مبانی نظری مقاوم‌سازی بتن مسلح
این مقاله خلاصه می‌کند که ماژول مقاوم‌سازی StatiCAD کدام ضوابط TBDY 2018 (آیین‌نامه لرزه‌ای ترکیه) را چگونه اعمال می‌کند، چه فرضیاتی در نظر می‌گیرد و حدود دامنه کاربرد آن چیست. خود زنجیره ارزیابی (فصل 15، مدل الیافی مقطع، تصمیم 15.8) در مقاله مبانی نظری تحلیل بارافزون آمده است؛ در اینجا فقط بخش‌هایی توضیح داده می‌شود که مقاوم‌سازی به این زنجیره می‌افزاید.
1. اصل اساسی: همان ارزیابی، با المان‌های مقاوم‌سازی‌شده
بر اساس TBDY 2018 بند 15.9.1، ایمنی لرزه‌ای ساختمان مقاوم‌سازی‌شده با ضوابط محاسبه و ارزیابی مقرر برای ساختمان‌های موجود تعیین می‌شود. به همین دلیل StatiCAD یک «محاسبه مقاوم‌سازی» جداگانه نمی‌سازد: مقاوم‌سازی یکی از ویژگی‌های المان است و همان زنجیره ارزیابی یک بار دیگر با مقطع، سختی و ظرفیت مقاوم‌سازی‌شده اجرا می‌شود. وقتی گزینه اصلی غیرفعال باشد، محاسبه دقیقاً با وضعیت قبل از مقاوم‌سازی یکسان است.
بر اساس تفکیک TBDY 15.9.3، محصورسازی با FRP، ژاکت بتنی، محصورسازی فولادی و بتن مسلح، خاموت خارجی و مقاوم‌سازی دیوار میان‌قاب مقاوم‌سازی در سطح المان و دیوار برشی بتن مسلح جدید مقاوم‌سازی در سطح سیستم است. ماژول هر دو را با همان گزینه مدیریت می‌کند.
2. محصورسازی ستون‌ها (15.10.1)
جمله اول بند 15.10.1 حد قطعی تعیین می‌کند: با این روش‌ها ظرفیت خمشی ستون‌ها قابل افزایش نیست. ماژول این را در هر سه روش محصورسازی اعمال می‌کند.
2.1 محصورسازی با پلیمر الیافی (FRP) — 15.10.1.3 و EK 15B
| کمیت | رابطه | اعمال در برنامه |
|---|---|---|
| ضریب اثر κa | 15B.7 | در مقطع دایره‌ای 1؛ در بیضی b/h؛ در مستطیل 1 − [(b−2rc)² + (h−2rc)²]/(3bh). در مقطعی که نسبت ابعاد آن از 2.5 (در بیضی 3) بیشتر باشد، افزایش محوری و شکل‌پذیری اعمال نمی‌شود. |
| کرنش مؤثر FRP، εf | 15B.3 / 15B.4 | برای برش min(0.004; 0.50 εfu)؛ برای شکل‌پذیری و محوری min(0.50 εfu; 0.01). |
| فشار جانبی fl | 15B.6 | fl = ½ · κa · ρf · εf · Ef؛ ρf = 2·nf·tf·(b+h)/(b·h) · (wf/sf). |
| مقاومت و کرنش محصور | 15B.5، 15B.8 | fcc = fcm·[1 + 2.4·(fl/fcm)] ≥ 1.2·fcm؛ εcc = 0.002·[1 + 15·(fl/fcm)^0.75]. |
| مدل بتن | 15B.3(b) | σ–ε دوخطی: (0, 0) → (0.002, fcm) → (εcc, fcc). مدل FRP جایگزین محصورشدگی خاموت می‌شود، نه اینکه به آن افزوده شود. |
| حدود آسیب | 15B.3(b) | GÖ = εcc (با حد بالای 0.018)، KH = 0.75·εcc، SH = 0.004. |
| سهم برشی Vf | 15B.1 / 15B.2 | Vf = 2·nf·tf·wf·Ef·εf·d/sf؛ در پوشش پیوسته wf = sf؛ در پوشش نواری اگر sf ≤ wf + d/4 برقرار نباشد، سهم صفر است. Vr = Vc + Vw + Vf ≤ Vmax. |
| کنترل طول وصله پوششی | 15B.4: 15B.9–15B.11 | اگر طول وصله پوششی موجود وارد شود، ضخامت کل لازم FRP محاسبه و با مقدار تأمین‌شده مقایسه می‌شود و نتیجه روی برچسب نوشته می‌شود. در نسبت ابعاد مقطع > 2 یا آرماتور ساده، برچسب «uygulanamaz» (قابل اعمال نیست) چاپ می‌شود. این کنترل ظرفیت را تغییر نمی‌دهد. |
در ستون‌های با مقطع چندضلعی، چون κa تعریف نشده است، FRP اعمال نمی‌شود و هشدار داده می‌شود.
