مدل سازنده برای تقویت میلگردها از جمله کمانش میله و خستگی در چرخه پایین

با پیشرفت در تکنیک‌های محاسباتی برای تحلیل غیرخطی سیستم‌های سازه‌ای پیچیده، پاسخ لرزه‌ای سیستم‌های سازه‌ای اغلب با انجام تحقیقات پارامتری بر روی مدل‌های سازه‌ای غیرخطی بررسی می‌شود. در تحلیل غیرخطی سازه‌های بتن مسلح (RC)، مدل‌های الیافی و اجزای محدود اغلب برای نمایش سازه در بررسی عددی پاسخ سازه به بارهای استاتیکی/دینامیکی استفاده می‌شوند [1]، [2]، [3]. در یک مدل المان فیبری معمولی، پاسخ یک ساختار RC با تفکیک مقطع به چندین الیاف تک محوری فولادی و بتن (محدود و نامحدود) شبیه سازی می شود که رفتار آنها با پاسخ چرخه ای غیرخطی تک محوری الیاف ماده شبیه سازی می شود. از سوی دیگر، در مدل سازی اجزای محدود سازه های RC، پاسخ غیرخطی با تفکیک کل ساختار به عناصر متعدد و سپس شبیه سازی پاسخ هیسترتیک جهانی با استفاده از خواص غیرخطی مواد تشکیل دهنده (به عنوان مثال بتن و فولاد) ارزیابی می شود. بنابراین، قابلیت اطمینان این مدل‌های عددی برای شبیه‌سازی پاسخ لرزه‌ای اعضا و سازه‌های RC به طور کامل به کارایی قوانین سازنده برای نشان دادن پاسخ چرخه‌ای مواد (یعنی بتن و فولاد تقویت‌کننده) بستگی دارد.

سازه‌های RC در مناطق لرزه‌ای فعال مستعد کرنش‌های غیرالاستیک چرخه‌ای در نواحی بحرانی خود هستند که می‌تواند منجر به پوسته شدن پوشش، خرد شدن بتن، کمانش میله‌ها و شکستگی میله به دلیل آسیب خستگی چرخه کم شود. این حالت‌های شکست منجر به آسیب‌های سازه‌ای جبران‌ناپذیر می‌شود و باعث می‌شود که سازه ظرفیت باربری جانبی خود را از دست داده و در رویدادهای لرزه‌ای آتی در برابر ریزش آسیب‌پذیر باشد. استانداردهای طراحی لرزه ای معاصر فرض می کنند که کمانش میله ها با ارائه رکاب هایی با فاصله نزدیک از بین می رود. با این حال، آزمایش‌های آزمایشگاهی انجام‌شده روی اعضای مقاوم در برابر بار جانبی RC نشان داده‌اند که کمانش میله‌ها می‌تواند فاصله‌های متعددی را در سازه‌های طراحی‌شده بر اساس این استانداردها ایجاد کند [4، [5]، [6، [7]، [8].

در فاز پس از تسلیم، پاسخ جانبی سازه های RC در درجه اول به پاسخ چرخه ای میلگردهای تقویت کننده و پاسخ فشاری بتن محدود بستگی دارد. از آنجایی که پاسخ چرخه ای میلگردهای تقویت کننده توسط نسبت طول کمانش به قطر میلگرد آنها کنترل می شود، طول کمانش میلگردهای تقویت کننده (که با جزئیات آرماتور عرضی کنترل می شود) یک پارامتر مهم است که تأثیر قابل توجهی بر پاسخ جانبی سازه های RC دارد. . علاوه بر این، به دلیل پیچیدگی مرتبط با مدل‌سازی فیزیکی کمانش میله در مدل‌های عددی، کمانش میله باید ذاتاً در قوانین مواد تشکیل دهنده در نظر گرفته شود. بنابراین، برای شبیه سازی قابل اعتماد پاسخ سیستم های سازه ای تحت بارگذاری دینامیکی، نمایش بهتر پاسخ پیچیده میلگردهای تقویت کننده طولی،

