X
تبلیغات
بتن آرمه -

بتن آرمه

انواع بتن


«مسائل فصل سوم» 3-1 هدف از طراحی در یک سازه چیست؟ هدف از طراحی یک عنصر سازه ای یا یک سازه، تأمین ایمنی کافی و رعایت اقتصاد می باشد. 3-2 از مسائل تأثیر گذار در طراحی، چه مسائلی ماهیت احتمالی داشته و پیش بینی دقیق آن ها ممکن نیست؟ از جمله مسائلی که در طراحی ماهیت احتمالی داشته و پیش بینی دقیق آن ممکن نیست می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1-                       پیش بینی دقیق بارهای وارد بر سازه و نیز پیش بینی دقیق توزیع بارها 2-                       مقاومت مصالح مصرفی و پیش بینی مقدار تنش تسلیم و یا مقاومت نهایی 3-                       درستی آنالیز سازه و تعیین تنش در اجزای سازه و فرضیات استفاده شده و تئوری های مورد استفاده 4-                       جزئیات اجرایی اجزاء سازه به دلایل کارگاهی و خطاهای انسانی 3-3 «ضریب اطمینان» چیست و چه نقشی ایفا می کند؟ معمولاً برای تأمین ایمنی کافی در سازه باید شرایط بارگذاری تا حدودی بالا دست و شرایط مقاومت اجزاء تا حدودی دست پایین در نظر گرفته شود. با انجام این کار ضریب اطمینان کافی در مقابل شرایط عملی فراهم می گردد. در حقیقت ضرایت افزایشی و کاهشی که به ترتیب در بار و مقاومت اجزاء ضرب می شود تحت عنوان ضریب اطمینان خوانده می شود. 3-4 انواع روش های طراحی سازه ها را نام برده و مشخص کنید هر کدام از این روش ها در چه دورۀ زمانی کاربرد داشته اند یا دارند. 1- روش تنش مجاز: روش تنش مجاز (ASD) که به نام روش تنش بهره برداری (WSD) نیز خوانده می شود از روش های قدیمی طراحی سازه است که تا قبل از سال 1956 میلادی به عنوان تنها روش طراحی سازه های بتنی آرمه در آئین نامه ی ACI مطرح بوده و از سال 1983، تحت عنوان روش دیگر طراحی به ضممیه ی آئین نامه برده شده است. 2- روش طراحی مقاومت: روش طراحی مقاومت SDM که به نام روش طراحی مقاومت نهایی نیز خوانده شده است. ایجاب می کند که مقاومت طراحی یک عضو در هر مقطع، مساوی یا بیشتر از مقاومت لازم که تحت ترکیبات بار با ضریب محاسبه می شود (U)، مقادیر ضرایب بار و ضرایب کاهش مقاومت از اوایل دهه ی 1970 تا سال 1999 در آئین نامه ی ACI 318 تقریباً ثابت بوده و در سال 2002 تغییراتی کرده است. 3- طراحی در حالات حدی: روش طراحی در حالات حدی (LSD) که به نام روش طراحی بر مبنای ضریب بار و مقاومت (LRFA) نیز خوانده می شود، در نیمه ی قرن بیستم پایه گذاری شد و در سالهای اخیر، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است، به طوری که هم اکنون مبنای طراحی در کشورهای اروپا و نیز در کشور کانادا قرار گرفته است. آئین نامه ی بتن ایران نیز همین روش را مبنای طراحی خود قرار داد. 3-5 در روش تنش های مجاز، بارهای جانبی بدون ضریب وارد می شوند یا با ضریب، توضیح دهید. بارگذاری در این روش بر اساس بارهای بدون ضریب که به نام بارهای بهره برداری یا بارهای سرویس شناخته می شود، انجام می گیرد. بارهای قائم وارده بر سازه عمدتاً از بار مرده (D)، بار زنده (L) و بار برق (S) تشکیل می شوند. بدین ترتیب ترکیب بارگذاری بارهای قائم به صورت روابط زیر است: (1)                                       D+L (2)                                     D+S در مورد ترکیب بارهای قائم و بارهای جانبی در روش تنش های مجاز، آئین نامه ها معمولاً قید می کنند در مورد که این بارها بدون ضریب جمع شوند، لیکن در این حالت می توان تنش های مجاز را تا 33 درصد افزایش داد. مفهوم دیگر این وضعیت آن است که می توان بارها را تل 75/0= 33% کاهش داده و با همان تنش های مجاز معمولی عمل نمود.بدین ترتیب برای ترکیب بارهای قائم با بار (w) یا بار زلزله (E) و بر اساس تنش های مجاز، می توان از روابط زیر استفاده کرد. 0.75 (D+L+W)                              0.75 (D+L+E) 3-6 ایمنی در روش تنش های مجاز، چگونه تأمین می شود؟ در این روش با تعیین ضریب اطمینان مناسب بر اساس آئین نامه، شرایط لازم برای تأمین ایمنی کافی در طراحی سازه فراهم می شود. تنش های مجاز با تقسیم تنش تسلیم فولاد و یا مقاومت بتن بر عدد ضریب اطمینان تعیین می شود. 3-7 در روش طراحی مقاومت، چرا از ضریب کاهش مقاومت استفاده می شود؟ ضریب کاهش مقاومت یک ضریب کوچکتر از 0/1 است که برای جبران مسائل زیر در نظر گرفته می شود. -      احتمال مقاومت کمتر یک عضو بر اساس تغییرات ممکن در مقاومت مصالح مورد استفاده و ابعاد -      دقیق نبودن معادلات طراحی -      درجه شکل پذیری و قابلیت اعتماد مورد نیاز در عضو تحت بار -      اهمیت عضو در سازه 3-8 در روش ACI 318-05 چند ترکیب بارگذاری برای اثرات بارهای قائم و زلزله باید در نظر گرفته شود؟ در روش ACI 318-99 چطور؟ هر کدام از این ترکیبات را بنویسید. ترکیبات بارگذاری ACI 318-02 تحت بار قائم و زلزه 1)   1)1.2D+(1.0E or 1.4E)+1.0L+0.2S 2)   0.9D+(1.0E or 1.4E) ترکیبات بارگذاری ACI 318-99 تحت بار قائم و زلزله 1)   0.75 [1.4D+1.7L+(1.0E or 1.4E) 2)   0.9D+(1.0E or 1.4E) D بار مرده،L بار زنده، S بار برف و E بار زلزله می باشد. همانطور که ملاحظه می شود ضرایب بار در آئین نامه ACI 318-02 نسبت به آئین نامه ACI 318-99 تغییر یافته و هم چنین بار برف نیز در آئین نامه جدیدتر لحاظ شده است. لکن در هر دو آئین نامه چهار ترکیب بارگذاری برای بارهای قائم و زلزله پیش بینی شده است. 3-9 چرا در روش طراحی مقاومت از ضرائب کاهش مقاومت (Ø) استفاده می شود؟ این ضرائب در کنترل خمش، برش، پیچش و فشار در ACI 318-02 چه تغییراتی نسبت به قبل پیدا کرده است؟ علل استفاده از ضرایب کاهش مقاومت (Φ)در سوال 3-7 بیان شد. در روش طراحی مقاومت، همواره باید مقاومت طراحی یک عضو در هر مقطع مساوی یا بیشتر از مقاومت لازم که تحت رکیبات بار با ضریب محاسبه می شود، باشد. مقاومت طراحی با ضرب ضریب کاهش مقاومت (Φ) در مقاومت اسمی به دست می آید. این ضرایب برای مقاطع کنترل شده تحت کشش در هر دو آئین نامه ACI 318-02 و ACI318-99 برابر 9/0 و در مورد اعضاء با دور پیچ، بدون دور پیچ، اعضا تحت برش و 65/0، 75/0 می بشد. این مقادیر نسبت به ضرایب کاهش مقاومت در آئین نامه ACI318-99 در مورد اول و دوم 05/0 و در موارد آخر (برش، پیچش مدل برای فشاری- کششی)1/0 کاهش یافته است. 3-10 ضوابط بهره برداری چیست و در روش طراحی مقاومت چگونه کنترل می شود؟ در روش طراحی مقاومت، علاوه بر آن که گسیختگی مقطع تحت نیروهای داخلی ایجاد شدخ بر اساس بارهای با ضریب و ضرائب کاهش مقاومت کنترل می شود، شرایط مناسب بهره برداری از اعضاء، تحت بارهای بهره برداری (بدون ضریب) نیز کنترل می گردد. این شرایط تحت عنوان ضوابط بهره برداری بیان می گردد و شامل کنترل خیز و کنترل عرض ترک مقطع است. 3-11 توضیح دهید که روش طراحی در حالات حدی چگونه بر مفاهیم احتمالات استوار است؟ طراحی در حالات حدی یک روش طراحی مبتنی بر مفاهیم احتمالات است. احتمال شکست یک سازه را می توان با برآورد کمتری از مقاومت آن (R) و تخمین بالاتری در  اثرات بار
(S) و اطمینان از اینکه R>S است، کاهش داد. این مفهوم را می توان به شکل کلی رابطه زیر بیان کرد. ΦRn≥ α Sn 3-12 نقش ضرائب Ø و α را در روش طراحی در حالات حدی مشخص کنید. Φ ضریب مقاومت (که به نام ضریب کاهش ظرفیت و یا ضریب عملکرد نیز خوانده می شود) که همیشه کوچکتر از واجد بوده و منعکس کننده ی ابهامات و موارد نامعلوم در تعیین Rn (Rn مقاومت اسمی است که بر اساس خصوصیات و ابعاد اسمی ماده محاسبه می شود) می باشد. α یک ضریب بار است که معمولاً بزرگتر از واحد بوده و قابلیت اضافه بار و نیز ابهامات متناظر با تعیین Sn (Sn تأثیر اسمی بار بر اساس بارهای شخص است) را منعکس می کند. 3-13 منظور از حالات حدی نهایی و حالات حدی بهره برداری در طراحی در حالات حدی چیست؟ آن دسته از حالتها که با ایمنی مرتبط باشد، به نام حالات حدی نهایی خوانده می شود (نظیر مقاومت، کمانش، واژگونی، لغزش، شکست، خستگی و غیره)، و آن دسنه از حالات که استفاده ی مورد نظر و یا تصرف سازه را محدود می کند، به نام حالات حدی بهره برداری خوانده می شود (نظیر خیز، ترک خوردگی، جدا شدن پوشش بتن، ارتعاش و غیره). 3-14 چرا مناسب تر است که ضرائب بار به ازای هر بار مشخص، متفاوت باشند؟ ضریب بار جداگانه برای هر نوع بار، می تواند درجه ی تغییر ابهامات و نامعلومی متناظر با انواع گوناگونی بار را بهتر منعکس کند. مثلاً بار مرده اصولاً با دقت بهتری قابل پیش بینی بوده و ضریب بار کمتری نسبت به ضریب بار بارهای زنده خواهد داشت. هم چنین یک ضریب بار بسته به این که اثر بار، افزایش یا کاهش تأثیر کلی بار باشد، ممکن است مقادیر متفاوتی داشته باشد. مثلاً در ملاحظه ای شکست ناشی از واژگونی که بار مرده از شکست جلوگیری می کند، اگر بار مرده ی واقعی کمتر از مقدار پیش بینی شده باشد، احتمال شکست بالاتر خواهد رفت. در این حالت باید برای بار مرده، ضریب باری کمتر از واحد در نظر گرفت. 3-15 نقش ضرائب ترکیب بار و اهمیت (ψ و γ) در آئین نامۀ کانادا چیست؟ اصولاً آیا منطقی تر خواهد بود که ضرائب α ، ψ و γ در آئین نامه های بارذاری تعیین شوند یا در آئین نامه های طراحی؟ چرا؟ ضریب ترکیب بار (Ψ)  کاهش احتمال وقوع همزمان چند بار به صورت ضریب دار را لحاظ می کند. ضریب اهمیت (γ) عواقب انهدام یک عنصر یا یک سازه را لحاظ می کند. منطقی تر خواهد بود ضریب α، Ψ، γ در آئین نامه های بارگذاری تعیین شوند. چرا که معمولاً این ضرایب که به بارهای معین تعلق می گیرد برای انواع مواد و انواع سازه ها یکسان بوده و مناسب است که در آئین نامه های بارگذاری مشخص شود. 3-16 در آئین نامۀ بتن ایران «آبا» حالات حدی نهایی به چه صورت هایی رخ می دهد؟ حالات حدی نهایی ممکن است به یکی از صورتهای زیر اتفاق بیفتد: 1-                       از دست رفتن تعادل سازه و یا قسمتی از آن به عنوان یک جسم صلب 2-                       تغییر شکل یا تغییر مکان سازه یا قسمتی از آن در حدی که شکل هندسی یا رفتار سازه را به کلی تغییر دهد. 3-                       رسیدن سازه به حداکثر ظرفیت باربری خود به یکی از شکل های زیر: -      وقوع حالات حدی نهایی مقاومت با شکست مقاطع، قطعات و یا اتصالات به دلیل گسیختگی یا تغییر شکل های بیش از حد و یا خستگی مصالح. -      تبدیل شدن سازه یا قسمتی از آن به مکانیزم. -      از دست رفتن پایداری کل سازه یا قسمتی از آن 3-17 در آبا، حالات حدی بهره برداری به چه صورت هایی ممکن است اتفاق بیفتد؟ حالات حدی بهره برداری ممکن است به یکی از صورت های زیر اتفاق بیفتد: 1-                       تغییر شکل بیش از حد سازه یا اجزای آن، به صورتی که اثر نامطلوبی در ظاهر سازه و یا عملکرد مناسب آن ایجاد نموده و به خود سازه، نازک کاری موجود در آن و یا قطعات غیر سازه ای آسیب برساند. 2-                       صدمات موضعی نظیر ترک خوردگیف پوسته شدن و یا تخریب بیش از حد سطح بتن، به صورتی که نیاز به نگهداری بیش از حد متعارف داشته باشد، و یا احتمال خوردگی میلگردها را افزایش دهد و در نتیجه به وضعیت ظاهری و عملکرد مناسب سازه آسیب برساند. 3-                       سوزش بیش از حد سازه در اثر بارهای بهره برداری، یا عملکرد ماشین آلات نصب شده و یا نیروی بار، به صورتی که باعث تشویش خاطر استفاده کنندگان شود و یا عملکرد مناسب سازه را دچار مشکل کند. 4-                       حالتهای حدی دیگری که ممکن است با تشخیص و قضاوت مهندسی سازه برای سازه های خاص با عملکرد نامتعارف تعیین شود. 3-18 بر اساس آبا علاوه بر کنترل حالات حدی، چه موارد دیگری باید رعایت شوند؟ آبا قید می کند که در طراحی سازه ها علاوه بر بررسی حالات حدی، موارد زیر نیز رعایت شود: 1-                       سازمان دهی اجزای سازه و اتصالات، چنان باشد که پایداری کلی و به هم پیوستگی سازه تأمین شود، به طوری که آسیب دیدگی موضعی سازه به گسیختگی کلی یا زنجیره ای منجر شود. 2-                       با پیش بینی تدابیر خاص، مقاومت سازه در مقابل آتش سوزی تأمین شود. 3-                       با پیش بینی تدابیر مناسب، پایانی سازه تأمین شود. در این مورد به خصوص در مورد بتن، توجه کافی به مواد و مصالح مصرفی و طرح اختلاط با ملاحظه ی  شرایط محیطی الزامی است. 4-                       طراحی سازه باید حلقه ای از زنجیره ی طراحی- اجرا نگهداری تلقی شده و نسبت به صحت انجام هر کدام از سه جزء، اطمینان حاصل شود.   3-19 روش هایی را که آبا برای تحلیل یک سازۀ بتن ارمه مجاز می داند، نام ببرید. آئین نامه بتن ایران روشهای زیر را برای تحلیل یک یازه بتن مسلح مجاز می داند. الف) تحلیل خطی ب) تحلیل خطی همراه با بار پخش محدود ج) تحلیل غیر خطی د) تحلیل پلاستیک 3-20 رفتار غیر خطی مادی و رفتار غیر خطی هندسی را که در تحلیل غیر خطی سازه ها مورد توجه قرار می گیرند، توضیح دهید. در تحلیل غیر خطی لنگرها و نیروهای داخلی در هر مقطع از سازه با توجه به رفتار غیر خطی مصالح و یا با توجه به تأثیر تغییر شکل های بزرگ که تحت عنوان رفتار غیر هندسی نامیده می شود، تعیین می شوند. برای بیان رفتار غیر خطی مصالح می توان در تعیین منحنی لنگر انحناء هر مقطع، از یک نمودار دو خطی که بیان گر حالت ترک نخوردۀ بتن و حالت تشکیل مفثل پلاستیک در مقطع است و یا یک نمودار سه خطی که علاوه بر مشخصات نمودار دو خطی حالت ترک نخورده بتن را بیان می کند، استفاده کرد. 3-21 ترکیبات بارگذاری لازم تحت تأثیر بارهای مرده، زنده و زلزله را بر اساس آبا بنویسید. ترکیبات بارگذاری بر اساس آئین نامه بتن ایران در جدول زیر آمده است. تلاش های نهایی برای ترکیبات مختلف بارگذاری بر اساس آئین نامۀ بتن ایران بارهای وارده تلاش نهایی که باید برای طراحی محاسبه شود الف: بارهای مرده (D) و زنده (L) Su=S(1/25+1/5L) ب: بارهای مرده، زنده و زلزله (E) و یا مرده، زنده و باد (W) (بار زلزله و یا بار باد، باید با علامت مثبت و منفی در روابط وارد شود) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(D+1/2L+1/2(E or W))* iii) Su=S(0/85D+1/2(E or W)) ج: بارهای مرده، زنده و فشار خاک یا فشار ناشی از آب زیر زمینی (H) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(1/25D+1/5L+1/5H)* iii) Su=S(0/85D+1/5H) د: بارهای مرده، زنده و وزن یا فشار مایعات (F) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(1/25D+1/5L+1/25F) iii) Su=S(0/85D+1/25F) ه: بارهای مرده، زنده و اثرات تجمعی درجه حرارت، افت، خزش و نشست تکیه گاه (T) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(D+1/2L+T) iii) Su=S(1/25D+1/25T)   3-22 منظور از ضرائب جزئی ایمنی مقاومت در آئین نامۀ بتن ایران چیست و مقادیر آن ها چقدر است؟ در آئین نامه بتن ایران مقاومت نهایی مقطع (Sn ) برای هر تلاش خاص، بر اساس مشخصات هندسی مقطع، رفتار مکانیکی تحت آن تلاش خلاص و اعمال ضرایبی به نام ضایب جزئی ایمنی مقاومت در خصوصیات مکانیکی اجزاء و با منظور کردن شرایط تعادل نیروها و همسازی تغییر شکل ها به دست می آید. ضرایب جزئی ایمنی به صورت زیر، در مقاومت مشخصه بتن و فولاد ضریب می شوند. -      ضریب جزئی ایمنی مقاومت بتن: 60/0= Φc -      ضریب جزئی ایمنی مقاومت فولاد: 85/0=Φs 3-23 چرا در آبا از ضرایب اصلاح مقاومت و بار (γn, Øn) استفاده می شود؟ مقادیر آنها چقدر است؟ آئین نامه بتن ایران قید می کند که چنانچه لازم باشد بنا به دلایل خاص برای قطعه ای از سازه حاشیه ایمنی وسیع تری در نظر گرفته شود، کنترل حالت حدی نهایی مقاومت به صورت روابط زیر بیان می شود: Su≤ Φn Sn γnSu≤Sn Φn ضریب اصلاح مقاومت و γn ضریب اصلاح بار است که در حال حاضر در طراحی تمام قطعات برابر با 0/1 معرفی شده است، مگر در تعیین ضریب تشدید لنگر ستون ها که ضریب اصلاح مقاومت 65/0=Φn در بار بحرانی ستون ضرب می شود.                     «مسائل فصل چهارم» 4-1 در حین بارگذاری بر یک تیر، ظهور تغییر شکل های پلاستیک در ناحیۀ کششی چرا و چگونه به وجود می آید؟ در آزمایش بار تغییر مکان یک تیر بتنی، ابتدای بارگذاری مقطع ترک نخورده است، اما تنش در دورتریت تار کششی مقطع به مقاومت کششی بتن تحت کشش ناشی از خمش (fr)نزدیک می شود. در این حالت چون کششی حداکثر فقط در قسمت بسیار محدودی از مقطع (دورترین تار کششی) ایجاد شده است، این امکان فراهم می شود که با بار توزیع تنش کششی، تنش کششی حداکثر در تارهای پایینی مقطع توزیع شوند و بدین ترتیب به صورت جزئی در قسمت محدودی از ناحیه کششی مقطع توزیع تنش کششی به صور غیرخطی باشد. 4-2 در چه مرحله ای از بارگذاری تیر، افزایش تعداد ترک ها، و در چه مرحله ای افزایش عمق ترک ها را خواهیم داشت؟ بلافاصله بعد از ترک خوردگی مقطع (افزایش بار از بار ترک خوردگی)، تعداد ترک ها در قسمت میانی تیر افزایش می یابد. در حقیقت به محض وقوع اولین ترک خوردگی در مقطع تنش کششی مقطع به فولاد منتقل می شود و با تغییر جزئی در بار، این وضعیت به سایر قسمت ها در یک سوم میانی تیر سرایت می کند و در نتیجه تحت افزایش کمی در میزان بار، تعداد ترک ها افزایش می یابد. با افزایش مجدد بار دیگر تعداد تر ها افزایش نیافته و فقط عمق ترک ها بیشتر می شود. در این حالت تقریباً تمام نیروی کششی مقطع به وسیله فولادهای کششی تحمل می شود و فقط ناحیه بسیار محدودی از بتن مقطع در مجاورت تار خنثی، قسمت اندکی از نیروی کششی مقطع را تحمل می کند. در این حالت رفتار بتن از فشار را می توان با تقریب خوبی رفتار خطی در نظر گرفت. 4-3 دلیل گسیختگی نرم و گسیختگی ترد در یک تیر خمشی چیست؟ عاملی که سبب می شود رفتار یک عضو خمشی تحت بار، به صورت شکل پذیری یا نرم و یا به صورت غیر شکل پذیر یا ترد باشد، میزان فولادهای کششی موجود در مقطع است. به صورتی که اگر میزان فولادهای کششی در مقطع بتن آرمه کم باشد، جاری شدن فولادها تحت نیروی کمتری اتفاق می افتد و بنابراین در حین بارگذاری، ابتدا فولادها تسلیم شده و سپس با انجام یک تغییر شکل قابل توجه، بتن به گسیختگی فشاری می رسد. در مقابل اگر میزان فولادهای کششی موجود در مقطع بتن مسلح زیاد باشد، جاری شدن فولادها تحت نیروی بالایی اتفاق می افتد و بنابراین بدون اینکه جاری شدن فولاد رخ دهد با افزایش کرنش فشاری در بت، بتن در ناحیه فشاری خرد شده و گسیختگی در مقطع اتفاق می افتد.     4-4 فولاد متوازن چیست؟ میزان فولاد متوازن عبارت است از مقداری از فولاد که اگر در یک مقطع بتن آرمه با خصوصیات مشخص قرار داده شود، با افزایش میزان بار، درست در همان لحظه که فولاد در ناحیه کششی به حد تسلیم می رسد، بتن هم در ناحیه فشاری به حد خرد شدن و گسیختگی برسد. در حقیقت کم بودن یا زیاد بودن میزان فولادها به یک وضعیت مرزی با مقدار فولادی به نام «فولاد متوازن» سنجیده می شود. 4-5 مزایای یک مقطع خمشی تحت مسلح نسبت به یک مقطع فوق مسلح در چیست؟ 