مقدمه
بتن آرمه به عنوان یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی در مهندسی عمران، به دلیل خواص ترکیبی بتن و میلگردهای فولادی، کاربرد گسترده‌ای در سازه‌های مختلف دارد. تیرهای بتن آرمه از اجزای حیاتی در بسیاری از سازه‌ها محسوب می‌شوند که وظیفه انتقال بارها و نیروها را به سایر قسمت‌های سازه بر عهده دارند. تحلیل و بررسی رفتار شکست این تیرها، به منظور طراحی ایمن و بهینه، از اهمیت بالایی برخوردار است. شکست تیرهای بتن آرمه می‌تواند به دو صورت کلی «شکست نرم» و «شکست ترد» رخ دهد که هر کدام ویژگی‌ها و پیامدهای متفاوتی بر عملکرد سازه دارند. شکست نرم با رفتار تغییر شکل‌های زیاد و جذب انرژی بالا همراه است و معمولاً نشانه رفتار سازه‌ای مطلوب‌تر به شمار می‌آید، در حالی که شکست ترد به صورت ناگهانی و بدون تغییر شکل‌های قابل توجه اتفاق می‌افتد که می‌تواند به خطرات جدی در سازه منجر شود. شناخت دقیق این دو نوع شکست و عوامل مؤثر بر آن‌ها، زمینه‌ساز بهبود روش‌های طراحی و افزایش ایمنی سازه‌های بتن آرمه خواهد بود.
در این مقاله قصد داریم تفاوت دو شکست نرم و ترد و علل ایجاد این دورا همراه با مثال تصویری به شما بیاموزیم.
برای این امر بدون هیچگونه اضافه گویی مستقیم به سراغ مثال اول رفته و با بررسی آن مفهوم را کاملا درک خواهید نمود.
یک تیر دوسر مفصل با ابعاد ۱۰ سانتی متر در ۵ سانتی متر برای آزمایش انتخاب نموده ایم.دلیل این انتخاب انجام آزمایش در فضای آزمایشگاهی می‌باشد.این تیر بتنی توسط یک عدد میلگرد نمره ۶ مسلح سازی شده است که این میلگرد در مرکز و سفره پایینی تیر قرار دارد.
همچنین در این آزمایش از خاموت و میلگرد های عرضی استفاده نشده است.
در تصویر زیر فضای آزمایشگاهی را مشاهده می‌کنید .بازوی دستگاه برروی یک مکعب مستطیل به ابعاد مشخص قرار گرفته است که موجب تمرکز تنش نشود و هرگونه خطا را به حداقل برساند.
فاز ۱-۱ شروع بارگذاری
در این فاز بارگذاری اغاز شده و تا فاز دوم یعنی شروع ایجاد ترک های خمشی در قشمتهای تحتانی تیر ادامه خواهد داشت.
به بیان دیگر این فاز از لنگر صفر تا لنگر ترک خوردگی بتنی ادامه دارد.
با افزایش نیرو وارده و به تناسب افزایش لنگر خمشی وارد فاز دوم می‌شویم.
فاز ۱-۲
در این فاز اولین ترک خمشی در قسمت های تحتانی تیر ایجاد شده و تا مرحله تسلیم آرماتور های کششی ادامه دارد.
پس از این فاز میلگرد های خمشی به طور کامل تسلیم و مراحل بعدی هدف این آزمایش نمی‌باشد.
نکته:این آزمایش در مدت زمان طولانی بارگذاری انجام شده است و فاصله میان فاز های بارگذاری زیاد است.این به این معنی است که این شکست سریع اتفاق نیفتاده است و به تعبیری دیگر شکست،شکست نرم تلقی می‌شود.
شکست شماره ۲ تیر بتن آرمه
مجدد تیری با همان ابعاد قبلی در نظر بگیرید با این تفاوت که در آن دو عدد میلگرد نمره ۶ قراردادیم.این بدین معنی است که میزان درصد میلگرد موجود دوبرابر و به نسبت مقاومت خمشی افزایش می‌یابد.
همچنین در این مقطع نیز از افزودن خاموت صرف نظر شده است.
فاز ۲-۱ شروع بارگذاری
در این فاز مجدد بارگذاری شروع می‌شود و تا شکست در بتن ادامه خواهد داشت.
تا اینجا همه چیز مانند مقطع کم آرماتور بوده و تفاوتی به چشم نمی‌آید.اما هنگام ورود به فاز دوم آزمایش تفاوت ملموس این دو اشکار می‌شود.
فاز ۲-۲ شکست ناگهانی
با خروج از فاز ۱ به صورت ناگهانی وارد فاز ۲ خواهیم شد و ناگهان مقطع می‌شکند.
به این نوع شکست سریع و غیر نرم، شکست ترد یا شکست بررشی می‌گویند.دراین نوع شکست که حاصل از مقطع پرفولاد می‌باشد و میزان فولاد به فولاد ماکسیمم نزدیک تر است شکست به صورت سریع،نگهانی و بدون هشدار قبلی رخ می‌دهد.
در ادامه علت ایجاد این دو نوع شکست را بررسی می‌کنیم.
بزرگ ترین علت ایجاد این دو نوع شکست در میزان میلگرد خمشی مورد استفاده در هرکدام است.هرچه میزان فولاد در مقطع افزایش یابد شکست به شکست ترد نزدیک تر شده و به نسبت مقاومت خمشی افزایش می‌یابد.
با توجه شکل و توضیحات فوق درمی‌یابیم که هرچه میزان فولاد افزایش یابد مقاومت خمشی افزایش یافته و در نقطه ای از مقاومت برشی پیشی می‌گیرد.با بزرگتر شدن مقاومت خمشی از مقاومت برشی،پیش از رسیدن فولاد ها به تنش تسلیم و جاری شدن،مقطع تحمل برش وارده را نداشته و شکست برشی اتفاق می‌افتد.علت ناگهانی بودن آن نیز به این دلیل است که شکست برشی ذاتا سریع اتفاق می‌افتاد و شکست خمشی به دلیل شکل بذیری فولاد نرم تر و در زمان بیشتری اتفاق می‌افتد.
با بررسی نمودار های تنش-کرنش این دو مقطع درمی‌یابیم که شیب نمودار مقطع کم فولاد، کم تر است و این بدین معنی است که شکل پذیری بالاتری دارد و شکست نرم در آن اتفاق خواهد افتاد.
در مقابل در مقطع پرفولاد شیب نمودار تنش-کرنش زیاد تر است و بدین معنی است که شکل پذیری به نسبت کمتری دارد که این موضوع موجب سختی بالاتر و در نتیجه مقاومت بزرگتر و شکست ناگهانی و برشی دارد.
در نتیجه هرچه میزان فولاد به فولاد ماکسیمم نزدیک تر باشد شکست به سمت شکست برشی سوق پیدامی‌کند و بلعکس.
ناظر علمی:مهندس سید علی ذاکری
“امیدواریم این مقاله براتون مفید بوده باشه”
