مقدمه
بررسیهای پس از زلزله کوبه نشان داد که پایههای مدفون ستونهای فولادی، در مقایسه با پایههای معمول دارای بولت مهاری، عملکرد مناسبتری در برابر نیروهای کششی ناشی از زلزله دارند. این موضوع باعث افزایش توجه به استفاده از ریشههای مدفون فولادی بهعنوان جایگزینی انعطافپذیرتر و ایمنتر در اتصال سازه فولادی به فونداسیون بتنی شده است.
انواع ریشههای مدفون و انتقال نیرو
در این تحقیق، سه نوع ریشه مدفون مورد توجه قرار گرفته است:
-
ریشه با مقطع یکنواخت: مقاومت عمدتاً از طریق چسبندگی فولاد–بتن
-
ریشه دارای صفحه انتهایی (Headed Root): مقاومت غالب ناشی از فشار و پانچ بتن زیر صفحه
-
ریشه شیبدار (Tapered Root): انتقال نیرو ترکیبی از اصطکاک و مؤلفههای فشاری وابسته به زاویه شیب
مکانیزم انتقال نیرو در هر حالت بهطور مستقیم بر ظرفیت نهایی و نوع شکست تأثیر میگذارد.
ریشههای دارای صفحه انتهایی
نتایج نشان میدهد:
-
وجود صفحه انتهایی، ظرفیت بیرونکشیدگی را بهطور قابلتوجهی افزایش میدهد
-
در این حالت، اثر شکل بدنه ریشه تا حد زیادی پوشانده میشود
-
مکانیزم شکست غالب، شکست مخروطی یا مخروط مرکب (Compound Cone) بتن است
با افزایش عمق بلوک بتن (نسبت H/he)، ظرفیت کششی تا حدود دو برابر مقدار اولیه افزایش مییابد.
رفتار ریشههای شیبدار
در ریشههای شیبدار:
-
شکست غالب در بلوکهای کوچک یا بدون محصورشدگی، شکافت بتن (Splitting) است
-
با افزایش محصورشدگی جانبی یا ابعاد بلوک، شکست به حالت دومخروطی یا پروانهای (Biconical / Butterfly) تغییر میکند
-
این تغییر مکانیزم میتواند ظرفیت بیرونکشیدگی را تا دو برابر افزایش دهد
همچنین، ریشههای شیبدار در مقایسه با نوع صفحهدار، تغییرمکان بسیار بیشتری پیش از رسیدن به بار اوج از خود نشان میدهند که بیانگر شکلپذیری بالاتر آنهاست.
اثر زاویه شیب
بر اساس نتایج عددی و آزمایشگاهی:
-
زاویههای کوچک شیب (حدود 2٪) بیشترین بازدهی را از نظر ترکیب مقاومت و شکلپذیری دارند
-
افزایش بیش از حد زاویه شیب، باعث کاهش تغییرمکان و شکست تردتر میشود
-
ریشههای شیبدار با زاویه کم، ظرفیت جذب انرژی بالاتری نسبت به ریشههای صفحهدار دارند
نقش ابعاد و محصورشدگی بلوک بتن
یکی از نتایج مهم مقاله این است که:
-
ابعاد بلوک بتن برای ریشههای شیبدار بحرانیتر از ریشههای صفحهدار است
-
برای رسیدن به حداکثر ظرفیت:
-
ریشههای صفحهدار به بلوک کوچکتری نیاز دارند
-
ریشههای شیبدار نیازمند ابعاد بزرگتر یا محصورشدگی فعال (آرماتور یا FRP) هستند
-
پس از تشکیل شکست دومخروطی، افزایش بیشتر ابعاد بتن تأثیر معناداری بر مقاومت نهایی ندارد.
جمعبندی
نتایج این تحقیق نشان میدهد که:
-
هر دو نوع ریشه شیبدار و صفحهدار میتوانند ظرفیت کششی موردنیاز طراحی را تأمین کنند
-
ریشههای صفحهدار مقاومت بالاتر اما شکلپذیری کمتری دارند
-
ریشههای شیبدار، بهویژه با زاویه کم، گزینهای بسیار مناسب برای طراحی لرزهای به دلیل شکلپذیری بالا هستند
-
انتخاب نوع ریشه باید همزمان بر اساس ظرفیت، تغییرمکان، شرایط اجرایی و ابعاد فونداسیون انجام شود