1- رفتار شکل پذیر اعضاء خمشی با بروز تغییر شکل های بزرگ، به عنوان زنگ خطری برای اعلام شکست متحمل محسوب شده و این امکان را فراهم می کند که سازه از افراد و اموال تخلیه شود. 2- رفتار شکل پذیر اعضاء در قاب های خمشی، قابلیت جذب انرژی قاب را در مقابل بارهای ارتعاشی و به خصوص بار زلزله بالا می برد. بدین ترتیب در هنگام زلزله، عضو خمشی با انجام تغییر شکل های بزرگ مقدار قابل توجهی از انرژی تحمیل شده از طرف زلزله به سازه را جذب می کند بدون آن که انهدام کامل سازه اتفاق بیفتد. 3- شکل پذیری اعضاء هم چنین سبب می شود که امکان بار توزیع تنش و لنگر در قاب های خمشی فراهم شود. یعنی با رسیدن نقاط بحرانی سازه به ظرفیت حداکثر،شکست سازه اتفاق نیفتاده و آن نقاط بحرانی می توانند با رفتار شکل پذیر خود، حالت مفصل پلاستیک را پیدا کنند و تحت بار بیشتر، امکان انتقال تنش و لنگر به نقاط دیگر سازه را فراهم کنند. 4-6 تفاوت ها و تشابهات طراحی الاستیک و طراحی الاستوپلاستیک را شرح دهید. در طراحی به روش الاستیک شرایط مقطع بتن آرمه طوری فراهم می گردد که تحت بار حداکثر، ترک خوردگی در مقطع ایجاد نشود. در این حالت رفتار بتن در کشش و فشار خیلی است و از ظرفیت کششی بتن صرفنظر نمی شود. در طراحی به روش الاستوپلاسیتک،بتن در قسمت فشاری مقطع تقریباً به صورت خطی کار می کند، اگرچه در ناحیه کششی مقطع، بتن ترک خورده است و از ظرفیت کششی آن با توجه به رفتار خطی بتن در ناحیه الاستیک و الاستوپلاستیک برای بررسی مقطع بتن آرمه صرف نظر می شود. در هر دو روش می توان از روابط متداول مقاومت مصالح در حالت خطی نظیر تبدیل مقطع و محاسبه تنش های بیشینه استفاده کرد. هم چنین در هر دو روش طراحی بارها بدون ضریب در نظر گرفته می شوند.     4-7 لنگر ترک خوردگی چیست و چگونه محاسبه می شود؟ با رسیدن تنش کششی حداکثر در دورترین تار کششی مقطع به حد fr، بتن مقاومت کششی خود را از دست داده و مقطع ترک می خورد. باری که در آن، ترک خوردگی اتفاق می افتد بار ترک خوردگی و لنگر متناظر با آن «لنگر نظیر ترک خوردگی» نامیده می شود. نحوه تعیین لنگر ترک خوردگی بدین ترتیب است که پس از محاسبه مرکز سطح (که همان تار خنثی است)  و ممان اینرسی مقطع حول مرکز سطح، با قرار دادن تنش در آخرین تار کششی مقطع برابر با fr ، لنگر نظیر ترک خوردگی از روابط مقاومت مصالح ( ) به دست می آید. 4-8 در تیر دو سر ساده با مقطع مستیطیلی نشان داده شده در شکل م4-8 که تحت بار سرویس q=25kN/m قرار گرفته است، محدوده هایی از تیر را که رفتار مقطع به صورت الاستیک یا الاستوپلاستیک باشد، ارزیابی کنید. فرض کنید  و n=7.5  باشد. q=25KN/m       n=7/5    طراحی الاستیک: در محدوده الاستیک مرکز سطح، تار خنثی است.  در محدوده الاستیک برای محاسبه لنگر نظیر ترک خوردگی محاسبه تنش فشاری ماکزیمم بتن و تنش کششی فولاد در حالت الاستیک:   همانطور که ملاحظه می شود تنش فشاری بتن و تنش کششی فولاد در محدوده الاستیک بسیار کوچک است. حالت الاستوپلاستیک در این محدوده تنش ها خطی می ماند، بنابراین مرکز سطح همان تار خنثی است. →از حل معادله درجه 2 محاسبه  به روش کتاب (مقطع مستطیلی):  در ناحیه الاستوپلاستیک ، بتن در ناحیه کششی ترک می خورد، اما رفتار بتن در فشار خطی است و تنش فشاری ماکزیمم از 0/5  کمتر است.   4-9 مسأله 4-8 را در حالتی حل کنید که فولاد کششی مقطع 3Φ20 استفاده شده باشد. q=25KN/m       n=7/5    ناحیه الاستیک: محاسبه  از طریق کنترل تنش کششی در آخرین تار بتن: ناحیه الاستوپلاستیک:         4-10 در تیری با مقطع ذوزنقه ای شکل م 4-10، اگر موقعیت تار خنثی در حالت رفتار الاستوپلاستیک با  نشان داده شود، رابطه ای برای به دست آوردن k و نیز محاسبۀ تنش ایجاد شده در دورترین تار فشاری بتن ( ) و تنش در فولاد ها ( ) تحت تأثیر لنگر خمشی M به دست آورید. معادله اخیر یک معادله اکیداً صعودی است و بنا به اثبات زیر یک جواب بین اعداد 0 تا 1 برای k وجود دارد. طبق قضیه مقدار میانی: بعد از محاسبه k ←       4-11 لنگر ترک خوردگی و لنگر متناظر با حد بالایی رفتار الاستو پلاستیک مقطع نشان داده شده در شکل م4-11 را بر اساس تنش های مجاز تعریف شده در ACI318 محاسبه کنید. فرض می کنیم. با فرض اخیر ( ) مقطع مستطیل با عرض b=400mm عمل می کند. تناقض با فرض با فرض  محاسبه  از طریق فرمولهای مستطیل نیز امکان پذیر است. تناقض با فرض:  و مقطع عملکرد T شکل دارد. 4-12 مقطع تیر مستطیلی با مشخصات b=350mm ، d=600mm و As=2500mm2 را در نظر بگیرید  و  باشد: الف- حداکثر لنگر M را چنان تعیین کنید که مقطع بر اساس روش تنش های بهره برداری (WSD)، عملکرد قابل قبول داشته باشد. در محدوده تنش های بهره برداری، تنش بتن خطی است. بنابراین مرکز سطح همان تار خنثی می باشد.    با استفاده از معادله درجه 2 اخیر محاسبه می شود. = بعد از حل معادله درجه 2 همچنین  را می توان با استفاده از فرمولهای کتاب برای مقطع مستطیلی نیز به دست آورد. → فولاد کنترل کننده است. بنابراین مقطع کم فولاد می باشد.   ب- اگر مقطع تحت لنگر 1.5M قرار گیرد، فولاد لازم برای مقطع را در حالتی که از فولاد فشاری استفاده نشود، طرح کنید. ج- فرض ب را در حالتی که مجاز به استفاده از فولاد فشاری نیز باشیم، حل کنیدو 4-13 در تیر بتتنی شکل م4-13 با مشخصات  ، ، n=7.5،  و ؛ الف- حداقل باری که سبب ترک خوردن مقطع می شود، به دست آورید. ب- در مقاطع B و D ، تنش های ایجاد شده را تحت باری معادل 3/1 برابر بار نظیر ترک خوردگی به دست آورید.ج- بدون توجه به فولادگذاری موجود، مقطع را در ناحیۀ کششی و فشاری چنان فولاد گذاری کنید که اگر شدت بار وارده 2 برابر با نظیر ترک خوردگی گردد، مقطع در طول «مسائل فصل سوم» 3-1 هدف از طراحی در یک سازه چیست؟ هدف از طراحی یک عنصر سازه ای یا یک سازه، تأمین ایمنی کافی و رعایت اقتصاد می باشد. 3-2 از مسائل تأثیر گذار در طراحی، چه مسائلی ماهیت احتمالی داشته و پیش بینی دقیق آن ها ممکن نیست؟ از جمله مسائلی که در طراحی ماهیت احتمالی داشته و پیش بینی دقیق آن ممکن نیست می توان به موارد زیر اشاره کرد: 1-                       پیش بینی دقیق بارهای وارد بر سازه و نیز پیش بینی دقیق توزیع بارها 2-                       مقاومت مصالح مصرفی و پیش بینی مقدار تنش تسلیم و یا مقاومت نهایی 3-                       درستی آنالیز سازه و تعیین تنش در اجزای سازه و فرضیات استفاده شده و تئوری های مورد استفاده 4-                       جزئیات اجرایی اجزاء سازه به دلایل کارگاهی و خطاهای انسانی 3-3 «ضریب اطمینان» چیست و چه نقشی ایفا می کند؟ معمولاً برای تأمین ایمنی کافی در سازه باید شرایط بارگذاری تا حدودی بالا دست و شرایط مقاومت اجزاء تا حدودی دست پایین در نظر گرفته شود. با انجام این کار ضریب اطمینان کافی در مقابل شرایط عملی فراهم می گردد. در حقیقت ضرایت افزایشی و کاهشی که به ترتیب در بار و مقاومت اجزاء ضرب می شود تحت عنوان ضریب اطمینان خوانده می شود. 3-4 انواع روش های طراحی سازه ها را نام برده و مشخص کنید هر کدام از این روش ها در چه دورۀ زمانی کاربرد داشته اند یا دارند. 1- روش تنش مجاز: روش تنش مجاز (ASD) که به نام روش تنش بهره برداری (WSD) نیز خوانده می شود از روش های قدیمی طراحی سازه است که تا قبل از سال 1956 میلادی به عنوان تنها روش طراحی سازه های بتنی آرمه در آئین نامه ی ACI مطرح بوده و از سال 1983، تحت عنوان روش دیگر طراحی به ضممیه ی آئین نامه برده شده است. 2- روش طراحی مقاومت: روش طراحی مقاومت SDM که به نام روش طراحی مقاومت نهایی نیز خوانده شده است. ایجاب می کند که مقاومت طراحی یک عضو در هر مقطع، مساوی یا بیشتر از مقاومت لازم که تحت ترکیبات بار با ضریب محاسبه می شود (U)، مقادیر ضرایب بار و ضرایب کاهش مقاومت از اوایل دهه ی 1970 تا سال 1999 در آئین نامه ی ACI 318 تقریباً ثابت بوده و در سال 2002 تغییراتی کرده است. 3- طراحی در حالات حدی: روش طراحی در حالات حدی (LSD) که به نام روش طراحی بر مبنای ضریب بار و مقاومت (LRFA) نیز خوانده می شود، در نیمه ی قرن بیستم پایه گذاری شد و در سالهای اخیر، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است، به طوری که هم اکنون مبنای طراحی در کشورهای اروپا و نیز در کشور کانادا قرار گرفته است. آئین نامه ی بتن ایران نیز همین روش را مبنای طراحی خود قرار داد. 3-5 در روش تنش های مجاز، بارهای جانبی بدون ضریب وارد می شوند یا با ضریب، توضیح دهید. بارگذاری در این روش بر اساس بارهای بدون ضریب که به نام بارهای بهره برداری یا بارهای سرویس شناخته می شود، انجام می گیرد. بارهای قائم وارده بر سازه عمدتاً از بار مرده (D)، بار زنده (L) و بار برق (S) تشکیل می شوند. بدین ترتیب ترکیب بارگذاری بارهای قائم به صورت روابط زیر است: (1)                                       D+L (2)                                     D+S در مورد ترکیب بارهای قائم و بارهای جانبی در روش تنش های مجاز، آئین نامه ها معمولاً قید می کنند در مورد که این بارها بدون ضریب جمع شوند، لیکن در این حالت می توان تنش های مجاز را تا 33 درصد افزایش داد. مفهوم دیگر این وضعیت آن است که می توان بارها را تل 75/0= 33% کاهش داده و با همان تنش های مجاز معمولی عمل نمود.بدین ترتیب برای ترکیب بارهای قائم با بار (w) یا بار زلزله (E) و بر اساس تنش های مجاز، می توان از روابط زیر استفاده کرد. 0.75 (D+L+W)                              0.75 (D+L+E) 3-6 ایمنی در روش تنش های مجاز، چگونه تأمین می شود؟ در این روش با تعیین ضریب اطمینان مناسب بر اساس آئین نامه، شرایط لازم برای تأمین ایمنی کافی در طراحی سازه فراهم می شود. تنش های مجاز با تقسیم تنش تسلیم فولاد و یا مقاومت بتن بر عدد ضریب اطمینان تعیین می شود. 3-7 در روش طراحی مقاومت، چرا از ضریب کاهش مقاومت استفاده می شود؟ ضریب کاهش مقاومت یک ضریب کوچکتر از 0/1 است که برای جبران مسائل زیر در نظر گرفته می شود. -      احتمال مقاومت کمتر یک عضو بر اساس تغییرات ممکن در مقاومت مصالح مورد استفاده و ابعاد -      دقیق نبودن معادلات طراحی -      درجه شکل پذیری و قابلیت اعتماد مورد نیاز در عضو تحت بار -      اهمیت عضو در سازه 3-8 در روش ACI 318-05 چند ترکیب بارگذاری برای اثرات بارهای قائم و زلزله باید در نظر گرفته شود؟ در روش ACI 318-99 چطور؟ هر کدام از این ترکیبات را بنویسید. ترکیبات بارگذاری ACI 318-02 تحت بار قائم و زلزه 1)   1)1.2D+(1.0E or 1.4E)+1.0L+0.2S 2)   0.9D+(1.0E or 1.4E) ترکیبات بارگذاری ACI 318-99 تحت بار قائم و زلزله 1)   0.75 [1.4D+1.7L+(1.0E or 1.4E) 2)   0.9D+(1.0E or 1.4E) D بار مرده،L بار زنده، S بار برف و E بار زلزله می باشد. همانطور که ملاحظه می شود ضرایب بار در آئین نامه ACI 318-02 نسبت به آئین نامه ACI 318-99 تغییر یافته و هم چنین بار برف نیز در آئین نامه جدیدتر لحاظ شده است. لکن در هر دو آئین نامه چهار ترکیب بارگذاری برای بارهای قائم و زلزله پیش بینی شده است. 3-9 چرا در روش طراحی مقاومت از ضرائب کاهش مقاومت (Ø) استفاده می شود؟ این ضرائب در کنترل خمش، برش، پیچش و فشار در ACI 318-02 چه تغییراتی نسبت به قبل پیدا کرده است؟ علل استفاده از ضرایب کاهش مقاومت (Φ)در سوال 3-7 بیان شد. در روش طراحی مقاومت، همواره باید مقاومت طراحی یک عضو در هر مقطع مساوی یا بیشتر از مقاومت لازم که تحت رکیبات بار با ضریب محاسبه می شود، باشد. مقاومت طراحی با ضرب ضریب کاهش مقاومت (Φ) در مقاومت اسمی به دست می آید. این ضرایب برای مقاطع کنترل شده تحت کشش در هر دو آئین نامه ACI 318-02 و ACI318-99 برابر 9/0 و در مورد اعضاء با دور پیچ، بدون دور پیچ، اعضا تحت برش و 65/0، 75/0 می بشد. این مقادیر نسبت به ضرایب کاهش مقاومت در آئین نامه ACI318-99 در مورد اول و دوم 05/0 و در موارد آخر (برش، پیچش مدل برای فشاری- کششی)1/0 کاهش یافته است. 3-10 ضوابط بهره برداری چیست و در روش طراحی مقاومت چگونه کنترل می شود؟ در روش طراحی مقاومت، علاوه بر آن که گسیختگی مقطع تحت نیروهای داخلی ایجاد شدخ بر اساس بارهای با ضریب و ضرائب کاهش مقاومت کنترل می شود، شرایط مناسب بهره برداری از اعضاء، تحت بارهای بهره برداری (بدون ضریب) نیز کنترل می گردد. این شرایط تحت عنوان ضوابط بهره برداری بیان می گردد و شامل کنترل خیز و کنترل عرض ترک مقطع است. 3-11 توضیح دهید که روش طراحی در حالات حدی چگونه بر مفاهیم احتمالات استوار است؟ طراحی در حالات حدی یک روش طراحی مبتنی بر مفاهیم احتمالات است. احتمال شکست یک سازه را می توان با برآورد کمتری از مقاومت آن (R) و تخمین بالاتری در  اثرات بار (S) و اطمینان از اینکه R>S است، کاهش داد. این مفهوم را می توان به شکل کلی رابطه زیر بیان کرد. ΦRn≥ α Sn 3-12 نقش ضرائب Ø و α را در روش طراحی در حالات حدی مشخص کنید. Φ ضریب مقاومت (که به نام ضریب کاهش ظرفیت و یا ضریب عملکرد نیز خوانده می شود) که همیشه کوچکتر از واجد بوده و منعکس کننده ی ابهامات و موارد نامعلوم در تعیین Rn (Rn مقاومت اسمی است که بر اساس خصوصیات و ابعاد اسمی ماده محاسبه می شود) می باشد. α یک ضریب بار است که معمولاً بزرگتر از واحد بوده و قابلیت اضافه بار و نیز ابهامات متناظر با تعیین Sn (Sn تأثیر اسمی بار بر اساس بارهای شخص است) را منعکس می کند. 3-13 منظور از حالات حدی نهایی و حالات حدی بهره برداری در طراحی در حالات حدی چیست؟ آن دسته از حالتها که با ایمنی مرتبط باشد، به نام حالات حدی نهایی خوانده می شود (نظیر مقاومت، کمانش، واژگونی، لغزش، شکست، خستگی و غیره)، و آن دسنه از حالات که استفاده ی مورد نظر و یا تصرف سازه را محدود می کند، به نام حالات حدی بهره برداری خوانده می شود (نظیر خیز، ترک خوردگی، جدا شدن پوشش بتن، ارتعاش و غیره). 3-14 چرا مناسب تر است که ضرائب بار به ازای هر بار مشخص، متفاوت باشند؟ ضریب بار جداگانه برای هر نوع بار، می تواند درجه ی تغییر ابهامات و نامعلومی متناظر با انواع گوناگونی بار را بهتر منعکس کند. مثلاً بار مرده اصولاً با دقت بهتری قابل پیش بینی بوده و ضریب بار کمتری نسبت به ضریب بار بارهای زنده خواهد داشت. هم چنین یک ضریب بار بسته به این که اثر بار، افزایش یا کاهش تأثیر کلی بار باشد، ممکن است مقادیر متفاوتی داشته باشد. مثلاً در ملاحظه ای شکست ناشی از واژگونی که بار مرده از شکست جلوگیری می کند، اگر بار مرده ی واقعی کمتر از مقدار پیش بینی شده باشد، احتمال شکست بالاتر خواهد رفت. در این حالت باید برای بار مرده، ضریب باری کمتر از واحد در نظر گرفت. 3-15 نقش ضرائب ترکیب بار و اهمیت (ψ و γ) در آئین نامۀ کانادا چیست؟ اصولاً آیا منطقی تر خواهد بود که ضرائب α ، ψ و γ در آئین نامه های بارذاری تعیین شوند یا در آئین نامه های طراحی؟ چرا؟ ضریب ترکیب بار (Ψ)  کاهش احتمال وقوع همزمان چند بار به صورت ضریب دار را لحاظ می کند. ضریب اهمیت (γ) عواقب انهدام یک عنصر یا یک سازه را لحاظ می کند. منطقی تر خواهد بود ضریب α، Ψ، γ در آئین نامه های بارگذاری تعیین شوند. چرا که معمولاً این ضرایب که به بارهای معین تعلق می گیرد برای انواع مواد و انواع سازه ها یکسان بوده و مناسب است که در آئین نامه های بارگذاری مشخص شود. 3-16 در آئین نامۀ بتن ایران «آبا» حالات حدی نهایی به چه صورت هایی رخ می دهد؟ حالات حدی نهایی ممکن است به یکی از صورتهای زیر اتفاق بیفتد: 1-                       از دست رفتن تعادل سازه و یا قسمتی از آن به عنوان یک جسم صلب 2-                       تغییر شکل یا تغییر مکان سازه یا قسمتی از آن در حدی که شکل هندسی یا رفتار سازه را به کلی تغییر دهد. 3-                       رسیدن سازه به حداکثر ظرفیت باربری خود به یکی از شکل های زیر: -      وقوع حالات حدی نهایی مقاومت با شکست مقاطع، قطعات و یا اتصالات به دلیل گسیختگی یا تغییر شکل های بیش از حد و یا خستگی مصالح. -      تبدیل شدن سازه یا قسمتی از آن به مکانیزم. -      از دست رفتن پایداری کل سازه یا قسمتی از آن 3-17 در آبا، حالات حدی بهره برداری به چه صورت هایی ممکن است اتفاق بیفتد؟ حالات حدی بهره برداری ممکن است به یکی از صورت های زیر اتفاق بیفتد: 1-                       تغییر شکل بیش از حد سازه یا اجزای آن، به صورتی که اثر نامطلوبی در ظاهر سازه و یا عملکرد مناسب آن ایجاد نموده و به خود سازه، نازک کاری موجود در آن و یا قطعات غیر سازه ای آسیب برساند. 2-                       صدمات موضعی نظیر ترک خوردگیف پوسته شدن و یا تخریب بیش از حد سطح بتن، به صورتی که نیاز به نگهداری بیش از حد متعارف داشته باشد، و یا احتمال خوردگی میلگردها را افزایش دهد و در نتیجه به وضعیت ظاهری و عملکرد مناسب سازه آسیب برساند. 3-                       سوزش بیش از حد سازه در اثر بارهای بهره برداری، یا عملکرد ماشین آلات نصب شده و یا نیروی بار، به صورتی که باعث تشویش خاطر استفاده کنندگان شود و یا عملکرد مناسب سازه را دچار مشکل کند. 4-                       حالتهای حدی دیگری که ممکن است با تشخیص و قضاوت مهندسی سازه برای سازه های خاص با عملکرد نامتعارف تعیین شود. 3-18 بر اساس آبا علاوه بر کنترل حالات حدی، چه موارد دیگری باید رعایت شوند؟ آبا قید می کند که در طراحی سازه ها علاوه بر بررسی حالات حدی، موارد زیر نیز رعایت شود: 1-                       سازمان دهی اجزای سازه و اتصالات، چنان باشد که پایداری کلی و به هم پیوستگی سازه تأمین شود، به طوری که آسیب دیدگی موضعی سازه به گسیختگی کلی یا زنجیره ای منجر شود. 2-                       با پیش بینی تدابیر خاص، مقاومت سازه در مقابل آتش سوزی تأمین شود. 3-                       با پیش بینی تدابیر مناسب، پایانی سازه تأمین شود. در این مورد به خصوص در مورد بتن، توجه کافی به مواد و مصالح مصرفی و طرح اختلاط با ملاحظه ی  شرایط محیطی الزامی است. 4-                       طراحی سازه باید حلقه ای از زنجیره ی طراحی- اجرا نگهداری تلقی شده و نسبت به صحت انجام هر کدام از سه جزء، اطمینان حاصل شود.   3-19 روش هایی را که آبا برای تحلیل یک سازۀ بتن ارمه مجاز می داند، نام ببرید. آئین نامه بتن ایران روشهای زیر را برای تحلیل یک یازه بتن مسلح مجاز می داند. الف) تحلیل خطی ب) تحلیل خطی همراه با بار پخش محدود ج) تحلیل غیر خطی د) تحلیل پلاستیک 3-20 رفتار غیر خطی مادی و رفتار غیر خطی هندسی را که در تحلیل غیر خطی سازه ها مورد توجه قرار می گیرند، توضیح دهید. در تحلیل غیر خطی لنگرها و نیروهای داخلی در هر مقطع از سازه با توجه به رفتار غیر خطی مصالح و یا با توجه به تأثیر تغییر شکل های بزرگ که تحت عنوان رفتار غیر هندسی نامیده می شود، تعیین می شوند. برای بیان رفتار غیر خطی مصالح می توان در تعیین منحنی لنگر انحناء هر مقطع، از یک نمودار دو خطی که بیان گر حالت ترک نخوردۀ بتن و حالت تشکیل مفثل پلاستیک در مقطع است و یا یک نمودار سه خطی که علاوه بر مشخصات نمودار دو خطی حالت ترک نخورده بتن را بیان می کند، استفاده کرد. 3-21 ترکیبات بارگذاری لازم تحت تأثیر بارهای مرده، زنده و زلزله را بر اساس آبا بنویسید. ترکیبات بارگذاری بر اساس آئین نامه بتن ایران در جدول زیر آمده است. تلاش های نهایی برای ترکیبات مختلف بارگذاری بر اساس آئین نامۀ بتن ایران بارهای وارده تلاش نهایی که باید برای طراحی محاسبه شود الف: بارهای مرده (D) و زنده (L) Su=S(1/25+1/5L) ب: بارهای مرده، زنده و زلزله (E) و یا مرده، زنده و باد (W) (بار زلزله و یا بار باد، باید با علامت مثبت و منفی در روابط وارد شود) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(D+1/2L+1/2(E or W))* iii) Su=S(0/85D+1/2(E or W)) ج: بارهای مرده، زنده و فشار خاک یا فشار ناشی از آب زیر زمینی (H) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(1/25D+1/5L+1/5H)* iii) Su=S(0/85D+1/5H) د: بارهای مرده، زنده و وزن یا فشار مایعات (F) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(1/25D+1/5L+1/25F) iii) Su=S(0/85D+1/25F) ه: بارهای مرده، زنده و اثرات تجمعی درجه حرارت، افت، خزش و نشست تکیه گاه (T) i) Su=S(1/25+1/5L) ii) Su=S(D+1/2L+T) iii) Su=S(1/25D+1/25T)   3-22 منظور از ضرائب جزئی ایمنی مقاومت در آئین نامۀ بتن ایران چیست و مقادیر آن ها چقدر است؟ در آئین نامه بتن ایران مقاومت نهایی مقطع (Sn ) برای هر تلاش خاص، بر اساس مشخصات هندسی مقطع، رفتار مکانیکی تحت آن تلاش خلاص و اعمال ضرایبی به نام ضایب جزئی ایمنی مقاومت در خصوصیات مکانیکی اجزاء و با منظور کردن شرایط تعادل نیروها و همسازی تغییر شکل ها به دست می آید. ضرایب جزئی ایمنی به صورت زیر، در مقاومت مشخصه بتن و فولاد ضریب می شوند. -      ضریب جزئی ایمنی مقاومت بتن: 60/0= Φc -      ضریب جزئی ایمنی مقاومت فولاد: 85/0=Φs 3-23 چرا در آبا از ضرایب اصلاح مقاومت و بار (γn, Øn) استفاده می شود؟ مقادیر آنها چقدر است؟ آئین نامه بتن ایران قید می کند که چنانچه لازم باشد بنا به دلایل خاص برای قطعه ای از سازه حاشیه ایمنی وسیع تری در نظر گرفته شود، کنترل حالت حدی نهایی مقاومت به صورت روابط زیر بیان می شود: Su≤ Φn Sn γnSu≤Sn Φn ضریب اصلاح مقاومت و γn ضریب اصلاح بار است که در حال حاضر در طراحی تمام قطعات برابر با 0/1 معرفی شده است، مگر در تعیین ضریب تشدید لنگر ستون ها که ضریب اصلاح مقاومت 65/0=Φn در بار بحرانی ستون ضرب می شود.                     «مسائل فصل چهارم» 4-1 در حین بارگذاری بر یک تیر، ظهور تغییر شکل های پلاستیک در ناحیۀ کششی چرا و چگونه به وجود می آید؟ در آزمایش بار تغییر مکان یک تیر بتنی، ابتدای بارگذاری مقطع ترک نخورده است، اما تنش در دورتریت تار کششی مقطع به مقاومت کششی بتن تحت کشش ناشی از خمش (fr)نزدیک می شود. در این حالت چون کششی حداکثر فقط در قسمت بسیار محدودی از مقطع (دورترین تار کششی) ایجاد شده است، این امکان فراهم می شود که با بار توزیع تنش کششی، تنش کششی حداکثر در تارهای پایینی مقطع توزیع شوند و بدین ترتیب به صورت جزئی در قسمت محدودی از ناحیه کششی مقطع توزیع تنش کششی به صور غیرخطی باشد. 4-2 در چه مرحله ای از بارگذاری تیر، افزایش تعداد ترک ها، و در چه مرحله ای افزایش عمق ترک ها را خواهیم داشت؟ بلافاصله بعد از ترک خوردگی مقطع (افزایش بار از بار ترک خوردگی)، تعداد ترک ها در قسمت میانی تیر افزایش می یابد. در حقیقت به محض وقوع اولین ترک خوردگی در مقطع تنش کششی مقطع به فولاد منتقل می شود و با تغییر جزئی در بار، این وضعیت به سایر قسمت ها در یک سوم میانی تیر سرایت می کند و در نتیجه تحت افزایش کمی در میزان بار، تعداد ترک ها افزایش می یابد. با افزایش مجدد بار دیگر تعداد تر ها افزایش نیافته و فقط عمق ترک ها بیشتر می شود. در این حالت تقریباً تمام نیروی کششی مقطع به وسیله فولادهای کششی تحمل می شود و فقط ناحیه بسیار محدودی از بتن مقطع در مجاورت تار خنثی، قسمت اندکی از نیروی کششی مقطع را تحمل می کند. در این حالت رفتار بتن از فشار را می توان با تقریب خوبی رفتار خطی در نظر گرفت. 4-3 دلیل گسیختگی نرم و گسیختگی ترد در یک تیر خمشی چیست؟ عاملی که سبب می شود رفتار یک عضو خمشی تحت بار، به صورت شکل پذیری یا نرم و یا به صورت غیر شکل پذیر یا ترد باشد، میزان فولادهای کششی موجود در مقطع است. به صورتی که اگر میزان فولادهای کششی در مقطع بتن آرمه کم باشد، جاری شدن فولادها تحت نیروی کمتری اتفاق می افتد و بنابراین در حین بارگذاری، ابتدا فولادها تسلیم شده و سپس با انجام یک تغییر شکل قابل توجه، بتن به گسیختگی فشاری می رسد. در مقابل اگر میزان فولادهای کششی موجود در مقطع بتن مسلح زیاد باشد، جاری شدن فولادها تحت نیروی بالایی اتفاق می افتد و بنابراین بدون اینکه جاری شدن فولاد رخ دهد با افزایش کرنش فشاری در بت، بتن در ناحیه فشاری خرد شده و گسیختگی در مقطع اتفاق می افتد.     4-4 فولاد متوازن چیست؟ میزان فولاد متوازن عبارت است از مقداری از فولاد که اگر در یک مقطع بتن آرمه با خصوصیات مشخص قرار داده شود، با افزایش میزان بار، درست در همان لحظه که فولاد در ناحیه کششی به حد تسلیم می رسد، بتن هم در ناحیه فشاری به حد خرد شدن و گسیختگی برسد. در حقیقت کم بودن یا زیاد بودن میزان فولادها به یک وضعیت مرزی با مقدار فولادی به نام «فولاد متوازن» سنجیده می شود. 4-5 مزایای یک مقطع خمشی تحت مسلح نسبت به یک مقطع فوق مسلح در چیست؟ 1- رفتار شکل پذیر اعضاء خمشی با بروز تغییر شکل های بزرگ، به عنوان زنگ خطری برای اعلام شکست متحمل محسوب شده و این امکان را فراهم می کند که سازه از افراد و اموال تخلیه شود. 2- رفتار شکل پذیر اعضاء در قاب های خمشی، قابلیت جذب انرژی قاب را در مقابل بارهای ارتعاشی و به خصوص بار زلزله بالا می برد. بدین ترتیب در هنگام زلزله، عضو خمشی با انجام تغییر شکل های بزرگ مقدار قابل توجهی از انرژی تحمیل شده از طرف زلزله به سازه را جذب می کند بدون آن که انهدام کامل سازه اتفاق بیفتد. 3- شکل پذیری اعضاء هم چنین سبب می شود که امکان بار توزیع تنش و لنگر در قاب های خمشی فراهم شود. یعنی با رسیدن نقاط بحرانی سازه به ظرفیت حداکثر،شکست سازه اتفاق نیفتاده و آن نقاط بحرانی می توانند با رفتار شکل پذیر خود، حالت مفصل پلاستیک را پیدا کنند و تحت بار بیشتر، امکان انتقال تنش و لنگر به نقاط دیگر سازه را فراهم کنند. 4-6 تفاوت ها و تشابهات طراحی الاستیک و طراحی الاستوپلاستیک را شرح دهید. در طراحی به روش الاستیک شرایط مقطع بتن آرمه طوری فراهم می گردد که تحت بار حداکثر، ترک خوردگی در مقطع ایجاد نشود. در این حالت رفتار بتن در کشش و فشار خیلی است و از ظرفیت کششی بتن صرفنظر نمی شود. در طراحی به روش الاستوپلاسیتک،بتن در قسمت فشاری مقطع تقریباً به صورت خطی کار می کند، اگرچه در ناحیه کششی مقطع، بتن ترک خورده است و از ظرفیت کششی آن با توجه به رفتار خطی بتن در ناحیه الاستیک و الاستوپلاستیک برای بررسی مقطع بتن آرمه صرف نظر می شود. در هر دو روش می توان از روابط متداول مقاومت مصالح در حالت خطی نظیر تبدیل مقطع و محاسبه تنش های بیشینه استفاده کرد. هم چنین در هر دو روش طراحی بارها بدون ضریب در نظر گرفته می شوند.     4-7 لنگر ترک خوردگی چیست و چگونه محاسبه می شود؟ با رسیدن تنش کششی حداکثر در دورترین تار کششی مقطع به حد fr، بتن مقاومت کششی خود را از دست داده و مقطع ترک می خورد. باری که در آن، ترک خوردگی اتفاق می افتد بار ترک خوردگی و لنگر متناظر با آن «لنگر نظیر ترک خوردگی» نامیده می شود. نحوه تعیین لنگر ترک خوردگی بدین ترتیب است که پس از محاسبه مرکز سطح (که همان تار خنثی است)  و ممان اینرسی مقطع حول مرکز سطح، با قرار دادن تنش در آخرین تار کششی مقطع برابر با fr ، لنگر نظیر ترک خوردگی از روابط مقاومت مصالح ( 12دƒ=MCI'> ) به دست می آید. 4-8 در تیر دو سر ساده با مقطع مستیطیلی نشان داده شده در شکل م4-8 که تحت بار سرویس q=25kN/m قرار گرفته است، محدوده هایی از تیر را که رفتار مقطع به صورت الاستیک یا الاستوپلاستیک باشد، ارزیابی کنید. فرض کنید 12fx=3.6P , fy=350MP , fc'=28mpa"> و n=7.5  باشد. q=25KN/m       n=7/5    12fr=3.6P , fy=350MP , fc'=28mpa "> 12 As=3∅20=3أ—د€4أ—202=682/5mm2 b=250mm h=400mm d=340mm'> طراحی الاستیک: در محدوده الاستیک مرکز سطح، تار خنثی است. 12y=AiyiAi=bhh2+(n-1)Asdbh+(n-1)As=250أ—400أ—4002+7/5-1أ—942/5أ—340250أ—400+7/5-1أ—942/5=208/1mm'> 12I=Ii+Aidi2=12bh3+bhh2-y2+(n-1)Asd-y2'> 12=12أ—250أ—4003+250أ—400أ—4002-208/12+7/5-1أ—942/5أ—340-208/12=1/446أ—109mm4'> 12ft,max=M(h-y)I≤fr=3/6MPa'> در محدوده الاستیک برای محاسبه لنگر نظیر ترک خوردگی 12Mcr400-208/11/446أ—109=3/6→Mcr=27/12KN.m'> محاسبه تنش فشاری ماکزیمم بتن و تنش کششی فولاد در حالت الاستیک:   12fc,max=McryI=27/91أ—106أ—208/11/446أ—109=3/91MPa≈0/14fc'"> 12fs=Mcr(d-y)Iأ—n=27/91أ—106أ—(340-2081)1/446أ—109أ—75=25/20≈0/07fy'> همانطور که ملاحظه می شود تنش فشاری بتن و تنش کششی فولاد در محدوده الاستیک بسیار کوچک است. حالت الاستوپلاستیک در این محدوده تنش ها خطی می ماند، بنابراین مرکز سطح همان تار خنثی است. 12y=AiyiAi=byy2+nAsdby+nAs→y=250yy2+7/5أ—942/5أ—340250y+7/5أ—942/5=0/33'> →از حل معادله درجه 2 12y=113/2mm'> محاسبه 12y'> به