بررسی ضوابط آرماتورگذاری پیچشی

ضوابط آرماتور های پیچشی طولی

همانطور که در بخش قبل گفته شد، چنانچه طراحی برای پیچش ضرورت داشته باشد، تعبیه آرماتورهای عرضی و طولی مناسب در مقطع الزامی می باشد.

مساحت لازم برای این آرماتورها بر اساس مقدار لنگر پیچشی اعمالی و روابط قبلی گفته شده محاسبه می شود، اما باید به این نکته توجه کرد که مقدار این آرماتورها از مساحت حداقلی نباید کمتر در نظر گرفته شود.

حداقل مساحت آرماتورهای طولی پیچشی مطابق روابط زیر بدست می آید.

f_yt: مقاومت تسلیم آرماتورهای عرضی، مگاپاسکال

f_y: مقاومت تسلیم آرماتورهای طولی، مگاپاسکال

b_w: عرض جان یا قطر مقطع دایره ای، میلی متر

A_cp: سطح مقطع محصور به محیط خارجی عضو، میلی متر

P_h: محیط محصور به محورهای خاموت بسته پیچشی، میلی متر.

بررسی یک تبصره

در مقاطع توپر (فاقد هرگونه بازشوی داخلی) چنانچه ارتفاع مقطع از سه برابر عرض مقطع تحت اثر پیچش (عرضی دربرگیرنده خاموت بسته پیچشی) بیشتر باشد، نیازی به کنترل حداقل مساحت میلگردهای طولی مطابق رابطه فوق نبوده، در این خصوص به منظور تحلیل مقطع می توان از روش های مختلف طراحی که صحت آنها طبق تحقیقات و نتایج آزمایشات جامع انجام شده به اثبات رسیده باشد، استفاده نمود.

b_t: عرضی از مقطع که خاموت های بسته پیچشی در آن قرار داده می شوند.

در این حالت کنترل مساحت حداقل آرماتور پیچشی طولی مطابق روابط بالا ضروری نیست، اما فاصله آرماتورهای پیچشی مطابق موارد 1 و 2 زیر تعیین می گردد.

در مورد آرماتورهای طولی پیچشی به موارد زیر توجه کنید:

1- پس از محاسبه مساحت مورد نیاز آرماتورهای طولی پیچشی، لازم است این آرماتورها به نحو مناسبی در مقطع توزیع گردند. آرماتورهای پیچشی طولی باید دور تا دور مقطع در داخل محیط خاموت بسته پیچشی به طور یکنواخت با حداکثر فاصله 300 میلی متر به یکدیگر توزیع شوند. از طرفی در هر گوشه خاموت بسته پیچشی باید حداقل یک آرماتور طولی پیچشی قرار داده شود. قطر حداقل آرماتورهای پیچشی طولی، معادل 042S و حداقل 10 میلی متر در نظر گرفته می شود.

با توجه به مورد فوق، توزیع آرماتورهای طولی مقطع را می توان به صورت شکل زیر مشخص کرد:

2- آرماتور طولی پیچشی براساس بحرانی ترین لنگر پیچشی مقطع طراحی شده و در عضو مورد نظر به کار گرفته می شوند. با توجه به اینکه مقدار لنگر پیچشی وارد بر عضو در طول آن تغییر می کند، ممکن است مقدار لنگر پیچشی اعمالی در طول تیر کاهش پیدا کرده و مقدار آن از φT_th نیز کمتر شود.

در این حالت به لحاظ محاسباتی نیازی به تعبیه آرماتورهای طولی پیچشی نبوده ولی به لحاظ آیین نامه ای لازم است از محلی که دیگر نیازی به تعبیه آرماتورهای طولی پیچشی در آن وجود ندارد، آرماتورها را به اندازه حداقل b_t+d ادامه داد، که در آن d عمق موثر بوده و b_t عرض قسمتی از مقطع است که با خاموت های بسته محدود شده و در برابر پیچش مقاومت می کند.

لازم است آرماتورهای پیچشی طولی در هر دو سمت تیر به نحو مناسبی مهار گردند.

3- در مقاطع پیش ساخته توپری که در آنها نسبت 4.5≤h/bt می باشد، کنترل حداقل آرماتور پیچشی طولی و محدودیت فواصل آنها ضروری نبوده و از طرفی انجام تحلیل های سازگار با نتایج تحقیقات و آزمایشات جامع، می توان از فولاد جان به صورت باز نیز استفاده کرد.

