کف دال کامپوزیت ساخته شده از چوب چند لایه و بتن

کف های کامپوزیت الوار-بتن (TCC) سیستم های کارآمدی از نظر سبکی، سختی سازه، رفتار ارتعاشی و عایق صدا هستند [1]، [2]. علاوه بر این، TCC اجازه می دهد تا اثرات زیست محیطی را با کاهش قابل توجه کربن تجسم شده از گهواره به دروازه (به عنوان مثال 30-50 کیلوگرم _CO2eq /m2 ^، که 5-10 برابر کمتر از یک کف بتن مسلح معمولی است) کاهش دهد. 3].

امروزه در آمریکای شمالی، ریختن بتن بر روی سازه های چوبی، مانند تیرها یا دال ها، بدون ایجاد اتصالات مستقیم برای اهداف عایق صوتی و کنترل لرزش، رایج است. از طریق استفاده از اتصالات برشی، عمل کامپوزیت باعث بهبود قابل توجهی در سختی و استحکام کف یک فاکتور تا 4 تا 6 برابر می شود [4]. بنابراین، راه‌حل‌های TCC کاهش قابل‌توجهی در حجم بتن و الوار را ممکن می‌سازد و در نتیجه مزایای اقتصادی قابل توجه و استفاده بهتر از منابع را به همراه دارد. انواع مختلفی از کانکتورها در دهه‌های گذشته توسعه یافته‌اند که می‌توان آن‌ها را به طور کلی به پنج گروه اصلی دسته‌بندی کرد: کانکتورهای وقت شناس، اتصال دهنده‌های پیوسته، کانکتورهای نوع بریدگی، چسب و سایر کانکتورها [5].

با توجه به استفاده از بتن های ویژه برای سازه های کامپوزیت الواری-بتنی (TCC)، بتن الیافی با کارایی فوق العاده بالا (UHPC) به عنوان یک گزینه جذاب به دلیل مقاومت فشاری قابل توجه (رنده بیش از 120 مگاپاسکال) و مدول یانگ بالا (به عنوان مثال، 40-60 GPa) [6]، [7]، [8]، [9] پتانسیل افزایش سختی سازه و ظرفیت تحمل بار را ارائه می‌دهد. در یک مطالعه اخیر، Lecours و همکاران. با مقایسه بتن معمولی، بتن با کارایی بالا و UHPC، طراحی کف‌های TCC را با دهانه 9 متری با توجه به وزن، ضخامت، هزینه و کربن تجسم‌شده بهینه کرد. در یافته‌های آنها UHPC اجازه طراحی کف‌های سبک‌تر و باریک‌تر را می‌دهد، اما رقابت اقتصادی کمتر بتن معمولی مستلزم کاهش هزینه فعلی UHPC به 1000 دلار در متر مکعب است ^.. ناود و همکاران یک کف TCC در مقیاس کامل با دهانه 9 متری با تیرهای گلولام (GLT) متصل به دال UHPC نازک با استفاده از اتصالات انعطاف پذیر (مشبک فلزی یا ناودانی فولادی-UHPC) طراحی و به صورت تجربی اعتبارسنجی کرد [10]. یافته‌های آن‌ها کاهش ضخامت دال بتنی را از 120 میلی‌متر (بتن معمولی) به 40 میلی‌متر (UHPC) امکان‌پذیر می‌سازد، و به باریکی کف حدود 30 دست می‌یابد، در حالی که معیارهای طراحی کد ملی ساختمان کانادا را برآورده می‌کند [11]، [12]. قابل توجه است که عملکرد ارتعاش اندازه گیری شده کفپوش GLT-UHPC با دهانه 9 متری به لطف عملکرد ترکیبی و مدول بالای UHPC یانگ قابل قبول بود. به طور مشابه، Lamothe و همکاران. [13] یک کف TCC در مقیاس کامل را طراحی و آزمایش کرد که شامل یک دال کامپوزیت از الوار متقاطع (CLT) و بتن با عملکرد فوق العاده بالا (UHPC) است که به طول 9 متر با باریکی تقریباً 35 پوشیده شده است. دو برابر کفپوش های بتن مسلح معمولی. رویکرد آنها شامل استفاده از اتصال دهنده های شکل پذیر و یک روش طراحی شده پلاستیکی برای مهار موثر مقاومت فشاری UHPC، بر اساس تحقیقات قبلی در این زمینه بود [14]، [15]. به طور قابل‌توجهی، ترکیب الیاف فولادی در UHPC می‌تواند از ترک خوردن بتن در اتصالات شکافی طبقات TCC جلوگیری کند [10]، [13]، [16]. در نهایت، ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را نسبت به بتن معمولی تا 2 برابر کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کفپوش های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد. رویکرد آنها شامل استفاده از اتصال دهنده های شکل پذیر و یک روش طراحی شده پلاستیکی برای مهار موثر مقاومت فشاری UHPC، بر اساس تحقیقات قبلی در این زمینه بود [14]، [15]. به طور قابل‌توجهی، ترکیب الیاف فولادی در UHPC می‌تواند از ترک خوردن بتن در اتصالات شکافی طبقات TCC جلوگیری کند [10]، [13]، [16]. در نهایت، ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را نسبت به بتن معمولی تا 2 برابر کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کفپوش های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد. رویکرد آنها شامل استفاده از اتصال دهنده های شکل پذیر و یک روش طراحی شده پلاستیکی برای مهار موثر مقاومت فشاری UHPC، بر اساس تحقیقات قبلی در این زمینه بود [14]، [15]. به طور قابل‌توجهی، ترکیب الیاف فولادی در UHPC می‌تواند از ترک خوردن بتن در اتصالات شکافی طبقات TCC جلوگیری کند [10]، [13]، [16]. در نهایت، ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را نسبت به بتن معمولی تا 2 برابر کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کفپوش های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد. بر اساس تحقیقات قبلی در این زمینه [14]، [15]. به طور قابل‌توجهی، ترکیب الیاف فولادی در UHPC می‌تواند از ترک خوردن بتن در اتصالات شکافی طبقات TCC جلوگیری کند [10]، [13]، [16]. در نهایت، ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را نسبت به بتن معمولی تا 2 برابر کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کفپوش های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد. بر اساس تحقیقات قبلی در این زمینه [14]، [15]. به طور قابل‌توجهی، ترکیب الیاف فولادی در UHPC می‌تواند از ترک خوردن بتن در اتصالات شکافی طبقات TCC جلوگیری کند [10]، [13]، [16]. در نهایت، ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را نسبت به بتن معمولی تا 2 برابر کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کفپوش های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد. ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را با ضریب 2 نسبت به بتن معمولی کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کف های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد. ضریب خزش پایین UHPC اجازه می دهد تا انحراف طولانی مدت یک کف TCC را با ضریب 2 نسبت به بتن معمولی کاهش دهد، که از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا انحراف طولانی مدت اغلب بر طراحی کف های TCC حاکم است. [17]. با این حال، کف ضخیم‌تر بتن معمولی ممکن است از نظر عملکرد حرارتی، صوتی و ارتعاشی کف‌های TCC مزایایی را ارائه دهد.