روش کتاب (مقطع مستطیلی): 12k=-np+n2p2+2np=-7/5أ—0/01109+7/52أ—0/011092+2أ—7/5أ—0/01109=0/333'> 12p=Asbd=942/5250أ—340=0/01109'> 12y=kd=0/333أ—340=113/2mm'> 12I=13by3+nAs(d-y)2=13أ—250أ—113/23+7/5أ—942/5أ—340-113/22=4/845أ—108mm4'>  در ناحیه الاستوپلاستیک ، بتن در ناحیه کششی ترک می خورد، اما رفتار بتن در فشار خطی است و تنش فشاری ماکزیمم از 0/5 12fc'">  کمتر است. 12fc,max=MyI≤0/5fc' "> 12→Mأ—113/24/845أ—108≤0/5أ—28→M≤59/92NK.m'>   4-9 مسأله 4-8 را در حالتی حل کنید که فولاد کششی مقطع 3Φ20 استفاده شده باشد. q=25KN/m       n=7/5    12fr=3.6MPa , fy=350MP , fc'=28mpa "> 12 d=50mm b=250mm h=400mm d=340mm'> 12As=3أ—د€4أ—322=2413mm2'> 12As=3أ—د€4أ—202=942/5mm2'> ناحیه الاستیک: 12y=AiyiAi=bhb2+(n-1)Asdbh+n-1As+(2n-1)As=250أ—400أ—4002+65أ—2413أ—340+14أ—942/5أ—50250أ—400+65أ—2413+14أ—942/5=201/68mm'> 12I=Ii+Aidi2=112bh3+bhh2-y2+n-1Asd-y2+(2n-1)Asy-d2'> 12=112أ—250أ—4003+250أ—400أ—4002-201/682+6/5أ—2413أ—340-201/682+14أ—942/5أ—201/68-502=1/938أ—109mm4'> محاسبه 12Mcr'> از طریق کنترل تنش کششی در آخرین تار بتن: 12fc,max=McryI=35/118أ—106أ—201/681/938أ—109=3/66MPa≈0/13fc'"> 12fs=Mcr(d-y)Iأ—n=35/18أ—106أ—(340-201/68)1/938أ—109أ—7/5=18/83≈0/05fy'> 12fs=Mcr(d-y)Iأ—2n=35/18أ—106أ—(201/68-50)1/938أ—109أ—15=41/3≈0/12fy'> ناحیه الاستوپلاستیک: 12As=2413mm2'> 12As=942/5mm2'> 12y=AiyiAi=byy2+nAsd+(2n-1)Asdby+nAs+(2n-1)As→y=250yy2+75أ—2413أ—340+(4أ—942/5أ—50)250y+75أ—2413+14أ—942/5=139/7mm'>         4-10 در تیری با مقطع ذوزنقه ای شکل م 4-10، اگر موقعیت تار خنثی در حالت رفتار الاستوپلاستیک با 12y=kd'> نشان داده شود، رابطه ای برای به دست آوردن k و نیز محاسبۀ تنش ایجاد شده در دورترین تار فشاری بتن ( 12fc'> ) و تنش در فولاد ها ( 12fs'> ) تحت تأثیر لنگر خمشی M به دست آورید. 12y=kd , x=yhb(1-خ±2)'> 12y=AiyiAi=خ±b.y.y2+yhb1-خ±2أ—yأ—23y+nAsdخ±b.y+yhb1-خ±2أ—y+nAs'> 12→13أ—bh1-خ±2y3+خ±b2y2+nAsy-nAsd=0'> 12→y3+3خ±1-خ±hy2+6n1-خ±hbAsy-6n1-خ±hbAsd=0 , y=kd'> 12→k3+3خ±1-خ±hdk2+6n1-خ±hbAsbdk-6n1-خ±hbAsbd=0'> معادله اخیر یک معادله اکیداً صعودی است و بنا به اثبات زیر یک جواب بین اعداد 0 تا 1 برای k وجود دارد. طبق قضیه مقدار میانی: 12f0=-6n1-خ±hbAsbd<0 f1=1+3خ±1-خ±hb>0 f0f(1)<0'> بعد از محاسبه k ←       120<y<d y=kd'> 4-11 لنگر ترک خوردگی و لنگر متناظر با حد بالایی رفتار الاستو پلاستیک مقطع نشان داده شده در شکل م4-11 را بر اساس تنش های مجاز تعریف شده در ACI318 محاسبه کنید. فرض می کنیم. 12y<80mm'> با فرض اخیر ( 12y<80mm'> ) مقطع مستطیل با عرض b=400mm عمل می کند. 12n=EsEc=2أ—105470035=7/19≅7/2'> 12y=AiyiAi=byy2+nAsdby+nAs=400أ—y22+7/2أ—2454أ—630400أ—y+7/2أ—2454'> 12→y=195/8>80mm→'>تناقض با فرض با فرض 12y<80mm'> محاسبه 12y'> از طریق فرمولهای مستطیل نیز امکان پذیر است. 12n=72 , p=Asbd=2454400أ—30=0/00974'> 12y=kd'> 12k=-np+np2+2np=0/311→y=0/311أ—630=195/8>80mm'> تناقض با فرض: 12y>80'> و مقطع عملکرد T شکل دارد. 4-12 مقطع تیر مستطیلی با مشخصات b=350mm ، d=600mm و As=2500mm2 را در نظر بگیرید 12 fc'=30mpa">  و 12fy=400MPa'> باشد: الف- حداکثر لنگر M را چنان تعیین کنید که مقطع بر اساس روش تنش های بهره برداری (WSD)، عملکرد قابل قبول داشته باشد. ب- اگر مقطع تحت لنگر 1.5M قرار گیرد، فولاد لازم برای مقطع را در حالتی که از فولاد فشاری استفاده نشود، طرح کنید. ج- فرض ب را در حالتی که مجاز به استفاده از فولاد فشاری نیز باشیم، حل کنید. 12n=EsEc=2أ—105470030=7/7'> در محدوده تنش های بهره برداری، تنش بتن خطی است. بنابراین مرکز سطح همان تار خنثی می باشد. 12y=AiyiAi=by22+nAsdby+nAs=350أ—y22+7/2أ—2500أ—600350أ—y+7/7أ—250'>   12y'>  با استفاده از معادله درجه 2 اخیر محاسبه می شود. = بعد از حل معادله درجه 2 12 y=207/7mm'> همچنین 12y'> را می توان با استفاده از فرمولهای کتاب برای مقطع مستطیلی نیز به دست آورد. 12p=Asbd=2500350أ—600=0/0119 n=7/7'> 12k=-np+np2+2np=0/346→y=kd=207/7'> 12I=13by3+nAs(d-y)2=13أ—350أ—207/73+7/7أ—2500/5أ—600-207/72=4/008أ—109mm4'> 12fc,max=M1yI=M1أ—207/74/008أ—109≤fc,all=0/45أ—30'> → 12M1≤260/5kN.m'> 12fs=M2(d-y)Iأ—n=M2أ—(600-207/7)4/008أ—109أ—77≤fs,all=170MPa'> 12M2≤225/6kN.m'> فولاد کنترل کننده است. بنابراین مقطع کم فولاد می باشد. 12Mظ…ط¬ط•ط²=minM1,M2=225/6kN.m'> 12fc,max=MyI=225/6أ—106أ—207/74/008أ—109=11/69MPa<0/45fc'=13/5MPa"> 12fs=fs,all=170MPa'> 4-13 در تیر بتتنی شکل م4-13 با مشخصات 12fc'=25mpa"> ، 12fr=3.5MPa'>، n=7.5، 12fy=400MPa'> و 12wc=24kN/m3'>؛ الف- حداقل باری که سبب ترک خوردن مقطع می شود، به دست آورید. ب- در مقاطع B و D ، تنش های ایجاد شده را تحت باری معادل 3/1 برابر بار نظیر ترک خوردگی به دست آورید.ج- بدون توجه به فولادگذاری موجود، مقطع را در ناحیۀ کششی و فشاری چنان فولاد گذاری کنید که اگر شدت بار وارده 2 برابر با نظیر ترک خوردگی گردد، مقطع در طول 1-1 نقش هر یک از بتن و فولاد در یک عضو بتن آرمه در تحمل تنش چیست؟ 1-2 آیا در یک عضو بتن آرمه ترک هم ایجاد می شود؟ توضیح دهید. 1-3 به چه دلایلی بتن و فولاد، یک جسم مرکب همساز تشکیل می دهند؟ 1-4 اقبال عمومی سراسر جهان به بتن آرمه به جهت چه خصوصیاتی از آن است؟ 1-5 مقاومت ساختمان فولادی و ساختمان بتن آرمه در مقابل آتش سوزی را با هم مقایسه کنید. 1-6 عمر بهره دهی طولانی بتن مرهون چه واقعیاتی است؟ 1-7 نقاط ضعف «بتن آرمه» در مقایسه با «فولاد» چیست؟ 1-8 تفاوت «بتن آرمه» و «بتن پیش تنیده» از نظر تحمل تنش ها در چیست؟ 1-9 روش های پیش تنیدگی را نام برده و مختصراً توضیح دهید. 1-10 چرا آنالیز و طراحی سازۀ بتن آرمه باید بر اساس یک آئین نامه صورت گیرد. 1-11 بعضی از آئین نامه های مهم بتن آرمه را نام برده و سابقۀ تأسیس آن ها را ذکر کنید. سوال یک: در یک عضو بتن آرمه فولاد نفش کششی را ایفا می کند چون در برابر کشش مقاوم است. و بتن نقش فشاری را ایفا می کند چون بتن در برابر فشار بسیار مقاوم است. سوال دوم: بله در یک مقطه بتن آرمه ممکن است ترکهای کششی در ناحیه کششی بتن و در جهت متعامد نسبت به جهت تنش های کششی ایجاد شوند این ترکها ممکن است از میلگردهای کششی نیز عبور کرده و تا نزدیکی های تار خنثی بالا روند. با این وجود معمولاض عرض این ترکها بسیار محدود بوده (کوچکتر از 3/0 میلی متر) و در عملکرد قطعه بتن مسلح دخالت نمی کنند. سوال سوم:سازگاری بتن و فولاد برای تشکیل یک جسم مرکب به این گونه است: 1-                       ضریب انبساطی حرارتی بتن و فولاد بسیار به هم نزدیک است به همین دلیل تحت تأثیر تغییرات دمای متداول تنش های قابل توجهی بین آنها ایجاد نمی شود. ضریب انبساطی فولاد ( )5-10×2/1 در حالی که ضریب انبساط حرارتی بتن در محدودۀ 5-10×3/1- 5-10×0/1 متغیر است. 2-                       بتن و فولاد چسبندگی بسیار خوبی با یکدیگر داشته و بین آن دو معمولاً لغزش اتفاق نمی افتد و مانند یک جسم واحد عمل می کنند. این چسبندگی ناشی از چسبندگی شیمیایی بین دو ماده و نیز ناصافی های سطحی و برآمدگی های آج میلگرد می باشد. 3-                       فولاد ماده ایی است که به راحتی در معرض خوردگی شیمیایی قرار می گیرد. در حالی که بتن معمولاً نفوذ ناپذیری قابل توجهی دارد و از فولاد می تواند محافظت کند. 4-                       مقاومت فولاد در برابر آتش سوزی بسیار پایین است در حالی که پوشش بتن روی میلگردها مقاومت خوبی در مقابل آتش سوزی ایجاد می کند. سوال چهارم: در دهه 1870 شخصی به نام راسنام در شهر سانسفرانسیسکو مواردی از استفاده از بتن آرمه را تجربه نمود و در سال 1884 استفاده از میله های آجدار را با چسباندن میله های با سطح مقطع مربعی به منظور فراهم نمودن چسبندگی بهتر بین فولاد و بتن به نام خود ثبت کرد. همچنین در سال 1890 یک موزه دو طبقه به طول 95 متر را به صورت بتن آرمه بنا نمود. این ساختمان در زلزله سال 1906 و نیز آتش سوزی متعاقب این زلزله آسیب جزئی دید که این عملکرد و نیز عملکرد مناسب دیگر ساختمانهای بتنی در آن زلزله آتش سوزی منجر به استقبال عمومی به این سیستم جدید ساختمان سازی گردید. سوال پنجم: بتن مقاومت بسیار خوبی در مقابل آتش دارد. یک ساختمان بتن آرمه می تواند ساعتها در مقابل آتش سوزی های مهیب مقاومت کند. بدون آنکه فرو ریزد. این مسئله فرصت کافی برای مهار آتش و نیز تخلیه ساختمان از نفرات و اموال را فراهم می سازد. در مقابل یک ساختمان فولادی در برابر آتش سوزی کاملاً ضعیف خواهد بود. فرو ریزی برجهای دو قلوی نیویورک که در واقعه 1 سپتامبر در سال 2001 رخ داد. به دلیل اسکلت فولادی آنها بود که فرو ریخت اگر بتنی بود جان هزاران نغر و نیز میلیون ها دلار ثروت موجود در آن حفظ می شد. سوال ششم:بتن در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی عمر و بهره دهی بسیار طولانی دارد. تحت شرایط مشخص یک سازه بتنی آرمه می تواند برای همیشه بدون کاهش در ظرفیت باربری مورد استفاده قرار گیرد. این واقعیت وجود دارد که بتن در طول زمان و نه تنها کاهش مقاومت ندارد. بلکه با گذشت زمان طولانی با تحکیم بیشر سیمان، افزایش مقاومت نیز خواهد