ضوابط آرماتورهای پیچشی عرضی

مطابق آنچه در مقاومت پیچشی اسمی مقطع خواندیم، در طراحی آرماتورهای پیچشی عرضی، مساحت مورد نیاز براساس مقدار لنگر پیچشی وارده و مقدار لنگر پیچشی مقاوم اسمی محاسبه می شود ولی مقدار حداقل آن به طور مجزا کنترل نمی شود، بلکه مساحت حداقل آرماتور عرضی تحت عوامل برش و پیچش کنترل خواهد شد که ضوابط آن در قسمت پنجم ارائه شده است.

پس از محاسبه آرماتورهای پیچشی عرضی مورد نیاز تحت اثر پیچش، لازم است موارد زیر کنترل شوند:

1- حداکثر فاصله بین آرماتورهای پیچشی عرضی به صورت زیر بدست می آید:

P_h: محیط محصور به محورهای اضلاع بیرونی ترین خاموت بسته پیچشی.

2- آرماتورهای پیچشی عرضی باید از محل مقطعی که دیگر وجودشان برای تحمل پیچش الزامی نیست، حداقل به اندازه b_t+d امتداد داده شوند.

در مقاطع توخالی تحت اثر پیچش لازم است خاموت ها تا حد امکان به جدار خارجی مقطع نزدیک باشند. به همین دلیل حداقل فاصله بین محورهای اضلاع خاموت بسته پیچشی تا وجه درونی مقطع برابر 0.5Aoh/Phدر نظر گرفته می شود.

مثال: یک مقطع تیر بتن آرمه به عرض 400 میلی متر و ارتفاع 500 میلی متر را در نظر بگیرید. حداقل مساحت آرماتورهای پیچشی طولی مورد نیاز تیر چقدر باید در نظر گرفته شود؟ فرض کنید آرماتورهای پیچشی عرضی از نوع φ10@150 mm بوده، پوشش بتن روی آرماتورها برابر 50 mm و مصالح مصرفی بتن از رده C30 و فولادهای طولی و عرضی S400 هستند.

1- 438 2- 912 3- 538 4- 725 میلی متر مربع

حل:

بنابراین حداقل مساحت آرماتورهای طولی پیچشی مورد نیاز برابر 438.1 میلی متر مربع می باشد و گزینه 1 صحیح است.

مثال: یک تیر بتن آرمه مستطیلی به عرض 400 و ارتفاع 500 میلی متر، تحت اثر لنگر پیچشی ضریبدار 23 kN.m قرار گرفته است. در صورتی که مصالح مصرفی بتن از رده C35، فولادهای طولی و عرضی S400 و پوشش بتن روی آرماتورها برابر 50 میلی متر باشد، به هریک از سوالات زیر پاسخ دهید.

الف) در صورتی که از آرماتور عرضی به قطر 10 میلی متر به عنوان خاموت پیچشی استفاده گردد، حداکثر فاصله قابل قبول آرماتورهای عرضی را محاسبه کنید.

ب)آرایش آرماتورگذاری طولی مورد نیاز در تیر را بدست آورید.

حل:

الف) با توجه به اینکه لنگر وارد بر تیر مشخص است، بنابراین لنگر پیچشی مقاوم اسمی مقطع را به صورت زیر بدست می آوریم:

از طرفی حداکثر فاصله بین آرماتورهای پیچشی عرضی نیز به صورت زیر بدست می آید:

همانطور که مشاهده می شود، مقدار حداکثر گام مجاز خاموت های پیچشی تعیین کننده بوده و در این صورت لازم است از آرماتورهای عرضی با فاصله حداکثر 170 mm استفاده نمود.

ب) با فرض S=170 mm داریم:

از طرفی با توجه به اینکه مقدار لنگر پیچشی وارد بر مقطع نیز مشخص است، لذا مساحت آرماتور پیچشی را با مقدار مورد نیاز مطابق رابطه گفته شده کنترل می کنیم:

بنابراین مساحت A_lmin=614.1 mm² قابل قبول بوده و محاسبات براساس آن انجام می شود.

همانطور که گفته شد، میلگردهای طولی باید در فواصل حداکثر 300 میلی متری نسبت به یکدیگر قرار بگیرند، بنابراین با توجه به ابعاد مقطع و پوشش بتن، لازم است حداقل تعداد 6 عدد آرماتور در مقطع تعبیه گردد. بنابراین قطر مورد نیاز این آرماتورها برابر است با:

از طرفی حداقل قطر میلگردهای طولی نیز به صورت زیر کنترل می شود:

بنابراین لازم است حداقل 6φ12 به عنوان آرماتور طولی در مقطع تعبیه گردد. در این حالت فاصله محور تا محور آرماتورهای طولی در هر دو جهت مقطع کوچکتر از 300 میلی متر می باشد.