توضیحات

پروژه شبیه سازی اتصال ستون بتن مسلح به پی(شالوده) سطحی منفرد تحت بارگذاری سیکلی و محوری در نرم افزار دایانا (DIANA)

اتصالات:

در هر سازه بخش اساسی پیونددهندة دو یا چند عضو به هم، اتصالات است. معمولاً نیروهایی که به سازه اعمال می شود، به صورت مقاومت اعضاء و اتصالی (برحسب شکل آنها) به طبقات پائین تر و سپس به اتصال ستون به شالوده و از آنجا به زمین منتقل می گردد. اتصالات در سازه های پیش ساخته ممکن است به منظور اتصال دو قطعة پیش ساخته به یکدیگر طراحی شده باشد (مانند اتصال ستون پیش ساخته به شالوده پیش ساخته) یا برای اتصال یک عضو پیش ساخته به یک عضو درجا (مانند اتصال ستون پیش ساخته به شالوده درجا) بکار رود. در هر اتصال ممکن است لنگر، برش نیروی محوری و یا پیچشی به تنهایی یا به صورت همزمان اتفاق بیافتند. این نیروها می تواند ناشی از بارهای مرده و زنده، باد، زلزله، حمل و نقل و برپاکردن اعضای پیش ساخته عوامل دیگری از قبیل خزش، جمع شدگی بتن، و گرادیان حرارتی باشند.

انواع اتصالات:

اتصالات را می توان برحسب موارد زیر تقسیم کرد:

برحسب نوع نیروی منتقل شده توسط اتصال:

١- اتصال فشاری مانند اتصال مفصلی ستون به شالوده.

۲- اتصال خمشی مانند اتصال تیر به ستون در حالت گیردار.

٣- اتصال فشاری و خمشی مانند اتصال گیردار ستون به شالوده.

۴- اتصال کششی مانند اتصال در اعضای کششی خرپا.

برحسب عوامل منتقل کننده نیرو:

1-پیچ و مهره.

۲ – بتن درجا.

3 – تماس مستقیم بین اعضاء متصل شونده.

انتقال نیرو در اتصال ستون به شالوده در نوع گلدانی معمولاً به دو طریق ۲ و ۳ صورت می گیرد.

برحسب درجه گیرداری:

۱ – اتصال گیردار

۲ – اتصال نیمه گیردار

۳ – اتصال مفصلی

۴ – اتصال غلطکی.

اتصال ستون به شالوده گلدانی به عنوان یک اتصال گیردار در نظر گرفته می شود.

اتصالات در سازه های بتنی پیش ساخته:

مهمترین ویژگی هایی که در مورد اتصالات سازه های بتنی پیش ساخته، به دلیل اجراء در محل کارگاه باید مورد توجه قرار گیرند به شرح زیر است:

مقاومت و شکل پذیری:

دو عامل مقاومت و شکل پذیری، مهمترین عوامل مؤثر در طراحی اتصالات هستند. هر اتصال باید به گونه ای طراحی شود که مقاومت لازم را به ساده ترین شکل ممکن، برای تحمل نیروهای به دست آمده از تحلیل، تأمین کند به عبارت دیگر می توان مقاومت اتصال را معادل مقاومت کل سازه دانست. سازه ای شکل پذیر است که هریک اعضاء و اتصالات آن شکل پذیر باشند. در سازه های پیش ساخته توجه به مقاومت و شکل پذیری اتصال از اهمیت خاصی برخوردار است.

سهولت و سرعت اجرا:

باتوجه به اینکه در سازه های پیش ساخته، دو عامل سرعت و سهولت اجرا از عوامل تعیین کننده قیمت تمام شده این سازه ها محسوب می شوند، اتصال باید به گونه ای طراحی گردد که بتوان آن را در کوتاه ترین زمان و با کمترین مشکلات کارگاهی اجرا کرد. اتصالی که اجرای آن نیاز به عوامل گوناگون از قبیل داربست، قالب بندی، جوشکاری و … و غیره در محل دارد باعث سرعت اجرای کار و بالارفتن هزینه ها می شود.

باتوجه به اینکه ستون به شالوده از نظر پایداری نقش تعیین کننده ای ایفا می کند طی سال های اخیر تحقیقات گسترده ای به صورت نظری و عملی بر روی این اتصالات انجام شده است.

پی یا شالوده:

پی عنصری واسط بین خاک و سازه است که تنش های وارده توسط ستون ها را در سطحی وسیع تر گسترش داده و به زمین منتقل می کند. ساده ترین نوع پی، پی منفرد می باشد که در صورت افزایش بارهای موجود جهت رساندن تنش ها به حد تنش مجاز خاک ابعاد این پی ها افزایش یافته و نهایتاً به پی های گسترده تبدیل می شوند. پی مهمترین بخش یک سازه است و به قسمتی از سازه اطلاق می شود که بر روی سطح فوقانی آن ستون یا دیوار قرارگرفته و سطح تحتانی آن مستقیماً بر روی زمین یا روی سرشمع تکیه دارد و بار سازه را به زمین منتقل می کند. به بیان ساده تر پی عنصری واسط بین خاک و سازه است که تنش های وارده توسط ستون ها را در سطحی وسیع تر گسترش داده و به زمین منتقل می کند.

پی منفرد(single footing):

پی منفرد به پی اطلاق می شود که بار یک یا دو ستون نزدیک به هم در محل درز انبساط را به زمین منتقل نماید. پی تکی می تواند به شکل مربع مستطیل، چند ضلعی منظم، دایره و یا هر شکل غیر منظم دیگری باشد و مقطع آن نیز می تواند به شکل مربع مستطیل، ذوزنقه و یا پلکانی باشد.

شکل پی منفرد.

نرم افزار المان محدود دایانا( DIANA):

اگرچه پایه و اساس نرم افزارهای المان محدودی یکی است، اما تفاوت در تنوع مدل های ساختاری موجود در آنها جهت شبیه سازی مدل هدف وجه متمایز آنها به شمار می آید. از آنجا که کاربرد نرم افزار چند منظوره و قدرتمند DIANA  مختص طیف وسیعی از مسائل در مهندسی عمران نظیر سازه، ژئوتکنیک، تونل و حوزه زلزله بوده، لذا ساختار، تنوع مدل های رفتاری مصالح و درواقع اهداف این نرم افزار برخلاف نرم افزارهای المان محدود دیگر، براساس مهندسی عمران توسعه یافته است و به طور خاص جهت کاربردهای سازه ای(مخصوصاً در مدل های بتنی و بنایی)، انتخاب مناسب تری می باشد. عملکرد قابل اعتماد و بی نظیر این نرم افزار سال هاست که در بسیاری از پروژه های برجسته در سراسر دنیا توجه پژوهشگران و مهندسین را به خود جلب کرده است. از قابلیت های بالقوه این نرم افزار نظیر طیف گسترده ای از مدل های مواد و المان ها و همچنین عملگرهای تحلیلی متناسب با آخرین و پیشرفته ترین تکنیک های تحلیلی المان محدود می توان نام برد. این نرم افزار همچنین مجهز به حلگرهای متعدد به منظور بهینه سازی روند حل انواع مسائل پیچیده خطی و غیر خطی با نتایج دقیق و محاسبات سریع می باشد. با در نظرگرفتن محاسن فوق، به منظور مدلسازی عددی در این تحقیق از نرم افزار اجزاء محدود DIANA  که به خوبی قابلیت مدل سازی دقیق و پیچیده ی اعضای سازه ای را دارد، استفاده شده است.

شرح پروژه:

در این پروژه شبیه سازی اتصال ستون بتن مسلح به پی(شالوده) منفرد تحت بارگذاری سیکلی و محوری در نرم افزار دایانا (DIANA) انجام شده است. رفتار ستون­ های بتن مسلح(RC) تحت بارگذاری ترکیبی محوری و سیکلی به عنوان یکی از زمینه های مطالعاتی حائز اهمیت شناخته می شود چرا که نقش تعیین کننده ای در پاسخ لرزه ای سازه ایفا می کند.

مدلسازی:

شبکه و مش بندی:

نمونه نتایج شبیه سازی: