مقاله تحلیلی: اثرات سازه ای خوردگی

ممکن است فکر کنید خوردگی در نگاه اول فقط یک مسئله وابسته به دوام است اما خوب است بدانید خوردگی درواقع می‌تواند مستقیماً بر روی خواص مکانیکی و ساختاری المان‌های سازنده و همچنین بر روی پاسخ کلی سازه نیز تأثیرگذار باشد. در این مقاله بعضی از تأثیرات مهم خوردگی در سازه‌های فلزی و بتنی را بررسی می‌کنیم.

قبل از اینکه شروع کنیم، بیایید اساس علمی خوردگی را بررسی کنیم. خوردگی یک واکنش شیمیایی در فولاد و فلزات پالایش شده‌ای است که آن‌ها را به حالت انرژی کمتر و حالت پایدار و طبیعی درمی‌آورد. (اکسید آهن). درواقع اکسید آهن پدیده‌ای است که می‌توان آن را با قانون انتروپی توجیه کرد. این واکنش با تولید زنگ قرمز رنگ در آهن و فلزات همراه است و 4 تا 7 برابر حجم فلزات را افزایش می‌دهد.

اثرات خوردگی

از دست دادن مقاومت

خوردگی سطح مقطع مؤثر را در المان‌ها کاهش می‌دهد و باعث ضعف ساختاری و کاهش مقاومت محوری و خمشی می‌شود. حتی اگر اجزای فرسوده شده پایدار به نظر بیایند، این به معنی پایدار ماندن آن‌ها نیست بلکه سازه‌های فرسوده در برابر بارهای طراحی (بارهای نهایی) آسیب‌پذیر می‌شوند؛ به‌عبارت‌دیگر یک زمین‌لرزه قوی می‌تواند واکنش‌های فراتر از ظرفیت مقاطع را افزایش دهد. از دست دادن مقاومت در سازه‌های فولادی و سازه‌های بتنی می‌تواند به دلیل خوردگی اتفاق بیفتد. CUI یک سری مشاهدات مکرر در پالایشگاه نفت و گاز است که تأثیرات خوردگی را بررسی کرده است. مقاطع فولادی با عایق ضد حریق عمر بیشتری دارند. کاهش مقاومت برشی و ظرفیت برشی المان RC مثال معروفی دراین‌باره است.DU ET AL (2005) یک مدل ریاضی را برای سطح باقی‌مانده بعد از خوردگی و مقاومت پارامترها مثل تنش تسلیم، بیان کرد که این فرمول به‌خوبی سطح باقی‌مانده از خوردگی را با استفاده از نرخ خوردگی محاسبه می‌کند.

خستگی

خستگی المان‌ها و اتصالات یکی از تأثیرات دیگر خوردگی است. خوردگی ممکن است به ایجاد پدیده خستگی شتاب بدهد و باعث شود ترک‌ها در آلیاژ فلزات انتشار پیدا کنند. گسترش خوردگی به شکل حفره‌ای نقاط تمرکز تنش را نشان می‌دهد.

کاهش مقاومت اتصال

ظرفیت المان‌های کامپوزیت مثل المان‌های RC به پیوند داخلی بین میلگرد- بتن بستگی دارد. زمانی که قسمتی از آهن دچار خوردگی می‌شود، کم‌کم پیشروی می‌کند و خوردگی افزایش میابد؛ بنابراین لایه بی‌کیفیتی روی آرماتورها ایجاد می‌شود. این لایه پیوند ضعیفی با بتن اطراف دارد و ممکن است ظرفیت مقطع را کاهش دهد این موضوع ممکن است که باعث ایجاد گسیختگی ناقص در اتصالات و مهارها شود و همچنین طول مؤثر در آن‌ها را نیز کاهش می‌دهد.

محدودیت شکل‌پذیری

خوردگی به‌طور قابل‌توجهی می‌تواند شکل‌پذیری را در مقاطع RC کاهش دهد. این یک حالت بحرانی در طراحی لرزه‌ای است. مقاطع فرسایش یافته شکل‌پذیری کمتری دارند و این یعنی تغییر شکل پلاستیک آن‌ها محدود است که این محدودیت در پاسخ لرزه‌ای المان تأثیرگذار است. خوردگی در اتصالات روی انتقال بار برای جلوگیری از رسیدن تنش به تنش نهایی تأثیر خواهد گذاشت.

کاهش ظرفیت برشی

خوردگی می‌تواند سطح مؤثر مقاطع عرضی آرماتوربندی شده در تیرها و ستون‌ها و در کل ظرفیت برشی مقطع را کاهش دهد. در دال‌های بتنی فرسایش مقاومت برشی را در نزدیکی ستون‌ها کاهش می‌دهد و احتمال بروز گسیختگی برشی را زیاد می‌کند. در پی‌ها خوردگی باعث گسیختگی برشی پی‌ها و گسیختگی مهاربندها و تنش تسلیم آرماتور فولادی می‌شود.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.