تحقیقات بتن
سال:1400 | دوره:14 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

در ساختمان های بلندمرتبه بتنی، سیستم سازه ای شبکه خارجی از یک پوسته بتن آرمه تشکیل شده است، که این پوسته دارای تعداد زیادی بازشو و مقاوم در برابر بارهای ثقلی و جانبی است. در این مقاله به مطالعه تاثیر توزیع بازشو در شبکه خارجی ساختمان های بلند بتن آرمه پرداخته می شود. برای این منظور سازه های بلندمرتبه بتن آرمه 20، 30 و 40 طبقه با شبکه خارجی و در سه حالت مختلف قرارگیری بازشو در شبکه خارجی در نظر گرفته می شوند. در مدل 1 (مدل مبنا)، بازشوها به صورت منظم در شبکه خارجی ساختمان توزیع می شوند؛ اما در مدل 2، بازشوها در قسمت های میانی وجوه شبکه و در مدل 3، بازشوها در گوشه های پوسته متمرکز می شوند. پارامترهای انتخابی جهت تخمین محل بهینه بازشو در شبکه خارجی ساختمان های بلندمرتبه بتن آرمه عبارتند از تغییرمکان جانبی طبقه و شاخص دریفت هر طبقه. همچنین به منظور تعیین محل بهینه قطع هسته مرکزی، درصد جذب برش و ممان ناشی از نیروی زلزله بین هسته مرکزی و شبکه خارجی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج نشان داد که در ساختمان های با نسبت وجوه پایین، بهترین حالت قرارگیری بازشو، توزیع منظم بازشوها در شبکه خارجی بوده، اما در ساختمان های با نسبت وجوه بالاتر، بهترین محل قرارگیری بازشو، در قسمت های میانی شبکه خارجی است.

استفاده از بتن در سازه های خاص همواره با چالش هایی در اجرا مواجه است. در اعضای حجیم بتن مسلح با تراکم زیاد میلگرد استفاده از بتن خودتراکم باعث سهولت اجرا خواهد شد. از طرف دیگر افزایش مقدار سیمان جهت افزایش مقاومت، گرادیان حرارتی بین سطح و مرکز تنش حرارتی را افزایش خواهد داد و لذا شناخت رفتار حرارتی این بتن و ارزیابی ترک خوردگی ضروری است. در این مقاله مطالعه آزمایشگاهی مشخصات حرارتی و مکانیکی بتن خودتراکم حجیم و تحلیل تنش حرارتی انجام گرفته است. نتایج حاکی از آن است که به منظور کاربرد بتن خودتراکم در المان های حجیم پرمقاومت، این بتن در مقایسه با بتن معمولی علاوه بر مشخصات مکانیکی مطلوب تر در سطح و مرکز بتن حجیم، رژیم حرارتی متفاوت و مناسب تری داشته است. مقدار کرنش کمتر و افزایش زمان رخداد تبدیل تنش منجر به کاهش تنش حرارتی شده و در نهایت ریسک ترک خوردگی تا سی و شش درصد کاهش یافته است.

