمانش ناپذیر از شکل‌پذیری و جذب انرژی بیشتری در مقایسه با SCBF (مهاربند همگرای ویژه) برخوردار است؛ زیرا از کمانش کلی مهاربند و کاهش مقاومت مربوط به آن در نیروها و تغییر شکل‌های مربوط به جابه‌جایی نسبی طرح در طبقه‌ها جلوگیری می‌شود. این سیستم از یک غلاف و یک هسته فلزی تشکیل شده است.

هسته فلزی در برابر نیروی محوری وارد شده مقاومت می‌کند و سختی خمشی غلاف نیز مانع از کمانش هسته می‌شود.

مهاربندهای مقید در برابر کمانش و ساختار آن­ها

از ترکیب چند روش فوق نیز می‌تواند برای مقاوم‌سازی استفاده نمود. در مقاوم‌سازی پروژه هتل بزرگ آزادی از ترکیب روش مقاوم‌سازی با FRP در ترکیب با سیستم مقاوم‌سازی با بادبند و دمپر (میراگر) استفاده شده است.
در پروژه موزه دکتر شریعتی مقاوم‌ سازی به روش افزایش سختی با اضافه نمودن دیوار برشی به همراه تقویت دیوارهای بنایی به روش مقاوم‌سازی با FRP بکار رفته است. همچنین در پروژه مصلی تهران از ترکیب روش‌های ژاکت فلزی و افزایش ابعاد دیوار برشی برای مقاوم‌سازی استفاده شده است.

ارتباط بین سختی و مقاومت

از مفهوم سختی در تحلیل سازه، توزیع درست نیرو در المان‌ها و بدست آوردن تغییر مکان‌های سازه و از مفهوم مقاومت در طراحی و بررسی توان تحمل نیروهای وارده بر مقطع استفاده می­ شود. بحث سختی و مقاومت رابطه مستقیم با رفتار نرم یا ترد المان دارد.

در بررسی مقاومت طراحی اعضای یک سازه، دو نوع رفتار ترد و نرم به‌ صورت جداگانه باید بررسی گردد.

رفتار ترد

عضو قبل از رسیدن به مقاومت نظیر حد تسلیم در اثر کمانش (موضعی یا کلی) منهدم می‌شود، در چنین اعضائی مقاومت طراحی کمتر از مقاومت نظیر حد تسلیم مصالح مبنای عضو می‌باشد. ستون ­های لاغر، عناصر بادبندی در فشار، بال تیرهای تحت نیروی متمرکز، جان تیرهای تحت برش خارج از صفحه و … جزو این دسته محسوب می‌شوند.

رفتار نرم

عضو قادر است به مقاومت نظیر حد تسلیم خود برسد و وارد مرحله تغییر شکل پلاستیک شود، در این حالت مقاومت عضو با در نظر گرفتن سخت­ شدگی کرنشی مصالح مبنای آن (فولاد یا بتن یا ….) محاسبه می‌شود.

در بررسی سختی اعضای ترد، در محدوده ارتجاعی با توجه به روابط الاستیسیته، سختی عضو قابل محاسبه می‌باشد. برای اعضای نرم می‌بایست از منحنی رفتار غیرارتجاعی و روابط پلاستیسیته برای محاسبه سختی استفاده نمود.

نتیجه گیری

با توجه به موارد فوق ملاحظه می‌شود که بحث سختی و مقاومت رابطه مستقیم با رفتار نرم یا ترد المان دارد و برای هرکدام نیز تعریفی ویژه ارائه شده است.

درصورتی‌که بحث مقاومت و سختی در کل سازه مطرح شود (ترکیبی از المان‌های خمشی – برشی – محوری و اندرکنشی) تعاریف سختی و مقاومت در دو حالت رفتار ارتجاعی و رفتار غیر ارتجاعی می‌بایست در نظر گرفته شود.

به‌طور کلی می‌توان گفت سه پارامتر اساسی در تعیین پاسخ سازه‌ها در برابر زلزله وجود دارد که عبارتند از: سختی، مقاومت و شکل‌پذیری. هر سه عامل یاد شده بایستی توأماً در یک سازه حضور داشته باشند. درصورتی‌که مقدار هر یک از این عوامل در سازه کم باشد، بایستی دو پارامترهای بعدی کمبود عامل دیگر را جبران کنند.

در برابر زلزله‌های سطح بهره‌برداری که تعداد آن‌ها در طول عمر مفید سازه زیاد بوده و سازه بایستی بدون هیچ خسارات مالی و جانی در برابر زلزله باقی بماند، سختی پارامتر حاکم و تعیین‌کننده می‌باشد. لیکن در برابر زلزله‌های متوسط، برای کنترل رفتار غیرخطی و حدود خرابی سازه، مقاومت عامل تعیین‌کننده می‌باشد.

در نهایت برای جلوگیری از خرابی و ناپایداری سازه در حین زلزله‌های شدید، شکل‌پذیری عامل تعیین‌کننده است.

مواد و مصالح، مقاطع، اتصالات و مشخصات سیستم سازه‌ای بایستی قادر به تأمین هر سه عامل شکل‌پذیری، سختی و مقاومت در سازه باشند. سختی به‌صورت ارتباط بین بار اعمال‌شده و تغییرشکل سیستم بیان می‌شود.

آتروپات بتن

منبع: سبز سازه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *