ارزیابی عرض موثر برای تیرهای کامپوزیت

در سال های اخیر، استفاده از مصالح با مقاومت بالا در ساخت پل ها شتاب قابل توجهی یافته است. یکی از کاربردهای نوظهور، پل های تیر کامپوزیتی فولاد و بتن با استفاده از بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) به عنوان عرشه بتنی فوقانی، فولاد با مقاومت بالا (HSS) به عنوان تیر فولادی پایینی و اتصال دهنده های نوار پرفوبند (PBL) به عنوان کلید برشی است که اتصال دهنده ها را به هم متصل می کند. دو بخش [1]، [2]. UHPC نوع جدیدی از کامپوزیت بر پایه سیمان با استحکام فوق العاده بالا، دوام عالی و مقاومت در برابر خستگی قابل توجه است، در حالی که HSS به طور کلی به فولادی با مقاومت تسلیم بالای 460 مگاپاسکال اشاره دارد [1]، [2]، [3]، [4]. برای یک تیر کامپوزیت HSS-UHPC، دال بتنی معمولاً نازک است و پسماند تنش مقطعی با در نظر گرفتن نسبت عرض به ضخامت قابل توجه دال غیر قابل چشم پوشی است [4]. پسماند تنش ممکن است باعث ایجاد تنش بتن بزرگ در نزدیکی شبکه HSS و تنش کوچک توسط لبه‌های فلنج شود. نادیده گرفتن اثر تاخیر برشی ممکن است حداکثر تنش را در دال های UHPC دست کم گرفته و باعث شکست زودرس سازه شود. در طراحی عملی، از عرض موثر دال، محاسبه پسماند تنش با کاهش عرض دال واقعی، برای تعیین اثر تاخیر برشی استفاده می‌شود. شکل 1 نموداری را برای تجزیه و تحلیل عرض دال موثر در تیرهای کامپوزیتی HSS-UHPC نشان می دهد. حداکثر تنش‌ها به طور یکنواخت در امتداد دال بتنی توزیع می‌شوند و نیروی حاصل از تنش‌های غیریکنواخت واقعی را حفظ می‌کنند. پهنای دال موثر، برای محاسبه پسماند تنش با کاهش عرض دال واقعی، برای تعیین اثر تاخیر برشی استفاده می‌شود. شکل 1 نموداری را برای تجزیه و تحلیل عرض دال موثر در تیرهای کامپوزیتی HSS-UHPC نشان می دهد. حداکثر تنش‌ها به طور یکنواخت در امتداد دال بتنی توزیع می‌شوند و نیروی حاصل از تنش‌های غیریکنواخت واقعی را حفظ می‌کنند. پهنای دال موثر، برای محاسبه پسماند تنش با کاهش عرض دال واقعی، برای تعیین اثر تاخیر برشی استفاده می‌شود. شکل 1 نموداری را برای تجزیه و تحلیل عرض دال موثر در تیرهای کامپوزیتی HSS-UHPC نشان می دهد. حداکثر تنش‌ها به طور یکنواخت در امتداد دال بتنی توزیع می‌شوند و نیروی حاصل از تنش‌های غیریکنواخت واقعی را حفظ می‌کنند.

مطالعات زیادی در مورد عرض دال موثر تیرهای مرکب سنتی در ادبیات پیدا شده است. به تدریج مشخص شد که پهنای دال موثر در تیر مرکب با توسعه پلاستیسیته، ویژگی اتصال دهنده های برشی، درجه اتصال برشی سطحی و ابعاد هندسی اعضا (به عنوان مثال، عرض و ضخامت دال های بتنی) تغییر می کند .) [4]، [5]، [6]، [7]، [8]، [9]. زو و همکاران [5] عرض موثر تیرهای مرکب را با روش‌های تجربی و عددی بررسی کرد. نتایج نشان داد که عرض موثر دال با باریکی تیر کامپوزیت مرتبط است. مطالعات مشابهی توسط نی و همکاران انجام شد. [6] و آمادیو و همکاران. [7]، [8]. به طور قطع نشان داده شد که درجه اتصال برشی و ابعاد هندسی به طور قابل توجهی به پهنای دال موثر تیرهای مرکب با استفاده از مواد معمولی کمک می کند. کاسترو و همکاران [9] تأثیر پارامترهای مختلف بر عرض مؤثر تیرهای مرکب سنتی را بررسی کرد. در این تلاش، اهمیت ضخامت دال، دهانه تیر و شرایط مرزی بر روی عرض موثر محکوم شد. نظرگاه و همکاران [10]، [11]،ELCC )، و یک مدل تغییر شکل برشی برای تجزیه و تحلیل استاتیکی تیرهای کامپوزیت فولاد-بتن با در نظر گرفتن تأخیر برشی و اثرات لغزش سطحی ایجاد کرد.

