جواب فصل 4

 

 

 

 

 

 

 

 

جواب فصل 3

حل مسائل فصل 3

3-1)

هدف از طراحی یک عنصر سازه ای یا یک سازه , تامین ایمنی کافی و رعایت اقتصاد است .

3-2)

از جمله مسائلی که در طراحی ماهیت احتمالی داشته و پیش بینی دقیق آن ممکن نیست می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1-   پیش بینی دقیق باره های وارد بر سازه و نیز پیش بینی دقیق توزیع بارها

2-   مقاومت مصالح مصرفی و پیش بینی مقدار تنش تسلیم و یا مقاومت نهایی

3-   درستی آنالیز سازه و تعیین تنش در اجزای سازه و فرضیات استفاده شده و تئوری های مورد استفاده

4-   جزئیات اجرایی اجزاء سازه به دلایل کارگاهی و خطاهای انسانی

3-3) معمولاً برای تامین ایمنی کافی در سازه باید شرایط بارگذاری تا حدودی بالادست و شرایط مقاومت اجزاء تا حدودی دست پایین در نظر گرفته شود .با انجام این کار ضریب اطمینان کافی در مقابل شرایط عملی فراهم می گردد . در حقیقت ضرایب افزایشی و کاهشی که به ترتیب در بار و مقاومت اجزاء ضرب می شود تحت عنوان ضریب اطمینان خوانده می شود .

3-4)

1-روش تنش های مجاز

روش تنش های مجاز(ASD) که به نام روش تنش بهره برداری (WSD) نیز خوانده می شود از روش های قدیمی طراحی سازه است که تا قبل از سال 1956 میلادی به عنوان تنها روش طراحی سازه های بتنی آرمه در آئین نامه ی ACI318  مطرح بوده و از سال 1983 , تحت عنوان روش دیگر طراحی به ضمیمه ی آئین نامه برده شده است .

2- روش طراحی مقاومت

روش طراحی مقاومت SDM  که به نام روش طراحی مقاومت نهایی نیز خوانده شده است . ایجاب می کند که مقاومت طراحی یک عضو در هر مقطع , مساوی یا بیشتر از مقاومت لازم که تحت ترکیبات بار با ضریب محاسبه می شود (U)  , مقادیر ضرایب بار و ضرایب کاهش مقاومت از اوایل دهه ی 1970 تا سال 1999 در آئین نامه ی ACI 318 تقریباً ثابت بوده و در سال 2002 تغییراتی کرده است .

3- طراحی در حالات عادی

روش طراحی در حالات حدی (LSD)  که به نام روش طراحی بر مبنای ضریب بار و مقاومت (LRFD) نیز خوانده می شود , در نیمه ی قرن بیستم پایه گذاری شد و در سالهای اخیر ، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است ، به طوری که هم اکنون مبنای طراحی در کشورهای اروپا و نیز در کشور کانادا قرار گرفته است . آئین نامه ی بتن ایران نیز همین روش را مبنای طراحی خود قرار داد.

5-3 )

بار گذاری در این روش براساس بارهای بدون ضریب که به نام بارهای بهره برداری یا بارهای سرویس شناخته می شود ، انجام می گیرد . بارهای قائم وارده بر سازه عمدتاً از بار مرده (D) ، بار زنده (L ) و بار برف (S)  تشکیل می شوند . بدین ترتیب ترکیب بارگذاری بارها قائم به صورت روابط زیر است .

(1)D+L

(2) D+s

در مورد ترکیب بارهای قائم و بارهای جانبی در روش تنش های مجاز ، آئین نامه ها معمولاً قید می کنند در مورد که این بارها بدون ضریب جمع شوند ، لیکن در این حالت می توان تنش های مجاز را تا 33 درصد افزایش داد . مفهوم دیگر این وضعیت آن است که می توان بارها را تا 75%=33% کاهش داده و با همان تنش های مجاز معمولی عمل نمود .

بدین ترتیب برای ترکیب بارهای قائم با بار (W) یا بار زلزله (E) و براساس تنش های مجاز ، می توان از روابط زیر استفاده کرد .

(D+L+E) 0.75                             (D+L+W) 0.75  

3-6 )

در این روش با تعیین ضریب اطمینان مناسب براساس آئین نامه ، شرایط لازم برای تامین ایمنی کافی در طراحی سازه فراهم می شود . تنش های مجاز با تقسیم تنش تسلیم فولاد و یا مقاومت بتن بر عدد ضریب اطمینان تعیین می شود .

3-7)

 ضریب کاهش مقاومت یک ضریب کوچکتر از 1.0  که برای جبران مسائل زیر در نظر گرفته می شود .

-        احتمال مقاومت کمتر یک عضو براساس تغییرات ممکن در مقاومت مصالح مورد استفاده و ابعاد

-        دقیق نبودن معادلات طراحی

-        درجه شکل پذیری و قابلیت اعتماد مورد نیاز در عضو تحت بار

-        اهمیت عضو در سازه

3-8)

ترکیبات بارگذاری ACI 318-02  تحت بار قائم و زلزله

1)1.2 D +(1.0 or 1.4E)+ 1.0 L+0.25 S

2)0.9+(1.0E or 1.4E)

ترکیبات بارگذاری ACI 318 -99 تحت بار قائم و زلزله

1)0.75 {1.4 D +1.7 L +(1.0 E or 1.4 E}

2) 0.9 D +(1.0E or 1.4 E)

D بار مرده ، L  بار زنده ، S باریرف و E بار زلزله می باشد . همانطور که ملاحظه می شود ضرایب بار در آئین نامه ACI 318 – 02 نسبت به آئین نامه ACI318 -99 تغییر یافته و همچنین بار برف نیز در آئین نامه جدید تر لحاظ شده است . لکن در هر دو آئین نامه چهار ترکیب بارگذاری برای بارهای قائم و زلزله پیش بینی شده است .

3-9)

علل استفاده از ضرایب کاهش مقاومت (ɸ) در سوال 3-7 بیان شد در روشطراحی مقاومت , همواره باید مقاومت طراحی یک عضو در هر مقطع مساوی یا بیشتر از مقاومت لازم که تحت ترکیبات بار با ضریب محاسبه می شود ، باشد . مقاومت طراحی با ضرب ضریب کاهش مقاومت (ɸ) در مقاومت اسمی بدست می آید .

این ضرایب برای مقاطع کنترل شده تحت کشش در هر دو آئین نامه ACI 318 -02  و ACI 318 -99  برابر 9% و در مورد اعضا ء با دور پیچ ، بدون دور پیچ ، اعضا تحت برش و پیچش و مدل های فشاری – کششی در آئین نامه ACI 318 -0.2  به ترتیب برابر7% ، 65% ، 75%  می باشد . این مقادیر  نسبت به ضرایب کاهش مقاومت در آئین نامه ACI 318 -99 در مورد اول و دوم 05% و در موارد آخر (برش ، پیچش مدل برای فشاری – کششی ) 1% کاهش یافته است .

3-10)

در روش طراحی مقاومت علاوه بر آنکه گسیختگی مقطع تحت نیروهای داخلی ایجاد شده براساس بارهای با ضریب و ضرائب کاهش مقاومت کنترل می شود ، شرایط مناسب بهره برداری از اعضاء ، تحت بارهای بهره برداری (بدون ضریب) نیز کنترل می گردد. این شرایط تحت عنوان ضوابط بهره برداری بیان می گرددو شامل کنترل خیز و کنترل عرض ترک مقطع است .

3-11)

طراحی در حالات حدی یک روش طراحی مبتنی بر مفاهیم احتمالات است. احتمال شکست یک سازه را می توان با برآورد کمتری از مقاومت آن (R) و تخمین بالاتری در اثرات بار (S)و اطمینان از اینکه R>S است کاهش داد.

این مفهوم را می توان به شکل کلی رابطه زیر بیان کرد .

ɸ

3-12)

ɸ ضریب مقاومت (که به نام ضریب کاهش ظرفیت و یا ضریب عملکرد نیز خوانده می شود) که همیشه کوچکتر از واجد بوده و منعکس کنندهی ابهامات و موارد نامعلومدر تعیین  مقاومت اسمی است که براساس خصوصیات و ابعاد اسمی ماده محاسبه می شود ) می باشد.

αیک ضریب بار است که معمولاً بزرگتر از واحد بوده و قابلیت اضافه بار و نیز ابهامات متناظر با تعیین  تاثیر اسمی بار براساس بارهای شخص است ) را منعکس می کند .

3-13) آن دسته از حالتها که با ایمنی مرتبط باشد ، به نام حالات حدی نهایی خوانده می شود نظیر مقاومت ، کمانش ،واژگونی ، لغزش ، شکست ، خستگی و غیره ) ، و آن دسته از حالات که استفاده ی مورد نظر و یا تصرف سازه را محدود می کند ، به نام حالات حدی بهره برداری خوانده می شود(نظیر خیز ، ترک خوردگی ، جدا شدن پوشش بتن ، ارتعاش و غیره )

3-14)

ضریب بار جداگانه برای هر نوع بار ، می تواند درجه ی تغییر ابهامات و نامعلومی متناظر با انواع گوناگونی بار را بهتر منعکس کند . مثلاً بار مرده اصولاً با دقت بهتری قابل پیش بینی بوده و ضریب بار کمتری نسبت به ضریب بار بارهای زنده خواهد داشت .

همچنین یک ضریب بار بسته به این که اثر بار ، افزایش یا کاهش تاثیر کلی بار باشد ممکن است مقادیر متفاوتی داشته باشد . مثلاً در ملاحظه ای شکست ناشی از واژگونی که بار مرده از شکست جلوگیری می کند ، اگر بار مرده ی واقعی کمتر از مقدار پیش بینی شده باشد ، احتمال شکست بالاتر خواهد رفت . دراین حالت باید برای بار مرده ، ضریب باری کمتری از واحد در نظر گرفت .

3-15)

ضریب ترکیب بار (ᴪ) کاهش احتمال وقوع همزمان چند بار به صورت ضریب دار را لحاظ می کند . ضریب اهمیت (ᵞ)عواقب انهدام یک عنصر یا یک سازه را لحاظ می کند . منطقی تر خواهد بود ضرایب   در آئین نامه های بار گذاری تعیین شوند . چرا که معمولاً این ضرایب که به بارهای معین تعلق می گیرد برای انواع مواد و انواع سازه ها یکسان بوده و مناسب است که در آئین نامه های بارگذاری مشخص شود.

