مشخصات مکانیکی بتن مورد استفاده در طراحی سازه

رده بندی بتن مجاز مورد استفاده در سازه ها، براساس مقاومت مشخصه آنها معمولا به ترتیب زیر است:

C10, C12, C16, C20, C25, C30, C35, C40,C45, C50, C55, C60, C65, C70

اعداد بعد از C همان مقاومت فشاری f’_c است.

مقاومت فشاری 28 روزه و حداقل دو نمونه استوانه ای به ارتفاع 30 سانت و قطر 15 سانت یا سه تا نمونه استوانه ای به ارتفاع 20 سانت و قطر 10 سانت می باشد.

چگالی بتن معمولی در محاسبات برابر با 2300 کیلوگرم بر متر مکعب منظور می شود.

ضریب λ بر مبنای دو معیار ترکیب دانه ها و چگالی بتن تعیین می شود.

برای بتن های نیمه سبک دانه ترکیبی، مقدار λ از درون یابی خطی بین 0.75 و 0.85 با توجه به نسبت حجم ریزدانه معمولی به حجم کل ریز دانه و بین0.85 تا 1 با توجه به نسبت حجم درشت دانه معمولی به حجم کل درشت دانه به دست می آید. این موضوع به سه حالت زیر انجام می شود:

به عنوان یک روش ساده تر، ضریب λ با توجه به چگالی بتن نیز می تواند از جدول زیر مشخص شود:

ضریب پواسون بتن (v) بتن 0.2 می باشد. در بتن های سبک باید براساس آزمایش مشخص شود.

ضریب انبساط حرارتی بتن: در بتن های معمولی با توجه به نوع سنگدانه ها و با تقریب 20 درصد برابر 10×10^-6 در هر درجه سلسیوس. در بتن های سبک بر اساس آزمایش مشخص می شود.

نکات مهم در انتخاب بتن توسط مهندس محاسب:

حداقل مقدار f’_cبرای بتن معمولی و سبک 20 مگاپاسکال و حداکثر 50 مگاپاسکال است.

در ساختمان های بلندتر از 20 طبقه از روی شالوده اگر ثابت بشه در اجرا بدست آوردن چنین مقاومتی امکان پذیر است حداکثر تا 70 مگاپاسکال می توان افزایش داد.

مثال: در طراحی سازه یک ساختمان 10 طبقه با قاب لرزه بر و همراه دیوار برشی، طراح سازه از بتن معمولی با رده C60 استفاده کرده است طراحی این ساختمان:

1- قابل قبول است.

2- در صورت لحاظ کردن ضوابط ویژه در طراحی دیوارهای برشی آن قابل قبول است.

3- درصورت وجود تیم کنترل کیفیت بتن در کارگاه قابل قبول است.

4- قابل قبول نیست.

پاسخ درست گزینه 4 می باشد.

مدول الاستیسیته:

با استفاده از یکی از دو رابطه زیر بدست می آید:

بتن معمولی با چگالی 2300 کیلوگرم به متر مکعب به صورت تقریبی برابر است با:

برای بتن هایی که چگالی _بین 1440 تا 2560 کیلوگرم به متر مکعب دارند:

مدول برشی بتن (G) نیز از رابطه زیر بدست می آید:

مثال: برای بتن C25 با وزن مخصوص 2300 کیلوگرم به مترمکعب، مدول الاستیسیته و مدول برشی را به صورت دقیق و تقریبی محاسبه کنید.

E_c در آیین نامه 99 نسبت به 92 کمی بزرگتر است (بین 1 تا 5 درصد به ازای مقادیر مختلف f_c ) که باعث افزایش سختی سازه و تاثیر گذاری روی زمان تناوب و تغییر شکل های جانبی سازه و خیز تیرها شده است.

مدول گسیختگی بتن (f_r):

مدول گسیختگی بتن که معادل با مقاومت کششی آن نیز می باشد از رابطه زیر بدست می آید:

مثال: مقامت کششی بتن سبک با وزن مخصوص 1800 کیلوگرم به مترمکعب و مقاومت فشاری 20 مگاپاسکال چند مگاپاسکال است؟

1- 7 2- 3 3- 2 4- 8

ضریب λ برای این بتن برابر است با:

گزینه 3 صحیح است.

تحلیل نمودار تنش – کرنش بتن

نمودار تنش – کرنش مهمترین نموداری است که برای طراحی به آن نیاز داریم. این نمودار رفتار بتن را در هنگام بارگذاری نمایش می دهد.

مبحث 9 مقررات ملی ساختمان از نمونه های استوانه ای با قطر 15 سانت و ارتفاع 30 سانت جهت تعیین مقاومت فشاری استفاده می کند.

بار گذاری روی نمونه های بتنی انجام می شود و نمودار تنش – کرنش بتن تا لحظه گسیختگی نمونه مطابق نمودار زیر بدست می آید:

بیشترین مقاومت روی نمودار f’_c هست. اپسیلون صفر مقدار کرنش نمونه در مقاومت فشاری حداکثر است که در محدوده 0.0015 تا 0.002 قرار دارد.

ɛ_cu کرنش لحظه گسیختگی نمونه است که مقدارش در محدوده 0.003 تا 0.005 قرار دارد که طبق مبحث 9 ویرایش 99 مقدارش برای انواع بتن 0.003 در نظر می گیریم.

مطلب بعدی: مشخصات مکانیکی فولادی مورد استفاده در طراحی سازه

پیج اینستاگرام سیویل 2