ضریب رفتار؛ یکی از پارامترهای موثر در تحلیل مخازن هوایی بتنی
امروزه از سازه‌های بتن مسلح در مناطق مختلف جهان به صورت گسترده برای ذخیره‌سازی آب و سایر مایعات استفاده می‌شود. از مهم‌ترین سازه‌های بتنی برای ذخیره‌سازی آب می‌توان به مخازن هوایی اشاره کرد. با توجه به توسعه شهرها و رشد فزاینده جمعیت، طراحی، ساخت و نگهداری صحیح از این مخازن هوایی بتنی اهمیت زیادی پیدا کرده است. این مخازن باید به گونه‌ای طراحی شوند که در هنگام وقوع زلزله بتوانند به سرویس‌دهی برای تامین آب آشامیدنی و آب مورد نیاز برای مهار آتش‌سوزی‌های ناشی از این بلایای طبیعی ادامه دهند. ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی یکی از مهم‌ترین پارامترهایی است که در تحلیل این سازه‌های بتنی مورد توجه قرار می‌گیرد.
مفهوم ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی
افرادی که در رشته مهندسی عمران تحصیل و فعالیت می‌کنند، می‌دانند که سازه‌های بتنی به طور کلی در برابر زلزله دو نوع رفتار ارتجاعی و خطی یا غیر ارتجاعی و غیرخطی را از خود نشان می‌دهند. مهندسان عمران برای تحلیل رفتار خطی سازه که در آن بین نیرو و تغییر مکان نوعی رابطه خطی وجود دارد، از ضریب رفتار استفاده می‌کنند. اما در صورتی که مهندسان تمایل به تحلیل رفتار غیرخطی سازه بتنی مانند مخازن هوایی را داشته باشند، به صورت مستقیم به سراغ تحلیل خواص غیرخطی سازه می‌روند و از ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی صرف نظر می‌کنند.
بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که ضریب رفتار یکی از پارامترهای اساسی برای تحلیل رفتار خطی سازه بتنی مانند مخازن هوایی به شمار می‌آید. به زبان ساده، به تحلیل‌هایی که در آن‌ها تنها از فاز خطی استفاده شده و قانون هوک برای آن‌ها برقرار است، تحلیل خطی گفته می‌شود. در تحلیل خطی که با نام تحلیل پوش آور نیز شناخته می‌شود، مخازن هوایی بتنی به صورت استاتیک و بدون وابستگی به پارامتر زمان به طور جانبی تا رسیدن به تغییر مکان مورد نظر جابه‌جا می‌شوند. به این صورت می‌توان مقدار برش پایه را محاسبه کرد.
عوامل موثر بر ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی
ضریب رفتار یکی از عوامل موثر در محاسبه نیروی زلزله در تحلیل‌های خطی مانند تحلیل استاتیکی معادل به شمار می‌آید. به دلیل این که ما در تحلیل‌های خطی نمی‌توانیم به رفتار فرا ارتجاعی مخازن هوایی بتنی یا سایر سازه‌ها دسترسی داشته باشیم، ضریب رفتار می‌تواند به صورت غیرمستقیم این امکان را فراهم کند تا رفتار سازه‌های بتنی در حالت فرا ارتجاعی را به خوبی پیش‌بینی کنیم. یکی از سوالات مهمی که برای مهندسان عمران به وجود می‌آید، این است که ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی تحت تاثیر چه عواملی قرار دارد؟
عوامل موثر بر ضریب رفتار این سازه‌های بتنی عبارتند از:
- ضریب اضافه مقاومت
- ضریب شکل‌پذیری
- ضریب نامعینی یا قید اضافی
ضریب اضافه مقاومت چیست؟
مقاومت یکی از اصلی‌ترین پارامترهای سازه‌های بتنی مانند مخازن هوایی برای پیشگیری از ناپایداری زودهنگام به شمار می‌آید. زمانی که یکی از اعضای مخازن هوایی بتنی به حد تسلیم برسد و در آن شاهد ایجاد مفصل پلاستیک باشیم، عضو می‌تواند با وارد شدن به فاز تغییر شکل فرا ارتجاعی همچنان انرژی واردشده به سازه بتنی را جذب کرده و در نهایت به مرحله گسیختگی برسد. پس از ایجاد مفصل پلاستیک، درجه نامعینی و سختی مخزن هوایی بتنی به صورت تدریجی کاهش پیدا می‌کند. اما این سازه تا زمان رسیدن درجه نامعینی به صفر، می‌تواند پایداری خود را حفظ کرده و در برابر بارهای جانبی مقاومت کند.