3-16)

حالات حدی نهایی ممکن است به یکی از صورت های زیر اتفاق بیفتد :

1-از دست رفتن تعادل سازه و یا قسمتی از آن به عنوان یک جسم صلب

2- تغییر شکل یا تغییر مکان سازه یا قسمتی از آن در حدی که شکل هندسی یا رفتار سازه را به کلی تغییر دهد.

3- رسیدن سازه به حداکثر ظرفیت بابری خود به یکی از شکل های زیر :

-وقوع حالات حدی نهایی مقاومت با شکست مقاطع ، قطعات و یا اتصالات به دلیل گسیختگی یا تغییر شکل های بیش از حد و یا خستگی مصالح .

- تبدیل شدن سازه یا قسمتی از آن به مکانیزم .

- از دست رفتن پایداری کل سازه یا قسمتی از آن

 3-17)

حالات حدی بهره برداری ممکن است به یکی از صورت های زیر اتفاق بیفتد:

1-                تغییر شکل بیش از حد سازه یا اجزای آن، به صورتی که اثر نامطلوبی در ظاهر سازه و یا عملکرد مناسب آن ایجاد نموده و به خود سازه ، نازک کاری موجود در آن و یا قطعات غیر سازه ای آسیب برساند.

2-                صدمات موضعی نظیر ترک خوردگی بیش از حد سطح بتن ، به صورتی که نیاز به نگهداری بیش از حد متعارف داشته باشد ، و یا احتمال خوردگی میلگردها را افزایش دهد و در نتیجه به وضعیت ظاهری و عملکرد مناسب سازه آسیب برساند.

3-                سوزش بیش از حد سازه در اثر بارهای بهره برداری ، یا عملکرد ماشین آلات نصب شده و یا نیروی بار ، به صورتی که باعث نشویش خاطر استفاده کنندگان شود و یا عملکرد مناسب سازه را دچار مشکل کند .

4-                حالتهای حدی دیگری که ممکن است با تشخیص و قضاوت مهندسی سازه برای سازه های خاص با عملکرد نامتعارف تعیین شود.

3-18)

آیا قید می کند که در طراحی سازه ها علاوه بر بررسی حالات حدی ، موارد زیر نیز رعایت شود:

1-سازمان دهی اجزای سازه و اتصالات ، چنان باشد که پایداری کلی و به هم پیوستگی سازه تامین شود ، به طوری که آسیب دیدگی موضعی سازه به گسیختگی کلی یا زنجیره ای منجر شود

2- با پیش بینی تدابیر خاص ، مقاومت سازه در مقابل اتش سوزی تامین شود .

3- با پیش بینی تدابیر مناسب ، پایانی سازه تامین شود. در این مورد به خصوص در مورد بتن ، توجه کافی به مواد و مصالح مصرفی و طرح اختلاط با ملاحظه ای شرایط محیطی الزامی است 4- طراحی سازه باید حلقه ای از زنجیره ی طراحی – اجرا نگهداری تلقی شده و نسبت به صحت انجام هر کدام از سه جزء ، اطمینان حاصل شود.

3-19)

آئین نامه بتن ایران روش های زیر را برای تحلیل یک سازه بتن مسلح مجاز می داند.

الف) تحلیل خطی

ب) تحلیل خطی همراه با باز پخش محدود

ج) تحلیل غیر خطی

د) تحلیل پلاستیک

3-20)

در تحلیل غیر خطی لنگرها و نیروهای داخلی در هر مقطع از سازه با توجه به رفتار غیر خطی مصالح و یا با توجه به تاثیر تغییر شکل های بزرگ که تحت عنوان رفتار غیر هندسی نامیده می شود، تعیین می شوند. برای بیان رفتار غیر خطی مصالح می توان در تعیین منحنی لنگر انحناء هر مقطع ، از یک نمودار دو خطی که بیان گر حالت ترک نخورده بتن و حالت تشکیل مفصل پلاستیک در مقطع است و یا یک نمودار سه خطی که علاوه بر مشخصات نمودار دو خطی حالت ترک نخورده را بیان می کند ، استفاده کرد .

3-21)

ترکیبات بارگذاری براساس آئین نامه بتن ایران در جدول زیر آمده است .

3-22)

در آئین نامه بتن ایران مقاومت نهایی مقطع ()برای هر تلاش خاص ، براساس مشخصات هندسی مقطع ، رفتار مکانیکی تحت آن تلاش خلاص و اعمال ضرایبیبه نام ضرائب جزئی ایمنی مقاومت در خصوصیات مکانیکی اجزاء و با منظور کردن شرایط تعادل نیروها و همسازی تغییر شکل ها به دست می آید.

ضرایب جزئی ایمنی به صورت زیر ، در مقاومت مشخصه بتن و فولاد ضرب می شوند.

-     ضریب جزئی ایمنی مقاومت بتن :  

-         ضریب جزئی ایمنی مقاومت فولاد:

 

 

3-23)

آئین نامه بتن ایران قید می کند که چنانچه لازم باشد بنا به دلایل خاص برای قطعه ای از سازه حاشیه ایمنی وسیع تری در نظر گرفته می شود ، کنترل حالت حدی نهایی مقاومت به صورت روابط زیر بیان می شود:

 ضریب اصلاح مقاومت              ضریب اصلاح بار است که در حال حاضر در طراحی تمام قطعات برابر با 0/1 معرفی شده است ، مگر در تعیین ضریب تشدید لنگر ستون ها که ضریب اصلاح مقاومت   در بار بحرانی ستون ضرب می شود.

جواب فصل 2 قسمت دوم

-36)

چنانچه نمونه بتنی در زمان بارگذاری تحت تاثیر فشار جانبی نیز قرار گیرد ،شرایط این نمونه بصورت محصور شده تلقی شده ومنحنی تنش –کرنش بصورت اساسی تغییر وضعیت خواهد داد ، به طوری که مقاومت فشاری آن افزایش یافته و هم چنین کرنش نهایی شکست آن نیز به مراتب افزایش خواهد یافت . بنابراین محصور شدگی رفتار به مراتب نرم تر و شکل پذیری را برای عضو بتنی فراهم می کند.

2-37)

مدول الاستیسیته سکانت شیب خطی است که از مبداءبه نقطه ای واقع در منحنی تنش –کرنش که متناظر با 40 درصد تنش حداکثر F"_c  است ،وصل می شود. در حالی که در تعریف مدول الاستیسیته وتری به جای مبداءاز یک نقطه از منحنی که متناظر با کرنش  ^6- 10×5 می باشد ،استفاده می شود و در حقیقت حالت اصلاح شده ای ازمدول الاستیسیته وتری می باشد.

2-38)

شیب منحنی تنش –کرنش به عنوان مدول الاستیسیته بتن (E _c)محسوب می شود و به صورت های مختلفی تعریف می شود. مدول الاستیسیته استاتیکی بتن بر اساس ACI 318  ،برای بتن با وزن مخصوص W_cدرمحدوده 1500 تا kg/m³2500 را میتوان از رابطه زیر تعیین کرد .

= 0/0473w_c 1/5  _c                                                                 E _c

F' _cمقاومت 28 روزه نمونه استوانه ای برچسب مگا پاسکال است .

برای بتن معمولی با وزن مخصوص حدود kg/m³2300 ،رابطه اخیر به صورت ساده تر به شکل رابطه زیر بیان می شود.

E _c=4700F' _c

آئین نامه ACI 363 برای محاسبه مدول الاستیسیته در بتن با مقاومت بالا رابطه زیر را پیشنهاد می کند.

                                                                      )^1/5 E _c=(3320  _c +6900)(

و همچنین تحقیقات انجام شده توسط نگارنده (دکتر داوود مستوفی نژاد)در دانشگاه صنعتی اصفهان ،روابط ساده و مفصل زیر را برای بر آورد واقع بینانه تر از مدول الاستیسیته استاتیکی بتن با مقاومت بالا ارائه می کند .

E_c=                   

E_c=

E_aمدول الاستیسیته سنگ دانه های مصرفی ،بتن برحسب روز،      نسبت میکروسیلیس به مواد سیمانی نسبت آب به مواد سیمانی است.

2- 39)

مدول الاستیسیته دینامیکی بتن به یک کرنش بسیار کوچک آنی مرتبط بوده و به صورت تقریبی با مدول الاستیسیته ی استاتیکی های مماسی تعیین می شود .مدول الاستیسیته ی دینامیکی برای بتن های با مقاومت پایین ، متوسط و بالا به ترتیب در حدود 40،30،20درصد بالاتراز مدول الاستیسیته استاتیکی بتن می باشد.

برای آنالیزتنش در سازه هایی که تحت تاثیر بارگذای زلزله و یا بار ضربه ای قرار می گیرند ،مناسب تر خواهد بود که از مدول الاستیسیته ی دینامیکی استفاده شود ،که می توان آن رابصورت دقیق با یک آزمایش صوتی تعیین نمود.

2-40)

مدول الاستیسیته خمشی براساس سختی خمشی قطعه بتنی تعیین می شود و اغلب در آنالیز وطراحی رویه های بتنی کاربرد دارد.

2-41)

شرایط آزمایشی در مدول الاستیسیته مدول موثر است .در سرعت بارگذاری بالاتر،بتن از خود مدول الاستیسیته ی بالاتری نشان می دهد. هم چنین نمونه های بتنی که در شرایط مرطوب آزمایش شوند ،در حدود 15 درصد مدول الاستیسیته بالاتری نسبت به نمونه های آزمایش شده در شرایط خشک ،از خود بروز می دهند.

2-42)

این ضرایب برای بتن با مقاومت بالادرحدود11/0 ،وبرای بتن با مقاومت پایین در حدود20/0 می باشد. به عنوان یک میانگین مناسب برای ضریب پواسون بتن،عدد15/0تا17/0منطقی به نظر می رسد.

2-43)

دلیل کمتر بودن چشمگیر مقاومت کششی بتن نسبت به مقاومت فشاری آن ،وجود ریزترک های فراوان در جسم بتن حتی قبل از شروع آزمایش است .چنین ریز ترک هایی در فشار،در ابتدا بسته شده و مشکلی برای باربری فشاری ایجاد نمی کنند ،امادر کشش مانع از انتقال تنش کششی شده و منجر به گسیختگی زود رس آن نمونه تحت تنش کششی می شوند.

