پیچیدگی ستون

پیچش ستون بتنی یا پیچیدگی ستون بتنی در ساختمان به چه معناست ؟ در واقع بدلیل ماهیت یکپارچه ی بتن مسلح ، نیروهای دروانی مثل پیچش در طی مسیر بار درعناصر بتنی توزیع می گردد ، هنگام وقوع زلزله ستون های سازه های شهری از جمله پل ها در معرض پیچیدگی ستون قرار دارند ، پیچش یا پیچیدگی ستون ها می تواند عاملی باشد که بطور مستقیم عملکرد لرزه ای سازه را تحت تاثیر قرار میدهد و سازه را نیازمند اجرای عملیات تقویت ستون می کند . امرزه بدلیل محدودیت و کم بودن المان های شهری عموما از پل ها با شکل های خاص ستون مثل پل های دارای ستون خم C ، پل های مورب و پل های خوابیده استفاده می گردد . عموما بدلیل عدم انطباق در مرکز حرم رو سازه با مرکز سختی C ستون ها ، پیچیدگی ستون های بتنی به همراه دیگر نیروهای داخلی مثل بارهای محوری ، خمشی ،‌برشی و پیچشی رخ می دهد . در این مقاله به بررسی علل وقوع لنگرهای خمشی و پیچشی ستون های بتن آرمه بطور همزمان می پردازیم .

پیچیدگی ستون بتنی

برای بررسی پیچیدگی ستون بتنی که نوعی خرابی ستون شناخته می شود، در ابتدا ستون های بتنی با ترم افزار ANSYS مدلسازی می کنیم . طی این مدلسازی رفتار خمیری فولاد و بتن تحت تنش مرکب لحاظ می گردد . جهت مدلسازی خاموت ها از فولاد با تنش تسلیم ۳۶۳ Mpa و تنش نهایی ۵۷۱ Mpa و برای مدلسازی آرماتورهای طولی از فولاد با تنش تسلیم ۵۳۸ Mpa و تنش نهایی ۶۷۷ Mpa استفاده شد . جهت بررسی عملکرد ستون های بتنی نمونه ستون با درصد آرماتور و مقاومت فشاری مختلف مدلسازی و تحلیل شد . سپس بارگذاری همزمان بارهای خمشی و پیچشی با الگوی چرخه ای به کلیه نمونه ها اعمال می گردید . مدل های M1 تا M4 با مقاومت فشاری ۲۸.۶ تحلیل شد ،‌مدل M1 در اتصال به تنش حدود ۲۸.۵۶ Mpa رسیده که منجر به تشکیل مفصل پلاستیکی در محل می شود . در مدل M2 برای ببرسی میزان تاثیرگذاری آرماتورهای طولی در پیچیدگی ستون بتنی ، سطح مقطع آرماتورهای طولی ۲ برابر در نظر گرفته شد و نمونه ی M2 مجددا مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت ، پس در مدل M3 برای بررسی میزان تاثیرگذاری آرماتورهای عرضی ، سطح مقطع آنها دو برابر در نظر گرفته شد و M3 مجددا مورد بررسی قرار گرفت با توجه به دیاگرام تنش در نمونه M3 نتیجه گیری شد که میزان توزیع تنش تقیربا مشابه M1 است . در نهایت M4 با سطح مقاطع آرماتورهای عرضی و طولی ۲ برابر شده نسبت به حالت اولیه میزان تاثیر آنها بطور همزمان مورد بررسی قرار گرفت . در آخر میزان تغییرات صورت گرفته ناشی از اندازه ی سطح مقطع آرماتورهای طولی و خاموت ها در مدل M1 تا M4 که مقاومت فشاری ابتدایی آنها ۲۸.۶ Mpa بود در دو نمودار انرژی های کرنشی و نمودارهای نیرو-تغییر مکان جمع آوری شدند . با توجه به نتایج بدست آمده با افزایش سطح مقطع آرماتورهای طولی ، میزان انرژي کرنشی نمونه ها افزایش پیدا کرد . ضمنا نتایج بدست آمده نشان می دهد افزایش سطح مقاطع خاموت ها تاثیر چندانی در رفتار نمونه ها نداشته است . در ادامه ی مدل سازی تحلیل پیچیدگی ستون بتنی به بررسی میزان ، تاثیر مقاومت فشاری بتن بر عملکرد ستون ها می پردازیم . طی این مدلسازی میزان مقاومت فشاری بتن ۳۲.۲ Mpa در نظر گرفته شد و مطابق روند حالت قبلی نتایج نهایی در یک نمودار نیرو-تغییر مکان و دیاگرام تنش به نمایش در آمد .
در مدل M6 برای بررسی میزان تاثیر آرماتورهای طولی مانند حالت پیشین سطح مقطع آرماتورهای طولی در برابر در نظر گرفته شد و مدل M6 مجددا مورد بررسی قرار گرفت به همین روال مدل M7 برای نمایش تاثیر آرماتورهای عرضی با سطح مقطع خاموت های ۲ برابر شده مورد تحلیل قرار گرفت در مدل M8 نیز سطح مقاطع آرماتورهای طولی و خاموت ها برای بررسی تاثیر همزمان آرماتورهای طولی و عرضی ۲ برابر شد .
در نهایت نیز مانند روال گذشته تمام نتایج M5 تا M8 در نمودار اجر شد . طبق بررسی نتایج حاصل از این مدلسازی نیز مشخص گردید که افزایش سطح مقاطع آرماتورهای طولی تاثیر مستقیمی در افزایش میزان کرنش نمونه ها داشته و همچنان افزایش سطح مقطع خاموت ها فاقد تاثیر چندانی خواهد بود .

اصلاح پیچیدگی در ستون بتنی

۱) طبق آزمایشات مدلسازی شده مشخص شد یکی از راه های پیشگیری از پیچیدگی بتن با افزایش سطح آرماتورهای طولی و بدنبال آن افزایش انرژي نمونه ها می باشد .
۲) باید توجه داشت افزایش سطوح مقاطع خاموت تاثیر چندانی در انرژی بتن ها ندارد
۳) با افزایش مقدار مقاومت بتن ستون ها از ۲۸.۶ به ۳۲.۲ Mpa ، پوش نمودار نیرو۷ تغییر مکان در نمونه ها با افزایش روبرو شد .