از نقطه نظر ساخت و ساز، استفاده از کف‌های TCC در ساختمان‌های بلند چوبی شایع‌تر است، جایی که زمان ساخت عاملی حیاتی برای حفظ رقابت در بازار ساخت‌وساز است. روش‌های فعلی شامل ریختن بتن بر روی قالب‌های چوبی است که یا توسط سیستم‌های نگهدارنده برای کف‌های TCC ساخته شده از تیرهای چوبی یا مستقیماً روی دال چوبی پشتیبانی می‌شود، که توسط سیستم‌های پایه برای سیستم‌های چوب چند لایه (CLT) نیز پشتیبانی می‌شود. کاهش زمان ساخت و ساز برای ساختمان های بلند ممکن است تأثیر مهمی بر مدت زمان ساخت و هزینه ها داشته باشد [18]، [19]. پس از برداشتن پایه، انقباض و خزش بتن هر دو ماده باعث انحراف کف TCC می شود که با انتخاب سیستم پایه و زمان حذف می توان آن را به حداقل رساند. متاسفانه، داده های تجربی کمی در مورد انحراف در سنین اولیه ساخت و ساز بتن الوار در دسترس است. کاهش زمان اتصال و قالب‌بندی می‌تواند به ویژه برای تقویت ساخت کامیون‌های سریع در ساختمان‌ها مهم باشد [18]، [20]. عامل مهم در تعیین زمان بهینه برای برداشتن پایه است که به دستیابی به حداقل مقاومت بتن، تضمین یکپارچگی سازه و ایمنی بستگی دارد. خاصیت سخت شدن سریع UHPC می تواند منجر به کاهش زمان چسبندگی شود و در نتیجه باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه در طول ساخت و ساز شود. با این حال، یکی از معایب مرتبط با UHPC، انقباض خودزای ناشی از محتوای سیمان بالای آن است که برای آن، یک هفته پس از ریخته‌گری، انقباض می‌تواند به مقادیر 500-1500 με برسد [21]. همانند کف های کامپوزیت بتن و فولاد، انقباض بتن می تواند باعث انحراف اضافی قابل توجهی در کف شود [22]. علاوه بر این، مهار انقباض بتن می تواند باعث ایجاد تنش کششی و خطر ترک خوردن در سنین پایین شود [23].