2-44)

استانداردASTM C496 برای سنجش مقاومت کششی بتن تحت کشش خالص ، آزمایش شکافت کششی یا آزمایش شکافت استوانه را معرفی می کندومقاومت کششی حاصله را با f_ct نمایش می دهد. این آزمایش به نام آزمایش برزیلی نیز خوانده می شود. درآزمایش شکافت استوانه ،نمونه بتنی استوانه ای استانداردبا ابعاد mm300×150،از پهلو در طول دو خط محوری تحت فشار قرار می گیرد . بار به صورت پیوسته با سرعت ثابت و در محدوده 7/0تا  mpa/sec 4/1وارد می شود تا نمونه شکسته شود . تنش فشاری وارده بر این نمونه ،تنش کششی متعامدی ایجاد می کند که در طول قطر عمودی تقریباًیکنواخت است.

2-45)

مقاومت کششی بتن در کشش ناشی از خمش و یامدول گسیختگی (f_r)،در مقایسه با مقاومت کششی بتن در کشش مستقیم 50تا 100 درصد بزرگتر بدست می آید. این مساله عمدتاًبه این دلیل است که رابطه خمش ، یک رابطه خطی تنش –کرنش در سرتاسرمقطع تیر بتنی فرض می کند و از طرفی در آزمایش تیر خمشی (به خلاف آز مایش کشش مستقیم)فقط در ناحیه محدودی از دورترین تارهای پایین مقطع ،تنش کششی حداکثر حاصل می شود.  درعمل این حجم کوچک که به تنش حداکثر رسیده است،با رفتاری غیر خطی امکان انتقال تنش حداکثر به تارهایی از مقطع که تحت تنش کششی کوچکتری قرار دارند را نیز فراهم می کند و به همین دلیل ترک خوردگی مقطع ،دیرتر اتفاق می افتد.

2-46)

منحنی تنش –کرنش در بتن تحت تنش کششی ،اندکی رفتار غیر خطی از خود نشان می دهد اگرچه ،تاحدودتنشی معادل 50 درصد مقاومت کششی بتن(  ،رفتارخطی است .کرنش کششی نظیر تنش کششی حداکثر بتن( ) در کشش خالص در حدود 0001/0 ودر کشش ناشی از خمش در محدوده 00014/0 تا0002/0 می باشد. منحنی تنش –کرنش بتن تحت کشش را تاحد تنش کششی حداکثر ، میتوان بایک خط مستقیم باشیب E_Cو تا تنش ( تقریب زد . هم چنین میتوان این منحنی را با یک سهمی درجه دوم در محدوده صفر تا تنش (  و کرنش  =  ( ) تقریب زد .

2-47)

نتایج آزمایش نشان داده است که مقاومت بتنی که تحت فشاردو محوره قرار گیرد ممکن است تا 27 درصد بیشتراز مقاومت فشاری تک محوره آن باشد .برای تنش های فشاری مساوی در دو جهت اصلی ،افزایش مقاومت تقریباً16درصد است.

2-48)

الف)فشارتک محوره:

تحت فشار تک محوره شکست با تشکیل ترک های کششی بر صفحاتی موازی تنش های فشاری آغاز می گردد.

چنین صفحاتی در حقیقت صفحات کرنش های اصلی و حداکثرهستند(شکل الف)

ب)فشار دو محوره:

الگوی شکست نمونه ی بتنی تحت فشار دو محوره به صورتی است که سطوح شکست موازی سطوح بدون بار (سطوح آزاد)باایجاد کرنش های کششی حداکثر در جهت عبور بر این صفحات ،تشکیل می شود(شکل ب).

ج)فشار –کشش دو محوره تحت فشار :

تحت فشار – کشش دو محوره با افزایش تنش کششی اعمالی ،مقاومت فشاری تقریباًبه صورت خطی کاهش می یابد. الگوی شکست در این حالت ،ایجاد سطوح عمود بر راستای اعمال تنش کششی است (شکل ج)در این حالت شکست بر مبنای محدودیت در کرنش کششی –ونه بر اساس محدودیت در تنش کششی اتفاق می افتد.

د) کشش دو محوره

مقاومت بتن تحت کشش دو محوره تقریباًمعادل مقاومت کششی تک محوره ی بتن است . در این حالت شکست بر اساس ایجاد سطوح شکست عمود بر راستای اعمال تنش کششی حداکثر رخ می دهد. (شکل د)

شکل 2-48-1 الگوی شکست بتن ،الف)تحت فشار تک محوره ب)تحت فشار دو محوره ،ج)تحت فشار-کشش دو محوره د)تحت کشش دو محوره

2-49)

مقاومت و شکل پذیری بتن تحت فشار سه محوره در مقایسه با مقاومت و شکل پذیری آن تحت فشار تک محوره افزایش می یابد. تحقیقات نشان داده است که مقاومت فشاری بتن در فشار سه محوره( ) وقتی که نمونه بتنی مقاومت فشاری تک محوره داشته باشد و تحت فشار جانبی محصور کننده ₁f  قرار گرفته باشد،از رابطه ی  زیرقابل محاسبه خواهد بود .این بتن یک بتن محصور شده تلقی می گردد.                                                                                                        Kf₁ +   = 

در این رابطه  k ضریب فشار جانبی بوده و توسط ریچارت و همکاران به صورت k=4/2 معرفی شده است . هم چنین بالمربرای  k محدوده 5/4 تا 0/7 را با مقدارمتوسط 6/5 k= معرفی کرده است.

2-50)

چنانچه یک ماده تحت تعدادی بارهای تکراری ، بصورتی که هر کدام از آن بارهاکوچکتر از مقاومت فشاری استاتیکی آن ماده است ،دچار شکست شود ،اصطلاحاً گوییم آن ماده در اثر خستگی شکسته شده است .

2-51)

چنانچه مراحل بارگذاری و باربرداری در یک نمونه بتنی (سیکل بارگذاری ) به صورتی باشد که تغییرات تنش در دامنه محدود حد پائینی تنش(  ) و حد پایینی تنش(  )و حد پایینی تنش (    )اثر کند ،منحنی تنش –کرنش بتن با تغییرات به مراتب تدریجی تر ،تغییر شکل یافته و رفته رفته و تحت سیکل بارگذاری به مراتب بزرگتر ،جهت تحدب آن تغییر می کند و کرنش های پس مانده در آن ذخیره می گردد. 

2-52)

مقاومت خستگی بتن را میتوان بر اساس منحنی اصلاح شده ی گودمن ارزیابی کرد . این منحنی در شکل نمایش داده شده شده است.چنانچه حد پائینی تنش ( _h ) مشخص باشد ،بااستفاده از منحنی اصلاح شده گودمن می توان مشحص کرد که در این محدوده تغییرات تنش ،باچه سیکلی از بارگذاری نمونه ی بتنی در اثر خستگی شکسته خواهد شد.

بدین منظور به نقطه ای بامختصات افقی  ₁/ و مختصات قائم  _h را مشخص می کنیم ،وضعیت این نقطه نسبت به منحنی های موجود ،تعداد سیکل بارگذاری مربوط به شکست این نمونه در اثر خستگی را تعیین خواهد نمود.

2-53)

تاثیر شرایط نگهداری بتن بر مقاومت ضربه ای آن ،تا حدودی متفاوت از تاثیر شرایط نگهداری بر مقاومت بر مقاومت فشاری بتن است . مقاومت در مقابل  ضربه برای بتنی که در آب نگهداری شده باشد ،کمتر از مقاومت ضربه ای بتن خشک است ، اگرچه بتن در آب نگهداری شده می تواند ضربه های بیشتری را قبل از ترک خوردگی تحمل کند.

2-54)

افت پلاستیک بتن درحقیقت انقباضی است که در خمیر سیمان پلاستیک و در اثر تبخیر از سطح بتن و یا جذب آب توسط سطح بتن خشک شده ی زیرین ،رخ می دهد. هرچه میزان سیمان در در بتن بیشتر باشد و یا مقدار حجمی دانه ها کمتر باشد،میزان افت پلاستیک بیشتر خواهد بود.

2-55)

افت خود گیری یک نوع خاصی از افت است که در آن جابه جایی آب به داخل یا خارج بتن اتفاق نمی افتد، بلکه از دست رفتن آب با استفاده آن در هیدراسیون سیمان رخ می دهد. این افت به سهولت از افت در بتن سخت شده تمیز داده نمی شود .مقدار افت خودگیری بسیار اندک بوده و کرنش آن در محدوده    ^6-10×5 تا ^6- 10 ×100است .

2-56)

افت خشک شدگی انقباضی است که در بتن سخت شده و در اثر خارج شدن آب جذب شده در ساختار خمیر سیمان ، به دلیل قرار گرفتن بتن در محیط با رطوبت نسبی کمتر از 100 درصد اتفاق می افتد.

اگر این بتن مجدداًدر آب قرار داده شود ،مقداری آب جذب کرده و تا حدودی انبساط می یابد امافقط قسمتی از انقباض جبران می شود . (افت برگشت پذیر)و بسته به شرایط موجود و سن بتن ،ممکن است بین 40تا70درصداز کل افت را شامل می شود.

2-57)

ترکیب دی اکسید کربن موجود در هوا با سیمان هیدراته به انقباض بتن منجر می شود. که این فرآیند افت کربناسیون نامیده می شود . افت کربناسیون در رطوبت نسبی کمتر از 25 درصد روی می دهد. در حقیقت در رطوبت نسبی کمتر از 25 کمتر درصد آب کافی در حفره ها برای ترکیب با co₂ و تشکیل اسید کربنیک وجود ندارند،هم چنین در رطوبت نسبی 100درصدچون حفره ها پراز آب هستند ،نفوذ co₂ در بتن چندان آسان نخواهد بود.

2-58)

در فرآیند کربناسیون ،با جا گرفتن کربنات کلسیم تولید شده در حفره ها و نیز کامل تر شدن احتمالی هیدراسیون سیمان به جهت مجاورت با آب آزاد شده ،نفوذ پذیری بتن کمی کاهش یافته و نیز مقاومت آن اندکی افزایش می یابد.

