تجزیه و تحلیل تیرهای پیش تنیده با تاندون های هیبریدی

سیستم‌های پیش تنیده ترکیبی با پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP) و تاندون‌های فولادی پیوندی و غیرپیوندی (پس تنیده) و تاندون‌های فولادی، کلاس نسبتاً جدیدی از اعضای بتنی پیش تنیده هستند که برای افزایش طول عمر عناصر پیش تنیده طراحی شده‌اند [1]، [2]. بسیاری از محققین مزیت تاندون های پس کششی را در پل های سگمنتال و همچنین در مقاوم سازی اعضای آسیب دیده که امکان کنترل ترک ها و افزایش قابلیت های دهانه را ممکن می سازد، تشخیص داده اند [3]، [4]، [5]. با این وجود، تحقیقات در مورد توسعه و اجرای سیستم‌های هیبریدی با ترکیب‌های ترکیبی چندگانه، پیش تنیده و پس‌تنش‌شده، و شکل‌پذیری آن در هنگام ترکیب CFRP و فولاد به‌عنوان تاندون‌های باند یا بدون پیوند، محدود شده است. استفاده از تاندون های CFRP به عنوان یک عنصر پس کشنده برای مقاومت در برابر خوردگی مزیت آشکاری دارد، با این حال، رویکردهای طراحی و تحلیل فعلی به وضوح چنین سیستم های ترکیبی را مورد توجه قرار نمی دهند. نیاز به درک کامل رفتار خمشی کلی تیرهای پیش تنیده با تاندون های هیبریدی با توسعه یک رویکرد تحلیلی منطقی است که می تواند نگرانی های مربوط به استحکام، شکل پذیری و قابلیت سرویس را در مقایسه با سیستم های پیش تنیدگی سنتی برطرف کند.

در طول دهه‌های گذشته، چندین مطالعه تحقیقاتی با طراحی و تجزیه و تحلیل اعضای بتنی غیرپیوندی پس از تنش، به تنش نهایی در تاندون‌های غیرپیوندی به عنوان ناشناخته اصلی در محاسبه ظرفیت گشتاور نهایی پرداخته‌اند. بررسی ادبیات گسترده در مورد تیرهای بتنی پیش تنیده عمدتاً با تاندون‌های غیرپیوندی نشان داده است که بیشتر مطالعات تحلیلی یا به صورت تجربی از نتایج تجربی مشتق شده‌اند یا بر اساس روش‌های پیچیده و محاسباتی فشرده بوده‌اند که به راحتی قابل اجرا نیستند. برای اختصار، خلاصه‌ای از این مدل‌ها با ظاهر زمانی، نویسندگان، و کاربرد آنها برای طراحی و/یا تجزیه و تحلیل در جدول 1 گردآوری و ارائه شده است. بنابراین، تنها مدل‌های اخیری که می‌توانند برای تیرهایی با تاندون‌های هیبریدی گسترش یا اعمال شوند، بررسی می‌شوند. .

حراجلی و حجازی (1991) [8] از یک مدل تحلیلی برای بررسی اثرات نسبت دهانه به عمق و تغییر شکل‌های برشی بر افزایش تنش در تاندون بدون پیوند در مقاومت نامی نهایی استفاده کردند. آنها اثر تغییر شکل های برشی را با جابجایی بار اعمال شده در فاصله ای برابر با طول لولای پلاستیکی در مدل خود لحاظ کردند.�پ، که در ابتدا توسط کورلی پیشنهاد شد و سپس توسط ماتوک (1967) اصلاح شد [24]. روش آنها برای محاسبه افزایش کرنش در تاندون با ادغام توزیع انحنا در زیر ناحیه پلاستیکی استفاده شد.

الخایری و نعمان (1993) [3] یک مدل تحلیلی غیرخطی تکراری بر اساس مکانیسم خرپایی برای پیش‌بینی گشتاور کامل در مقابل پاسخ تغییر شکل تیرهای بتنی با تاندون‌های غیرپیوندی پیشنهاد کردند. مدل آنها نتایج دقیقی را با موارد کمی که دارای مشکلات واگرایی هستند به همراه داشت. علاوه بر این، نعمان و همکاران. (2002) [25] یک تحلیل شبه مقطع را در نهایت بر اساس ضریب کاهش باند پیشنهاد کرد . این ضریب، که سازگاری انحراف را به تجزیه و تحلیل سازگاری کرنش کاهش می‌دهد، به صورت تجربی با استفاده از داده‌های تجربی از تیرهایی با تاندون‌های فولادی بدون پیوند تنظیم شد.

رابرتز وولمن و همکاران (2005) [26] یک مدل مقاومت خمشی مبتنی بر مکانیزم شکست لولای پلاستیکی ارائه کرد که برای توسعه یک معادله فقط در حالت حد نهایی استفاده می‌شود. مدل یک باز شدن ترک و یک زاویه چرخش در لولای پلاستیکی را فرض می‌کند که سپس به کشیدگی تاندون و در نهایت معادله تنش تبدیل می‌شود. با این حال، ضرایب معادله نیز به صورت تجربی با استفاده از مطالعات تجربی قبلی از تاندون‌های بدون پیوند فولادی تنظیم می‌شوند.