فراگیاکومو و همکاران (2007) [24] تیرهای مختلف TCC ساخته شده از بتن معمولی با و بدون سیستم پایه را به صورت تجربی آزمایش کردند و به این نتیجه رسیدند که انتخاب روش ساخت اساساً باعث افزایش انحراف اولیه می‌شود، در حالی که تأثیر آن بر عملکرد مکانیکی سازه‌های TCC ناچیز است. به طور متفاوت، Zwickly و همکاران. [25] کاهش ظرفیت باربری TCC را 15 تا 20 درصد به دلیل نیروهای خودتعادلی ناشی از انقباض بتن گزارش کرد. علاوه بر این، Fragiacomo و همکاران. یک تحلیل المان محدود پیشرفته (FEA) برای پیش بینی انحراف تیرهای TCC ساخته شده از بتن معمولی (با مقاومت فشاری f _{c) انجام داد.} 30-35 مگاپاسکال) با در نظر گرفتن زمان های مختلف برداشتن پایه (7 روز برای پرتوهای 5.7 متری و 21 روز برای پرتوهای 3.85 متری) [26]. در حالی که نتایج عددی در برابر نتایج تجربی برای انحراف تا 5 سال اعتبارسنجی شدند، پیش‌بینی انحراف بلندمدت تا 50 سال برون‌یابی شد. بر اساس نتایج آنها، انحراف ناشی از جمع شدگی بتن به ترتیب بین 54 تا 69 درصد انحراف الاستیک اولیه برای تیر دهانه 85/3 و 7/5 بود. علاوه بر این، انحراف ناشی از انقباض بتن به ترتیب بین 17 تا 11 درصد کل انحراف بلند مدت پیش بینی شده برای تیر دهانه 3.85 و 5.7 بود. بنابراین، زمان برداشتن پایه نه تنها بر انحراف الاستیک اولیه، بلکه بر انحراف طولانی مدت نیز تأثیر می گذارد. جالب توجه است، Teguedy و همکاران.(2019) [27] از فیبر نوری برای اندازه گیری تأثیر مهم انقباض بتن بر تکامل انحنای دهانه میانی و محور خنثی در یک طبقه CLT در هفته های اول پس از ساخت استفاده کرد.

هدف این مطالعه درک بهتر اثر انقباض بتن بر انحراف یک کف CLT-UHPC در طول 28 روز اولیه پس از ریخته‌گری، به‌ویژه تمرکز بر روی سناریوهای بدون استفاده از لایه‌بندی است. انحراف TCC در طول زمان تحت تأثیر انقباض بتن و همچنین خزش چوب، بتن و اتصالات افزایش می یابد. ساختار مقاله به شرح زیر است: بخش 2 ویژگی های چوب، بتن و اتصال دهنده های به کار رفته و همچنین پیکربندی راه اندازی آزمایشی را ارائه می دهد. در مطالعه آزمایشگاهی کنترل‌شده، تلاش‌هایی برای حفظ شرایط محیطی سازگار، نظارت دقیق دما و رطوبت نسبی انجام شد. بخش 3 نتایج تجربی را از نظر خصوصیات خصوصیات بتن و اتصالات و انحراف سنی اولیه اندازه گیری شده ارائه می کند. اگرچه برخی از نوسانات خمش جزئی را می توان به تغییرات رطوبت نسبت داد، عوامل غالب مؤثر بر انحراف به عنوان انقباض بتن در ارتباط با خزش مواد شناسایی شدند. بخش 4 یک مدل تحلیلی ساده شده را ارائه می‌کند که برای پیش‌بینی انحراف در سنین پایین کف‌های TCC با جفت کردن 2 مدل موجود ایجاد شده است. بخش 5 آزمایش آزمایشی نهایی کف TCC را ارائه می‌کند که برای ارزیابی اثر انقباض بر ظرفیت باربری بارگذاری شده بود تا تحت خمش 4 نقطه فرو بریزد.

به عنوان اهمیت تحقیقاتی، این کار نه تنها به درک بهتر چگونگی تأثیر انقباض بتن بر انحراف و ظرفیت باربری کف‌های چوبی-UHPC کمک می‌کند، که توسط داده‌های اصلی از آزمایش‌های مقیاس واقعی پشتیبانی می‌شود، بلکه یک مدل تحلیلی ساده‌شده را نیز معرفی می‌کند که قادر به پیش‌بینی است. انحراف کف TCC در زمان‌های مختلف لایه‌بندی، بنابراین به عنوان ابزاری ارزشمند برای بهینه‌سازی طراحی کف‌های CLT-UHPC بدون نیاز به لایه‌بندی یا تعیین حداقل زمان لازم برای تقویت کف‌های CLT-UHPC با دهانه طولانی عمل می‌کند.