بهسازی با استفاده از پس کشیدگی

بهسازی با استفاده از پس کشیدگی خارجی

پس کشیدگی برای اصلاح هر دو نوع از نقصان های مقاومتی و تغییر شکل ساختمان ها به صورت کارامدی استفاده می شود. مکانیزم پس کشیدگی در جنبه های متعددی خود را از سایر روش های بهسازی جایگزین متمایز می کند.(همچون بهسازی با استفاده از الیاف ترکیبی و نوار های فولادی به کار گرفته شده)

علاوه بر افزایش مقاومت، پس کشیدگی باعث اعمال نیرو به سازه شده و شرایط بهره برداری سازه را تغییر می دهد. به طور مثال باعث کاهش خیز می شود که این مسئله یک ویژگی ممتاز محسوب می شود که با استفاده از رو ش های الیاف های ترکیبی و نوار های فولادی نمی توان از آن بهره برد. علاوه بر آن، هنگامی که به صورت اصولی از پس کشیدگی استفاده شود، نیروی فعال آن می تواند مد شکست محتمل را در سازه بازسازی کرده و بنابراین مرز های امنیت سازه را جابه جاکند.  در ادامه مطلب برای هر یک از کاربرد ها مثالی آورده می شود. 

خنثی سازی خیز و فراهم سازی مقاومت در اثر پس کشیدگی

 شکل 1 نشان دهنده اصل اساسی این مسئله است که چگونه یک تاندون پس کشیده می تواند برای اعمال نیروی رو با بالا و کاهش خیز المان استفاده شود.

شکل1-اصلاح مقاومت و تغییر شکل توس پس کشیدگی خارجی

این نوع از کاربرد خود را از انوع جایگزین همچون الیاف ترکیبی خارجی متمایز می کند به صورتی که باعث کاهش خیز شده و می تواند باعث کاهش ترک ها شده و یا به یکدیگر نزدیک کند. 

یک نمونه از کاربرد قابل توجه از پس کشیدگی خارجی، بهسازی یک سازه  با کاربری پارکینگ است  که پس کشیدگی در آن به گونه ای استفاده شده که نیازمندی های بهره برداری سازه را بازسازی کرده و مقاومت مورد نیاز را مطابق با آیین نامه های حاکم تامین کند.(شکل 2) 

شکل2- ساختمان پارکینگ، بلوک های واقع شده در سطح خارجی ستون ها گیره های تاندون های خارجی می باشند. 

استرند های غیر چسبنده مورد استفاده برای بهسازی گالوانیزه شده و برای ایجاد مقاومت در برابر حریق در اعضا توخالی قرار گرفته است. جزییات انحراف دهنده ها و قالب های انتهای برای تنیدگی در شکل 3 مشاهده می شود. 

شکل3- جزییات انحراف دهنده تاندون و بلوک انتهایی

بهسازی توسط پس کشیدگی به دلیل تغیر مد شکست

نیروی فعال پس کشیدگی خارجی می تواند برای ارتقاء ظرفیت سیستم سقف استفاده شود تا بتوان آن را به حدی رساند که نیازمندی های آیین نامه اغناء شود. این مفهوم مبتنی بر به کارگیری بیشتر فولاد تقویتی سیستم سقف برای مقاومت در برابر بار های طراحی است؛ این روش به خوبی برای بهسازی سیستم های سقف که دارای مقاومت کافی نیستند استفاده شده است. این مفهوم همراه با مثالی از کاربرد آن در ادامه بررسی خواهد شد.

یک قالب بندی متداول سیستم سقف ساخته شده با استفاده از سیستم سقف دو طرفه متکی به ستون در شکل 4 نشان داده شده است. با افزایش بار، مکانیزم های فروریزش مطابق با اشکال 5 – a و  b در سازه توسعه می یابد. بار اعمالی توسط لنگر های داخلی توسعه یافته در امتداد خطوط مفصلی، مقاومت می شود. در امتداد این خطوط مفصل ترک هایی در تراز فوقانی دال بالای ستون ها و در تراز زیرین دال در خطوط میانی بین ستون ها به وجود می آید. مکانیزم شکست مقاومت خود را از فولادی های تقویتی که خطوط مفصل را  منقطع می کند، تامین می کند و از مقاومت موجود فولاد تقویتی در موازات خطوط مفصل بهره گرفته نمی شود. بنابراین، برای تامین مقاومت تنها از نیمی از فولاد تقویتی بهره گرفته می شود. 

شکل4-قالب عناصر تکیه گاهی دال دو طرفه با کاربری پارکینگ

شکل5- مکانیزم شکست دال دو طرفه قبل و بعد از به‌کارگیری نیروهای بهسازی خارجی

با تامین نیروی اعمالی خارجی به مقدار مناسب در امتداد خطوط ستونی، در خطوط میانی بین ستون ها(که در شکل 5  با X نشان داده شده است.) دال از فولاد تقویتی در هر دو راستا پیش از شکست استفاده می کند. بهره مندی از مقاومت فولاد تقویتی در هر دو راستا به صورت قابل توجهی ظرفیت بار-مقاومت سیستم سقف را افزایش می دهد. در مثالی که در ادامه بررسی می شود، پس کشیدگی خارجی برای رسیدن به این مهم استفاده شده است.

