در این مطلب می خواهیم به اندازه گیری مقاومت الکترومغناطیسی اندوکتانس – خازن تیرچه بتنی پیش تنیده و پاسخ تیرچه های بتنی پیش تنیده تحت اثرات ترکیبی آتش و بارگذاری سازه بپردازیم.
منظور از پیش تنیدگی خروج از مرکز در تیرچه پیش تنیده چیست؟
در طراحی یک تیرچه بتن مسلح تحت خمش پذیرفته شده است که بتن در ناحیه کششی ترک خورده است و تمام مقاومت کششی توسط آرماتور تامین شود. تنشی که ممکن است در آرماتور مجاز باشد به دلیل نیاز به نگه داشتن ترک ها در بتن در عرض های قابل قبول در شرایط کاری محدود می شود، بنابراین هیچ مزیتی از استفاده از فولادهای با مقاومت بسیار بالا در دسترس نیست.
بنابراین این طرح از دو جنبه غیراقتصادی به نظر می رسد: (1) وزن مرده شامل بتن “بی فایده” در ناحیه کششی است و (2) استفاده اقتصادی از منابع فولادی امکان پذیر نیست. پیش تنیدگی به معنای ایجاد مصنوعی تنشها در هر سازه است قبل از آنکه بارگذاری صورت گرفته شده باشد. به طوری که تنشهایی که پس از آن تحت بار وجود دارد، مطلوب تر از حالتی است که در غیر این صورت وجود داشته است. از آنجا که بتن از نظر فشاری قوی است، در صورتی که بتوان آن را در حالت فشرده نگه داشت، از مواد موجود در یک تیرچه ی پیش تنیده به بهترین نحو استفاده خواهد شد. بنابراین ارائه ی یک نیروی فشاری طولی بر روی یک تیرچه ی پیش تنیده ی بتنی ممکن است بر هر دو مضرات بتن آرمه که در بالا ذکر شد غلبه کند. نه تنها بتن به طور کامل مورد استفاده قرار می گیرد، بلکه نیاز به تقویت کششی معمولی نیز حذف می شود.
نیروی فشاری وارد بر تیرچه ی پیش تنیده معمولاً توسط سیم ها یا رشته های فولادی کششی که به بتن متصل میشوند تأمین می شود و از آنجایی که تنش در این فولاد عامل مهمی در رفتار تیرچه پیش تنیده نیست و صرفاً وسیله ای برای اعمال نیروی مناسب است، ممکن است مزیت کامل نسبت به فولادهای با مقاومت بسیار بالا داشته باشد. به این ترتیب توزیع تنش یا فشار در هر مقطع با مجموع تنش های فشاری و خمشی برابر خواهد بود اگر اینطور فرض شود که بتن به صورت آواری بر روی تیرچه رفتار کند. بنابراین می توان نیروی اعمال شده را به گونه ای تعیین کرد که تنش های ترکیبی همیشه از نوع نیروهای فشاری بر تیرچه ی پیش تنیده ی بتنی باشند. در نهایت این که با اعمال نیروی فشاری خارج از مرکز بر سطح مقطع بتن، توزیع تنش بیشتر، به دلیل اثرات خمشی زوج ایجاد شده، به تیرچه ی پیش تنیده ی بتنی اضافه می شود.
خازن تیرچه بتنی پیش تنیده
یافته های مهندسان پژوهشگر صنعت عمران می گوید که تشخیص به موقع تغییرات موثر پیش تنیدگی (روش های پیش تنیدگی) میتواند بر روی ایمنی سازه های بتنی پیش تنیده تأثیر راهبری داشته باشد. این یافته ها از این قرارند که روش اندازه گیری مدار نوسان الکترومغناطیسی اندوکتانس – خازن (LC) می تواند مستقیماً همبستگی بین تنش رشته های فولادی و فرکانس رزونانس (مقاومت) الکترومغناطیسی را منعکس کند. تجربیات مهندسان پژوهشگر این مقاله به اینصورت است که در آزمایشات کارگاهی خود، رشته های فولادی پیش تنیده بدون پیوند پس تنیده را ، در داخل یک سازه به عنوان یک سیم پیچ مارپیچ در نظر گرفته اند.