روسازی بتنی بارهای دینامیکی واثرات ضربه و تماسی آنها راتحمل می کند و در معرض اثرات مخرب محیطی و حضور مواد ریزدانه زاید قرار دارد. دوام روسازی بتنی شامل مقاومت سایشی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت فشاری، نفوذ پذیری و چرخه های ذوب و انجماد است. تحت بسیاری از شرایط، سطوح بتن در معرض سایش قرار می گیرد. امروزه عوامل موثر بر سایش و دوام رویه های بتنی، از اهمیت ویژه ای برخوردار است، لذا در این مطالعه با مقایسه ی استفاده از سنگدانه های سخت، دانه بندی و طرح اختلاط متفاوت در بتن پرداخته خواهد شد. در مجموع حدود سی نمونه استوانه ای ساخته، که حدود نصف این مقدار با کرگیری برای آزمایشهای سایش دوری ودیسکی بکارگرفته شدند. نتایج نشان می دهد، . نوع وجنس کانی ها و عناصر تشکیل دهنده مصالح سنگی تاثیر مستقیمی بر مقاومت سایشی بتن غلتکی دارد به طوری که افزایش مقاومت سایش مصالح سنگی موجب افزایش مقاومت به سایش بتن می گردد. از بین تمامی سنگدانه های استفاده شده در این تحقیق سنگدانه شماره 3 تهیه شده از معدن چغارت بلوک تکتونیکی یک دارای بیشترین مقاومت به سایش و مقاومت فشاری بوده که جهت استفاده در نقاطی که روسازی بتن غلتکی در معرض سایش و تنش قرار دارد بسیار مناسب می باشد. نتایج مقاومت لغزندگی تمامی نمونه ها در حد مناسب می باشد و سنگدانه های شماره 4 و 3 بیشترین مقاومت به لغزندگی را در سطح مرطوب از خود نشان دادند. همچنین یافته های تحقیق نشان می دهد، آزمایش سایش دوری با ضریب وابستگی 80 درصد در بتن غلتکی به سایش سنگدانه ها وابسته است.

در این مطالعه آثار ناشی از افزودن الیاف فورتا و پلی پروپیلن بر رفتار نمونه های استوانه ای بتنی بررسی شده است. در این راستا به پارامترهایی مانند مقاومت فشاری، مدول الاستیسیته، الگوی رشد ترک ها و انرژی جذب شده پرداخته شده است. برای ساخت نمونه ها از الیاف فورتا با نسبت های حجمی 1/0 و 15/0 و الیاف پلی پروپیلن با نسبت های 2/0، 3/0 و 35/0 استفاده شده است. نمونه ها به صورت استوانه هایی با ابعاد 150× 100 میلی متر با دستگاه سروو کنترل تحت آزمایش فشاری قرار گرفته و نتایج به صورت نمودارهای تنش-کرنش ارایه شده است. همچنین برای بررسی دقیق تر جابجایی و تغییر شکل نمونه ها، روش همبستگی تصاویر دیجیتال به کار گرفته شده و برای صحت سنجی این نتایج از نرم افزار اجزا محدود آباکوس استفاده شده است. نتایج نشان می دهند که استفاده از الیاف پلیمری با درصدهای حجمی پایین باعث افزایش شکل پذیری نمونه اما کاهش مقاومت فشاری نمونه ها می گردد. همچنین عمق و طول ترک ها در نمونه های الیافی کاهش پیدا کرده و میزان جذب انرژی افزایش می یابد.

امروزه بتن یکی از اصلی ترین مصالح در صنعت ساخت و ساز محسوب شده، ولی این ماده ساختمانی علاوه بر مزایایی که دارد ترد و شکننده بوده و همچنین مقاومت کششی آن نسبت به مقاومت فشاری پایین تر می باشد. با توجه به گسترش علم و تکنولوژی استفاده از الیاف های مختلف نظیر فلزی، پلیمری، شیشه ای و طبیعی در صنعت ساخت و ساز به عنوان یک گام موثر در رفع ضعف مقاومت کششی بتن معمولی محسوب شده است. لذا در این پژوهش به بررسی الیاف فولادی و ماکروسنتتیک بر مدل رفتاری بتن و تاثیر متقابل بر خواص مکانیکی (مقاومت فشاری، کششی، مدول الاستیسیته) و دوامی (مقاومت الکتریکی، میزان نفوذ پذیری در بتن تحت فشار آب) پرداخته شده است. بدین منظور در این تحقیق از 10 طرح اختلاط با سه نوع الیاف متفاوت شامل الیاف فولادی و ماکروسنتتیک پلی الفین و ماکروسنتتیک پلی پرو پیلن با 5/0، 1، 5/1 درصد حجمی مورد آزمایش قرار گرفت که نتایج نشان می دهد استفاده از الیاف فولادی تاثیر به سزایی روی مقاومت فشاری در درصد بالا تر از 5/0 نداشته و مقاومت کششی را به صورت محسوسی افزایش داده و مقاومت الکتریکی را کاهش می دهد و همچنین الیاف ماکروسنتتیک پلی الفین و پلی پروپیلن تاثیر چندانی روی مقاومت فشاری نداشنه و حتی در درصد های بالا مقاومت فشاری را کاهش داده است و تاثیر مثبتی روی مقاومت کششی و مقاومت الکتریکی و نفوذ آب تحت فشار داشته است و استفاده از الیاف باعث افزایش مساحت زیر منحنی تنش-کرنش شده است.

