تحلیل غیرخطی استاتیکی مقاطع و تیرهای مقید و نامقید بتن مسلح به کمک الگوی جزء درشت اجزای محدود

چکیده در تحلیل های خطی، مرکز هندسی مقاطع، محورمبنای محاسبه ی لنگر، سفتی خمشی و کرنش محوری ناشی از خمیدگی آن ها بوده و مستقل از بارگذاری است. در مورد مصالح با رفتار غیرخطی، محور مبنای واقعی مقاطع (مرکز سفتی) که از رابطه ی ایستایی بدست می آید، در ارتفاع آن ها جابجا می شود. این درحالی است که بسیاری از پژوهشگران از محور مبنای ثابت، همچون مرکز پلاستیک در تحلیل مقاطع استفاده کرده اند. در پژوهش حاضر براساس مرکز سفتی و مرکز پلاستیک برنامه ی رایانه ای نوشته و در تحلیل انواع مقاطع بتن مسلح از آن استفاده شده است. نتایج حاصل به صورت انواع نمودارها، از جمله نمودارهای اندرکنش نیرو-لنگر ارائه شده است. برخلاف تحلیل به کمک مرکز پلاستیک که در پاره ای موارد دچار عدم همگرایی شده اند، هیچ یک از تحلیل های مرکز سفتی با چنین مشکلی مواجه نشدند. روابط تحلیلی ارائه شده نشان می دهد که استفاده از مرکز سفتی سبب حذف تغییرشکل های ناسازگار و نیروهای نامتوازن از تحلیل می گردد. در قسمت دوم پژوهش حاضر به کمک مرکز سفتی مقاطع عرضی، مدل سازی نوینی برای محور طولی اجزای تیر-ستون بتن مسلح ارائه شده است. با تغییر رفتار مصالح، محور طولی پیشنهادی در درون اجزا جابجا می شود. این ویژگی، رفتارغیرخطی هندسی درونی نامیده شده است. براساس تحلیل های انجام شده، ویژگی مذکور سازگاری خود را با عمل قوسی در تیرهای بتن مسلح مقید نشان داده است. در این پژوهش، برنامه ی رایانه ای نوشته شده براساس محور طولی پیشنهادی با نتایج آزمایش های موجود، مقایسه و راستی آزمایی شده است. همچنین تحلیل های انجام شده با آن، برتری خود را بر تحلیل های دیگر نشان می دهد. از مدل پیشنهادی برای بررسی پارامترهای موثر بر رفتار و مقاومت تیرهای مقید نیز استفاده شده است. این پارامترها شامل نسبت طول دهانه به ارتفاع مقطع و مقدار و خصوصیات میلگردهای مسلح کننده ی بتن می باشند. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که با افزایش نسبت طول دهانه به ارتفاع مقطع، نسبت مقاومت تیر مقید به نامقید به صورت تقریباً خطی کاهش می یابد. برای تمام نسبت های فولاد کششی، با افزایش مقدار فولادهای فشاری، مقاومت تیرهای مقید در حضور عمل قوسی به صورت خطی افزایش می یابد. در حالتی که مقدار میلگرد تیر مقید کم باشد، مقاومت تیر بتنی-پلیمری بیشتر از تیر بتنی-فولادی است. همچنین در مرحله ی بهره برداری، تیر بتنی-پلیمری (علی رغم کوچک بودن ضریب کشسانی میلگردهای پلیمری نسبت به میلگردهای فولادی) سختی بیشتری از خود نشان داده اند. مرکز سفتی، امکان توجیه چنین رفتارهایی را براساس عمل قوسی در تیرهای مقید فراهم آورده است.