سختی خمشی تیرهای بتنی پس تنیده خورده شده

تیرهای بتن پس تنیده (PTC) به دلیل استحکام بالا و دوام برتر به انتخاب اصلی برای ساخت پل تبدیل شده اند [1]، [2]، [3]، [4]. در طول عمر مفید، خوردگی رشته های فولادی تهدید اصلی برای ایمنی و قابلیت سرویس دهی تیرهای PTC است [5]، [6]، [7]، [8]. پس از خوردگی رشته های فولادی، سطح مقطع آن کوچکتر می شود، کرنش پیش کششی آن کاهش می یابد و استحکام پیوند بین رشته های فولادی و دوغاب اطراف به تدریج بدتر می شود [9، [10]، [11]، [12]. با افزایش درجه خوردگی، بار ترک خوردگی و بار نهایی تیرهای PTC به تدریج کاهش می‌یابد و سفتی خمشی کاهش می‌یابد که منجر به افزایش انحراف تیر تحت همان بار می‌شود [13]، [14]، [15]. با کاهش سفتی تیرهای بتن پس تنیده (CPTC) خورده شده، انحراف به تدریج افزایش می یابد که بر عملکرد سازه از نظر قابلیت سرویس و ظرفیت باربری تأثیر می گذارد. بنابراین، ارزیابی سختی خمشی تیرهای CPTC در طول کل فرآیند بارگذاری مهم است.

ارزیابی سختی تیرهای PTC توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است و پیشرفت های قابل توجهی انجام شده است. دو و همکاران [16] از مدل برانسون [17] برای تخمین انحراف تیرهای پیوسته بتنی نیمه پیش تنیده غیرپیوندی با تبدیل تقریباً میلگردهای پیش تنیده غیرپیوندی به تاندون های پیش تنیده با سطح مقطع معادل استفاده کرد. وو و همکاران [18] یک روش المان محدود ماکرو غیر خطی با اینرسی متوسط ​​همگن به عنوان ویژگی اصلی برای محاسبه انحراف و ظرفیت باربری نهایی تیرهای PTC پیشنهاد کرد. فو و همکاران [19] یک روش ارزیابی سختی بر اساس الگوی ترک واقعی ایجاد کرد و سختی تیرهای PTC ترک خورده را با محاسبه تغییرات اینرسی مقاطع کلیدی بدست آورد. کیم و لی [20] یک مدل غیر خطی ارائه کردند که می تواند رفتار خمشی اعضای PTC با تاندون های بدون پیوند را در سراسر حالت های حد الاستیک و غیرکشسان تا حالت حد نهایی پیش بینی کند. یانگ و همکاران [21] یک مدل پیش بینی صریح برای انحراف طولانی مدت سازه های بتنی پیش تنیده با استفاده از روش سطح پاسخ پیشنهاد کرد. با این حال، بیشتر مطالعات بر روی تیرهای خورده نشده متمرکز بود که در آن خوردگی رشته های فولادی نادیده گرفته شد.

اخیراً برخی از مدل‌های ارزیابی سختی با در نظر گرفتن تأثیر خوردگی رشته‌های فولادی پیشنهاد شده‌اند. هوانگ و همکاران [22] حالت های شکست و انحراف دهانه میانی تیرهای T بتنی نیمه پیش تنیده تحت درجات خوردگی مختلف رشته های فولادی را با آزمایشات خستگی خمشی بررسی کرد و روش های محاسبه سختی خمشی و انحراف تیرهای T بتنی نیمه پیش تنیده خورده را ارائه کرد. بارگذاری خستگی Vereecken و همکاران [23] رابطه بین افت خوردگی رشته های فولادی و ضریب کاهش سختی بتن را با تعیین نسبت انبساط محصولات خوردگی رشته های فولادی و انتشار ترک در سطوح مختلف پیش تنیدگی به دست آورد. بر اساس روش محاسبه سختی GB 50010-2010 “کد طراحی سازه های بتنی” [24]، Zeng و همکاران. [25] یک مدل سختی تیرهای CPTC را با معرفی پارامترهای خوردگی رشته های فولادی و ضرایب کاهش سختی تیر ایجاد کرد. وانگ و همکاران [26] یک مدل سختی تیرهای CPTC را با تجزیه و تحلیل پدیده شکست تیرهای نمونه، برازش داده‌های تجربی و اصلاح ضرایب کاهش سختی تیرها ایجاد کرد. اگرچه مدل‌های بالا تأثیر خوردگی رشته‌های فولادی را در نظر گرفته‌اند، اما مدل‌های [22]، [23] عمدتاً تغییرات سختی تحت بارگذاری خستگی و کاهش سختی بتن ناشی از انبساط خوردگی رشته‌های فولادی را بررسی کردند. و پیش‌بینی‌های مدل در [25]، [26] محافظه‌کارانه هستند (به بخش 4.2 مراجعه کنید).

بنابراین، هدف از این مطالعه ارائه یک مدل جدید برای ارزیابی سختی خمشی تیرهای CPTC برای کل فرآیند بارگذاری است. در مدل پیشنهادی، سفتی قبل و بعد از ترک به طور جداگانه ارزیابی می‌شود و معادلات گشتاور ترک و ممان نهایی به‌ترتیب استخراج می‌شود. پس از آن، مدل سختی پیشنهادی با داده های تجربی به دست آمده از یک پایگاه داده جمع آوری شده در ادبیات تأیید می شود. نتایج نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی می‌تواند به طور موثر تغییر سختی را در کل فرآیند بارگذاری پیش‌بینی کند که با مقادیر تجربی مطابقت خوبی دارد. این مدل را می توان برای ارزیابی تخریب سفتی خمشی ناشی از خوردگی سازه های CPTC در محیط های خورنده استفاده کرد.