بتن خودتراکم به سبب استفاده از مقادیر بیش تر پرکننده و فوق روان کننده، لزجت خمیری بیش تر و تنش جاری شدن کم تر دارد. برای ساخت بتن خودتراکم توانمند، لازم است علاوه بر ریولوژی، خواص مکانیکی و دوام بتن نیز بهبود یابند. به این منظور باید مقدار سیمان افزایش یابد یا از مواد جایگزین سیمان استفاده شود. این موضوع سبب بالارفتن قیمت تمام شده یک مترمکعب بتن و بنابراین کاهش تمایل به استفاده از آن می شود. در این تحقیق با ساخت 20 طرح بتن خودتراکم توانمند، خواص مکانیکی با انجام آزمایش های مقاومت فشاری، مقاومت کششی دونیم شدن و ضریب ارتجاعی استاتیکی، و خواص دوام با آزمایش های تعیین عمق نفوذ آب، نفوذ تسریع شده یون کلراید و مقاومت در برابر سولفات، تعیین شده و بر این اساس، میزان مطلوبیت فنی بتن های ساخته شده، مشخص شدند. هم چنین با بررسی قیمت تمام شده یک متر مکعب بتن، میزان مطلوبیت اقتصادی و مطلوبیت فنی و اقتصادی بتن ها محاسبه شدند. نتایج نشان داد که کاربرد پوزولان ها در بتن خودتراکم توانمند، مطلوبیت فنی ناشی از خواص مکانیکی را تا حدود %40 کم کرده، ولی مطلوبیت فنی متاثر از دوام به طور چشم-گیری افزایش یافت، تا جایی که در سن 91 روزه، حدود 5 برابر بیشتر شده است. بر این اساس، عامل نهایی مطلوبیت فنی در مخلوط های خودتراکم تحقیق حداقل %26 و حداکثر %250 بیشتر از بتن مرجع نتیجه شد. به دلیل قیمت بیشتر مواد پوزولانی نسبت به سیمان، با افزایش میزان جایگزینی پوزولان ها، عامل مطلوبیت اقتصادی تا بیش از %50 کاهش یافت، ولی عامل مطلوبیت فنی و اقتصادی تا حدود %60 بهبود پیدا نمود.

بسیاری از سازه های بتن آرمه به خاطر حوادث طبیعی مانند نیروی زلزله، باد و یا بر اثر خستگی مصالح و یا عوامل خورنده در معرض آسیب قرار گرفته اند. از این رو استفاده از فناوری های جدید جهت نوسازی و بهسازی این سازه ها حایز اهمیت است. امروزه کامپوزیت های پلیمری الیافی (CFRP) با مقاومت بالا به طور گسترده در بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرد. این کامپوزیت ها برای تقویت اجزای مختلف سازه از جمله تیرها، ستون ها و اجزای صفحه ای مانند دال های سقف و دیوارهای برشی قابل کاربرد است. در این مقاله به بررسی تاثیر آمادگی سطوح تیرهای بتنی تقویت شده با CFRP بر ظرفیت خمشی آنها پرداخته شده است. 8 عدد تیر بتن مسلح توسط الیاف کامپوزیتی ساخته شد و مورد آزمایش بارگذاری خمشی چهار نقطه ای قرار گرفت. با بررسی نتایج آزمایشگاهی روش ابداعی ارایه شد که در آن آماده سازی در حالت سند بلاست علاوه بر افزایش ظرفیت خمشی منجر به تعویق جداشدگی زودرس در تیرهای مورد آزمایش گردید. همچنین مشاهده شد میزان ظرفیت خمشی در تیر با یک لایه تقویت CFRP به میزان 9/45 درصد و دو لایه تقویت CFRP به میزان 8/64 درصد نسبت به تیر شاهد بیشتر شد.

