مطالعه‌ای در خصوص رفتار سازه‌ای شاهتیر خرپایی انجام شده است. هدف از این مطالعه، شناخت رفتار سازه‌ای و شناسایی قابلیت‌های بهبود عملکرد آنها با استفاده از تکنولوژی مصالح جدید است.
با درک عمیق رفتار سازه‌ای شاهتیر همراه با امکان بررسی اثرات خواص مواد مختلف، روش‌هایی مقرون به صرفه و ایمن برای معرفی و استفاده از این مواد جدید در دسترس قرار گرفته است. یکی از موارد قابلیت تطبیق شاهتیر خرپایی و تیرچه فولادی بوده که در سازه‌ها مورد توجه قرار می‌گیرد.
بهبود رفتار با شاهتیر خرپایی
در برنامه تحقیقاتی موجود در دانشگاه صنعتی چالمرز، مطالعه‌ای در خصوص رفتار سازه‌ای شاهتیر خرپایی انجام شده است. این پروژه با کمک دانشگاه چالمرز در پاسخ به تقاضای روزافزون برای بهبود روش‌های ساختمانی برای سازه‌های بتنی ساخته شده در محل آغاز شد.
برای یک ساختمان بتنی، تقریبا 40 درصد از کل هزینه‌های ساخت به هزینه‌های نیروی کار اختصاص دارد. ساخت سازه‌های بتنی کارآمد و صنعتی برای رقابت در عرصه بتن در آینده امری ضروری است به خصوص اگر صنعت ساخت و ساز بتن حرکتی رو به جلو داشته باشد.
صنعتی شدن با استفاده از مواد پیشرفته، بتن‌های با کارایی بالا، همراه با تکنیک‌های موثر در محل کار و سیستم‌های جدید فرموله مانند اشکال دائمی و یکپارچه ممکن می‌شود.
اگر چه شکی نیست که سیستم‌های سازه‌ای با عملکرد بهبود یافته قادر به تولید هستند، موانعی نیز بر سر توسعه آنها وجود دارد.
هنگامی که مواد جدید مورد استفاده قرار می‌گیرند و مهندسین در خصوص آنها آموزش داده می‌شوند، دستورالعمل‌ها، روش‌ها و ابزارهایی که می‌توانند برای طراحی و تجزیه و تحلیل مورد استفاده قرار گیرند مورد نیاز هستند.
علاوه بر این، برای معرفی مواد و سازه‌های جدید در یک روش اقتصادی و ایمن، لازم است که درک عمیقی از رفتار سازه‌ای سیستم مورد نظر و نحوه ارتباط آن با خواص مواد و رفتار مصالح داشته باشید.
بررسی و توسعه مطلوب سیستم مورد نظر
یک سیستم شاهتیر خرپایی شامل یک پانل پیش ساخته با حداقل ضخامت 40 میلی‌متر، یک تیرچه شبکه‌ای و پایه تقویت کننده است. این اجزا در کارخانه ساخته می‌شوند، به سایت منتقل می‌شوند و قبل از ریختن بتن در محل قرار می‌گیرند .
یک گام طبیعی در مرحله توسعه، بهبود عملکرد شاخص است. در این مورد شامل سختی و مقاومت باربری در مرحله ساخت و ساز است.
همچنین ممکن است وزن المان را بهتر باشد برای ساده سازی حمل و نقل و مدیریت آنها در نظر بگیرد. از دیدگاه پیمانکار، بهتر است فاصله بین شاهتیرها بیشتر باشد. این باعث می‌شود که تراکم و اختلال کمتری در سایت ایجاد شود و نیاز به نیروهای کار و هزینه‌های مرتبط با آن به حداقل برسد.
از دیدگاه تولید کنندگان، بهتر است هزینه‌های حمل و نقل به حداقل کاهش یابد که با کاهش وزن و ضخامت عناصر امکان پذیر می‌شود. کاهش وزن همچنین برای پیمانکار سودمند است، زیرا در این صورت می‌توانند از یک جرثقیل کوچک استفاده کنند.
