رفتار خاموت در بارهای چرخهای و تأثیر آن بر پایداری سازه
مهار نیروهای چرخهای یکی از مهمترین عملکردهایی است که پیش از بروز حوادث باید برای آن برنامهریزی کرد تا آسیبهای ناشی از زلزله، سونامی یا حوادث غیرمنتظره دیگر به حداقل برسد. خاموت در سازههای بتنی بهعنوان یکی از مهمترین اجزا برای مقاومسازی سازه دربرابر بارهای چرخهای بهشمار میرود که از ترکخوردن و کمانش بتن جلوگیری میکند و احتمال فرو ریختن ساختمان را بهحداقل میرساند. در این مقاله بهصورت کامل توضیح میدهیم رفتار خاموت دربرابر بارهای چرخهای چگونه است و چطور امنیت سازه را ارتقا میدهد.
رفتار خاموت دربرابر بارهای چرخهای
نیروهای ناشی از زلزله و حوادث طبیعی بخاطر تغییر جهت مداوم، نوسان مقدار و تحتتأثیر قرار دادن سازه برای مدت طولانی آسیبزننده هستند. بههمیندلیل مهندسان هنگام طراحی سازه باید بدانند برای سازه مورد نظرشان بهترین نوع خاموت چیست و چطور باید آن را در سازه کار کنند.
هنگام ورود بارهای چرخهای تا زمانی که بتن ترک نخورده باشد، خاموتها فقط کمککننده هستند؛ اما بهمحض ایجاد ترکهای ناشی از نیروهای خمشی و برشی و کمانش میلگردهای طولی، نقش حیاتی خاموتها شروع میشود. این مقاطع با انتقال نیروها از بتن به فولاد، مانع از گسترش ترکها میشوند. با افزایش شدت بارهای چرخهای و تداوم ورود این بارها، کمکم بتن هستهای ترک میخورد و از هم گسیخته میشود. در این مرحله، خاموت بتن هسته را در فشار نگه میدارد و بخشی از انرژی زلزله را جذب میکند. البته باید توجه داشته باشید که مقاومت خاموت تا پیش از رسیدن به تسلیم و خستگی ادامه دارد؛ اگر این مقاطع نیز ترک بخورند و به شکستگی برسند، مقاومت سازه بهصورت کامل از بین میرود. بههمیندلیل است که بعضی از سازهها در پسلرزهها یا حتی بعد از پایان زلزله تخریب میشوند.
نقش خاموت در مهار نیروهای تکراری
مهمترین نقش خاموتها در مهار نیروهای تکراری این است که مقاومت تسلیم بتن و میلگردهای طولی را بالا ببرند و هنگام خستگی بتن و میلگردهای طولی بخاطر فشارهای مداوم بارهای رفتوبرگشتی، تخریب سازه را به تعویق بیندازند. این اجزای سازه بتنی در 4 بخش نقش مهم خود را ایفا میکنند:
- بخش اول حفاظت از میلگردهای طولی است. این مقاطع در میان خاموتها محصور شدهاند؛ بنابراین درصورت تمایل به کمانش، بخشی از نیرو را به ساختار خاموتی محکمی که دور آنها قرار دارد، وارد میکنند. در نتیجه احتمال شکست و خمیدگی میلگردهای طولی به حداقل میرسد.
- وقتی بتن ترک میخورد، در هر حرکت رفتوبرگشتی ترک آن بیشتر میشود و در نهایت میشکند. اما سازه خاموتی، اجزای بتن را محصور کرده است. بنابراین هم از گسترش ترکها پیشگیری میکند و هم در صورت شکستن بتن، از پاشیدن و گسیختن و تخریب کلی سازه بتنی پیشگیری میکند.
- خاموت در تحمل نیروهای برشی و انتقال بار ناشی از این نیروها از بتن به فولاد نقش مهمی دارد و تخریب سازه بخاطر نیروهای برشی را به تعویق میاندازد.
تاثیر گام خاموت بر رفتار چرخهای
گام یعنی فاصله بین مقاطع در طول سازه. این معیار میزان محصور شدن بتن و میلگردهای طولی را تعیین میکنند و بدیهی است که تراکم استاندارد این حصار، مقاومت سازه را افزایش میدهد. گام متراکم خاموت نتایج مثبتی بهدنبال دارد که در ادامه به چندمورد از آنها اشاره میکنیم:
- فشار جانبی بر بتن کمتر میشود و احتمال ترکخوردگی، باز شدن ترکهای خمشی و برشی و از هم گسیختن بتن کاهش مییابد.