با این وجود ،فرآیند کربناسیون محیط قلیایی خمیر خنثی نموده و فولاد ها را با تهدید خوردگی مواجه می کند. اگر کربناسیون در تمام پوشش بتن روی میلگردها نفوذ کند و رطوبت و اکسیژن به سطح میلگردها برسد،خوردگی فولادها و ترک خوردگی متعاقب بتن را به دنبال خواهد داشت.

2-59)

درصد حجمی خمیر سیمان هیدراته در بتن که با مقدار سیمان و درجه هیدراسیون تعیین می گردد ،تاثیر اساسی در اقباض بتن خواهد داشت .برای این میزان مشخص سیمان ،با افزایش نسبت آب به سیمان ،افت بتن افزایش می یابد . همچنین در یک نسبت آب یه سیمان مشخص ،بافزایش مقدار سیمان ،افت در بتن افزایش خواهدیافت .افزودنی هایی نظیر سرباره ،میکروسیلیس وسایر پوزلانها و نیز مواد مضافی نظیر کلرید کلسیم و مواد مضاف کاهنده آن و مواد مضاف کند گیر کننده میزان انقباض را افزایش می دهند. رطوبت و زمان نیز بر انقباض بتن تاثیر می گذارد. هر چه میزان رطوبت نسبی محیط کمتر شود ،میزان افت افزایش می یابد.

2-60)

تغییر شکل ماده تحت تنش ثابت در طول زمان را خزش یا وارفتگی می گویند. چنانچه یک نمونه بتنی در شرایط رطوبت نسبی صد در صد تحت تنش ثابت قرار گیرد ،با گذشت زمان در آن نمونه افزایش کرنش ایجاد می گردد که به آن خزش پایه گویند. از طرفی اگر نمونه بتنی تحت تنش ثابت ،به طور همزمان در معرض رطوبت های نسبی کمتر ا ز 100 درصد قرار گیرد ،کرنش کل ایجاد شده در نمونه از جمع کردن کرنش الاستیک اولیه ،کرنش انقباضی آزاد (کرنش ناشی از افت خشک شدگی در بتن بدون بار ) و کرنش خزش پایه بیشتر خواهد بود. خزش اضافی که وقتی نمونه ی تحت بار ،در حال خشک شدگی است رخ می دهد ،خزش خشک شدگی نامیده می شود. 

2-61)

آسودگی بصورت کاهش در تنش نمونه  تحت کرنش ثابت در طول زمان تعریف می گرد. پدیده ی آسودگی در بتن در بسیاری از موارد و از جمله در کاهش تنش های ناشی از نشست های نامساوی تکیه گاه ها در اعضای سازه بتن آرمه ،مفید تلقی می شود.

2-62)

بتن ماده ای مرکب از سیمان ،آب ،سنگ دانه و هوا بوده و تغییرات در خصوصیات این اجزا و تغییرات در مسائلی همچون حمل ،جای دادن و تراکم بتن ،‌به تغییراتی در مقاومت بتن ساخته شده منجر می شود .از طرفی تفاوت در شرایط آزمایش و دستگاه نیز تفاوت های آشکاری در مقاومت بتن ایجاد می کند.

2-63)

 استانداردACI 318 نتایج آزمایش فشاری استوانه های استاندارد که به صورت مرطوب تا 28 روز عمل اوری شده و آزمایش شوند را به نام مقاومت فشاری مشخصه بتن نامیده و یا  نمایش می دهد.

لکن ، مقاومت متوسط ، مقاومتی است که طرح اختلاط بتن براساس آن انجام می گیرد ، مقاومت مشخصه بتن همان است که روی نقشه های ساخت مشخص شده و در محاسبات بتن مسلح به کار می رود، و برای برخورداری از یک ضریب اطمینان مناسب باید از مقاومت متوسط کمتر باشد.

به همین دلیل تعریف دیگری از مقاومت به نام مقاومت فشاری متوسط لازم که با  نمایش داده می شود به صورت مقدار بزرگتر از 2 رابطه ی زیر ارائه شده است :

2-64)

براساس ACI 318  مقاومت نمونه های استاندارد که در آزمایشگاه به عمل آمده و مورد آزمایش قرار گرفته اند ، در صورتی رضایت بخش تلقی می شود که هر دو شرایط زیر برآورد گردد:

الف: میانگین تمام هر سه آزمایش متوالی مقاومت ، مساوی یا بزرگتر از  باشد .

ب: هیچکدام از آزمایش های مقاومت (متوسط 2 استوانه ) ، بیش از 3.5 MPa کمتر از  نباشد .

بر طبق آیین نامه بتن ایران (آبا) ، مشخصات بتن در صورتی منطبق بر رده مورد نظر و قابل قبول تلقی می شود که یکی از شرایط زیر برقرار باشد :

الف: در آزمایش سه نمونه متوالی ، مقاومت هیچکدام از نمونه ها کمتر از مقاومت فشاری مشخصه نباشد .

ب: متوسط مقاومت نمونه ها ()حداقل 1.5  مگا پیکسل بیش از مقاومت مشخصه باشد و کوچکترین مقاومت نمونه ها ()از مقاومت مشخصه نهایی منهای 4 مگا پاسکال کمتر نباشد .

2-65 )

 براساس ACI 318  نمونه برداری برای انجام آزمایش مقاومت فشاری (هر آزمایش متوسط مقاومت 2 استوانه است ) در هر مجموعه بتن ریزی در یک روز نباید ، کمتر از موارد زیر باشد .

1-                یک بار در روز

2-                یک بار به ازای هر 120 متر مکعب بتن ریزی

3-                یک بار به ازای هر 500 متر مربع سطح بتن ریزی در دال ها و دیوارها

آیین نامه بتن ایران (آبا) نیز تواتر نمونه برداری (هر نمونه برداری تهیه ی دو آزمونه است ) برای تعیین مقاومت فشاری بتن را در صورتی که حجم هر اختلاط بتن بیش از یک متر مکعب باشد ، به صورت زیر تعیین می کند .

1-                برای دال ها و دیوارها یک نمونه برداری از هر 30 متر مکعب بتن یا 150 متر مربع سطح

2-                برای تیرها و کلاف ها ، در صورتی که جدا از قطعات دیگر بتن ریزی شوند، یک نمونه برداری از هر 100 متر طول

3-                برای ستون ها یک نمونه برداری از هر 50 متر طول .

در صورتی که حجم هر اختلاط بتن کمتر از یک متر مکعب باشد ، مقادیر فوق الذکر را می توان به همان نسبت کاهش داد . آیین نامه ی ایران قید می کند که حداقل یک نمونه برداری از هر رده ی بتن در هر روز ، و نیز حداقل 6 نمونه برداری از کل هر سازه الزامی است .

هم چنین اگر حجم بتن ریخته شده در کارگاه از 30 متر مکعب (یا 40 متر مکعب بر حسب آیین نامه ACI 318 کمتر باشد ، چنانچه به تشخیص دستگاه نظارت دلیلی بر رضایت بخش بودن کیفیت بتن موجود باشد ، می توان از نومنه برداری و آزمایش مقاومت بتن صرفنظر کرد.

 

2-66)

 به کار گرفتن  الیاف در بتن و تولید بتن الیافی (FRC ) ، این امکان را فراهم کرده است که بتوان بتنی شکل پذیر و با قابلیت جذب انرژی بیشتر ، و نیز بتنی با توسعه ی ترک خوردگی کمتر تحت بار و تنش های ناشی از افت و حرارت ، تولید نمود.

به همین جهت استفاده از بتن الیافی مصارف مهمی از جمله در ساخت پایه ها و شمع های بتنی ، بتن ریزی کف سالن های صنعتی ، رویه های بتنی راه ها و فرودگاهها ع پوشش تونل ها و دیوارها ع عرشه ی پل ، بتن سوز ، مخازن تحت فشار ، سازه های مقاوم در مقابل انفجار ، پانل های پیش ساخته ، و لوله های بتنی پیدا کرده است.

2-67 )

طاقت بتن همان خاصیت جذب انرژی است که می تواند به نحو مطلوبی  خطر شکست سازه های بتنی را در مواردی که تحت ضربه یا بارهای دینامیکی قرار می گیرند و به خصوص در زمان وقوع زلزله ، کاهش دهد.

خاصیت جذب انرژی بتن الیافی معمولاً با آزمایش سنجش طاقت اندازه گیری می شود.

در این آزمایش شاخص طاقت براساس استاندارد ASTM CLO18  به صورت سطح زیر منحنی بار – تغییر شکل یک تیر استاندارد با ابعاد 350×100×100 میلیمتر تا یک تغییر شکل مشخص (مثلاً 3.5 برابر تغییر شکل در لحظه ی اولین ترک ) ، به سطوح زیر همان منحنی تا تغییر شکل متناظر با اولین ترک خوردگی تعریف می شود.

2-68)

پلیمرها که اصولاً مواد مصنوعی پلاستیکی بوده و از مواد آلی محسوب می شوند ، با ایجاد یک شبکه ی به هم پیوسته در داخل بتن ، می توانند حفره های داخلی را پر کرده و نفوذ پذیری بتن را به شدت کاهش می دهند . چنین یتنی با قابلیت جذب آب بسیار پایین ، دوام بسیار خوبی در مقابل عوامل مخرب محیطی و حمله مواد شیمیایی از خود نشان می دهد.

2-69)

مواد پلیمری را می توان به سه روش در بتن به کار برد که بتن تولید شده در هر حالت به صورت زیر نامیده می شود:

1-                بتن اشباع شده با پلیمر (PIC )

این بتن معمولاً یک بتن پیش ساخته است که پس از خشک شدن کامل ، با یک مونومر با ویسکوزیته ی پایین اشباع می شود. این مونومر با پلیمریزاسیون درجا ، حفره های موجود در بتن را پر کرده و تشکیل یک شبکه ی به هم پیوسته می دهد.

اشباع بتن با پلیمر به صورت قابل توجه مقاومت و دوام بتن را بهبود می بخشد . برای اعضای سازه های بتن آرمه و قطعات بزرگ بتنی ، گاه پلیمر بر روی سطح بتن پاشیده می شود.

