مقدمه
رفتار کششی المانهای فولادی مدفون در بتن نقش مهمی در عملکرد سازههای بتنآرمه و اتصالات مرکب دارد. بررسی میلگرد ساده بهعنوان سادهترین حالت تماس فولاد–بتن میتواند مبنای تحلیل رفتار مقاطع پیچیدهتر مدفون در بتن باشد.
چسبندگی فولاد و بتن
مقاومت برکنشی میلگرد ساده از ترکیب عوامل زیر تأمین میشود:
-
چسبندگی شیمیایی سطح فولاد و بتن
-
اصطکاک ایجادشده در سطح تماس
-
فشار جانبی بتن اطراف میلگرد
در میلگردهای ساده، برخلاف میلگرد آجدار، نقش اصطکاک و چسبندگی سطحی غالب است.
مدلسازی عددی
دو مدل اجزای محدود از میلگرد ساده با قطر ثابت و طولهای گیرایی متفاوت ایجاد شد. در تحلیلها:
-
رفتار غیرخطی بتن شامل ترکخوردگی و خردشدگی لحاظ شد
-
رفتار غیرخطی فولاد در کشش در نظر گرفته شد
-
تماس فولاد–بتن با اصطکاک مدلسازی شد
بارگذاری بهصورت کنترلشده انجام گرفت تا رفتار کامل تا برکنش ثبت شود.
رفتار کششی و مکانیزم شکست
نتایج نشان میدهد:
-
افزایش طول گیرایی باعث افزایش مقاومت نهایی برکنشی میشود
-
لغزش تدریجی میلگرد پیش از رسیدن به مقاومت نهایی رخ میدهد
-
شکست عمدتاً بهصورت لغزش میلگرد بدون خردشدگی گسترده بتن اتفاق میافتد
-
توزیع تنش در طول میلگرد یکنواخت نبوده و تمرکز تنش در نزدیکی سطح بارگذاری مشاهده میشود
تطابق نتایج عددی و آزمایشگاهی
منحنیهای نیرو–تغییرمکان حاصل از مدلسازی عددی تطابق مناسبی با نتایج آزمایشگاهی دارند. همچنین مقدار انرژی جنبشی پایین در تحلیلها نشاندهنده صحت فرض بارگذاری شبهاستاتیکی است.
جمعبندی
میلگرد ساده مدفون در بتن میتواند رفتار کششی قابل پیشبینی و پایدار از خود نشان دهد. مدلسازی عددی اجزای محدود ابزار مناسبی برای بررسی مقاومت برکنشی و تحلیل اثر پارامترهایی مانند طول گیرایی و شرایط تماس فولاد–بتن است. نتایج این مطالعه میتواند بهعنوان مبنایی برای تحلیل مقاطع فولادی پیچیدهتر مدفون در بتن مورد استفاده قرار گیرد.