مطابق گزارشهایی که از تحقیقات اخیر در بررسی پارامترهای دخیل در مقاوم سازی و تحلیل قابلیت اعتماد اتصال دالهای بتنی متکی به ستونها ارایه شده است، شبیه سازی مونت کارلو روش مناسبی معرفی گردیده است. لیکن برای بدست آوردن احتمال خرابی مناسب، تعداد زیادی آنالیز جهت شبیه سازی مورد نیاز می باشد. این مساله حجم محاسبات لازم را افزایش می دهد. در تحقیق حاضر یک روش سودمند جهت بدست آوردن احتمال خرابی اتصال دالهای بتنی متکی به ستونها و تعیین میزان تاثیر پارامترهای آماری متغیر های تصادفی بر احتمال خرابی با ارایه فرمولبندی لازم تشریح می گردد. کلیه روابط پیشنهادی، بصورت تحلیلی اثبات می شوند و ضمن ارایه مثال عددی، کارآیی این روابط تبیین می شود. روش پیشنهادی بر پایه شبکه های عصبی تابع بنیادی شعاعی ارایه می گردد تا جایگزین تحلیل دقیق در روش مونت کارلو شده و حجم محاسبات کاهش یابد. بنابراین با یک روش ترکیبی از روش های عصبی و روش مونت کارلو روش نوینی در تحلیل قابلیت اعتماد دالهای بدون فولاد گذاری برشی ارایه می گردد. همچنین آنالیز حساسیت جهت تعیین پارامترهای موثر در تحلیل قابلیت اعتماد طراحی پانچ ارایه می گردد. ابعاد ستون، مقاومت فشاری بتن، بار زنده، میلگردهای خمشی دال و ضخامت دال، بعنوان پارامترهای متغیر و احتمالاتی مورد ارزیابی دقیق در روش جدیدی مبتنی بر روش مونت کارلو قرار می گیرد و میزان تاثیر این پارامترها در خرابی اتصال دال به ستون براساس روابط دو آیین نامه معتبر اروپا، EC2 (2004) وامریکا، ACI 318_11 بررسی گردیده است. نتایج صحت سنجی در روش پیشنهادی، بیانگر آنست که روش ترکیبی مونت کارلو و شبکه عصبی با توابع بنیادی شعاعی دارای سرعت مناسب و دقت کافی می باشد. همچنین مقایسه ضوابط دوآیین نامه مذکورنشان دهنده آنست که ضوابط EC2 (2004) طرح اقتصادی تری نسبت به آیین نامه امریکا (ACI) ارایه می کند. دلیل این امر در نظرگرفتن اثر میلگردهای خمشی در ظرفیت برش پانچ می باشد. میزان تاثیر این پارامتر طراحی به همراه سایر پارامترها تحلیل حساسیت گردید و نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که اگر چه در هردو آیین نامه ضخامت دال بیشترین اثر بر احتمال خرابی اتصال را دارا می باشد، اما در روابط آیین نامه اروپا، نسبت درصد فولاد خمشی دارای تاثیری در حدود پارامترهایی نظیر ابعاد ستون و مقاومت فشاری بتن می باشد و در روابط آیین نامه ACI پس از ضخامت دال، تنها مقاومت فشاری بتن تاثیر بسزایی در احتمال خرابی خواهد داشت. بنابراین می توان نتیجه گرفت اگرچه آرماتور خمشی، مقاومت خمشی دال را تامین می کند اما علاوه بر آن با کاهش میزان دوران دال، منجر به بهبود مقاومت برش پانج نیز می گردد. در مجموع روش پیشنهادی با توجه به کاهش حجم محاسبات و دقت مناسب می تواند در بررسی سایر ضوابط طرح، بخصوص در مقاوم سازی هدفمند اتصالات بتنی مورد استفاده قرار گیرد.

