فلسفه، نحوه محاسبه و جزییات طول مهاری و طول همپوشانی

شاید از اوایل دانشگاه در دروس طراحی سازه های بتن آرمه به یاد داشته باشید که یکی از مهم ترین بحث ها در طراحی سازه های بتنی بحث طول مهاری می باشد، ولی خب سوالی که مطرح می شود این است که طول مهاری چیست ؟

طول مهاری طولی از عضو میلگرد می باشد که در داخل بتن فرو رفته و باعث می شود در هنگام اعمال بار و تغییر شکل عضوها و المان های بتنی میلگرد از بتن در نرفته یا به اصطلاح سُر نخورده و خارج نشود، ولی خب شاید یک سوال برای ما به وجود بیاید!!  معمولا در تمامی اعضای بتنی میلگرد کاملا درون بتن می باشد پس بحث سر خوردن و بیرون آمدن میلگرد دیگر چه کاربردی دارد؟ این سوال شاید یکی از سوالاتی باشد که  اکثر دانشجویان رشته مهندسی عمران به آن بر بخورند و باعث تعجب آن ها شود که مگر می شود میلگردی که کاملا درون بتن فرو رفته  سُر بخورد؟ برای درک این مطلب با یک مثال در ادامه توضیح می دهیم که طول مهاری چیست و چه کاربردی دارد؟

فرض کنید شما و یک نفر دیگر در حال انجام یک مسابقه برای فهمیدن قدرت یکدیگر هستید. روند این مسابقه به این شکل است که یک نفر باید دست یک نفر دیگر رو قلاب کرده و نگه دارد و نفر بعدی باید سعی کند با زور خود از دست نفر دیگر خارج شود. در واقع به این شکل که شما دست خود را مستقیم نگه می دارید و دوست دیگرتان دو دست خود را به صورت یک دایره کرده و سعی میکند نگذارد که شما دستتان را خارج کنید حالا با این روند مسابقه در سه حالت برگذار می شود یکبار باید از مچ گرفته شود، بار دیگر باید از آرنج گرفته شود و بار آخر از قسمت بازو حالا به نظر شما در کدام یک از حالت های گفته شده فرد می تواند دست خود را زودتر کشیده و خارج کند؟ خوب مطمئا هر چه دست شما بیشتر در درون دست فرد مقابل باشد دیرتر می توان دست خود را کشید،یعنی اگر شما دست فرد مقابل را از قسمت مچ گرفته باشید فرد با چندین بار تلاش به راحتی می تواند دست خود را خارج کند ولی اگر دست شما را از قسمت بازو گرفته باشد به دلیل فضای کم برای اعمال نیرو سخت تر می توان دست خود را خارج کرد.

این مثال مقدمه ایی برای بحث طول مهاری در بتن می باشد. در واقع اگر دو شی مختلف را بخواهید درون یکدگیر قفل کنید برای اینکه مطمئن شوید یکی از آن ها خارج نمی شود طول بیشتری را باید برایش در نظر بگیرید. به شکل زیر دقت کنید یک استوانه بتنی را در نظر بگیرید که یک میلگرد درون آن از قبل قرار داده شده و می خواهیم که میلگرد را کشیده و از درون آن خارج کنیم. خوب مطمئا میگوید که هر چقدر که طول میلگرد داخل بتن بیشتر باشد میلگرد دیرتر خارج شده و یا ممکن است اصلا خارج نشود.

 

 

عوامل موثر بر طول مهاری میلگردها

طول مهاری میلگردها در اعضای بتن آرمه به عوامل متعددی بستگی دارد که در ادامه آن ها را مورد بررسی قرار می دهیم اما در اینجا یک سوال مطرح می کنیم که چرا اصلا باید طول مهاری را رعایت کنیم و اصلا چه اهمیتی دارد که میلگرد داخل بتن سُر نخورد؟

ما در طراحی سازه های بتنی اصلی ترین فرضی که در مورد میلگردها داریم، این است که میلگردهای ما جاری شود (یعنی به حداکثر تنش تسلیم خودشان برسند) حالا فرض کنید یک تیر تحت خمش قرار گرفته است  قبل از رسیدن میلگردها به حداکثر ظرفیت خودشون از داخل بتن سر خورده و خارج شوند، در این حالت تمام فرضیات طراحی ما زیر سوال رفته و باعث می شود که مقطع نتواند طبق روند پیش بینی شده عمل کند.

