مشاوره مستقیم با دفتر معماری مهندس رضا طاهری

مشاوره از طریق whatsappWhatsApp Icon

یا تماس مستقیم با آتلیه:02188660665

یا ارسال پیامک:ارسال پیامک

مقاوم سازي ساختمان-اتصالات تير در ساختمان

بازدید: 1981

 

هنگام وقوع زلزله اتصال تير به ستون در سازه هاي قاب خمشي بتن مسلح دچار تنشهاي زيادي مي شود. بر اثر اين تنش ها اكثراً گره اتصال
دچار آسيب شده و حتي بعضاً گسيخته مي شود. گسيخته شدن گره اتصال مي تواند باعث خرابي و فرو ريزش كل ساختمان گردد. با توجه به
اين مسئله در سالهاي اخير اكثر آيين نامه هاي لرزه اي توجه خاصي به گره اتصال تير به ستون معطوف داشته اند و علت اين امر نيز پيچيده
بودن رفتار عملكرد اتصال تير به ستون و عوامل تاثير گذار بر روي آن مي باشد. در آيين نامه هاي طراحي لرزه اي، فلسفه طراحي، بر مبنايي
استوار است كه آخرين قسمتي كه در ساختمان آسيب مي بيند اتصال تير به ستون باشد. چون بعد از زلزله الف- ترميم اتصال آسيب ديده
مشكل است، ب - گره اتصال بايد توانايي انتقال نيروهاي ثقلي اعمال شده بر تير را به ستون داشته باشد تا سازه بتواند پس از زلزله سر پا بماند.
با توجه به اين مطلب طراحي و تقويت گره اتصال از مهمترين قسمتهاي مقاوم سازي لرزه اي مي باشد.
در اين مقاله ابتدا تحقيقات انجام يافته در خصوص عملكرد اتصالات سازه هاي بتن آرمه و سپس روشهاي مختلف بهسازي لرزه اي محل
اتصالات مورد بررسي قرار خواهد گرفت



واژه هاي كليدي: اتصال تير -ستون، قاب خمشي، بتن مسلح، زلزله، مقاوم سازي

 

مقدمه
اتصال تير به ستون در قابهاي خمشي بتن مسلح به علت قرارگيري اتصال تحت تلاشهاي رفت و بر گشتي در هنگام زلزله جزو
بحراني ترين نقاط در عملكرد قاب بتن مسلح خمشي مي باشد. شكي نيست اصلاح عملكرد گره اتصال باعث بهبود عملكرد كل
سيستم خواهد شد.
انجام گرفته بر مي (Hanson) اولين آزمايشات انجام گرفته بر روي اتصالات تير به ستون به سالهاي 1960 كه توسط هانسون
گردد. ادامه كارهاي انجام گرفته توسط هانسون در ديگر كشورها نيز جهت بهبود عملكرد لرزه اي اتصال پي گيري شد. نتايج
گرديد،كه اين گزارش در سالهاي 1991 و 2000 با ACI/ASCE كارهاي تحقيقاتي انجام گرفته تا سال 1976 باعث انتشار 352
استفاده از ديگر تحقيقات صورت گرفته تجديد چاپ گرديد.

 