تاکنون کدهای بین‌المللی مانند GB 50017 [13]، ANSI/AISC 360-16 [14]، Eurocode 4 [15]، ACI 318-02 [16] و BS 5400-5 [17] معادلات توصیه شده‌اند. برای محاسبه عرض دال موثر در تیرهای کامپوزیت فولاد-بتن. فرمول های تجویز شده توسط کدهای طراحی فعلی عمدتاً برای تیرهای تحت بارهای کشسان مشخص شده است. GB50017 [13] معادلات طراحی را با در نظر گرفتن اثر طول کل تیر و عرض فلنج فولادی ارائه می دهد که برای تیرهای مرکب سنتی با ناودانی فولادی سر اعمال می شود. ANSI/AISC 360-16 [14] فرمول هایی را ارائه می دهد که تاثیر طول تیر را در نظر می گیرد. ACI 318-02 [16] ضخامت دال را به عنوان یک پارامتر اضافی برای فرمول های ANSI/AISC 360-16 برای تعیین عرض موثر دال در بر می گیرد. یوروکد 4 [15] پهنای دال مؤثر را با تکیه بر جداول توصیفی و نه محاسباتی یا فرمول‌بندی‌های ساده شده محاسبه می‌کند. BS 5400 [17] جداول محاسباتی برای تیرهای کامپوزیت را در ترتیبات ساده، کنسولی و پیوسته فراهم می کند. ظاهراً، رویکردهای طراحی برای عرض دال مؤثر تیرهای مرکب به دلیل تحقیقات ناکافی پسماند تنش، به طور قابل توجهی متفاوت است. اگرچه اخیراً تغییراتی برای ارزیابی پهنای دال مؤثر در تیرهای مرکب سنتی پیشنهاد شده است، اما کاربرد اسناد برای تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC با PBL ناشناخته باقی مانده است. رویکردهای طراحی برای عرض دال موثر تیرهای کامپوزیتی به دلیل تحقیقات ناکافی پسماند تنش به طور قابل توجهی متفاوت بود. اگرچه اخیراً تغییراتی برای ارزیابی پهنای دال مؤثر در تیرهای مرکب سنتی پیشنهاد شده است، اما کاربرد اسناد برای تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC با PBL ناشناخته باقی مانده است. رویکردهای طراحی برای عرض دال موثر تیرهای کامپوزیتی به دلیل تحقیقات ناکافی پسماند تنش به طور قابل توجهی متفاوت بود. اگرچه اخیراً تغییراتی برای ارزیابی پهنای دال مؤثر در تیرهای مرکب سنتی پیشنهاد شده است، اما کاربرد اسناد برای تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC با PBL ناشناخته باقی مانده است.

در مقایسه با تیرهای مرکب سنتی، دلایل متعددی برای عرضهای موثر متفاوت در تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC وجود دارد: (1) استحکام فوق العاده بالای UHPC منجر به ضخامت های کوچک دال و نسبت عرض به ضخامت بزرگ می شود که باعث ایجاد تاخیر برشی قابل توجهی می شود. کرنش ها در دال [18]؛ (ب) PBL صلب لغزش را در رابط HSS-UHPC محدود می کند، که منجر به تنش های مقطعی غیر مسطح و تمرکز تنش شدید می شود. (iii) میلگردهای عرضی PBLs به پراکندگی تنش در امتداد عرض دال کمک می‌کند و تغییر شکل‌های تاب‌خوردگی در دال‌های بتنی را کاهش می‌دهد [19]، [20]. و (IV) استحکام بالای HSS و UHPC به تیر کامپوزیت اجازه می دهد تا باریک تر باشد و تغییر شکل برشی تیرها را ناچیز می کند [21]. در واقع، عرض موثر دال به بسیاری از پارامترهای مواد و هندسی بستگی دارد. یک رویکرد قابل اعتماد و عملی،

این مقاله روشی را برای تعیین عرض موثر تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC تحت بارهای خمشی بررسی می کند. ابتدا، یک مدل عددی غیرخطی برای تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC ایجاد شد و با استفاده از نتایج به‌دست‌آمده از آزمایش‌های تجربی ارائه‌شده در کار قبلی نویسندگان [4] کالیبره شد. پس از آن، تاثیر درجه اتصال برشی، طول دهانه، ضخامت و عرض دال UHPC بر عرض دال موثر از طریق یک مطالعه پارامتری مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، معادلات برای تجزیه و تحلیل پهنای دال موثر و فرمول های تهیه معمولی ارائه شد. علاوه بر این، کاربرد فرمول های طراحی موجود برای محاسبه عرض موثر تیرهای کامپوزیت HSS-UHPC مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، یک رویکرد نیمه نظری برای تخمین پهنای دال موثر تیرهای کامپوزیتی HSS-UHPC توسعه داده شد. با در نظر گرفتن اثرات لغزش سطحی فولاد – بتن و پدیده تاخیر برشی. روش پیشنهادی می تواند مرجعی برای کاربرد آتی تیرهای کامپوزیتی HSS-UHPC باشد.