خلاصه
اتصالات پایهستون در سازههای فولادی معمولاً با استفاده از بولتهای مهاری انجام میشوند؛ سیستمی که سالها بهعنوان روش رایج انتقال نیرو میان فولاد و بتن شناخته شده است. با این حال، عملکرد لرزهای این اتصالات و آسیبهای مشاهدهشده در زلزلههایی مانند زلزله کوبه ۱۹۹۵، توجه پژوهشگران را به استفاده از پایهستونهای مدفون جلب کرده است. در این نوع اتصال، بهجای بولتهای مهاری، بخشی از مقطع فولادی مستقیماً در بتن قرار میگیرد و نیروهای کششی، فشاری و برشی از طریق خود پروفیل فولادی به بتن منتقل میشوند. مطالعات نشان میدهد این سیستمها نسبت به پایهستونهای متداول، سختی دورانی بیشتر، شکلپذیری بالاتر و ظرفیت اتلاف انرژی مناسبتری دارند.
در این پژوهش، رفتار کششی و مکانیزم شکست سه نوع ریشه یا پایه مدفون شامل مقاطع یکنواخت، مقاطع دارای صفحه انتهایی و مقاطع شیبدار مورد بررسی قرار گرفته است. مکانیزم انتقال نیرو در هر یک از این سیستمها متفاوت است؛ در مقاطع یکنواخت مقاومت عمدتاً از طریق چسبندگی فولاد و بتن تأمین میشود، در مقاطع دارای صفحه انتهایی، مقاومت فشاری و پانچ بتن نقش اصلی را دارد و در مقاطع شیبدار، اصطکاک ناشی از زاویه شیب عامل اصلی مقاومت در برابر بیرونکشیدگی محسوب میشود.
نتایج تحلیلها و آزمایشها نشان میدهد مقاطع دارای صفحه انتهایی ظرفیت باربری بالاتری نسبت به مقاطع ساده دارند، اما مقاطع شیبدار رفتار شکلپذیرتری از خود نشان میدهند و پیش از شکست، تغییرمکان بیشتری را تحمل میکنند. همچنین زاویه شیب تأثیر مستقیمی بر عملکرد اتصال دارد؛ بهطوریکه زوایای کم، تغییرمکان و شکلپذیری بیشتری ایجاد میکنند، در حالی که زوایای بزرگتر باعث افزایش مقاومت نهایی و کاهش تغییرمکان میشوند. در نمودارهای بار–تغییرمکان، مقاطع شیبدار پس از رسیدن به بار اوج نیز بخشی از ظرفیت خود را حفظ میکنند که نشاندهنده رفتار پایدارتر آنها نسبت به اتصالات دارای صفحه انتهایی است.
پژوهش همچنین نشان میدهد نوع و ابعاد بلوک بتنی اطراف اتصال تأثیر تعیینکنندهای بر نحوه شکست دارند. در ابعاد کوچکتر، شکست بهصورت ترکخوردگی انفصالی بتن رخ میدهد، اما در صورت تأمین محصورشدگی کافی و افزایش ابعاد بلوک، شکست به حالت دومخروطی (Biconical Failure) تغییر میکند که متناظر با بیشترین ظرفیت بیرونکشیدگی اتصال است. نتایج نهایی بیانگر آن است که استفاده از پایهستونهای مدفون، بهویژه مقاطع شیبدار، میتواند جایگزینی مؤثر و قابلاعتماد برای سیستمهای متداول مبتنی بر بولت مهاری در سازههای فولادی و مرکب باشد.

کاربرد پروفیلهای مدفون (Embedded Profiles) در مهاربندی دکلهای مهاری و سازههای تیر انتقال نیرو

چند پیشنهاد برای استفاده از پایههای ستونی مدفون (Embedded Column Bases)

مکانیزم انتقال بار کششی در ریشههای مدفون (Embedded Roots)

هندسه ریشههای مدفون: (a) بدون صفحه انتهایی، (b) با صفحه انتهایی

بیرونکشیدگی (Pullout) مقطع I یکنواخت بدون صفحه انتهایی

ابعاد بلوک بتنی (چپ)، ریشه سردار (بالا راست) و ریشه مخروطی (پایین راست)

h\heتغییرات مقاومت بیرونکشیدگی برحسب نسبت

d/he و b/he تغییرات مقاومت بیرونکشیدگی برحسب نسبتهای

تأثیر زاویه مخروطیشدن بر مقاومت بیرونکشیدگی و جابجایی

نمودارهای بار–تغییرمکان نرمالشده بیرونکشیدگی: (a) ریشههای مخروطی، (b) ریشههای سردار

(Biconical) شکست دومخروطی (c) ,ترکخوردگی و شکافت ،(a) و (b):گسیختگی ریشههای مخروطی مدفون
نتیجه گیری
مطالعات عددی و آزمایشگاهی بر روی ریشههای مدفونِ دارای سر (Headed Roots) و مخروطیشده (Tapered Roots) نشان میدهد که هر دو نوع ریشه قادر به تأمین ظرفیت کششی موردنیاز هستند. توانایی ریشههای مدفون در ایجاد مقاومت و سختی مناسب در برابر نیروهای مختلف موجود در پایهستون، میتواند امکانات جدیدی برای اتصال سازههای فولادی به فونداسیونهای بتنی فراهم کند.
در این مقاله، برخی جنبههای مربوط به رفتار بیرونکشیدگی پایهستونهای مدفونِ دارای سر و مخروطی بررسی شده است. دادههای تحلیلی و آزمایشگاهی، جنبههای مطرحشده برای اتصالات پایهستون مدفون (ریشه ستونها) را تأیید میکنند.
پایهستونهای مدفون میتوانند دارای پیچیدگیهایی از جمله اندرکنش فولاد و بتن، هندسه خاص اتصال، و وجود همزمان نیروهای استاتیکی و/یا دینامیکی متعدد باشند. برای درک عمیقتر این رفتارها، انجام تحقیقات عددی و آزمایشگاهی بهصورت همزمان ضروری است.امروزه نرمافزارهای المان محدود قادرند بسیاری از رفتارهای سازهای را با دقت مهندسی موردنیاز و با هزینهای نسبتاً پایین شبیهسازی کنند. با این حال، در برخی موارد برای درک دقیقتر پدیدهها، لازم است نتایج عددی با آزمایشهای تجربی کالیبره و اعتبارسنجی شوند.
برای مثال، محیط ذاتاً ناهمگن بتن معمولاً در مدلسازی بهصورت محیطی همگن در نظر گرفته میشود؛ موضوعی که در واقع بیشتر شبیهسازی بتن خودتراکم (SCC) است تا بتن معمولی سنتی که دارای سنگدانههای درشت میباشد. موارد مشابه بسیاری نیز وجود دارد که میتوان به آنها اشاره کرد.همچنین ظرفیت نهایی ریشههای مدفون تحت اثر همزمان نیروهای چرخهای محوری، عرضی و خمشی نیز در زمره مسائلی قرار میگیرد که نتایج عددی آنها باید با نتایج آزمایشگاهی تأیید و تطبیق داده شوند.
%20-%20Notepad%202_24_2026%204_01_18%20AM.jpg?format=webp&quality=75&width=1600&withoutEnlargement=true)