2-                بتن با سیمان پلیمری (PCC )

این بتن با سیمانی ساخته می شود که مواد پلیمری به آن اضافه شده است . این بتن نیز خصوصیات مکانیکی بهتر و به خصوص مقاومت بهتر در مقابل نفوذ آب و نمک و مقاومت بهتر در مقابل سیکل های یخ زدن و ذوب شدن دارد. هم چنین این بتن چسبندگی بسیار خوب با میلگردها و نیز با بتن قدیمی از خود نشان می دهد.

3-                بتن پلیمری (PC)

بتن پلیمری که به نام بتن چسب پلاستیک و یا بتن چسبی نیز خوانده می شود ، از یک مادهی چسبانندهی پلیمری و پر کننده ی معدنی نظیر ماسه یا شن تشکیل شده است . از آن جا که در این بتن یک ماده ی پلیمری به طور کامل جانشین سیمان شده است ، افزایش قابل ملاحظه ای در قیمت این بتن حاصل می شود .

بنابراین کاربرد این بتن در جایی که افزایش قیمت به دلیل خصوصیات خیلی خوب آن و یا کاهش در هزینه های کارگری ، و یا کاهش در انرژی لازم در ضمن ساخت و مراقبت از بتن توجیه پذیر باشد ، مناسب خواهد بود . بتن پلیمری مقاومت بسیار خوب در مقابل حمله ی یون های شیمیایی و سایر عوامل خورنده داشته و از خصوصیات جذب آب بسیار پایین ، مقاومت خوب در مقابل سایش و پایداری خوب در مقابل سیکل های یخ زدن و ذوب شدن برخوردار است . هم چنین مقاومت بالای بتن پلیمری در مقایسه با بتن معمولی ، گاه به مصرف کمتر مواد تا حد 50 در صد منجر می شود.

2-70)

براساس آئین نامه ACI 318 و آئین بتن ایران ، استفاده از میلگرد های صاف فقط به عنوان دور پیچ ستون ها مجاز است ، و در سایر موارد حتماً باید از میلگرد آجدار استفاده شود .

2-71)

براساس ASTM‌، میلگردهای فولادی در انواع Grad40,Grade 50 , Grad 75  تولید می شوند که شماره هر گروه ، بیانگر مقاومت تسلیم میلگرد مورد نظر بر حسب کیلو پوند بر اینچ مربع (Ksi) می باشد.

(1 ksi = 6/895 MPa = 7MP a)

 در سیستم متریک ASTM ، این طبقه بندی به صورت Grade 280 , Grade 350 , Grade 420 , Grade 520 ‌نمایش داده می شود .

2-72 )

آیین نامه بتن ایران (آبا)، مقاومت مشخصه فولاد () را بر حسب مقدار تنش تسلیم آن ()تعریف می کند . براساس این آئین نامه مقاومت مشخصه فولاد برابر با مقداری است که حداکثر 5 درصد از مقادیر اندازه گیری شده برای تسلیم فولاد ممکن است از آن کمتر باشد . هم چنین این آئین نامه میلگرد های فولادی را براساس مقاومت مشخصه آنها تقسیم بندی می کند .

2- 73)

روش هایی چند جهت جلوگیری از خوردگی فولاد در بتن مسلح توسعه داده شده و مورد استفاده قرار گرفته است که بین آنها می توان به پوشش اپوکسی بر میلگردها ، تزریق پلیمر سطوح بتنی و حفاظت کاتدیک اشاره نمود .

هم چنین امروزه جانشین کردن میلگردهای فولادی با مصالح جدید در مقابل خوردگی در محیط های خورنده ، مانند مواد کامپوزیتی FRP مورد توجه محققین قرار گرفته است .

جواب فصل 2 قسمت اول

حل مسائل فصل 2 

1-2)

 مواد اولیه سیمان عمدتاً از خاک رس و آهک تشکیل شده است . آهک حدود 63 درصد ، اکسید آهن حدود 3 درصد ، و اکسید منیزیم حدود 5/1 درصد از مواد اولیه سیمان را تشکیل می دهند .

2-2)

1-تری کلسیم سیلسکات به شکل  و با علامت اختصار   . این ماده نسبت به سایر اجزا ء گیرش سریعتری داشته و در هنگام ترکیب با آب ، گرمای زیادی آزاد می کند .  هم چنین زمینه مستعدی رابرای حمله سولفات ها به بتن فراهم می کند .

2-دی اکسید سیلیکات به شکل  به علامت اختصار . این ماده بر خلاف  گیرش اولیه بالا نداشته و دیر گیر است و در ترکیب با آب گرمای کمی تولید می کند .

3-تری کلسیم آلومینات به شکل  و  و با علامت اختصاری  . این ماده با خصوصیات مشابه  ، گیرش اولیه بسیار بالا داشته و از طرفی زمینه کاملاً مستعدی برای حمله سولفات ها به بتن فراهم می کند و گرمای آزاد شده در اثر ترکیب شیمیایی با آب بسیار زیاد است.

4-تتراکلسیم آلومینوفریت به شکل  با علامت اختصاری . این ماده گیرش متوسطی داشته و پس از ترکیب با آب , حدود 100کالری بر گرم گرما آزاد می کند.

2-3)

 استاندارد  ASTM پنج نوع سیمان پرتلند را معرفی می کند :

1-سیمان نوع I : یک سیمان معمولی است که برای مصارف عمومی ساختمان مناسب است .

2- سیمان نوع II: یک سیمان اصلاح شده با خصوصیات متوسط است که نسبت به سیمان نوع I حرارت کمتر آزاد کرده و برای مصرف در محیط هایی که حمله ی ضعیفی از سولفات وجود خواهد داشت ؛ مناسب است.

3- سیمان نوع III : یک سیمان زود گیر است . به صورتی که در 24 ساعت اول ، بتنی با مقاومت حدود 2 برابر مقاومت بتن ساخته شده با سیمان نوع I تو لید می کند . این سیمان همچنین  یک سیمان پر حرارت محسوب می شود . مصرف سیمان نوع III برای ساخت بتن در هوای سرد به جهت آزاد کردن گرمای بیشتر و نیز کم کردن دوره ی مراقبت ،مناسب است . هم چنین در تعمیرات فوری و نیز مواردی که در نظر باشد قالب ها سریع بازشوند ،استفاده از سیمان نوع IIIتوصیه می شود.

4- سیمان نوع  IV:یک سیمان کند گیر و کم حرارت محسوب می شود . این سیمان معمولاًدرهوای گرم به دلیل تولید حرارت کمتر و تسهیل در امر مراقبت از بتن به کار می رود. همچنین می توان از این سیمان برای جلوگیری از اتصالات سرد در بتن ریزی های پیوسته استفاده کرد . از طرفی کاربرد سیمان نوع IVدر بتن ریزی های حجیم ،باعث کاهش تنش های حرارتی خواهد شد .

8- سیمان نوع V :یک سیمان ضد سولفات و یا مقاوم در مقابل حمله ی سولفات ها محسوب می شود .این سیمان همچنین تاحدودی خصوصیات دیر گیری داشته و نسبت به سیمان نوع I ،حرارت کمتری تولید می کند.

علاوه بر 5 نوع سیمان فوق انواع دیگری از سیمان تولید می شود که از جمله می توان به سیمان های حباب زا با انواع A-I ،II-A ،III-A اشاره کرد هم چنین سیمان سفید ، سیمان رنگی ،سیمان سرباره ای ،سیمان پوزولانی ،سیمان بنایی ،سیمان چاه نفت ،سیمان انبساطی و سیمان آلومینیم از انواع دیگرسیمان محسوب می شود.

2-4)

دانه ها ممکن است از نظر شکل ظاهری به صورت گرد ، نامنظم ، گوشه دار یا شکسته ،پولکی و یا سوزنی باشند .

2-5)

یک منحنی دانه بندی در صورتی پیوسته محسوب می شود که اولاً تمام ابعاد استاندارد دانه ها را شامل باشد . ثانیاًبعضی از ابعاد دانه ها نسبت به سایر ابعاد ،به صورت قابل ملاحظه کمتر نباشد .

در ساخت بتن معمولاًاز دانه بندی پیوسته استفاده می شود دانه بندی گسسته مصرف کاملاًمحدودی دارد که از جمله میتوان به ساخت بتن با دانه های نمایان و یا بتن اکسپوز اشاره نمود.

با استفاده از یک دانه بندی پیوسته ،فضای خالی بین دانه ها کاهش یافته و ابعاد مختلف دانه ها به خوبی در بین یکدیگر جای گرفته و حجم بیشتری از بتن توسط دانه ها اشغال می شود و بتن توپر و متراکم تری نسبت به بتن با دانه بندی گسسته ایجاد می گردد.

2-6)

میزان ریزی و نرمی دانه های ماسه ای با ضریب نرمی مشخص می شود . ضریب نرمی بصورت مجموع درصد های باقیمانده دانه ها رو الک های استاندارد تقسیم بر صد تعریف می شود.ضریب نرمی ماسه در محدوده 3/2 تا2/3 متغیر بوده و غالباً8/2 می باشد.

2-7)

حجم دانه های ماسه ای با رطوبت محدود ،در اثر کشش سطحی بین مولکول های آب که در بین دانه های ماسه حائل شده اند ،افزایش می یابد .این انبساط در رطوبت حدود 5 درصد در ماسه های  درشت تاریز ممکن است بین 15 درصد تا40 درصد متغیرباشد.

2-8)

استفاده از دانه های درشت تر بتن ،منجربه امکان استفاده از آب سیمان کمتری خواهد شد. با این وجود تجربیات نشان می دهد که استفاده از دانه های درشت تر ،مقاومت فشاری بتن را کاهش می دهد.

2-9 )

دانه ها از نظررطوبت سطحی و میزان جذب آب ،به چهاردسته تقسیم می شوند:

1-دانه های کاملاًخشک(خشک شده در کوره ):

این دانه ها در کوره و در دمای 100 الی 110 درجه سانتیگرادکاملاًخشک شده اندو حفره ها و خلل و فرج داخلی دانه ها عاری از هرگونه آب است .

2-دانه های خشک:

این دانه ها به صورت معمولی و در فضای عادی خشک شده اند .با این وجود در بعضی از حفره های داخلی دانه آب وجود دارد.