شکل بالا تیری را نشان می دهد که تحت خمش بوده و با توجه به دیاگرام خمش، بیشترین لنگر در وسط تیر اتفاق می افتد. ترک هایی که مشاهده می شود ترک های خمشی در قسمت پایین مقطع می باشند. حالا فرض کنید قسمت پایین مقطع که تحت خمش است قبل از اینکه مقطع به حداکثر ظرفیت خود برسد میلگرد از دو انتهای خود سُر خورده و خم شود (یعنی به حداکثر تنش تسلیم خود نرسد). آیین نامه ها هم با توجه به این فلسفه روابطی را برای تامین طول مهاری برای طراحان مشخص کرده اند که لازم است همه ی طراحان سازه نسبت به آن اشرافیت کامل را داشته و در طراحی های خود این موضوع رو در نظر بگیرند. در ادامه تعدادی از آزمایش های انجام شده برای نشان دادن اهمیت طول مهاری را مشاهده خواهید کرد که در آن نکات بسیار مهمی گفته می شود.

اولین آزمایش مربوط به استوانه بتنی می باشد که مش بندی برای آن انجام نشده است و همچنین طول میلگردی که داخل بتن فرو رفته است بلند می باشد. (در واقع منظور ما از مش خاموت هایی هستند که دور هسته بتن رو محصور کرده و از پوکیدن و ترکیدن آن جلوگیری می کنند)

 

 

دومین ویدئو مربوط به آزمایش استوانه بتنی می باشد که مش بندی برای آن انجام شده است و طول میلگردی که برای آزمایش داخل آن فرو رفته است کوتاه می باشد.

 

 

سومین ویدئو که برای دوستان آماده کردیم استوانه بتنی می باشد که مش بندی برای آن انجام نشده است و میلگرد مورد استفاده در این ویدئو به صورت بدون آج می باشد و همچنین طول میلگرد به صورت کوتاه می باشد.

 

 

 

چهارمین ویدئو مربوط به استوانه بتنی می باشد که مش بندی برای آن انجام شده است و میلگرد مورد استفاده در آن بدون آج می باشد و طولی که درون بتن فرو رفته است بلند می باشد.

 

آخرین ویدئو مربوط به استوانه بتنی می باشد که مش بندی برای آن صورت گرفته است و میلگرد مورد استفاده در آن به صورت آج دار بوده و همچنین طول میلگرد مورد استفاده در آن بلند بوده و همه ی این موارد دست به دست هم داده است تا به جای اینکه بتن خرد شده یا اینکه میلگرد از داخل آن سُر بخورد میلگرد به حداکثر ظرفیت نهایی خود رسیده و جاری شود که این ایده آل ترین رفتاری است که مورد انتظار ما نیز می باشد.

در ویدئوهایی که برای شما آماده کردیم چند نکته وجود داشت که مقدمه ی مواردی است که برای محاسبه و تعیین طول مهاری میلگردها و آرماتورها به آن نیاز داریم. اولین نکته ایی که می توان از آن برداشت کرد وجود یا عدم وجود مش بندی یا محصور شدگی بتن مورد استفاده در مقاطع می باشد. در ویدئو اول دیدیم که پس از اینکه میلگرد کشیده شد به دلیل طول بلندی که داخل بتن فرو رفته است میلگرد از آن سُر نخورد اما به دلیل عدم مش بندی استوانه، بتن از وسط شکسته شد و میلگرد از داخل آن خارج شد، پس نکته ایی که می توان از این ویدئو برداشت کرد وجود خاموت در تیر یا ستون یک از عوامل پایداری مقطع برای جلوگیری از خارج شدن میلگرد از داخل آن می باشد.