داشت. لازم به ذکر است تأثیر عوامل مخرب محیطی و یونهای مهاجمی است دوام بتن و طول عمر آن را کم نماید. سوال هفتم: مقاومت کششی بتن بسیار پایین بوده و در حدود 1/0 مقاومت فشاری آن است. که این مسئله استفاده از فولادهای مسلح کننده را در ناحیه کشش بتن را اجتناب ناپذیر می کند. نکته دوم: برای اجرای بتن درجا نیاز به قالب بندی و مهار گذاری و شمع بندی است که اینها خود هزینه دارد. (نصب کردن و برداشت قالب) نکته سوم: مقاومت پایین تر به ازای واحد وزن بتن در مقایسه با فولاد منجر به سنگین تر شدن اعضاء بتن آرمه می شود. که باعث سنگینی سازه و ساختمان می شود. نکته چهارم: کنترل کیفیت بتن کارگاهی است ولی فولاد در کارخانه کنترل کیفیت می شود. نکته پنجم: بتن تغییرات حجمی وابسته به زمان دارد. این تغییرات حجمی که عمدتاً با پدیده های افت و خزش مرتبط هستند با گذشت زمان ترک خوردگی هایی را ایجاد می کنند و تغییر شکل و خیز اجزاء را افزایش می دهند. سوال هشتم: بتن پیش تنیده بتنی است که میلگردهای آن قبل از بتن ریزی از دو جهت تحت کشش و کشیده می شود. که این عمل باعث می گردد تا در زمان بارگذاری این مقطع تحت خش قرار نگرفته و باعث ترک خوردگی بتن نمی شود. ولی در بتن آرمه موجود است که این ترک ها در اثر گذشت زمان باعث خسارتهایی می شود. سوال نهم:پیش تندیگی به دو روش انجام می شود: 1- پیش کشیده و 2 پس کشیده در بتن پیش کشیده ابتدا کابلهای پیش تنیدگی که از نوع با مقاومت بالا و با تنش تسلیم 1200 تا 2000 mpa است انتخاب می شود. از داخل قالبها عبور داده می شود. به مقدار دلخواه کشیده می شوند. سپس داخل قالب بتن ریزی شده و پس از کسب مقاومت بتن (معمولاً پس از 7 روز) کابلها آزاد می شوند. بدین ترتیب عکس العمل نیروی کششی اولیه در کابل به صورت نیروی فشاری بر مقطع بتنی اثر می کند. و همچنین در بتن پس کشیده کابل های عبور داده شده از یک غلاف محافظ، به همراه غلاف در موقعیت مناسب در داخل قالب تعبیه شده و بتن ریزی انجام می گیرد. سوال دهم:آنالیز و طراحی بتن آرمه باید مبتنی بر یک آیین نامه انجام گیرد. آیین نامه ها بر اساس تحقیقات انجام شده در هر زمینه و تجربیات قبلی و نیز به منظور ایمنی مناسب مجموعه مقرراتی را تنظیم می نمایند. که هر مهندس باید بر اساس اصول کلی طراحی در رعایت قوانین یک آیین نامه عمل کند. سوال یازدهم: نخستین مجموعه مقررات مرتبط به بتن ارمه تحت نظر پرفسور مورش 1904 آیین نامۀ ACI318 که هر 6 سا 7 سال منتشر می شود. آیین نامه کانادا A23/3 استاندارد CSA آیین نامه استرالیا AS3600 و در ایران آیین نامه آبا 2-1 مواد اولیۀ سیمان چیست؟ به چه میزان در سیمان به کار می رود؟ 2-2 اجزاء سیمان را نام برده و خصوصیات هر یک را ذکر کنید. 2-3 انواع سیمان پرتلند را نام ببرید و مشخصات هر کدام را ذکر کنید. 2-4 انواع شکل ظاهری دانه ها را در بتن نام ببرید. 2-5 تفاوت دانه بندی ناپیوسته از دانه بندی پیوسته در چیست؟ از هر کدام از این دانه بندی، در چه بتنی استفاده می شود؟ 2-6 ضریب نرمی را تعریف کنید. محدودۀ تغییرات ضریب نرمی در ماسه های متداول چیست؟ 2-7 چرا در اثر رطوبت،انبساط حجمی ظاهری در زیر دانه ها ایجاد می شود؟ میزان این انبساط در رطوبت 5 درصد در چه حدودی است؟ 2-8 بعد دانه های درشت (ریزی و درشتی آن) چه تأثیری در خصوصیات بتن دارد؟ 2-9 تقسیم بندی دانه ها از نظر رطوبت سطحی آن چگونه است؟ ارتباط جذب آب دانه ها را با رطوبت سطحی آن ها در هر مورد ذکر کنید. 2-10 آب نامناسب چه مشکلاتی را ممکن است برای بتن سخت شده ایجاد کند؟ 2-11 استفاده از آب غیر شرب در بتن در چه صورتی مجاز است؟ 2-12 خصوصیات کلی آب مناسب برای بتن را بنویسید. 2-13 آیا از آب دریا در ساخت بتن می توان استفاده کرد؟ توضیح دهید. 2-14 اضافه کردن کلرید سدیم به بتن چه خصوصیاتی را ایجاد می کند؟ 2-15 شکر چگونه مادۀ مضافی است؟ تا چه حد اثر می کند؟ 2-16 از مواد فوق روان کننده چه استفاده هایی می شود؟ 2-17 مواد مضاف هوازا در چه محدودۀ ابعادی در بتن حباب ایجاد می کنند؟ این حباب ها چه خصوصیاتی را در بتن موجب می شوند؟ 2-18 بعضی از مواد مضاف معدنی را نام برده و نقش ویژه آن ها را در بتن ذکر کنید. 2-19 تعریفی از محدودۀ مقاومت بتن، از مقادیر پایین تا مقادیر خیلی بالا ارائه کنید. 2-20 بتن با پودر فعال چیست؟ چه خصوصیاتی دارد؟ چگونه تولید می شود؟ 2-21 چرا مقاومت فشاری نمونۀ بتنی استوانه ای، از مقاومت فشاری نمونۀ بتنی مکعبی کم تر است؟ 2-22- چرا نسبت ابعاد نمونۀ بتنی بر مقاومت فشاری آن تأثیر می گذارد؟ این تأثیر در چه محدوده ای است؟ 2-23 اندازۀ نمونۀ بتنی چه تأثیری بر مقاومت فشاری آن می گذارد؟ این تأثیر ناشی از چیست؟ 2-24 سرعت بارگذاری چیست و چه تأثیری بر مقاومت فشاری بتن می گذارد؟ چرا؟ 2-25 سرعت بارگذاری در بارهای متداول وارد بر سازه ها، و سرعت بارگذاری در یک زلزله در چه حدودی است؟ در این محدوده تغییرات سرعت بارگذاری، مقاومت فشاری بتن در چه حدودی تغییر می کند؟ 2-26 تأثیر نوع سیمان مصرفی در مقاومت های 7 روزه، 28 روزه و دراز مدت (مصلاً 90 روزه) بتن را شرح دهید. 2-27 قاعدۀ نسبت آب به سیمان آرامز چیست؟ 2-28 خصوصیات مکانیکی سنگ دانه ها چه تأثیری بر مقاومت بتن می گذارد؟ 2-29 میزان رطوت نمونۀ بتنی در زمان آزمایش، چه تأثیری بر مقاومت فشاری آن می گذارد؟ چرا؟ 2-30 تأثیر دما بر کسب مقاومت بتن را در طول زمان و در هر یک از حالات زیر شرح دهید: الف- دمای زمان ریختن بتن و زمان مراقبت از بتن یکسان باشد و تغییر کند. ب- بتن در دمای متفاوت ریخته شود، ولی در دمای ثابت مراقبت شود. ج- بتن در دمای قابت ریخته شود،ولی در دمای متفاوت مراقبت شود. سوال اول:آهک (CaO) حدود 63 درصد، سیلیس (SiO2) حدود 20 درصد، آلومین (Al2O3) حدود 6 درصد، اکسید آهن (Fe2O3) حدود 3 درصد، و اکسید منیزیم (MgO) حدود 5/1 درصد از مواد اولیۀ سیمان را تشکیل می دهند. سوال دوم:اجزای سیمان عبارتند از: 1-                       تری کلسیم سیلیکات به شکل SiO2 ، CaO3 و با علامت اختصاری C3S. این ماده نسبت به سایر اجزاء گیرش سریع تری داشته و در هنگام ترکیب با آب گرمای زیادی آزاد می کند (120 کالری بر گرم). C3S هم چنین زمینۀ مستعدی را برای حملۀ سولفات ها به بتن فراهم می کند. 2-                       دی کلسیم سیلیکات به شکل SiO2 ، CaO2 و با علامت اختصاری C2S.این ماده به خلاف C3S، گیرش اولیۀ بالایی نداشته و دیرگیر است. از طرفی ترکیب C2S با آب، گرمای کمی تولید می کند (62 کالری بر گرم). 3-                       تری کلسیم آلومینات به شکل Al2O3، CaO3 و با علامت اختصاری C3A. این ماده با خصوصیاتی مشابه C3S، گیرش اولیۀ بسیار بالایی داشته و از طرفی زمینۀ کاملاً مستعدی برای حملۀ سولفات ها به بتن فراهم می کند. هم چنین گرمای آزاد شده در اثر ترکیب شیمیایی C3A با آب بسیار زیاد است (حدود 210 کالری بر گرم). 4-                       تترا کلسیم آلومینو فریت به شکل Fe2O3 ، Al2O3 ،CaO4 و با علامت اختصاری C4AF. این ماده گیرش متوسطی داشته و پس از ترکیب با آب،حدود 100 کالری بر گرم گرما آزاد می کند. سوال سوم:استاندارد ASTM پنج نوع سیمان پرتلند را معرفی می کند: 1-                       سیمان نوع I: یک سیمان معمولی است که برای مصارف عمومی ساختمانی مناسب است. 2-                       سیمان نوع II: یک سیمان اصلاح شده با خصوصیات متوسط است که نسبت به سیمان نوع I حرارت کم تری آزاد کرده و برای مصرف در محیط هایی که حملۀ ضعیفی از سولفات وجود خواهد داشت، مناسب است. 3-                       سیمان نوع III: یک سیمان زودگیر است؛ به صورتی که در 24 ساعت اول، بتنی با مقاومت حدود 2 برابر مقاومت بتن ساخته شده با سیمان نوع I تولید می کند. این سیمان هم چنین یک سیمان پر حرارت محسوب می شود. مصرف سیمان نوع III برای ساخت بتن در هوای سرد به جهت آزاد کردن گرمای بیش تر و نیز کم کردن دورۀ مراقبت، مناسب است. هم چنین در تعمیرات فوری و نیز مواردی که در نظر باشد قالب ها سریع تر باز شوند، استفاده از سیمان نوع III توصیه می شود. 4-                       سیمان نوع IV: یک سیمان کندگیر و کم حرارت محسوب می شود.سیمان نوه IV در بتن ریزی های حجیم، باعث کاهش تنش های حرارتی خواهد شد. 5-                       سیمان نوع V: یک سیمان ضد سولفات و یا مقاوم در مقابل حملۀ سولفات ها محسوب می شود. سوال چهارم: دانه ها ممکن است از نظر شکل ظاهری به صورت گرد، نامنظم، گوشه دار یا شکسته، پولکی، و یا سوزنی باشند. سوال پنجم:منحنی دانه بندی ممکن است به صورت پیوسته و یا ناپیوسته (گسسته)باشدو یم منحنی دانه بندی در صورتی پیوسته محسوب می شود که اولاً تمام ابعاد استاندارد دانه ها را شامل باشد؛ و ثانیاً بعضی از ابعاد دانه ها نسبت به سایر ابعاد، به صورت قابل ملاحظه کم تر نباشد. سوال ششم:میزان ریزی و نرمی دانه های ماسه ای با ضریب نرمی مشخص می شود. ضریب نرمی ماسه در محدودۀ 3/2 تا 2/3 متغیر بوده و غالباً برابر 8/2 می باشد. سوال هفتم: در مورد ریز دانه ها هم چنین باید به انبساط حجمی ظاهری دانه ها بر اثر رطوبت که به ری کردن ماسه معروف است. انبساط ظاهری ریز دانه ها در رطوبت 5 درصد در ماسه های درشت تا ریز، ممکن است بین 15 درصد تا 40 درصد متغیر باشد. سوال هشتم: استفاده از دانه های درشت تر شن، منجر به امکان استفاده از آب و سیمان کم تری خواهد شد. سوال نهم: 1-                       دانه های کاملاً خشک(خشک شده در کوره): این دانه ها در کوره و در دمای 100 الی 110 درجۀ سانتی گراد کاملاً خشک شده اند و حفره ها و خلل و فرج داخلی دانه ها عاری از هرگونه آب است. 2-                       دانه های خشک: این دانه ها به صورت معمولی و در فضای عادی خشک شده اند. با این وجود در بعضی از حفره های داخلی دانه آب وجود دارد. 3-                       دانه های اشباع با سطح خشک (SSD): در این دانه ها کلیه حفره های داخلی اشباع از آب است؛ولی سطح دانه عاری از آب می باشد. 4-                       دانه های مرطوب یا خیس: دانه هایی هستند که علاوه بر این که کلیۀ حفره های داخلی انها از آب اشباع است، سطح بیرونی آن ها نیز حاوی مولکول های آب است. سوال دهم: 1-                       زمان گیرش سیمان را به تأخیر اندازد. 