3- دانه های اشباع با سطح خشک (SSD ) 

در این دانه ها کلیه حفره های داخلی اشباع از آب است ،ولی سطح دانه عاری از آب می باشد. چنانچه دانه ها به مدت کافی (مثلاً24 ساعت )در زیر آب قرار گیرند و سپس از آب خارج شده و با یک پارچه ی کتانی خشک شوند ،در حالت SSD محسوب می گردد.

2-10)

استفاده از آب نامناسب در ساخت بتن ممکن است مشکلات زیر را ایجاد کند.

1-زمان گیرش سیمان را به تاخیر اندازد.

2-مقاومت نهایی بتن را کاهش دهد.

3-موجب خوردگی و زوال تدریجی میلگردها شود.

4-روی سطح نهایی بتن خشک شده ،لکه هایی را ایجاد می کند.

2-11)

استفاده از آب غیر شرب در ساخت بتن فقط در صورتی مجاز است که مقاومت نمونه های 7 روزه و 28 روزه ساخته شده با آن آب ،حداقل برابر90 درصد مقاومت نمونه های مشابه ساخته شده با آب آشامیدنی و یا آب مقطر باشد.

2-12)

خصوصیات آب مناسبی برای ساختن بتن را میتوان به صورت زیر بیان کرد :

1-اسیدی و بازی نباشد (5/8>PH >0/5)

2-میزان ذرات جامع معلق در آب کمتر از 1/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی شدید و یا بتن پیش تنیده و کمتر از 2/0 درصدبرای بتن آرمه در شرایط محیطی ملایم،و یا بتن بدون فولاد باشد . 

3-میزان مواد محلول در آب کمتر از یک درصد برای بتن آرمه درشرایطی محیطی شدید ، و یا بتن پیش تنیده ،کمتر از 2/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی ملایم ،وکمتر از 5/3 درصد برای بتن بدون فولاد باشد .

4-میزان یون کلرید موجود در آب کمتر از 05/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی شدید و یا بتن پیش تنیده ،کمتر از 1/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی ملایم ،وکمتر از 1درصدبرای بتن بدون فولادباشد .

5-میزان یون سولفات موجود در آب کمتر از 1/0 درصد برای بتن آرمه و بتن پیش تنیده و کمتر از3/0 درصدبرای بتن بدون فولاد باشد.

6-میزان قلیایی های موجود در آب (o  +o)کمتر از 06/0 درصد باشد .

2-13)

آب دریا در حدود 5/3 درصد نمک های غیر محلول داشته و حاوی یون های کلرورو سولفات است . این آب از نقطه نظر مقاومت ، در بتن غیر مسلح مشکلی ایجاد نمی کند . با این وجود در بتن مسلح و در بتن از پیش تنیده ،آب دریا خطر خوردگی فولاد را افزایش می دهد و بنابراین باید در چنین شرایطی از استفاده از آب دریا برای ساخت بتن امتناع نمود.

2-14 )

کلرید کلسیم باعث خوردگی فولاد و یا کابل های پیش تنیدگی می شود و به همین جهت باید از استفاده از این ماده ی مضاف در بتن پیش تنیده جداً ، و در بتن آرمه تا حد امکان احتراز نمود . حداکثر میزان مجاز مصرف کلرید کلسیم در بتن آرمه 5/0 درصد،ودر بتن غیر مسلح 2 درصد ،وزنی سیمان است .

استفاده از کلرید کلسیم مقاومت بتنرا در مقابل فرسایش و سایش افزایش داده ،ولی مقاومت آن را در مقابل حمله ی سولفات ها کاهش می دهد .هم چنین کلرید کلسیم افت بتن را به میزان 10 تا15 درصد افزایش می دهد.

2-15)

شکر جز مواد مضاف کندگیرکننده می باشد که با افزوده شدن به بتن ،گیرش آن را کند کرده و افزایش دمای هیدراسیون را محدود می کند.

چنانچه شکر به میزان 05/0 درصد وزنی سیمان به بتن اضافه شود . گیرش آن را4ساعت به تاخیرمی اندازد. هم چنین اگر شکر در حدود 1درصد وزنی به سیمان اضافه شود ،گیرش سیمان را به طور کلی متوقف می کند. بعضی از رانندگان کامیون حمل بتن ،بسته هاییی از شکر را با خود حمل می کنند تا در صورت توقف در راه بندان ،جهت جلوگیری از گیرش بتن به آن اضافه کنند.

2-16)

از فوق روان کننده ها گاهی برای کم کردن میزان سیمان مصرفی با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان وکم کردن میزان آب دراسلامپ ثابت استفاده می شود . اگرچه غالباً از آن برای ساخت یک بتن با کارایی مناسب با کاهش نسبت آب به سیمان و ثابت نگه داشتن میزان سیمان استفاده می شود که ای ن وضعیت منجر به تولید بتن هایی با مقاومت بالایی خواهد گردید.

2-17)

مواد مضاف هوازا باعث افزوده شدن میلیارد ها حباب بسیار ریز هوا به اختلاط می شوند.

این حباب ها با قطر حدود05/0 میلیمتر،در فواصل بسیار نزدیک و در حدود1/0 تا2/0میلیمترنسبت به یکدیگر توزیع می شوند و ممکن است در محدوده 4 درصد تا 8 درصد حباب ریز هوا تولید کنند.

مهمترین خصوصیات مفید بتن هوادار،افزایش میزان روانی ،افزایش مقاومت در مقابل یخ زدن و ذوب شدن ،کاهش امکان لایه لایه شدن بتن در مقابل عملکرد نمک های یخ زدا که در زمستان روی سطح بتن پوشیده می شود ،افزایش قابلیت آب بندی بتن و افزایش مقاومت در مقابل حمله سولفات ها ست. همچنین بتن هوادار امکان جداشدن دانه ها و آب انداختن بتن راکاهش داده و میزان جذب آب و نیز میزان افت و خزش در بتن سخت شده را کاهش می دهد . در مقابل بتن هوادار به ازای هر 1 درصد هوا،باحدود5 درصدکاهش مقاومت مواجه خواهد شد.

2-18)

1-پوزولان های طبیعی و مصنوعی

به عنوان پوزولان های طبیعی مناسب برای افزودن به بتن ،میتوان از خاکستر آتش فشانی و نز شیل های اپالینی و چرت نام برد. همچنین به عنوان پوزولاهای مصنوعی میتوان خاکستر بادی ،ومیکروسیلیس یا دوده ی سیلیسی ذکر نمود. استفاده از کلیه مواد پوزولانی و به خصوص استفاده از  10 تا15 درصد میکروسیلیس جانشین سیمان ،علاوه بر کاهش نفوذ ناپذیری و افزایش دمای بتن در طول زمان به صورت قابل ملاحظه مقاومت بتن را نیزبهبود می بخشد .

2-سرباره کوره ذوب آهن

بتن ساخته شده با سرباره کوره ذوب آهن دوام خوبی در مقابل حمله سولفات ها و سایر عوامل مخرب نشان می دهد .از طرفی این بتن تا حدودی دیرگیرترمی شود،ولی مقاومت نهایی آن کمتر از بتن بدون سرباره نیست.

3-افزودنی های دیگر

افزودنی هایی نظیرپودر روی یا آلومینیوم در حضور قلیایی ها و یا هیدروکسید کلسیم موجود در خمیر سیمان ،حباب هیدروژن آزاد کرده و بتن گازی تولید می کنند.این بتن می تواند تا حدودی نقش عایق حرارتی را ایفا کند.

2-19)

امروزه بتن های با مقاومت فشاری کمتر از mpa   20به عنوان بتن با مقاومت پایین ،بتن های با مقاومت فشاری در محدوده ی 20 تاmpa 40به عنوان بتن با مقاومت معمولی یا متوسط ،بتن های با مقاومت فشاری در محدوده 40 تاmpa 80 به عنوان بتن بامقاومت بالا،بتن های با مقاومت فشاری 80تاmpa 150 به عنوان بتن با مقاومت بسیار بالا،و بتن های با مقاومت فشاری بیش از mpa 150 به عنوان بتن با مقاومت فوق العاده زیاد قلمداد می گردد.

2-20)

این بتن یک بتن با مقاومت فوق العاده زیاد است ،از شکل پذیری و خاصیت جذب انرژی بسیار خوب ،تخلخل بسیار کم ،نفوذ پذیری ناچیز و مقاومت سایشی بسیار خوب برخوردار است . مقاومت فشاری این بتن حداقل mpa 200 و مقاومت خمشی آن با استفاده از الیاف کوچک فولادی در حدود mpa50است.

مواد بکار رفته در تولید بتن با پودرفعال (RPC)دانه های کوارتز ریز با دانه بندی خوب و در محدوده mm4/0-15/0 ،سیمان پرتلند بدون A  یا با A   بسیار کم ،پودرمیکروسیلیس مرغوب و فوق روان کننده با کیفیت بسیار خوب است که با نسبت آب به مواد سیمانی بسیار کم (2/0-18/0 )ساخته می شوند . به عنوان نمونه می توان در حدودkg/1200 مواد سیمانی (80درصد سیمان پرتلند بدون A و20درصدمیکروسیلیس)،حدود kg/13 پودر روان کننده ،حدود kg/180 الیاف فولادی ،وحدود kg/220 آب را به عنوان یک طرح اختلاط مناسب برای ساخت RPC معرفی نمود و عمل آوری RPC ممکن است در دمای معمولی ، ویا تحت فشار و یا با بخار C انجام می گیرد .امروزه دانش تولید RPC در حال پیشرفت است و گفته می شودبتن تا مقاومت فشاری  MPa  600 را هم به این روش تولید نموده اند.

2-21)

علت اصلی تفاوت مقاومت نمونه ی استوانه ای و مکعبی را باید در تفاوت نسبت ابعاد هر کدام از نمونه ها ،و ایجاد تنش های برشی بین صفحات فولادی اعمال بار و سطح نمونه به دلیل تفاوت در مدول الاستیسیته و ضریب پواسون فولاد و بتن جست و جوکرد.چنین تنش های برشی با زویه 60درجه در نمونه نفوذ می کنند و بنابراین نفوذ این تنش ها از دو طرف نمونه حداکثربه میزان 60 tan ضرب در بعد افقی نمونه خواهد بود . بدین ترتیب نمونه هایی با نسبت ارتفاع به عرض بیش از 73/1 ،ناحیه ای از وسط وجود خواهد داشت که بدون تاثیراین تنش های جانبی و فقط تحت تاثیر تنش های خالص فشاری قرار می گیرد . این وضعیت می تواند برآورد واقع بینانه ای از مقاومت فشاری تک محوری حقیقی بتن به دست دهد . در صورتی که در نمونه های مکعبی با نسبت ابعاد 0/1 رئوس هرم های در بردارنده تنش های برشی تولید شده در هم تداخل کرده و هیچ ناحیه ای تحت تنش خالص فشاری قرار ندارد.

