مقاله تحلیلی: مدول گسیختگی تیر بتنی

مدول گسیختگی به‌عنوان معیار مقاومت کششی تیرها یا دال‌های بتنی محسوب می‌شود. مقاومت خمشی میزان تنش و نیرو را در یک دال بتنی غیرمسلح، تیر یا سازه‌های دیگر که می‌توانند در برابر هرگونه شکست خمشی مقاومت کنند، شناسایی می‌کند.

روش‌های آزمون استاندارد جهت تعیین مدول گسیختگی یک تیر

به‌منظور آزمایش مقاومت خمشی یک تیر بتنی، باید طول دهانه آن حداقل سه برابر ارتفاع آن باشد. مقاومت خمشی به‌صورت مدول گسیختگی (MR) برحسب psi (مگاپاسکال) بیان می‌شود. دو روش آزمون استاندارد جهت تعیین مقاومت خمشی یک تیر بتنی وجود دارد.

۱. آزمون بارگذاری نقطه مرکزی (مطابق ASTM C 293)

در این روش، کل بار به مرکز دهانه تیر اعمال می‌شود. در این حالت مقاومت خمشی یا مدول گسیختگی بیشتر از مدول گسیختگی آزمون بارگذاری سه‌نقطه‌ای است. حداکثر تنش تنها در مرکز تیر وجود دارد.

۲. آزمون بارگذاری سه‌نقطه‌ای (مطابق ASTM C 78)

در این روش، نصف بار در هر یک‌سوم از طول دهانه تیر اعمال می‌شود. در این حالت مقاومت خمشی یا مدول گسیختگی کمتر از مدول گسیختگی آزمون بارگذاری در نقطه مرکزی است. در این آزمایش، حداکثر تنش در مرکز فاصله یک‌سوم طول تیر ایجاد می‌شود.

مدول گسیختگی خمشی حدود %۱۰ تا %۲۰ مقاومت فشاری با توجه به‌اندازه، نوع و حجم سنگ‌دانه درشت‌دانه استفاده شده در یک تیر بتنی است. از طریق تست‌های آزمایشگاهی می‌توان بهترین همبستگی مصالح را برای طرح اختلاط مشخصی به دست آورد. مدول گسیختگی تعیین شده توسط بارگذاری سه‌نقطه‌ای کمتر از مدول گسیختگی تعیین شده توسط بارگذاری در نقطه مرکزی است که گاهی این مقدار به%۱۵ می‌رسد.

محاسبه مدول گسیختگی

روابط مدول گسیختگی برای انواع مختلف سیستم‌های بارگذاری متفاوت است.

۱. برای یک نمونه مستطیلی تحت اثر بار در حالت خمش سه‌نقطه‌ای

معادله ۱:

• F بار (نیرو) در نقطه شکست (N) است.
• L طول دهانه تکیه‌گاهی است.
• b نشان‌دهنده عرض است.
• d نشان‌دهنده ضخامت است.

۲. در مورد یک نمونه مستطیلی تحت اثر بار در حالت خمش چهار نقطه‌ای که دهانه بارگذاری یک‌سوم دهانه تکیه‌گاهی است

معادله ۲:

• F نشان‌دهنده بار (نیرو) در حالت شکست است.
• L نشان‌دهنده طول دهانه تکیه‌گاه (خارجی) است.
• b نشان‌دهنده عرض است.
• d نشان‌دهنده ضخامت است.

۳. در مورد حالت خمش چهار نقطه‌ای، درصورتی‌که دهانه بارگذاری نصف دهانه تکیه‌گاهی باشد.

معادله ۳:

۴. درصورتی‌که دهانه بارگذاری یک‌سوم یا یک‌دوم دهانه تکیه‌گاهی برای حالت خمش ۴ نقطه‌ای نباشد،

معادله ۴:

• i نشان‌دهنده طول دهانه بارگذاری (داخلی) است. 

تفاوت بین مقاومت شکست و مقاومت کششی

هنگامی‌که یک المان تحت اثر تنش کششی قرار می‌گیرد، تمایل به کشیده شدن پیدا می‌کند. کلیه تارها یا نواحی یک المان، نیروی یکسانی را تجربه می‌کنند. نواحی ضعیف در این حالت تسلیم‌شده و متحمل تغییر شکل خواهند شد.

از سوی دیگر تنش خمشی هر دو نیروی کششی و خمشی را به یک المان اعمال می‌کند. این موضوع منجر به توزیع غیریکنواخت نیروها در میان تارهای آن می‌شود. تارهای انتهایی یعنی تارهای واقع در سطح المان حداکثر نیروها را متحمل می‌شوند؛ بنابراین، بیش از دیگر تارها در معرض شکست یا گسیختگی قرار دارند.

اهمیت مدول گسیختگی

محاسبه مدول گسیختگی از اهمیت زیادی در مکانیک سازه برخوردار است. این شاخص موجب کمک به طراحی المان‌های سازه‌ای مانند تیرها، اعضای طره‌ای، شفت‌ها و غیره می‌شود.

همچنین این شاخص موجب کمک به مطالعه مصالح و خصوصیات آن‌ها می‌گردد. ضمن این‌که این پارامتر موجب استفاده از مصالح ساختمانی مقاوم‌تر می‌شود. مقاومت خمشی موجب کمک به قضاوت سازه‌ها به لحاظ کیفی می‌شود. از این شاخص می‌توان برای پیش بینی مقاومت و دوام المان استفاده کرد.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.