- اجزای سازه بتنی انعطاف بیشتری پیدا میکنند، ظرفیت دوران پلاستیک در تیرها و ستونها بیشتر میشود و سازه میتواند تغییر شکلهای بزرگتر را بدون شکست تحمل کند.
- گام متراکم طول آزاد میلگردهای طولی را کاهش میدهد، در نتیجه احتمال خمش و شکستن ناگهانی آنها به حداقل میرسد.
- گام متراکم جذب انرژی بیشتری دارد و بتن و میلگردهای سازه دیرتر به مرحله خستگی و تسلیم میرسند.
- احتمال تخریب کلی کمتر میشود؛ چون تمرکز تنش از بین میرود و بار بهصورت متوازن بین همه بخشهای سازه توزیع میشود. درنتیجه سازه به یکباره فرو نمیریزد.
تاثیر شکل خم خاموت بر رفتار چرخهای
اهمیت شکل خم این اجزای سازه بتنی هنگام تداوم بارهای رفتوبرگشتی مشخص میشود. شکل خم میزان توانایی خاموت در مهار نیروها، پیشگیری از خمش، جذب انرژی و میزان محصورشدگی بتن را تعیین میکند. توجه داشته باشید که ناحیه خمیدگی، مرکز اصلی تمرکز تنش بارهای چرخهای است و اگر استاندارد نباشد، شکست از محل خم اتفاق میافتد.
خم 90 درجه در زلزلههای کمریشتر عملکرد قابلقبولی دارد. اما در زلزلههای شدید بخاطر حصار غیرمتراکم نمیتواند از گسترش ترکها، شکستن بتنها و میلگردها پیشگیری کند. بههمیندلیل این خم برای بخشهای بحرانی سازه یا سازههای ساختهشده در مناطق زلزلهخیز مناسب نیست.
خم 135 درجه پرطرفدارترین نوع خاموت برای سازههای بتنی است. قلاب این فرم خم در بتن هسته فرو میرود؛ در نتیجه اتصال بین بتن و فولاد پایدارتر است. با خم 135 درجه میتوان حصار بهتری برای بتن و میلگردهای طولی ایجاد کر، در نتیجه حلقهها پایدارتر هستند و شکلپذیری سازه و مقاومت تسلیم آن بیشتر است. خم 180 درجه در سازههای خاص یا خاموتهای مارپیچ اجرا میشود و بیشترین میزان مقاومت دربرابر بارهای چرخهای را دارد. اما بخاطر هزینه بالا و زمانبر بودن اجرا، در سازههای معمول کاربرد چندانی ندارد.
مهمترین نکات اجرایی برای عملکرد بهتر خاموت
نحوه طراحی و قرار گرفتن خاموت در سازه یکی از مهمترین عواملی است که امنیت سازه در هنگام حوادث را تعیین میکند. بعضی از افراد بخاطر کمبودن احتمال بروز زلزله، قیمت میلگرد و سایر عوامل ناشی از بیاحتیاطی، توجه چندانی به طراحی و نصب خاموتها ندارند و بههمینخاطر هنگام بروز حوادث، فاجعه بهبار میآورند! حتی چند سانتیمتر اختلاف در کار گذاشتن این مقاطع هم میتواند باعث شکست سازه بتنی و تخریب شود. در ادامه مهمترین نکاتی که برای عملکرد بهتر خاموت باید رعایت کنید را توضیح میدهیم:
- خمکاری استاندارد برای سازه در نظر بگیرید و از ابزارهای مناسب برای خم کردن میلگردها استفاده کنید تا هنگام خمکاری آسیب نبینند.
- طول قلاب خاموت باید استاندارد باشد تا بهصورت کامل در بتن فرو رود.
- گام خاموت باید متناسب با نیاز سازه باشد. برای کاهش هزینهها میتوانید گام را در نواحی غیرحساس افزایش دهید و در نواحی حساس مانند مفصل پلاستیکی گام متراکمتری در نظر بگیرید. هنگام اجرا نیز روی فاصلهها حساس باشید، حتی چند سانتیمتر اختلاف هم ممکن است عملکرد خاموت را تضعیف کند.
- بهتر است خاموتها کاملا بسته باشند تا بتن و میلگردهای طولی را کامل محصور کنند.
- در ستونهای بزرگ در کنار خاموتهای اصلی، از سنجاقیهای عرضی هم استفاده کنید تا میلگردهای طولی میانی بدون مهار نمانند.
- از مقاطع باکیفیت استفاده کنید و مطمئن شوید در سطح میلگردها هیچگونه ترکخوردگی یا زنگزدگی وجود نداشته باشد.