2-22)

از بحث ارائه شده در سوال قبلی نتیجه می شود که حتی در یک نمونه استوانه ای ، اگرنسبت ارتفاع به قطر استوانه تغییرکند،مقاومت فشاری نمونه نیز تغییر خواهد کرد.استانداردASTMC42  برای استوانه های بتنی با نسبت ارتفاع به قطر کوچکتر از 0/2،چنانچه این نسبت به ترتیب 75/5،5/1،25/1و0/1 باشد ،مقاومت فشاری را برابر98/0،97/0، 98/0و91/0برابرمقاومت فشاری نمونه استوانه ای با نسبت ابعاد 0/2 بیان می کند.

2-23)

در محدوده ابعاد متداول نمونه ها ،هرچه اندازه نمونه بزرگتر شود ،مقاومت فشاری آن کاهش خواهد یافت .علت تاثیر اندازه نمونه برمقاومت فشاری  بتن را میتوان به مساله ی احتمالات در رابطه با وجود ضعف در بتن نمونه نسبت داد

اصولاًبتن جسم کاملاًهمگن و با کنترل کیفیت عالی نبوده و همیشه احتمال وجود نقاط ضعفی در آن وجود خواهد داشت . این نقاط ضعف ،مقاومت فشاری نمونه آزمایشگاهی را تحت تاثیر قرار میدهد .هر چه بعد نمونه بزرگتر بوده و حجم بتن بیشتر باشد،چنانچه ابعاد نمونه بزرگتر از ابعاد متداول شود،نقاط ضعف در نمونه به میزان یکنواختی خواهد رسید و دیگر با افزایش بعد نمونه کاهش مقاومت مشاهده نخواهد شد.

2-24)

سرعت بارگذاری بصورت افزایش تنش در واحد زمان تعریف می شود ،هرچه سرعت اعمال تنش بالاتر باشد ،بتن از خود مقاومت بیشتری نشان می دهد .دلیل افزایش مقاومت فشاری در سرعت بارگذاری بالاتر را میتوان در پدیده خزش جست و جو کرد . هرچه سرعت بارگذاری کمتر باشد ،خزش بیشتری در نمونه اتفاق می افتدو بنابراین تحت سطح مشخصی از تنش ،کرنش های فشاری بیشتری اتفاق می افتد . که این مسئله منجر به شکست نمونه تحت تنش کمتری خواهد شد.

2-25)

در محدوده سرعت های  بارگذاری استاندارد ،تفاوت عمده ای در مقاومت فشاری حاصل نمی شود. نتایج تجربی نشان می دهد در مقایسه با سرعت بار گذاری در محدوده استاندارد و برابر 0/25MPa/sec  برای نمونه های استوانه ای 300×150میلیمتر،چنانچه سرعت بارگذاری به 3درصدکاهش یابد ،مقاومت فشاری استوانه ای فقط 12 درصد کاهش می یابد و اگردر همین وضعیت سرعت بارگذاری 30برابرافزایش یابد ،مقاومت فشاری حدود12درصدافزایش می یابد .درسرعت های بسیارپایین بارگذاری که در زمان طولانی انجام می گیرد ،مقاومت بتن به 75 درصدمقاومت در سرعت بارگذاری استاندارد کاهش می یابدمقاومت در سرعت بارگذاری استاندارد کاهش می یابد . هم چنین در سرعت  بارگذاری در حدود MPa/sec 200 که تقریباًحدود سرعت بارگذاری در یک زلزله نسبتاً شدید است ،مقاومت نمونه بتنی به حدود115 درصد مقاومت در سرعت بارگذاری استاندارد افزایش می یابد.

 

 

2-26)

نوع سیمان مصرفی در گیرش اولیه تاثیر گذاشته و مقاومت فشاری 3 روزه و 7 روزه ی متفاوتی را ایجاد می کند. این روند  کسب مقاومت برای مقاومت فشاری 28 روزه نیز قابل تعمیم است ،ولی مقاومت فشاری دراز مدت بتن های ساخته شده با انواع سیمان تقریباً یکسان است. حتی گاهی مقاومت دراز مدت بتن های ساخته شده با سیمان های دیرگیر کمی بیش از مقاومت دراز مدت بتن های ساخته شده با سیمان های معمولی یا زود گیر می باشد.

2-27)

آبرامز درسال 1918 دریافت که رابطه معکوس بین نسبت آب  به سیمان و مقاومت بتن وجود دارد .این رابطه به عنوان قاعده ی نسبت آب به سیمان آبرامزشناخته شده و به صورت رابطه زیربیان می گردد.

=   

در رابطه فوق w/c نسبت وزنی آب به سیمان ،k_1وk₂ ثابت های تجربی هستند.

2-28)

در بتن معمولی مقاومت دانه ها (به جر سنگ دانه های سبک وزن )برمقاومت بتن تاثیری نمی گذارد.زیرا مقاومت دانه های معمولی به مراتب بیشتر از مقاومت خمیر سیمان است . با وجود این در بتن با مقاومت بالا ،مقاومت دانه نیز برمقاومت بتن تاثیر می گذارد.

به همین دلیل در ساخت بتن با مقاومت بالا حتماًباید از دانه های با مقاومت بسیارخوب نظیر کوارتز،ویا لااقل از دانه های با مقاومت متوسط نظیرگرانیت و یا سنگ آهک استفاده نمود ،استفاده از دانه های ضعیف نظیر ماسه سنگ ،مرمر و بعضی از سنگ های دگرگونی سبب شکست زود هنگام این بتن خواهد شد .

2-29)

میزان رطوبت نمونه ی بتنی در زمان آزمایش نیزبرمقاومت فشاری بتن تاثیر می گذارد. در آزمایشات مشاهده شده است که نمونه های در هوا خشک شده ،20تا25 درصد مقاومت بیشتر نسبت به نمونه هایی که در شرایط اشباع آزمایش می شوند ،از خود نشان می دهند . مقاومت پایین تر نمونه های اشباع احتمالاً به دلیل فشار منفذی موجود در خمیرسیمان است.

2-30 )

الف)درمحدوده دمایc 4^oتاc 46^o ،وقتی که در بتن دمای ثابت و مشخص ریخته شده و مراقبت شود ،عموماً تا28 روز هرچه دما بالاتر باشد،هیدراسیون سیمان سریعتر بوده و مقاومت بتن بیشترخواهد بود. اصولاً مشاهده شده که هر چه دمای ریختن و مراقبت از بتن تا زمان شکست نمونه بالاتر باشد.مقاومت نهایی (مثلاًیک ساله) کمتر خواهد بود.

ب)چنانچه تاریخچه زمان –حرارت بتن به صورتی باشدکه نمونه های بتنی در دمای متفاوت ریخته شوند (دمای 2 ساعت اول پس از ساخت بتن )،ولی در دمای ثابت مراقبت شوند ،مقاومت 28 روزه و دراز مدت نمونه های بتنی ریخته شده در دمای پایین تر،بیشترخواهد بود.

چ) اگر تاریخچه زمان –حرارت بتن براساس دمای ثابت در زمان ریختن و دمای متفاوت در زمان مراقبت تنظیم گردد،کسب مقاومت 28 روزه برای بتن های مراقبت شده در دمای بالاتر،بیشتر خواهد بود.مشاهدات آزمایشگاه نشان داده است که برای بتن ریخته شده در دمای بالاتر ،بیشترخواهد بود .مشاهدات آزمایشگاه نشان داده است که برای بتن ریخته شده در دمای C 21 ^O ،چنانچه دمای مراقبت تا28 روزنزدیک به یخ زدگی ودرحدودC ^O 1،ویا   10⁰ C

باشد.مقاومت 28روزه ی بتن به ترتیب در حدود نصف و یا 65 درصد مقاومت 28 روزه ی بتن مراقبت شده در دمای 21⁰ C خواهد بود.

2-31)

تاثیر تاریخچه زمان –حرارت بر مقاومت بتن می تواند کاربرد های مهمی در عملیات اجرایی ساختمان های بتنی داشته باشد. از آنجا که تاثیر دمای مراقبت از بتن نسبت به دمای ریختن بتن درکسب مقاومت به مراتب بیشتر است ،بتن معمولی که در دمای سرد ریخته می شود ،بایددر یک طول زمان کافی بالاتر از یک حد مشخص دما نگه داشته شود .

از طرفی از بتنی که در تابستان و یا آب و هوای گرم مراقبت می شود ،انتظار می رود که مقاومت اولیه بالاتر ،‌ولی مقاومت نهایی کمتری نسبت به همان بتن که در زمستان یا آب و هوای سرد ترمراقبت می شود ،داسته باشد.در صنعت پیش ساخته می توان جهت امکان باز کردن سریعتر قالب ها ،‌مراقبت با بخار را جهت توسعه ی مقاومت اولیه ی سریعتر ،اعمال نمود.

در بتن ریزی حجیم معمولاًبرای یک زمان طولانی دمای بتن به مراتب بالاتر از دمای محیط باقی می ماند .بنابراین مقاومت در جای بتن در مقایسه با مقاومت نمونه هایی که در دمای معمولی آزمایشگاه مراقبت می شوند ،در سنین اولیه بالاتر و در سنین بعدی پایین تر خواهد بود .

2-32)

دمای نمونه در زمان آزمایش در یک محدوده وسیع از درجه حرات های متعارف ،تاثیر چندانی بر مقاومت بتن ندارد . با این وجود در دمای بالاتر از 300⁰C در زمان آزمایش ،مقاومت بتن به طور محسوس کل هش می یابد .از طرفی در دمای بسیار پایین مثلاً-60⁰C مقاومت بتن ممکن است 2/1 تا0/2 برابرمقاومت بتن آزمایش شده در دمای معمولی باشد .