2-                       مقاومت نهایی بتن را کاهش دهد. 3-                       موجب خوردگی و زوال تدریجی میلگردها شود. 4-                       روی سطح نهایی بتن خشک شده، لکه هایی را ایجاد کند. سوال یازدهم: آبی که در ساخت بتن به کار می رود باید تمیز بوده و عاری از هرگونه مواد زیان آور نظیر روغن، اسید، قلیا، مواد آلی، و یا سایر مواد نامناسب برای بتن و یا فولاد باشد. سوال دوازدهم: 1-                       اسیدی و بازی نباشد (5/8 0/5). 2-                       میزان ذرات جامد معلق در آب کم تر از 1/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی شدید و یا بتن پیش تنیده، و کم تر از 2/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی ملایم و یا بتن بدون فولاد باشد. 3-                       میزان مواد محلول در آب کم تر از 1/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی شدید و یا بتن پیش تنیده، کم تر از 2/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی ملایم، و کم تر از 5/3 درصد برای بتن بدون فولاد باشد. 4-                       میزان یون کلرید موجود در آب کم تر از 05/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی شدید و یا بتن پیش تنیده، کم تر از 1/0 درصد برای بتن آرمه در شرایط محیطی ملایم، و کم تر از 1 درصد برای بتن بدون فولاد باشد. 5-                       میزان یون سولفات موجود در آب کم تر از 1/0 درصد برای بتن آرمه و بتن پیش تنیده و کم تر از 3/0 درصد برای بتن بدون فولاد باشد. 6-                       میزان قلیایی های موحود در آب (Na2O+0.658 K2O) کمتر از 06/0 درصد باشد. سوال سیزدهم: آب دریا در حدود 5/3 درصد نمک های غیر محلول داشته و حاوی یون های کلرور و سولفات است. اینآب از نقظه نظر مقاومت، در بتن غیر مسلح مشکلی ایجاد نمی کند. با این وجود، در بتن مسلح و بتن پیش تنیده، آب دریا خطر خوردگی فولاد را افزایش می دهد و بنابراین باید در چنین شرایطی از استفاده از آب دریا برای ساخت بتن امتناع نمود. سوال چهاردهم: این مواد، موادی نظیر کلرید کلسیم (CaCl2) هستند که کسب مقاومت اولیۀ بتن را تسریع می کند. سوال پانزدهم: با افزوده شدن به بتن، گیرش آن را کند کرده و افزایش دمای هیدراسیون را محدود می کنند. سوال شانزدهم: از فوق روان کننده ها گاهی برای کم کردن میزان سیمان مصرفی با ثابت نگه داشتن نسبت آب به سیمان و کم کردن میزان آب در یک اسلامپ ثابت استفاده می شود. اگرچه غالباً از آن برای ساخت یک بتن با کارایی مناسب با کاهش نسبت آب به سیمان و ثابت نگه داشتن میزان سیمان استفاده می شود که این وضعیت منجر به تولید بتن هایی با مقاومت بالاتر خواهد گردید. سوال هفدهم:در حدود 1/0 تا 2/0 میلی متر نسبت به یکدیگر توزیع می شود. مهم ترین خصوصیات مفید بتن هوادار، افزایش میزان روانی، افزایش مقاومت در مقابل یخ زدن و ذوب شدن، کاهش امکان لایه لایه شدن بتن در مقابل عملکرد نمک های یخ زدا که در زمستان روی سطح بتن پاشیده می شود، افزایش قابلیت آب بندی بتن، و افزایش مقاومت در مقابل حملۀ سولفات هاست. هم چنین بتن هوادار امکان جدا شدن دانه ها و آب انداختن بتن را کاهش داده و میزان جذب آب و نیز میزان افت و خزش در بتن سخت شده را کاهش می دهد. سوال هجدهم:این بتن می تواند در طول زمان دوام بسیار خوبی در مقابل عوامل مخرب محیطی و جوی از خود ارائه دهد. به عنوان پوزولان طبیعی مناسب برای افزودن به بتن، می توان از خاکستر آتشفشانی و نیز شیل های اُپالینی و چرت نام برد. هم چنین به عنوان پوزولان های مصنوعی می توان خاکستر بادی و میکروسیلیس یا دودۀ سیلیسی را ذکر نمود. بتن ساخته شده با سرباره دوام خولی در مقابل حملۀ سولفات ها و سایر عوامل مخرب نشان می دهد. سوال نوزدهم:بسیاری لز بتن های متعرف، مقاومت فشاری 28 روزۀ استوانه ای در محدودۀ 20-30Mpa دارند. بتن با مقاومت حدود 10-15MPa، برای تنظیف و تراز کردن سطح زیر پی ها به کار می رود. همچنین برای بتن پیش تنیده، از بتن با مقاومت 35-40 MPa استفاده می شود. بتن هایی با مقاومت 60-65 MPa برای کارکردن در ستون های طبقات پایین تر ساختمان های بلند مرتبه مناسب خواهند بود. امروزه بتن های با مقاومت فشاری کمتر از MPa20 به عنوان بتن با مقاومت پایین، بتن های با مقاومت فشاری در محدودۀ 20 تا MPa40 به عنوان بتن با مقاومت معمولی یا متوسط، بتن های با مقاومت فشاری در محدودۀ 40 تا MPa80 به عنوان بتن با مقاومت بالا، بتن های با مقاومت فشاری 80 تا MPa150 به عنوان بتن با مقاومت بسیار بالا، و بتن های با مقاومت فشاری بیش از MPa150 به عنوان بتن با مقاومت فوق العاده زیاد قلمداد می گردند. سوال بیستم:نوع دیگری از بتن با مقاومت بالا تحت عنوان بتن با پودر فعال (RPC)تولید می شود. این بتن یک بتن با مقاومت فوق العاده زیاد است، از شکل پذیری و خاصی جذب انرژی بسیار خوب، تخلخل بسیار کم، نفوذپذیری ناچیز و مقاوت سایشی بسیار خوب برخوردار است. مواد به کار رفته در تولید RPC دانه های کوارتز ریز با دانه بندی خوب و در محدودۀ mm0.4-0.15 سیمان پرتلند بدون C3A و یا با C3A بسیار کم (مثلاً سیمان نوع V)، پودر میکروسیلیس مرغوب، و فوق روان کنندۀ با کیفیت بسیار خوب است. سوال بیست و یکم: علت اصلی تفاوت مقاومت نمونۀ استوانه ای و مکعبی را باید در تفاوت نسبت ابعاد هر کدام از نمونه ها، و ایجاد تنش های برشی بین صفحات فولادی اعمال بار و سطح نمونه به دلیل تفاوت در مدول الاستیسیته و ضریب پواسون فولاد و بتن جستجو کرد.توزیع تنش های جانبی (اصطکاکی) ناشی از تفاوت خصوصیات بتن و صفحۀ فولادی اعمال بار، در ارتفاع نمونه های استوانه ای و مکعبی. سوال بیست و دوم: اگر نسبت ارتفاع به قطر استوانه تغییر کند، مقاومت فشاری نمونه نیز تغییر خواهد کرد.استاندارد ASTM C42 برای استوانه های بتنی با نسبت ارتفاع به قطر کوچک تر از 0/2، چنان چه این نسبت به ترتیب 75/1، 5/1، 25/1، 10/1 و 0/1 باشد، ضریب اصلاح مقاومت فشاری نمونه را جهت تبدیل به مقاومت فشاری نمونۀ استوانه ای استاندارد با نسبت به ابعاد 0/2، به ترتیب برابر 98/0، 96/0، 94/0، 90/0 و 85/0 بیان می کند. سوال بیست و سوم:اندازۀ نمونۀ بتنی هم بر عددی که در آزمایشگاه به عنوان مقاومت فشاری 28 روزه حاصل می شود، تأثیر می گذارد. در محدودۀ ابعاد متداول نمونه ها، هرچه اندازۀ نمونه بزرگ تر شود، مقاومت فشاری آن کاهش خواهد یافت. سوال بیست و چهارم:سرعت بارگذاری به صورت میزان افزایش تنش در واحد زمان تعریف می شود. هرچه سرعت اعمال تنش بالاتر باشد، بتن از خود مقاومت بیش تری نشان می دهد. دلیل افزایش مقاومت فشاری در سرعت بارگذاری بالاتر را می توان در پدیدۀ خزش جستجو کرد. هرچه سرعت ارگذاری کم تر باشد، خزش بیش تری در نمونه اتفاق می افتد. و بنابراین تحت سطح مشخصی از تنش ، کرنش های فشاری بیش تری اتفاق می افتد، که این مسأله منجر به شکست نمونه تحت تنش کم تری خواهد شد. سوال بیست و پنجم:هم چنین در سرعت بارگذاری حدود 200MPa/sec که تقریباً حدود سرعت بارگذاری در یک زلزلۀ نسبتاً شدید است، مقاومت نمونۀ بتنی به حدود 115 درصد مقاومت در سرعت بارگذاری استاندارد افزایش می یابد. دقت شود که در این سرعت بارگذاری،نمونۀ استاندارد استوانه ای در محدودۀ 1/0 تا 15/0 ثانیه شکسته خواهد شد؛ در حالی که در سرعت بارگذاری استاندارد، شکست نمونۀ استوانه ای استاندارد، حدود 5/1 تا 2 دقیقه طول می کشد. سوال بیست و ششم: مقاومت تقریبی نسبی بتن بر اساس نوع سیمان نوع سیمان پرتلند مقاومت فشاری (درصدی از نوعI) 1 روز 7 روز 28 روز 90 روز I 100 100 100 100 II 75 85 90 100 III 190 120 110 100 IV 55 65 75 100 V 65 75 85 100 سوال بیست و هفتم: در رابطۀ فوق، w/c نسبت وزنی آب به سیمان و k1 و k2 ثابت های تجربی هستند. سوال بیست و هشتم:کاهش در بزرگ ترین اندازۀ دانه های مصرفی و استفاده از دانه بندی خوب و پیوسته، و نیز استفاده از دانه های با بافت سطحی خشن تر و یا دانه های خرد شده معمولاً منجر به کسب مقاومت بالاتری برای بتن خواهد شد. سوال بیست و نهم: باعث می شود که هیدراسیون سیمان ارتقاع پیدا کند.مقاومت بالاتری ایجاد می کند. سوال سی:برای بتن مرطوب به عمل آمده، تأثیر دما بر مقاومت به تاریخچۀ زمان- حرارت در هنگام ریختن بتن و مراقبت از بتن بستگی خواهد داشت. در محدودۀ دمای  تا ، وقتی که بتن در یک دمای ثابت و مشخص ریخته شده و مراقبت شود، عموماً تا 28 روز هر چه دما بالاتر باشد، هیدراسیون سیمان سریع تر بوده و مقاومت بتن بیش تر خواهد بود.
+ نوشته شده در  شنبه بیست و هشتم اردیبهشت 1392ساعت 18:38  توسط حسین یاریاری  |