همراه با ویژگی های القایی سیم پیچ مارپیچ در مدار تشدید و ویژگی های تنش در سازه ی پیش تنیده، رابطه بین بار و تنش سازه تحت بارگذاری عمودی مورد تجزیه و تحلیل کارشناسان قرار گرفت. برهمین اساس، یک مدل تابعی از تنش و فرکانس مقاومت تیرچه ی پیش تنیده در مدار نوسان LC ایجاد شد. سپس یک تیرچه ی بتنی پیش تنیده بدون پیوند به طول 4.8 متر برای آزمایش های بارگذاری عمودی 0-55 کیلونیوتن استفاده شد و مدار تشدید الکترومغناطیسی تکمیل شد تا تغییر افزایش فرکانس تشدید رشته های فولادی با افزایش تنش اندازه گیری شده را تشخیص و مورد ارزیابی قرار دهد. در نهایت، تحلیل نظری و نتایج تجربی کارشناسان این پژوهش نشان داد که مدار تشدید الکترومغناطیسی میتواند به طور موثر تغییرات تنش بار ساختاری را که به طور مثبت با فرکانس تشدید الکترومغناطیسی رشتههای فولادی در تیرچه ی پیش تنیده ی بتنی مرتبط است، تشخیص دهد.
پاسخ تیرچه های بتنی پیش تنیده تحت اثرات ترکیبی آتش و بارگذاری سازه
در یک تحقیق آزمایشگاهی کارگاهی، گروهی از کارشناسان حوزه ی عمران و شهرسازی، نتایج حاصل از مطالعات تجربی و عددی را در مورد رفتار تیرچه های پیش تنیده ی بتنی (PC) تحت تاثیر ترکیب آتش و بارگذاری سازه را ارائه داده اند. برهمین اساس، آزمایش را روی چهار تیرچه ی پیش تنیده PC تحت اِعمال همزمان آتش و بارگذاری ساختاری به اجرا در آوردند. متغیرهای موجود در این آزمایش شامل قرار گرفتن در معرض آتش، سطح بار، مقاومت بتن و شرایط مهار می شدند. دادههای تولید شده از آزمایشهای آتش سوزی بر روی تیرچه ی پیش تنیده برای اعتبارسنجی یک مدل عددی توسعه یافته جهت ارزیابی پاسخ آتش پرتوهای PC تحت هر شرایط آتش سوزی، بارگذاری و مهار مشخص شده استفاده میشود.
این مدل عددی ارائه شده، عوامل حیاتی حاکم بر پاسخِ آتشِ تیرچه های پیش تنیده ی بتنی PC را از جمله نیروهای مهاری ناشی از آتش، ترک خوردگی و خرد شدن بتن، پوسته شدن، و هندسه ی تیرچه ی پیش تنیده را هم در نظر می گیرد. البته به طور خاص، این مدل عددی میتواند نیروهای مهاری ناشی از آتش سوزی را که با مدت زمان قرار گرفتن در معرض آتش تغییر می کند، در نظر بگیرد. در نهایت نتایج حاصل از اعتبار سنجی در آزمایش این تیرچه های پیش تنیده ی بتنی اینگونه نشان می دهد که مدل عددی ارائه شده می تواند پاسخ آتش پرتوهای PC را با دقت معقول در هر دو حوزه ی حرارتی و ساختاری به تصویر بکشد. در واقع دادههای تولید شده از آزمایشهای آتش سوزی و مطالعات عددی روی تیرچه های پیش تنیده ی بتنی نشان داد که نیروهای مهار ایجاد شده از محدود کردن انبساط حرارتی تیرچه های پیش تنیده باعث افزایش جزئی در مقاومت تیرچه های PC در برابر آتش میشوند.