در نيوزلند اولين آيين نامه طراحي لرزه اي ساختمانهاي بتن مسلح در سال 1982 مورد بررسي قرار گرفت و در سال 1989
طراحي اتصال تير به ستون در قاب بتني شكل پذير ارائه شد. تلاشهاي اكثر محققان در كشورهاي مختلف جهت طراحي و
موارد تحقيقاتي زيادي را به عنوان سر فصل پيشنهاد ATC‐11 مشكلات اجرايي اتصالات بوده است بطوريكه در سال 1983
كردند. در كارهاي تحقيقاتي انجام گرفته تحت زمين لرزه هاي بزرگ آسيب هاي جدي ايجاد شده است و همچنين انتظار آسيب
مي رود ولي فلسفه طراحي بر مبناي جلوگيري از الف- تغيير شكلهاي ماندگار، ب- تمركز آسيب در نقاط محدود ج- شكست ترد
گونه مي باشد.
در سال 1974 عملكرد در نمونه اتصال تير به ستون بتن مسلح بيروني را كه تحت بارهاي محوري ناچيزي (Megget) مگت
بودند مورد مطالعه قرار داد و تاثير تيرهاي عرضي بر روي محصور شدگي و عملكرد اتصال را مورد بررسي قرار داد تغيير مكانهاي
زياد باعث ترك خوردگي در تيرهاي عرضي و كاهش تاثير آن بر عملكرد اتصال گرديده شده را گزارش كرده است.
با توجه به روابط داده شده بر حسب معادلات تنش و كرنش، نشان داده (Bonacci) و بوناسي (Pantazapoulou) پانتازاپولو
اند مقاومت برشي اتصال به مقاومت فشاري آن بستگي دارد و با افزايش نيروي محوري مقاومت برشي اتصال كم شده است.
14 اتصال تير به ستون را مورد آزمايش قرار داد و نشان داد كه افزايش نيروي محوري در ، در سال 1995 (Tsonos) تسونوس
سيكلهاي بالا كاهش مقاومت اتصال تير به ستون مي گردد.
به اين نتيجه رسيدند كه افزايش فولاد طولي تاثير كمتري ANSYS مستوفي و سبحاني در كارهاي عددي خود توسط نرم افزار
نسبت به افزايش فولاد تير در ميزان دوران نهايي اتصال دارد. همچنين افزايش فولاد عرضي منجر به افزايش لنگر مقاوم و دوران
نهايي اتصال مي گردد.
اتصال تير به ستون را مورد مطالعه قرار SBETA در آناليز اجزاي محدود توسط نرم افزار (Scott) و اسكات (Baglin) باگلين
داده و نقش اصلي در عملكرد اتصال تير به ستون را آرايش صحيح ميلگردهاي عرضي گره اتصال و مقدار نيروي محوري مناسب
اعلام نموده اند.
لزوم مقاوم سازي اتصالات:
عدم تقويت جانبي در اتصالات و طراحي ستون لاغر، تير قوي از دلايل مهم مشاهده شكستهاي برشي اتصالات در طول زلزله هاي
اخير بوده است. شكست برشي اتصالات در سازه هاي بتن مسلح ، نتيجه اجراي شكل پذير نبودن قابهاي مقاوم در برابر لنگر مي
باشد. ساختمانهاي موجود زيادي قبل از توسعه آيين نامه لرزه اي طراحي و ساخته شده اند. نمونه هايي از زلزله ها ي اخير از
تايوان نشان داد كه شكست برشي در اثر شكل پذير نبودن در اتصالات، ممكن است Chi‐Chi تركيه و زلزله Kocaeli قبيل زلزله
در شكل ( 1) كه مثال خوبي از اين Kocaeli دليل فرو ريختن بسياري از سازه ها باشد. سازه هاي آسيب ديده بعد از زلزله
شكستها ميباشد نشان داده شده اند.

 xxxx

 

همچنانكه شكست اتصالات عامل اصلي فرو ريختن ساختمانها در طول زلزله مي باشد، لازم است تا روشهاي اقتصادي بالا بردن
ظرفيت اتصالات توسعه يابد. به عبارت ديگر از شكست برشي شكنندگي جلوگيري كرده و بجاي آن شكست بسوي يك مكانيزم
تير خمشي مفصلي كه يك رفتار كاملاً شكل پذير دارد سوق داده شود.
روشهاي تقويت اتصال تير به ستون
بسته به ميزان آسيب ديدگي، براي مرمت و تقويت اتصالات تير به ستون بتن مسلح راهكارهاي زير را مي توان بكار برد:
الف) تزريق رزين (مرمت موضعي):
از تزريق رزين در مواردي استفاده مي شود كه فقط تركهاي ريزي در اتصال به وجود آمده و آسيب ديدگي جدي بتن و كمانش
آرماتور طولي پيش نيامده باشد. با اين حال، بازگشت پيوستگي بين فولاد و بتن به كمك رزين اپوكسي مشكوك است زيرا نتايج
.( متناقضي در مقالات بين المللي مشاهده شده است (پوپوف و برترو، 1975 ؛ فرنچ، تورپ و ساي، 1990
شكل: X ب) طوق هاي پيش تنيده
بعد از آنكه تركها با تزريق رزين پر شدند، يا بعد از آنكه بتن هاي متلاشي شده از سطح اتصال جدا گشته و جاي خالي آنها به
وسيله ملات اپوكسي يا ملات ضد جمع شدگي پر شد، اتصال با استفاده از تنگ هاي خارجي (طوق) كه با كوپلر پيش تنيده شده
اند، تقويت مي شوند. پس از پايان مرحله اتصال با شبكه اي از مفتول هاي به هم جوش شده پوشانده شده و بتن پاشي مي شود
شكل قادر به عبور از X (شكل 2). وقتي كه چهار تير به اتصال وارد مي شود استفاده از اين راهكار ممكن نيست زيرا طوق هاي
.( NTU، ميان اتصال نيستند( 1978