شکل 6  پلان یک دال را به همراه تشکیل ترک های مقاومتی پیش از بهسازی آن نشان می دهد. به دلیل یک خطای محاسباتی، ملاحظات 4 طبقه روسازه ای که دال به عنوان تکیه گاه آن عمل می کند در طراحی دال دیده نشده است. مطابق با شکل در حین عملیات ساخت روسازه، در دال مذکور تغییر شکل های بزرگ همراه با ترک هایی به وجود آمد. محل پیدایش و تشکیل ترک ها به صراحت بیانگر عدم مقاومت کافی دال را نشان می داد. به دلیل نصب تاندون های خارجی در تراز زیرین دال در امتداد خطوط ستونی، و تشکیل پروفیلی مطابق با جزییات ساخت(شکل 7)، مقادیر نیروی مناسبی برای تبدیل مد شکست دال از پیکربندی یک طرفه به پیکربندی دو طرفه توزیع شده است. ثابت گردید که مقدار فولاد تقویتی موجود در دال هنگام تغییر مد شکست به اندازه کافی می باشد. 

شکل6-نمایی از ترک های مقاومتی سقف

شکل7-جزییات پس کشیدگی خارجی

پس کشیدگی برای باز سازی هندسه قاب های لرزه ای 

در مناطق با خطر لرزه ای زیاد، ساختمان های به گونه ای طراحی می شوند که در معرض تغییر شکل های فراارتجاعی قرار بگیرند؛ این روش طراحی باعث استهلاک انرژی لرزه ای و کاهش نیاز مقاومتی  ساختمان می شود. به دلیل که  این قاب ها به گونه ای طراحی می شوند تا در برابر فروریزش به دلیل نیروهای پیشبینی شده لرزه ای مقاومت کنند، از آن ها انتظار می رود تا متحمل آسیب هایی نیز شوند. مشاهداتی که از زلزله نرثریج 1994 انجام شد، نشان داد که ممکن است که ساختمان های چند طبقه که در معرض تغییر شکل های فراارتجاعی قرار گرفته اند، به حالت تراز ابتدایی خود بازنگردند. خروج از محوریت(کجی یا ناشاقولی) به وجود آمده در ساختمان باعث ایجاد نقصان عملکردی و نگهداری می شود. 

از مکانیزم پس کشیدگی می توان به عنوان وسیله ای برای بازگرداندن ساختمان به ترازی نزدیک به تراز اولیه  پس از تغییر شکل فرا ارتجاعی به وجود آمده در اثر زلزله استفاده کرد. این مهم با سامان دهی و کنترل تغییر شکل های فرا ارتجاعی در محل های مشخص با استفاده از نیروی تاندون های پس کشیده برای بازگرداندن ساختمان به راستای تراز اولیه خود می توان استفاده کرد. 

شکل 8 بیانگر این مفهوم است. سه عضو صلب مجزا را که با اتصال به یکدیگر یک قاب را تشکیل داده اند در نظر بگیرید. اتصال به وسیله یک المان ارتجاعی که از میان لوله ای با اندازه ای بزرگ کشیده شده و در وجوه بیرونی اعضا عمودی مهارشده است، تامین می شود. یک نیروی افقی F به صورتی که در قسمت b شکل نشان داده شده است، قاب را جابه‌جا می کند. نیروی اعمالی توسط کشیدگی و افزایش نیرو در المان ارتجاعی مقاومت می شود. هنگامی که بار خارجی F برداشته می شود، کشش موجود در المان ارتجاعی، قاب را به حالت اولیه خود باز می گرداند. به این دلیل که سطح مشترک بین اعضا هنگام تغییر نیرو باز یا بسته می شود(قسمت c) وسیله را می توان در سطح مشترک به دلیل جذب قسمتی از انرژی و کاهش جابه جایی تعبیه کرد. 

شکل8-مدل قاب همراه با پس کشیدگی اصلاح کننده

این مفهوم در بسیاری از ساختمان های با کاربری پارکینگ استفاده شده است. شکل 9 بیانگر قاب یک ساختمان پارکینگ همراه با ویژگی بازگردانندگی تغییر مکان را نشان می دهد.

شکل9-قاب یک ساختمان پارکینگ همراه با ویژگی های بازگردانندگی

منبع:

«دپارتمان سازه سامانه کارگشا»

طراحی و اجرای ساختمان های پس کشیده-بیژن اعلامی 

————————————————————————————————————————————–

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در خواست خود را در لینک های مربوطه، در قسمت عنوان سوال-سازه ثبت نموده و فایل های مورد نیاز را بارگذاری کنید.

1-طراحی اسکلت فولادی و شالوده

2-طراحی اسکلت بتنی و شالوده

3-سبک سازی و بهینه سازی محاسبات طراحی

4- کنترل مضاعف محاسبات طراحی

3-طراحی سقف کامپوزیت عرشه فولادی و کامپوزیت سنتی

4-طراحی دال پس کشیده

5- طراحی دال بتنی مشبک

6-طراحی دال های بتنی 

7- بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی

8-طراحی سوله

9-طراحی سازه های با اسکلت LSF

10- مباحث تکمیلی و پژوهشی سازه