بتن پودری واکنشی یک نوع بتن پر مقاومت بر پایه مصالح سیمانی با عیار بالا است. در تولید این بتن سنگدانه های درشت حذف و از مصالح پودری بسیار ریزدانه مانند ماسه سیلیسی، دوده سیلیس و پوزولان ها استفاده می شود که تشکیل بتنی همگن با ریزساختار عالی را می دهد. در این پژوهش تاثیر پودر سنگ آهک بر مشخصات فیزیکی و مکانیکی بتن پودری واکنشی مورد بررسی قرار گرفته است. پودر سنگ آهک با درصد های مختلف جایگزین ماسه سیلیسی شده و مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، انقباض و درصد جذب آب نمونه های ساخته شده در سنین 7، 28 و90 روزه اندازه گیری شدند. نتایج آزمایش ها نشان می دهد که مقاومت فشاری 28 روزه این بتن ها بیشتر از 100 مگاپاسکال بوده و خواص فیزیکی و مکانیکی بتن ها با افزایش میزان پودر سنگ آهک بهبود می یابد به طوریکه طرح اختلاط با جایگزینی 54 درصد پودر سنگ آهک بالاترین مقاومت فشاری و کم ترین درصد جذب آب را داراست. همچنین جایگزینی ماسه سیلیسی با پودر سنگ آهک باعث افزایش انقباض ناشی از خشک شدن و کاهش انقباض ذاتی بتن های پودری واکنشی می گردد.

امروزه روش های هوشمند و الهام گرفته از طبعیت در حل مسایل پیچیده طرفداران زیادی دارد. یکی از پرطرفدارترین و کاراترین این ساختارها، شبکه های عصبی مصنوعی هستند که قادرند یک رابطه کلی بین اطلاعات حجیم و پیچیده ناشی از آزمایشها و مثالهای تجربی به دست آورند. با گسترش روزافزون جمعیت و افزایش میزان ساخت و ساز و همچنین به دلیل محدود بودن منابع و مصالح مصرفی، تقاضا برای استفاده از مصالح جدید و مقاوم در برابر زلزله، در صنعت ساختمان افزایش پیدا کرده است. در این تحقیق، با در نظرگیری پارامترهای طرح اختلاط بتن به عنوان ورودی، از مدل سازی شبکه عصبی استاتیکی و سری زمانی برای پیش بینی مقاومت فشاری بتن استفاده خواهد شد. طرح های اختلاط با درصدهای مختلف خاکستر بادی و میکروسیلیس (%1، %5، %7، %10، % 12، %15، %18) و مخلوط میکروسیلیس و خاکستر بادی با درصدهای یکسان (%1 و %1، %3 و %3، %5 و %5، %7 و %7، %9 و %9، %10و %10) به عنوان درصدی از وزن سیمان، جهت بررسی عملکرد مدل های مورد استفاده، به کار گرفته شده است. بر اساس نتایج به دست آمده مدل های شبکه عصبی سری زمانی با 5 نورون عملکرد بسیار مناسبی برای پیش بینی مقاومت فشاری بتن با دقت و قابلیت اعتماد بیشتر، از خود نشان می دهد. همچنین جایگزینی میکروسیلیس به عنوان بخشی از سیمان در درصد های مختلف، عملکرد بهتری نسبت به خاکستر بادی و مخلوط این دو (سیلیس و خاکستر بادی) در افزایش مقاومت بتن نسبت به نمونه شاهد دارد.