 

yyyyyج) افزودن ورقهاي فولادي :
شكل، ورقهاي فولادي را مي توان روي اتصالات مسطح اجرا نمود. اين كار يكي از راهكارهايي است كه اتصال X مشابه طوق هاي
را بدون تغيير ابعاد آن مقاوم مي كند. قبل از انجام عمليات فوق ضروري است كه اتصال به طور موضعي مرمت شود. پس از
چسباندن ورقهاي فولادي، با كمك پيچ هاي پيش تنيده مي توان آنها را روي سطح اتصال محكم نگه داشت.
• استفاده از عناصر فولادي:
استفاده از عناصر فولادي به صورت نبشي، يا قفس فولادي با استفاده از نبشي و به صورت غير فعال و يا فعال(تنيده) امكان پذير
.( مي باشد (شكل 3

uuuu

 

  • • اجراي جاكت با استفاده از ورقهاي فولادي موجدار:
    اجراي جاكت بر روي اتصالات مشكل دار با استفاده از جاكتهاي فولادي موجدار روش جديدي در بهبود عملكرد لرزه اي سازه
    هاي بتن آرمه موجود است. اين ورقها ضعف هاي عمده اي كه اغلب در سازه هاي بتن آرمه مشاهده مي شوند، يعني فقدان
    آرماتور برشي كافي و نياز به آرماتورهاي محصور كننده هسته بتني را كاهش مي دهند.

 

در اين روش، اتصالات ضعيف توسط جاكتهاي فولادي موجدار پوشانده مي شوند و فاصله موجود بين سطح بتن و جاكت فولادي
با گروت ضد جمع شدگي پر مي شود. اين جاكت را مي توان فقط روي ستون و اتصال آن با تير اجرا كرد. اما اگر مقاومت برشي
تير نياز به افزايش داشته باشد، استفاده از جاكتي با طولي برابر با عمق تير كه از وجه ستون شروع شده باشد، مفيد خواهد بود.
براي جلوگيري از ايجاد نيروهاي بزرگ ناشي از افزايش مقاومت خمشي تير در اتصال، بايد بين لبه جاكت و وجه ستون اندكي
فاصله وجود داشته باشد. شكل موجدار اين جاكت باعث سخت بودن آن مي شود و مي توان فشار محصور كنندگي مناسبي را بر
اتصال وارد آورد. در عوض ستونهايي كه با ورق مسطح تقويت شده اند، طبق گزارش هاي آزمايشگاهي (پريستلي و
همكارانش، 1994 ) از خود رفتار ضعيفي به نمايش مي گذارند. در اين ستون ها، ورقهاي مسطح در اثر بار سيكلي جانبي، در ميانه
ارتفاع خود به سمت بيرون اتصال طبله مي كنند.
همچنين از آنجايي كه سختي محوري جاكتهاي فولادي موجدار كم است، وقتي جاكت در جهت محوري تحت فشار قرار گيرد،
انبساط جانبي نخواهد داشت. لذا هنگامي كه يك جاكت فولادي موجدار، با بتن پر شود و تحت فشار محوري قرار گيرد، اثر
محصور شدگي جانبي فقط در مراحل ابتدايي بارگذاري و زماني كه بتن به صورت ارتجاعي رفتار مي كند، ايجاد مي شود. در
نتيجه، تنش محصور كننده بتن كه توسط اين جاكت به وجود مي آيد، تابعي از مقاومت تسليم ورق، ضخامت ورق و نيز عمق قله
– تا – قله موج ورق خواهد بود.
در مقايسه با جاكتهاي فولادي و يا تنگ هايي كه فاقد موج هستند، سختي خمشي خارج از صفحه اين جاكت ها باعث افزايش
مقاومت آنها در برابر طبله كردن خارج از صفحه خواهد شد. همچنين براي افزايش مقاومت برشي و محصوركنندگي جانبي اين
جاكت ها مي توان ضخامت و يا عمق قله–تا– قله ورق ها را افزايش داد