از طرف دیگر، وجود عضوهای غیرسازه‌ای باعث می‌شود که مقاومت مخازن هوایی بتنی در هنگام وقوع زلزله به طرز غیرقابل پیش‌بینی افزایش پیدا کند. وجود این عوامل باعث ایجاد ضریبی به نام اضافه مقاومت می‌شود که می‌تواند ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی را افزایش دهد.
اثر ضریب شکل‌پذیری روی ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی
علاوه‌بر اضافه مقاومت، عامل دیگری نیز وجود دارد که می‌تواند به صورت مستقیم ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی را تحت تاثیر خود قرار دهد. به زبان ساده، به قابلیت جذب یا اتلاف انرژی تحت بارهای رفت‌وبرگشتی زلزله در محدوده رفتارهای غیرخطی شکل‌پذیری گفته می‌شود. اتلاف انرژی در رفتار غیرخطی سازه‌های بتنی مانند مخازن هوایی همواره دوران و تغییر شکل دائمی را به همراه دارد. هر چه میزان اتلاف انرژی بیشتر باشد، نیروی اعمال‌شده از طرف زلزله کمتر است.
رابطه موجود میان ضریب رفتار و ضریب شکل‌پذیری مخازن هوایی به طور مستقیم به عواملی مانند زمان تناوب سازه، نوع و کیفیت مصالح، میرایی و … بستگی دارد. با بررسی این عوامل می‌توان در نهایت به این نتیجه‌گیری رسید که افزایش شکل‌پذیری می‌تواند باعث افزایش ضریب رفتار در مخازن هوایی شود. به عبارت دیگر، در شرایطی که شکل‌پذیری سازه زیاد باشد، میزان جذب انرژی افزایش پیدا می‌کند و مقدار تغییر مکان در مرحله غیرارتجاعی بیشتر خواهد بود. بنابراین شکل‌پذیری بیشتر می‌تواند منجر به بزرگتر شدن ضریب رفتار شود.
ضریب رفتار؛ پارامتری برای تحلیل رفتار سازه در هنگام وقوع زلزله
ضریب رفتار مخازن هوایی بتنی بیانگر تاثیر عوامل و ضرایب مختلفی مانند اضافه مقاومت، نامعینی و شکل‌پذیری و … است که برای طراحی این سازه‌های بتنی به منظور مقاومت در برابر نیروی زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرد. از انجا که ما در تحلیل رفتار خطی مخازن هوایی بتنی به اطلاعات مربوط به رفتار فرا ارتجاعی این سازه‌ها دسترسی نداریم، می‌توانیم برای تحلیل رفتار سازه از این پارامتر استفاده کنیم. در میان عوامل موثر بر ضریب رفتار، ضرایب اضافه مقاومت و شکل‌پذیری تاثیرگذاری بیشتری دارند و این ضریب را با شدت بیشتری دچار تغییر می‌کنند.
سوالات متداول
برای محاسبه ضریب رفتار مخازن هوایی از چه روش‌هایی استفاده می‌شود؟
برای محاسبه ضریب رفتار در سازه‌های مختلف می‌توان از روش‌های آمریکایی مانند طیف ظرفیت فریمن و ضریب شکل‌پذیری یوانگ یا روش‌های اروپایی مانن تئوری شکل‌پذیری و روش انرژی استفاده کرد.
ضریب نامعینی چه تاثیری بر روی عملکرد سازه‌های بتنی و ضریب رفتار دارد؟
یکی از مهم‌ترین پارامترهای اثرگذار در عملکرد مخازن هوایی بتنی در هنگام وقوع زلزله تعداد درجات نامعینی آن‌ها است. هر چه ضریب نامعینی بیشتر باشد، ضریب رفتار مخازن نیز بهبود پیدا می‌کند.
ضریب رفتار مخازن متکی بر شافت مرکزی بیشتر است یا مخازن متکی بر قاب خمشی؟
با توجه به نتایج آزمایش‌های انجام‌شده در زمینه تعیین ضریب رفتار، می‌توان نتیجه‌گیری کرد که ضریب رفتار مخازن مکعبی شکل متکی بر قاب خمشی از مخازن مکعبی متکی بر شافت مرکزی بیشتر است.
ثبت ديدگاه