سایر محققان مدل‌های تحلیلی و روش‌های تحلیلی را بر اساس مدل‌سازی اجزا محدود (پیسانی و نیکولی (1996) [11] و باربیری و همکاران (2006) [14]) یا فرمول‌های پیچیده ریاضی (Dall’Asta and Dezi (1993) پیشنهاد کرده‌اند. [10] و فیگوئراس و پوواس (1994) [27]، وو و همکاران (2001) [28]) برای تاندون های پیش تنیده داخلی. آثار متعددی (راموس و آپاریسیو 1996 [29]، هارجلی و همکاران (1999) [30] و آردوینی و همکاران (1996) [31] و کوون و همکاران (2018) [20]) نیز به استرس پرداخته اند. ارزیابی در تاندون های خارجی

گریس و همکاران (2004) [14] یک روش تحلیلی برای تخمین پاسخ خمشی تیرهای بتنی پیش تنیده با تاندون های هیبریدی FRP ارائه کرد. از آنجایی که میله‌های FRP تا زمان خرابی الاستیک باقی می‌مانند، گریس و همکاران. (2004) [14] اشاره کرد که یک عضو بتنی بیش از حد تقویت شده پیش تنیده با تاندون های FRP به دلیل خرد شدن بتن از کار می افتد، در حالی که یک عضو تقویت نشده شکست شکننده را به دلیل پارگی تاندون های FRP نشان می دهد.

سان و همکاران (2021) [21] برای ارزیابی حالت شکست و ظرفیت خمشی تیرهای بتنی پیش تنیده با تاندون های FRP غیرپیوندی، یک روش تشخیص حالت شکست، بر اساس مقایسه نیرو حاصل، ایجاد کرد. علاوه بر این، وو و همکاران. (2021) [22] یک مدل مبتنی بر هندسه برای تیرهای پیش تنیده با تاندون‌های FRP غیرپیوندی برای محاسبه افزایش تنش تاندون از نظر انحراف پیشنهاد کرد. مدل پیشنهادی یک تنش بتن خطی را در مقطع فرض می‌کند و بنابراین فقط در سطح بار سرویس قابل اعمال است.

عبدالعزیز و همکاران (2021) [23] یک شبیه‌سازی عددی بر اساس روش المان کاربردی بهبودیافته برای پیش‌بینی رفتار تیرهای پیش تنیده با تاندون‌های بدون پیوند ارائه کردند. ازدیاد طول در تاندون بدون پیوند از جابجایی همه عناصر ساختگی و نقاط لنگر محاسبه می شود. روش عددی همبستگی خوبی با نتایج تجربی نشان داد.

به طور خلاصه، هیچ یک از مدل‌های بررسی‌شده در حال حاضر برای تیرهایی با تاندون‌های هیبریدی مانند اعضایی با ترکیبی از تاندون‌های بدون پیوند و پیوندی، مواد پلیمری تقویت‌شده با فیبر کربن (CFRP)، دهانه‌های پیوسته یا سایر ترکیب‌های موارد فوق اعمال نمی‌شود. علاوه بر این، در حالی که پیچیدگی رفتار تیرهای با تاندون‌های بدون پیوند، ناسازگاری کرنش‌های بین تاندون متصل و بتن اطراف است، برای تیرهای با تاندون‌های هیبریدی، این پیچیدگی به دلیل وجود آرماتور پیش تنیده پیوندی در مقطع تقویت می‌شود. . بنابراین، استرس در تاندون بدون پیوند افزایش می یابد (Δ�psUفراتر از پیش تنیدگی موثر (�peU) را نمی توان تنها با استفاده از تجزیه و تحلیل بخش معمولی تخمین زد. بلکه به تجزیه و تحلیل کل سیستم پرتو-تاندون نیاز دارد. از این رو،Δ�psUبا تغییر شکل کل سیستم و برهمکنش بین تیر بتنی و تاندون پیش تنیدگی بدون پیوند همراه است. علاوه بر این، پرتوهای با تاندون‌های هیبریدی شامل تاندون‌های غیرپیوندی هستند که می‌توانند به صورت داخلی یا خارجی تعبیه شوند. پیش تنیدگی داخلی به طور کلی در ساخت و سازهای جدید استفاده می شود. رایج ترین نمونه های آن را می توان در ساخت پل های سگمنتال و دال کف ساختمان مشاهده کرد. پیش تنیدگی خارجی به طور کلی به عنوان وسیله ای برای افزایش استحکام ساختارهای موجود یا به عنوان “تاندون های پیوستگی” در داخل پل های جعبه سگمنتال، تحت فشار در تاول ها ترجیح داده می شود. تاندون های غیر خورنده (به عنوان مثال، CFRP، آرامید، و غیره) اخیرا در پروژه های ساخته شده در محیط های خشن استفاده شده است. پیش تنیدگی با استفاده از تاندون‌های هیبریدی در پروژه‌های ساخت و ساز قطعه‌ای در حال افزایش است. مانند ساخت پل ها با پیش تنیدگی مرحله ای به عنوان یک روش پیش تنیدگی اقتصادی. علاوه بر این، تمام این مطالعات برای پیش‌بینی رفتار تیرهای بتنی پیش تنیده با تاندون‌های غیرپیوندی انجام شده‌اند که اکثریت آن‌ها فقط در حالت حد نهایی قابل اجرا هستند.

صرف نظر از مواد پیش تنیدگی و روش های مورد استفاده، مشکل ناسازگاری کرنش باقی می ماند. با توجه به طیف گسترده ای از کاربردهای پیش تنیدگی بدون پیوند، یک مدل مختصر و در عین حال منطقی برای توصیف رفتار خمشی از جمله استحکام و شکل پذیری مورد نیاز است. هدف این مقاله ارائه یک مدل تحلیلی منطقی و دقیق است که در سطوح مختلف بار قابل اجرا باشد. این مقاله همچنین رفتار اساسی کلی تیرها با تاندون‌های هیبریدی را ارائه می‌کند و راه‌حل‌های تکراری و ساده‌شده را در حالت‌های حدی مختلف ارائه می‌کند. نتایج با داده‌های آزمایش تجربی موجود در ادبیات مقایسه می‌شوند تا کاربرد آن را برای هر دو تیر با تاندون‌های غیرپیوندی و همچنین هیبریدی نشان دهند.