nnn

 

د) استفاده از جاكتهاي بتن آرمه:

 

اجراي جاكتهاي بتن آرمه بر روي اتصالات آسيب ديده، سريع ترين روش براي تقويت آنهاست. اما اين كار عموماً از دو جهت
مشكل است اول اينكه بايد براي تمامي اعضايي كه وارد اتصال مي شوند جاكت اجرا كرد. دوم اينكه در اين روش در گره اتصال به
و يا ( SCC ) علت كمبود فضا و تراكم ميلگرد، امكان ويبره كردن و متراكم نمودن وجود ندارد لذا بهتر است از بتن خود متراكم
و امثال آن استفاده كرد. زبر كردن سطوح قديمي و نيز سوراخ كردن دال براي عبور تنگ ها و پوشاندن ( VC ) ويسكو كريت
سطح آسيب ديده با رزين، از جمله مواردي است كه بايد قبل از اجراي جاكتهاي بتن آرمه صورت پذيرد. در اين حالت به خاطر
اينكه هنگام وقوع زلزله مفصل پلاستيك در ستون رخ ندهد، نسبت ظرفيت تير به ستون بايستي كنترل شود.

lllll

GFRP ه) تقويت برشي اتصالات تير به ستون با استفاده از ورقهاي پليمري مسلح فيبري شيشه اي
گسيختگي برشي اتصالات در هنگام زلزله از عمده علل فروپاشي ساختمانها با سيستم باربر قاب خمشي است. لذا به راهكارهاي
اقتصادي و موثري براي ارتقاء ظرفيت برشي اتصالات در سازه هاي موجود نياز است. در مطالعه آزمايشگاهي كه توسط گوبارا در
سال 2002 ميلادي انجام شده است، اتصالات با استفاده از طرحهاي مختلف پيچاندن الياف شيشه اي تقويت شده اند.
قادر به افزايش مقاومت GFRP مقايسه عملكرد نمونه هاي تقويت نشده با نمونه هاي تقويت شده، نشان مي دهد كه جاكت هاي
برشي اتصال و بهبود وضعيت شكل پذيري آن هستند.
تكنيك هايي كه توسط محقق فوق الذكر و با هدف ارتقاء ظرفيت برشي اتصالات پيشنهاد شده است در حذف و يا به تاخير
انداختن مود گسيختگي برشي موثر هستند و مي توانند باعث انتقال مود گسيختگي به مود خميري شدن خمشي تير شوند.
همچنين نمونه هاي تقويت شده نسبت به نمونه هاي مبنا، از خود خواص اتلاف انرژي مناسبتري را به نمايش گذاشته اند.
براي تقويت اتصالات، بايد لبه هاي اين الياف به خوبي مهار شوند. زيرا اين كار براي ايجاد حالت FRP در هنگام استفاده از الياف
محصور شدگي در اتصال ضروري است.
همچنين در تقويت اتصالات بايد به احتمال شكم دادن (طبله كردن) ورق ها و الياف پليمري مركب دقت كرد؛ زيرا شكم دادن
ورق ها باعث تشديد تركها و عريض شدن آنها در زير الياف مي شود. حداكثر كرنش قابل قبول اين الياف 0.35 %است.