2.2 محصورسازی بتن مسلح — 15.10.1.1
مقاومت برشی و فشاری از ابعاد مقطع ناخالص محصورشده محاسبه و با 0.9 کاهش داده می‌شود؛ ظرفیت خمشی و سختی تغییر نمی‌کند. اثر محصورکنندگی همچنان از هسته موجود خوانده می‌شود.
2.3 محصورسازی فولادی — 15.10.1.2، رابطه 15.3
Vj = tj·b·d/s·fyw به مقاومت برشی افزوده می‌شود (tj، b، s: ضخامت، عرض و فاصله ورق‌های افقی). خمش و شکل‌پذیری تغییر نمی‌کند.
3. افزایش مقطع ستون (ژاکت بتنی) — 15.10.2
تنها روش ستونی است که ظرفیت خمشی را افزایش می‌دهد. طبق آیین‌نامه، مقاومت خمشی، برشی و فشاری و سختی خمشی با ابعاد مقطع ناخالص و ویژگی‌های طراحی بتن افزوده‌شده محاسبه می‌شود و سختی‌ها و مقاومت‌های به‌دست‌آمده در 0.9 ضرب می‌شود. ماژول این ضریب را در سه جا اعمال می‌کند:
- سختی اجزای محدود: بر اساس مدل انتخاب‌شده در زبانه ستون، ویژگی‌های مقطع تبدیل‌شده به کار می‌رود (n = E_manto / E_mevcut):
- مرکب (پیش‌فرض): مقطع موجود + n × حلقه ژاکت؛ در ژاکت‌های یک‌طرفه با عبارت‌های انتقال محور موازی نسبت به مرکز سطح مرکب،
- مطابق متن آیین‌نامه: مقطع ناخالص با بتن ژاکت،
- فقط ژاکت: ستون موجود نادیده گرفته می‌شود (حالت ستون موجود به‌شدت آسیب‌دیده).
- ظرفیت مقطع (مدل الیافی): ابعاد بیرونی ژاکت‌دار؛ هسته ستون موجود (با بتن موجود و محصورشدگی خاموت)، پوسته بتن ژاکت. آرماتور طولی ژاکت در وجوه ژاکت‌دار با فاصله مساوی قرار داده می‌شود (در 4 وجه پیرامون بسته، در 3 وجه U، در 2 وجه L، در 1 وجه یک لبه) و در ظرفیت خمشی مشارکت می‌کند.
- مسیر خطی: مقاومت برشی و حد بالای آن از مقطع ژاکت‌دار؛ EI در دوران تسلیم و طول مفصل پلاستیک از مقطع ژاکت‌دار. اگر خاموت ژاکت وارد شود، به مقاومت برشی افزوده می‌شود.
در ژاکت یک، دو و سه وجهی چون مقطع نامتقارن است، کوچک‌تر ظرفیت‌های لنگر ± به کار می‌رود (جهت اطمینان).
4. محصورسازی تیرها — 15.10.3
ظرفیت خمشی تیرها با محصورسازی افزایش نمی‌یابد. خاموت خارجی (15.10.3.1) به‌عنوان سهم خاموت TS 500 فقط به مقاومت برشی افزوده می‌شود؛ اثر محصورکنندگی ندارد. پیچیدن با FRP (15.10.3.2) با قواعد EK 15B (محصورسازی کامل؛ در پوشش نواری sf ≤ wf + d/4) هم وارد مدل محصور و هم وارد سهم برشی می‌شود.
5. دیوار برشی مقاوم‌سازی بتنی درجا — 15.10.5
المانی که در مدل مانند یک دیوار برشی بتن مسلح معمولی ترسیم می‌شود، به‌عنوان «دیوار برشی جدید مقاوم‌سازی» علامت‌گذاری می‌شود. وقتی گزینه اصلی غیرفعال است، دیوار در مدل اجزای محدود وجود ندارد: سختی و مقاومتی نمی‌دهد، وزن خود و بارهای اضافی تعریف‌شده آن نیز صفر می‌شود؛ دیوار تکیه‌گاه دال نیست و بار آن لبه بین تکیه‌گاه‌های باقی‌مانده توزیع می‌شود. وقتی فعال است، طبق 15.9.2 المان جدید است و با رده‌های مصالح ارائه‌شده توسط کاربر و با ضریب سطح اطلاعات 1 ارزیابی می‌شود.
