کتاب تحلیل غیر خطی سازه های بتن آرمه به کمک روش اجزاء محدود

پیشگفتار کتاب:

در حال حاضر، بتن مسلح تبدیل به یکی از مهم‌ترین مواد ساختمانی شده که به طور گستردﻩای در انواع مختلف سازﻩهای مهندسی استفاده می‌شود. اقتصاد طرح، راندمان، مقاومت و سختی بتن‌مسلح آن را تبدیل به یک ماده اصلی برای محدوده وسیعی از کاربردهای مهندسی کرده است.

هدف نهایی طراحی، ایجاد یک سازه ایمن و اقتصادی است. ابزارهای تحلیلی پیشرفته به عنوان یک عامل مهم در ارزیابی ایمنی و قابلیت بهره‌برداری یک طرح پیشنهادی محسوب می‌شوند. خصوصا برای بسیاری از سازه‌های پیچیده اعم از نیروگاه‌های هسته‌ای، پل‌ها، سکوهای ساحلی و تونل‌های زیرزمینی که تحت بارهای تاریخچه زمانی پیچیده‌ای قرار می‌گیرند، صادق است. بررسی سطح ایمنی و قابلیت بهره‌برداری این سازه‌ها، لزوم توسعه روش‌ها و مدل‌های قابل اعتماد تحلیلی را نشان می‌دهد. هدف چنین تحلیل‌هایی بررسی رفتار سازه تحت تمامی شرایط بارگذاری ممکن، مونوتونیک و سیکلیک، رفتار وابسته به زمان و مخصوصا رفتار آنها تحت بارهای اضافی است.

سازه‌های بتن مسلح معمولا با هدف تامین معیارهای ایمنی و بهره‌برداری طراحی می‌شوند. به منظور اطمینان از سطح بهره‌برداری سازه‌های بتن‌آرمه، لازم است تحت بارهای سرویس، ترک‌خوردگی و تغییرشکل‌های اینگونه سازه‌ها پیش‌بینی شود. به منظور ارزیابی حاشیه ایمنی سازه‌های بتن‌آرمه در مقابل گسیختگی، تخمین دقیق بار نهایی ضروری بوده و پیش‌بینی رفتار بار-تغییرشکل سازه در سراسر محدوده الاستیک و پلاستیک موردنیاز است.

در قالب توسعه روش‌های تحلیلی و طراحی پیشرفته، نیاز به تحقیقات آزمایشگاهی نیز ادامه می‌یابد. تحقیقات آزمایشگاهی اطلاعات اصلی برای مدلهای اجزاء محدود مانند خصوصیات مواد را آماده می‌کنند. علاوه بر آن، نتایج مدل‌های اجزای محدود به کمک مقایسه آنها با آزمایش‌های مدل‌های واقعی سازه یا اعضای سازه‌ای ارزیابی می‌شود. با وجود این، از آنجایی که انجام آزمایشات وقت‌گیر و پرهزینه بوده و اغلب بدرستی بارگذاری و شرایط تکیه‌گاهی سازه را شبیه‌سازی نمی‌کنند، توسعه مدل‌های تحلیلی قابل اطمینان می‌تواند سبب کاهش تعداد نمونه‌های آزمایشی برای یک مسئله باشد.

توسعه مدل‌های تحلیلی پاسخ سازه‌های بتن‌آرمه به دلایل زیر پیچیده است:

• بتن مسلح ماده‌ای ترکیبی از بتن و فولاد، که دارای رفتار فیزیکی و مکانیکی کاملا متفاوتی هستند، می‌باشد.
• بتن به سبب رفتار غیرخطی مادی، اثرات محیطی، ترک‌خوردگی، سخت‌شوندگی کششی و نرم‌شوندگی کرنشی حتی در بارگذاریهای کم نیز رفتاری غیرخطی از خود بروز می‌دهد.
• بتن و فولاد به صورت پیچیده و از طریق قفل و بست سنگدانه‌ها و لغزش-پیوستگی بر هم تاثیر می‌گذارند.

این پدیده‌های پیچیده سبب شد که مهندسین در گذشته برای طراحی سازه‌های بتنی تکیه بر روی فرمولهای تجربی نمایند که از آزمایش‌های بسیار زیادی مشتق شده بود. با ظهور کامپیوتر و روش‌های قدرتمند تحلیلی مانند روش اجزای محدود تلاش‌های زیادی جهت توسعه راه‌حل‌های عددی صورت گرفت. لذا روش اجزای محدود تبدیل به یک ابزار محاسباتی قوی شد که به کمک آن پاسخ غیرخطی سازه‌های بتن‌آرمه در یک روال عادی صورت گرفت. به کمک این روش، اهمیت و اندرکنش اثرات مختلف غیرخطی بر روی پاسخ سازه‌های بتن‌آرمه را می‌توان به طور تحلیلی مطالعه کرد.

کتاب حاضر بخشی از این تلاش‌های ادامه‌دار در خصوص تحلیل اتصالات، تیرها و دال‌های بتن‌آرمه تحت حالات مختلف بارگذاری است. مجموعه حاضر می‌تواند کمک موثری در ارتقای علمی و آشنایی بیشتر دانشجویان مهندسی عمران، به ویژه دانشجویان کارشناسی ارشد و دکترای سازه و زلزله با مفاهیم غیرخطی سازه‌های بتن‌آرمه و روشهای اجزای محدود شود. مجموعه حاضر شامل شش فصل است. در فصل اول، خواص مهندسی و رفتار بتن و فولاد تحت حالات مختلف بارگذاری بیان می‌شود. در فصل دوم، مقدمه‌ای از روش‌های اجزای محدود ارائه می‌شود. در فصل سوم، عوامل موثر بر رفتار غیرخطی بتن و مدل‌های موجود مرتبط با آن توسعه داده می‌شود. در فصل چهارم، به معرفی برنامه آنالیز غیرخطی المان محدود لایه‌ای، NONLACS2، پرداخته و در فصل پنجم، پدیده اثر اندازه المان و تاثیر آن در نتایج سازه‌های بتن‌آرمه مورد بحث قرار می‌گیرد. مثال‌های کاربردی زیادی در فصل ششم آورده شده که می‌تواند نمونه‌های مناسبی برای انجام تحقیقات در خصوص المان محدود غیرخطی سازه‌های بتن‌آرمه باشد.

در اينجا لازم است از زحمات حوزه معاونت پژوهشی دانشگاه سمنان، آقای مهندس حمیدرضا مولایی و همكارانشان به خاطر مساعدت‌ها و تلاش‌های فراوان در مورد چاپ و نشر كتاب و نيز از کلیه دانشجویان کارشناسی ارشد سازه كه اينجانبان را ياری کردند، صميمانه تشكر و قدردانی ‌کنیم.

مولفین امیدوارند که چاپ این کتاب باعث انتشار هرچه بیشتر نتایج تحلیل غیرخطی شده و محققین بیشتری را به استفاده از روش‌های تحلیل غیرخطی به کمک اجزای محدود تشویق کند.