مي توان به كاربرد وسيع، مدت زمان كوتاه اجرا، سبكي و از همه مهمتر خاصيت فسادناپذيري مواد GFRP از نتايج تقويت با
اشاره كرد. كامپوزيتهاي پيشرفته براي تشديد مقاومت برشي و خمشي تير ها و محدوديت ستونهاي دايره اي بكار برده مي شوند.

00000

نتيجه گيري:
با توجه به اينكه يكي از مناطق حساس و بحراني در قابهاي بتن آرمه تحت اثر زلزله، اتصالات تير به ستون مي باشد، طراحي
نامناسب به خصوص در مورد اتصالات خارجي، عناصر بحراني سازه اي را تشكيل ميدهند كه منجر به شكست زودرس در اثر
تنشهاي برشي زياد ميگردند.

زلزله هاي اخير كه در مناطق شهري اتفاق افتاده است، به كرات آسيب پذيري اتصالات تير به ستون بتن آرمه را به اثبات
رسانده اند. اكنون به خوبي ثابت شده است كه اتصالات تير به ستون در قابهاي خمشي بتني كه براي پاسخ غير الاستيك در
بارگذاريهاي شديد لرزه اي طراحي شده اند، نواحي بحراني در قابها ميباشند.
روشهاي موثر براي بازسازي نواقص موجود در اتصالات تير – ستون توسعه پيدا كرده اند. تكنيكهاي پيشنهادي مقاوم سازي براي
اتصالات تير – ستون (با بالا بردن ظرفيت برشي اتصالات ) در حذف يا به تاخير انداختن برش موفق مي باشند و حالت
گسيختگي را به يك مفصل خمشي در تير تبديل ميكنند كه يك حالت شكست شكل پذير مي باشد.
هر يك از روشهاي مقاوم سازي ارائه شده در اين مقاله در افزايش مقاومت برشي و بهبود رفتار شكل پذيري اتصالات مورد بررسي
قرار گرفتند كه هدف، توسعه اقتصادي و روشهاي تجربي بالا بردن مقاومت لرزه اي اتصالات و تاخير و يا حذف حالتهاي شكست
ترد و شكننده مي باشد.
منابع و مراجع:
-1 رهايي، عليرضا و نعمتي، سعيد " ارزيابي عملكرد و روشهاي مقاوم سازي سازه هاي بتني" انتشارات فدك – تابستان 83
، -2 مستوفي نژاد، داود و سبحاني، جعفر "مطالعه رفتاري و طبقه بندي اتصالات بتن آرمه در بار نهايي" نشريه دانشكده فني، جلد 37
شماره 2،سال 82
. . Badran, M. Z., “Experimental and 3-D Finite Element Analysis of a Strengthed RC Beam-Column ٣
Joint”
Proceeding of the Second International Conference on Concrete Repair, Concrete Solutions, St-Malo,
France, 2006, PP. 145-155.
. Paulay, T., and Priestley, M. J. N,. Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, ۴
John
Wiley & Sons, INC,1992.
. Ghobarah, A., and Said, A.. "Seismic Rehabilitation of Beam-Column Joints Using FRP Laminates."۵
Journal of Earthquake Engineering, 5(1), 113-129,2001.
. Antonopoulos, C. P., and Triantafillou, T. C. "Analysis of FRP-Strengthened RC Beam-Column ۶
Joints."
Journal of Composites for Construction, 6(1), 41-51,2002.
. Shrestha,R., Smith, S., T “An Experimental Investigation on the Strengthening of RC Beam-Column٧
Connections with FRP Composite” Asia-Pacific Conference on FRP in Structures (APFIS 2007).
. Shyh-Jiann Hwang,and Hung-Jen Lee. "Analytical Model for Predicting Shear Strenghs of Exterior٨
Reinforced Concrete Beam-Column Joints for Seismic Resistance." ACI Structural Journal, 96(93), 846-
857.1999
. Schlaich, j.,Schafar, K., and Jennewein, M., Toward a Consistent Design of Structural Concrete , ٩
Journal
of the Prestressed Concrete Institute, Vol. 32, No. 3, pp 75-150,1987

 

 با ما در تماس باشید.

021-88660665

09122459010