شبيه سازی عددی
یک مدلسازی المان محدود در برنامه DIANA اجرا شده و مشکلات مشخص می‌شوند. در این مدل سازی ابتدا مدل برای مقایسه نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی در نظر گرفته شده است تا بتواند مدل شبیه سازی رفتار سازه‌ای را به طرز معقولی شبیه سازی کند، برای اطلاعات بیشتر در مورد آزمایشات و تجزیه و تحلیل عددی، با کارشناسان ما تماس بگیرید.
گام نهایی در مطالعه حاضر بررسی روش‌هایی است که برای تقویت فیبر مسلح پیشنهاد می‌شود که عمدتا با تغییر رفتار تنش و انرژی شکست امکان پذیر است.
نتایج تجزیه و تحلیل عددی نشان می‌دهد که سختی، که افزودن الیاف‌ها می‌توانند ایجاد کنند، رفتار سازه‌ای را تحت تاثیر قرار می‌دهند، که برای هر دو مقطع قابلیت کارکرد (انحراف معیار) و هم برای حالت محدود کننده نهایی قابل استفاده است.
سختی سیستم پس از خشک شدن افزایش می‌یابد و بنابراین می‌تواند بار بیشتری را در همان خیز حمل کند.
این امر به هنگام استفاده از بتن با مقاومت بالا کاملا واضح است. علاوه بر این، بار نهایی با وجود کمانش عضو افقی بالا در همان میزان تنش افزایش می‌یابد، از آنجا که بتن قادر به شرکت در افزایش ظرفیت باربری است.
به نظر می‌رسد که ترک خوردگی بین بتن سبک معمولی و بتن با مقاومت بالا تفاوت‌هایی دارد و ترکهای کمتری در بتن با مقاومت بالا به وجود می‌آید. افزایش مدول الاستیسیته بتن با مقاومت بالا به طور قابل توجهی سختی سیستم را افزایش می‌دهد.
با این حال، هنگامی که ترک خوردگی آغاز می‌شود، این موجب کاهش سریع سختی می‌شود، و در این صورت عضو افقی بالا باید یک نیروی فشاری بزرگ را به منظور ایجاد تعادل در خمش حمل کند.
علاوه بر این، به دلیل اینکه ترک خوردگی در یک بار نسبتا زیاد آغاز شده است، تقریبا همانند بار نهایی، رفتار سازه شکننده می‌شود. افزایش سختی به نظر می‌رسد از اهمیت ویژه‌ای برای بتن با مقاومت بالا برخوردار باشد که در آن شروع ترک خوردگی منجر به کاهش سریع سختی می‌شود.
نتایج
این تحقیق نشان داده است که با استفاده از ابزارهای عددی، می‌توان اثرات مواد مختلف را بر رفتار سازه‌ای سیستم بررسی کرد.
این مطالعه به شبیه سازی تاثیر حالت‌های هندسی خاص بر روی چهار نوع بتن محدود شده است: مقاومت عادی، مقاومت بالا، مقاومت بتن عادی مسلح شده با فیبر و مقاومت بتن با مقاومت بالا مسلح شده با فیبر. رفتار سازه‌ای المان شاهتیر خرپایی، بیشتر از همه، تحت تاثیر تنظیمات هندسی تیرچه شبکه است.
با این حال، سخت کننده تنش همانند تضعیف کننده تنش بتن تاثیر قابل توجهی در رفتار سازه‌ای دارد. یک نتیجه گیری این است که المان‌های شاهتیر خرپایی می‌تواند یک کاربرد جالب برای بتن‌های مسلح شده با فیبر باشد و با فرصت‌هایی که امروزه برای طراحی مواد وجود دارد، انتخاب یک نسبت ترکیبی مناسب می‌تواند غیرممکن باشد.
بر اساس درک عمیق از رفتار سازه‌ای، ارتباط بین رفتار سازه‌ای و نسبت خواص و رفتار مواد می‌تواند برای بهینه سازی عملکرد سازه‌ای استفاده شود. علاوه بر این، زمانی که مکانیزم‌های رفتار سازه‌ای شناسایی شد، بهینه سازی طراحی برای دستیابی به کارایی مطلوب محصول، با بهینه سازی هندسه و مصالح انجام می‌شود.