مهار (15.10.5.1/.2): جریان برش بین دیوار و قاب موجود با فرض پانل برشی خالص q = Vd/lw گرفته می‌شود؛ ظرفیت با برش اصطکاکی TS 500 برابر qr = μ·Asl·fyd است. شرایط Ø ≥ 16 mm، عمق ≥ 10Ø و فاصله ≤ 400 mm کنترل می‌شود. ناحیه انتهایی (15.10.5.3): اگر در انتهای دیوار ستون موجود باشد، می‌توان از آن به‌عنوان ناحیه انتهایی استفاده کرد (در صورت نیاز ژاکت می‌شود)؛ در غیر این صورت باید ناحیه انتهایی ایجاد شود. ماژول با بررسی هندسه یادداشت خود را می‌نویسد. پی دیوار خارج از دامنه ماژول است و در گزارش یادآوری می‌شود.
6. مقاوم‌سازی دیوارهای میان‌قاب — 15.10.4 و EK 15C
6.1 مدل عضو قطری معادل
| رابطه | بیان |
|---|---|
| 15C.2 | λd = [Ed·td·sin2θ / (4·Ec·Ik·hd)]^¼ |
| 15C.1 | ad = 0.175·(λd·hk)^−0.4 · rd |
| 15C.3 | kd = ad·td·Ed / rd (سختی محوری عضو فشاری) |
| 15C.4 | Vd = Ad·(τd + fyd·ρsh) ≤ 0.22·Ad·fd (اندود با شبکه فولادی) |
| 15C.6 / 15C.7 | Tf = 0.003·Ef·wf·tf؛ kt = wf·tf·Ef / rd؛ wf ≤ ad (عضو کششی FRP) |
| 15C.5 | مقادیر مصالح دیوار (آجر کارخانه‌ای توخالی، آجر دست‌ساز توپر، بتن گازی) |
در تحلیل خطی (ترکیب مودها)، چون نمی‌توان عضو فشاری یک‌طرفه ایجاد کرد، به هر دو قطر سختی محوری مساوی داده می‌شود؛ سختی افقی کل برابر سختی یک عضو فشاری آیین‌نامه (در FRP، سختی جفت) است. در تحلیل بارافزون، چون هر جهت بارگذاری یک مدل جداست، عضوها بسته به جهت یک‌طرفه‌اند؛ وقتی نیروی محوری عضو به ظرفیت خود برسد، عضو با فرض ترد از مدل خارج می‌شود و نیرو در قاب بازتوزیع می‌گردد.
6.2 ارزیابی عملکرد
دیوار میان‌قاب مقاوم‌سازی‌شده المان قائم محسوب می‌شود. ناحیه آسیب بر اساس زاویه برش تعیین می‌شود: γ = |تغییر مکان نسبی طبقه| / ارتفاع طبقه؛ حدود جدول 15.2 TBDY عبارت‌اند از SH 0.003 / KH 0.005 / GÖ 0.010. علاوه بر این، مؤلفه افقی نیروهای محوری عضوهای قطری تحت زلزله با ظرفیت برشی مقایسه می‌شود؛ اگر از آن فراتر رود، دیوار ترد محسوب می‌شود. شرایط قطر/ضخامت، نسبت بازشو، نسبت طول/ارتفاع و حد طبقات در سطح هشدار هستند؛ جزئیات مهار و پیچ در محاسبه وارد نمی‌شود و در خلاصه یادآوری می‌شود.
7. حدود دامنه کاربرد
- مقاوم‌سازی وصله پوششی با FRP در سطح کنترل است (روی ظرفیت اثری ندارد)؛ در ستون با مقطع چندضلعی FRP اعمال نمی‌شود.
- در ژاکت‌های یک‌طرفه محور میله اجزای محدود در ستون موجود می‌ماند (خروج از مرکزیت در ظرفیت مقطع لحاظ می‌شود)؛ خاموت ژاکت دو شاخه فرض می‌شود؛ برای ژاکت متره و نقشه تولید نمی‌شود.
- در دیوار برشی جدید، طراحی ناحیه انتهایی خودکار نیست؛ پی دیوار خارج از دامنه است.
- در دیوار میان‌قاب مدول الاستیسیته مرکب در نظر گرفته نمی‌شود.
- کنترل‌های اضافی از نوع برشی (محصورسازی فولادی، خاموت خارجی، مهار) در ارزیابی خطی گزارش می‌شوند.
- نقض قواعد محاسبه را متوقف نمی‌کند؛ به‌صورت خطا یا هشدار در فهرست کنترل پروژه ثبت می‌شود و تصمیم با مهندس است.