خاموت ها در مقاطع بتنی چندین وظیفه بر عهده دارند که از جمله مهم ترین این وظایف کنترل تنش های برشی وارده بر مقطع (جلوگیری از گسترش ترک حاصل از تنش برشی)، جلوگیری از شکست ترد مقطع بتنی با محصور کردن هسته ی بتنی، جلوگیری از گسیختگی آرماتورهای طولی در اعضای بتنی.

 

دومین مسئله ایی که می توان از ویدئوها برداشت کرد بحث آج داشتن آرماتورها می باشد، مشاهده کردید که میلگردهای بدون آج به راحتی با اعمال نیروی کم از داخل بتن سُر خورده و خارج می شوند، آج دار بودن میلگرد باعث می شود چسبندگی بین فولاد و بتن به شدت بالا رفته و این خود باعث جلوگیری از خارج شدن میلگرد و آرماتور از داخل بتن می شود. آج میلگردها به شکل های مختلفی می باشد و این مورد بستگی به نوع آرماتور مصرفی در سازه هم دارد.

سومین مسئله و شاید اصلی ترین مسئله ایی که در ویدئوها مشخص بود طول میلگرد مدفون شده در بتن می باشد، که دقیقا تمام صحبت ما برای طول مهاری همین موضوع می باشد.خب پس از بررسی اولیه اینکه طول مهاری چیست و چه کاربردی دارد حالا سراغ بحث های تئوری طول مهاری می رویم و سعی می کنیم نکات آیین نامه ایی و علمی را برای این موضوع باز کنیم.

روش های مهار آرماتور در بتن

اولین موضوع برای طول مهاری این است که با چند روش می توان طول مهاری آرماتور و یا میلگرد را در بتن تامین کرد و رفتار مقطع را به رفتار ایده آل خودمون نزدیک کنیم، در ادامه با انواع مهار میلگرد در بتن آشنا می شوید. در کارهای اجرایی درکل ما با ۴ روش مهار میلگرد در بتن سروکار که از بین این روش های مهار یکی دو  نوع از آن ها کاربرد بیشتری داشته و ما بیشتر از آن ها استفاده می کنیم.

مهار آرماتور به صورت مستقیم

یکی از روش های مهار آرماتور در بتن مهار مستقیم می باشد، در بخش ویدئوهای مربوط به آزمایش ها دیدیم که طول آرماتور کاشته شده در بتن تاثیر به سزایی در عملکرد میلگرد دارد و هر چه طول بیشتری در بتن درگیر باشد. جدا شدن آرماتور از مقطع بتنی سخت تر میشود. در آیین نامه ACI-318 طول مهاری میلگرد مستقیم را با نام  Ld معرفی می شود که در شکل زیر آن را مشاهده می کنید.

 

مهار آرماتور به صورت خم ۹۰ درجه

روش دیگری که در مهار آرماتورها مورد استفاده قرار میگیرد مهار آرماتور به صورت خم ۹۰ درجه می باشد، از جمله پرکاربردترین روش های مهار آرماتور در سازه ها می باشد. به دلیل عرض کم مقاطع ستونها یا دیوارها و… ما نمی توانیم در تمام مقاطع، آرماتور را به صورت مستقیم در داخل بتن ادامه دهیم به همین دلیل آیین نامه ها روش خم ۹۰ درجه را پیشنهاد داده اند که ضوابط مربوط به آن را در ادامه ی مقاله تشریح می کنیم. در بحث طول مهاری میلگردها به صورت خم شده یک بحث دیگر هم وجود دارد وآن هم طولی از آرماتور می باشد که باید حتما در داخل بتن تامین شده و سپس خم صورت گیرد در واقع ما نمی توانیم هر کجا و هر چقدر که دلمان خواست آرماتور را خم کنیم بلکه باید ضوابط طول قبل از خم و طول خم شده را تامین کنیم. همچنین خم آرماتورها دارای ضوابطی می باشد که باید حتما رعایت شود. آیین نامه طول قبل از خم را با نام Ldh معرفی می کند و طول خم شده را با نام Lext که در ادامه تصویر آن را مشاهده می کنید.

[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]

این مقاله در حال بروزرسانی می باشد

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

منو اصلی