برای شبیه‌سازی دقیق پاسخ میلگردهای تقویت‌کننده در سازه‌های RC، محققان متعددی پاسخ محوری میلگردهای تقویت‌کننده لخت را بررسی کرده‌اند [9]، [10]، [11]، [12]، [13]، [14]. علاوه بر این، مکانیک کمانش میله‌ها و تأثیر آن بر پاسخ تنش-کرنش میلگردهای تقویت‌کننده نیز به‌صورت تجربی و عددی توسط چندین محقق مورد بررسی قرار گرفته است که بر اساس آن‌ها مدل‌های ماده نشان‌دهنده پاسخ‌های یکنواخت و چرخه‌ای میلگرد تقویت‌کننده پیشنهاد شده است [15]. ]، [16]، [17]، [18]، [19]، [20]، [21]، [22]، [23]، [24]، [25]، [26]، [27]، [28]، [29]. از بین این مدل های مواد، مدل ارائه شده توسط داکال و مایکاوا [19]، [20] توسط سایر محققان نیز تایید شده است [23]، [25].

به طور کلی تصور می شود که کمانش میله ها پس از ایجاد کرنش های فشاری بالا در آرماتور ایجاد می شود [30]. با این حال، تحقیقات گزارش شده در ادبیات نشان داده است که پس از تخلیه الاستیک از پوشش کششی، میلگردهای تقویت کننده تحت تنش های فشاری بالایی قرار می گیرند. در این مرحله بسته به حساسیت میله به کمانش، کمانش میله ممکن است در حالی که میله هنوز در ناحیه کرنش کششی است شروع شود. در مدل مواد چرخه‌ای وابسته به مسیر که توسط داکال و مایکاوا [19] پیشنهاد شد، این پدیده کمانش زودرس میله‌ها (یعنی کاهش تنش فشاری در میله‌ها در حین حمل کرنش کششی) مدل‌سازی نشد. مدل کمانش داکال و مائکاوا [19] (که از این به بعد مدل کمانش DM نامیده می شود) از حلقه چرخه ای منگوتو و پینتو [31] با پوشش های کششی و فشاری متفاوت برای شبیه سازی رفتار کمانش میلگردهای تقویت کننده تحت بارگذاری های یکنواخت و چرخه ای استفاده می کند. در این مدل مواد، اثر بارگذاری کرنش کششی بر کمانش زودرس میلگردهای تقویت‌کننده گنجانده نشد. بنابراین، مدل کمانش DM قادر به شبیه‌سازی پاسخ چرخه‌ای میلگردهای تقویت‌کننده با نسبت باریکی کم است. با این حال، با افزایش نسبت باریکی و برجسته شدن اثر بارگذاری کرنش کششی بر کمانش میله، نتایج تجربی و تحلیلی شروع به واگرایی می‌کنند. به علاوه، اثر آسیب خستگی چرخه پایین و تغییرات در پاسخ هیسترتیک میلگردهای تقویت کننده به دلیل زوال تنش ناشی از کمانش در این مدل گنجانده نشده است. مقایسه دقیق این مدل مواد با پاسخ تنش-کرنش تجربی مشاهده شده در بخش‌های بعدی مورد بحث قرار می‌گیرد.

هدف این مطالعه توسعه یک مدل کمانش میله وابسته به مسیر تحلیلی است که می‌تواند پاسخ چرخه‌ای میله‌ها را با هر نسبت باریکی شبیه‌سازی کند. برای این منظور، آزمایش‌های چرخه‌ای محوری بر روی میله‌های لخت با نسبت‌های باریکی مختلف انجام می‌شود و اثرات کمانش میله و آسیب خستگی سیکل پایین بر پاسخ هیسترتیک میله‌ها بررسی می‌شود. مدل اصلی کمانش DM پذیرفته شده است و تغییراتی برای ترکیب اثر ترکیبی کرنش‌های کششی پلاستیک و آسیب خستگی بر پاسخ فشاری میله‌ها پیشنهاد شده است.