2-33)

تغییر شکل بتن تحت تنش فشاری بصورت غیر خطی است،به صورتی که هر چه بتن تحت تنش فشاری بالاتری قرار گیرد ،رفتار غیر خطی آن بیشتر آشکار می شود،اما منحنی تنش –کرنش فولاد از دو قسمت خطی و غیر خطی (که می توان آن را یک عددتابش برای تنش د نظرگرفت .)تشکیل می شود.

2-34)

رفتار غیر خطی بتن تحت تنش فشاری ناشی از تشکیل تدریجی ریز ترک ها در آن است ، به طوری که هر چه تنش افزایش یابد،مقدار ریز ترک ها افزایش خواهد یافت .

2-35)

منحنی هاگنستاد اصلاح شده کرنش نهایی شکست را 0038/0وتنش نظیرآن   F"_c  85/0معرفی می کند که F"_c  تنش حداکثری است که در عضو بتنی حاصل می شودو بدین ترتیب رفتار بتن تحت فشار را نرم تر در نظر می گیرد . منحنی هاگنستاد اصلاح شده رفتار بهتری را نسبت به منحنی هاگنستاد در محاسبات از خود نشان می دهد. 

جواب فصل 1

 

1)نقش هر یک ازبتن و فولاد در یک عضو بتن آرمه در تحمل تنش چیست؟

بتن که در حقیقت یک نوع سنگ ساخته دست بشر است از مقاومت فشاری قابل قبول و مقاومت کششی بسیار پایین (درحدود10%مقاومت فشاری) برخوردار است از طرفی در بسیاری از قطعات سازه ای کشش مستقیم و یا کشش ناشی از خمش ایجاد میشود به همین جهت برای جبران ضعف مقاومت کششی بتن ایده بتن مسلح ابداع شده است در این روش در هر قسمت که سازه تحت کشش قرار گیرد کشش مستقیم یا ناشی از خمش از فولاد به عنوان یک یک ماده در مقابل کشش ایجاد شده استفاده میشود اگرچه ایده اول فولاد را فقط برای تحمل کشش استفاده می کردند اما امروزه فولاد به عنوان یک عضو کمکی در تحمل فشار نیز در کنار بتن قرار میگیرد

 

2) آیا در عضو بتن ارمه ترک هم ایجاد میشود؟ توضیح دهید

مقاومت کششی بتن بسیار پایین بوده این مسآله استفاده از فولاد های مسلح کننده در ناحیه کشش بتن را اجتناب ناپذیر میکند با این وجود معمولا در ناحیه کششی ترک هایی ایجاد میشود که لازم است با تمهیدات خاص عرض این ترک ها را محدود نمود چنین ترک هایی ممکن است در موارد خاص زمینه نفوذ اب یا رطوبت یا یون های زیان اور را فراهم کند

 

 3) به چه دلایلی بتن و فولاد یک جسم مرکب همساز تشکیل میدهند؟

الف) ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد بسیار به هم نزدیک است

ب)بتن و فولاد چسبندگی بسیار خوبی با یکدیگر داشته و بین ان دو معمولا لغزش اتفاق نمی افتد

ج)چسبندگی بسیار خوب بین بتن و فولاد ناشی از چسبندگی شیمیایی بین دو ماده و نیز ناصافی های سطحی و بر امدگی های آج میلگرد

د)  مقاومت فولاد در مقابل اتش سوزی کم است در حالی که پوشش بتنی روی میلگرد مقاومت خوبی در برابر اتش سوزی ایجاد می کند

 

4) اقبال عمومی سراسر جهان به بتن آرمه به جهت چه خصوصیاتی از ان است؟

بتن مقاومت بسیار خوبی در مقابل اتش سوزی دارد یک ساختمان بتن ارمه میتواند ساعت ها در مقابل اتش سوزی های مهیب مقاومت کند بدون انکه فرو ریزد این مساله فرصت کافی برای مهار اتش و نیز تخلیه ساختمان از نفرات و اموال را فراهم می کند در مقابل یک ساختمان فولبادی در برابر اتش سوزی کاملا ضعیف خواهد بود بتن هم چنین مقاومت خوبی در برابر رطوبت و اب دارد اجزاء بتن ارمه از صلبیت بالایی برخوردار هستاند به همین دلیل معمولا ساکنان یک ساختمان بتن ارمه در هنگام وزش شدید باد ویا تحرک زیاد همسایگان لرزه ای را احساس نمی کنندو ارامش انها حفظ می شود

5) مقاومت ساختمان های فولادی و ساختمان های بتن ارمه در مقابل اتش سوزی را با هم مقایسه کنید؟توضیح دهید

فولاد در برابر اتش سوزی بسیار ضعیف است فرو ریزی برج های دو قولوی نیویورک که در واقعه 11سپتامبر 2001مورد حمله قرار گرفتند به دلیل اسکلت فولادی انها بود چنانچه این برج ها از مصالح بتن ارمه ساخته شده بودند جان هزاران انسان و نیز میلیون ها دلار ثروت موجود در انها حفظ میشد

6)عمر بهره دهی طولانی بتن مرهون چه واقعیتی است؟

بتن در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی عمر بهره دهی بسیار طولانی دارد تحت شرایط مشخص یک سازه بتن ارمه می تواند برای همیشه بدون کاهش در ظرفیت باربری مورد استفاده قرار گیرد این مساله مبتنی بر این واقعیت است که بتن در طول زمان نه تنها کاهش مقاومت ندارد بلکه با گذشت طولانی زمان با تحکیم بیشتر سیمان افزایش مقاومت نیز خواهد داشت با این وجود تاثیر عوامل مخرب محیطی و یون های مهاجم ممکن است دوام بتن را در طول زمان به مخاطره بیاندازد

 

7)نقاط ضعف بتن ارمه در مقابل فولاد چیست؟

الف) کنترل کیفیت بتن یک کنترل کارگاهی است و نسبت به کنترل کیفیت فولاد که در کارخانه انجام میشود به مراتب پایین تر خواهد بود خصوصیات بتن به تغییر نسبت اجزاء شرایط اختلاط نحوه ی جا دادن و ویبره و نیز شرایط مراقبت بستگی زیادی خواهد داشت که ممکن است تمام یا بعضی از این شرایط در کارگاه دستخوش تغییر شده و به خوبی رعایت نگردد

ب) مقاومت پایین تر به ازای واحد وزن در مقایسه با فولاد منجر به سنگین تر شدن اعضای بتن ارمه می شود

ج)برای اجرای بتن درجا نیاز به قالب بندی و نیز مهار گذاری و شمع بندی است هزینه مصالح مصرفی برای قالب بندی هزینه ی ساخت قالب هزینه ی لازم جهت نصب قالب و برداشتن ان و نیز هزینه ی مصالح شمع بندی و هزینه ی نصب و برداشتن ان برای نگهداری بعضی از اجزاء نظیر دالها و تیر ها قبل از سخت شدن بتن مبالغ قابل توخهی را به خود اختصاص می دهند که به 30تا50% کل هزینه ی اجرای بتن ارمه بالغ می شود

8)تفاوت بتن ارمه و بتن پیش تنیده از نظر تحمل تنش ها در چیست؟

بتن پیش تنیده روش دیگری برای تولید یک مقطع مرکب و جبران ضعف کششی بتن است که ایده اصلی ان با ایده بتن ارمه متفاوت میباشد در مقطه بتن ارمه وظیفه تحمل تنش های کششی به فولاد های مسلح کننده واگذار شده و اجازه داده میشود که بتن در ناحیه کشش ترک بخورد در حالی که در مقطع پیش تنیده با ایجاد تنش های فشاری اولیه در مقطع بتنی شرایط فراهم میشود که  تنش های کششی ناشی از خمش تنش های فشاری اولیه را خنثی نموده و بدین ترتیب در مقطع بتن پیش تنیده هیچگونه ترک خوردگی مشاهده نخواهد شد

 

9)روش های پیش تنیدگی را نام برده و مختصرا توضیح دهید؟

پیش تنیدگی به دو روش پیش کشیده و پس کشیده انجام میگیرد در بتن پیش کشیده ابتدا کابل های پیش تنیدگی که از نوع با مقاومت بالا و با تنش تسلیم بین1200 تا 2000 مگا پاسگال انتخاب می شوند از داخل قالب عبور داده شده و به مقدار دلخواه کشیده می شوند سپس داخل قالب بتن ریزی شده و پس از کسب مقاومت بتن (معمولا پس از 7 روز)کابل ها ازاد میشوند بدین ترتیب عکس العمل نیروی کششی اولیه در کابل به صورت نیروی فشاری بر مقطع بتنی اثر میکند هم چنین در بتن پس کشیده کابل هایب عبور داده شده از یک غلاف محافظ به همراه غلاف در موقعیت مناسب در داخل قالب تعبیه شده و بتن ریزی انجام میگیرد قطعه بتنی پس از انجام گیرش به محل نصب حمل شده ودر موقعیت مربوط قرار میگیرد انگاه کابل موجود در قطعه که اکثرااز یک طرف مهار شده است از طرف دیگر توسط دستگاه تحت کشش قرار گرفته و نهایتا در انتهای قطعه مهار میشود پس از مهر کابل عکس العمل نیروی کششی کابل به صورت نیروی فشاری بر قطعه اثر میکند در بتن پس کشیده به سادگی میتوان کابل را به هر شکل دلخواه و از جمله به شکل سهمی در داخل بتن تعبیه نمود

 

10)چرا انالیز و طراحی سازه های بتن ارمه باید یر اساس یک ایین نامه صورت گیرد؟

ایین نامه ها بر اساس تحقیقات انجام شده در هر زمینه و تجربیات قبلی و نیز با منظور نمودن ایمنی مناسب مجموعخه مقرراتی را تنظیم می نمایند هر مهندس می تواند بر اساس اصول کلی طراحی و رعایت قوانین یک ایین نامه طراحی صحیح و کاملی ارائه دهد

11)بعضی از ایین نامه های بتن ارمه را نام برده وسابقه تاسیس انهارا ذکر کنید؟

ایین نامه ی آمریکا (1904)ایین نامه ی بتن استرالیا (3600) ایین نامه ی بتن ایران (آبا) 1379

پایان فصل اول