از یک اتصال گیردار تیر به ستون بتنی چه انتظاری داریم؟

در طراحي یک سازه بتنی با اتصالات گیردار، فرض بر انتقال کل لنگر به ستون از طریق تیر است. اينگونه اتصالات وظيفه انتقال كامل تمامي لنگرهاي خمشي، پيچشي و نيروهاي محوري و برشي بين اعضا متصل بهم را عهده دارند. بوجود آمدن تغيير شكل‌هاي جزئي در محل اتصال باعث مي‌شود كه اين وظيفه بطور كامل انجام نگردد. اتصال تير به ستون در بين انواع اتصالات ديگر در قابهاي بتن مسلح حائز اهميت خاصي است. زیرا ابعاد اتصال بسيار كوچك است در حاليكه لنگرهاي منفي حداکثر و نيروهاي برشي حداکثر در همين محل اتفاق مي‌افتند و لذا تراكم ميلگرد گذاري فوق العاده زياد مي‌شود. در اتصالات كناري تير- ستون به اين دليل كه ميلگرد‌هاي تير بايد در اين ناحيه مهار و قطع گردند، بر خلاف اتصالات تير-ستونهاي مياني كه در آنها ميلگردهاي تير را مي‌توان بطور ممتد از داخل اتصال عبور داد، با مسئله اي حادتر مواجه مي‌شويم. در سازه‌هاي بتن مسلح پيش ساخته بدليل اينكه ميلگردهاي ستون در ناحيه اتصال قطع مي‌گردند مشكل ديگري نيز بر مشكلات فوق الذكر اضافه مي‌گردد.

  بطور خلاصه مشكل عمده اي كه اتصال تير به ستون را از ساير اتصالات (ديوار به سقف، ستون به دال و غيره) متمايز مي‌كند، اينست كه ناحيه تقاطع تير به ستون كوچك است و تعبيه حجم زياد ميلگرد مشكل.

  مشاهدات پس از وقوع زلزله‌هاي واقعي و نيز نتايج آزمايشات مبين اين نكته بوده اند كه خرابي‌هاي سازه‌اي بيشتر در ناحيه اتصالات مشاهده شده است، حال آنكه گسيختگي ساير المانهاي سازه اي كمتر اتفاق افتاده است.

در سازه‌هاي بتني مسلح پيش ساخته، بر خلاف سازه‌هاي بتني مسلح معمولي، گاهي اتصالات مفصلي طرح و اجرا مي‌گردند. در آناليز سازه‌هاي يكپارچه، اغلب فرض بر اين است كه اتصال به اندازه كافي جهت انتقال ممانها و برشهاي بوجود آمده در اثر بارهاي اعمالي به سازه، مقاوم و قوي هست و لذا اعضاي متصل به يكديگر در ناحيه اتصال چرخش يكساني دارند.

  با توجه به اصل سنت ونان توزيع تنشها در محل اتصال ممكن است به كلي متفاوت از توزيع تنش در اعضاي متصل بهم باشد اغلب در طراحي اتصال تير به ستون، پيشنهاد مي‌شود كه يك سيستم نيرويي ساده (معادل بارهاي اعمالي) را به جاي نيروهاي واقعي در بلوك اتصال در نظر بگيرند.

در ناحيه اتصال تير ستون- بدليل كوچك بودن فضاي قابل دسترسي- اجراي ميلگردگذاري و نيز جا دادن بتن خالي از اشكال نيست تنشهاي كششي ماكزيمم در اثر بار‌هاي متناوب در طول قطر‌هاي اتصال بوجود مي‌آيند و لذا ترك خوردگي در طول اين قطرها بوجود مي‌آيند. از نظر سازه اي بهترين وضعيت خاموت گذاري عمود بر مسير ترك، يعني باز هم در طول اقطار اتصال است ولي مشكلات اجرايي و تغيير در جهت نيرو مانع از انجام اين كار مي‌شود. در طراحي يك اتصال صلب بايد نكات ذيل را مد نظر قرار داد:

  • اتصالات بايد به گونه اي طراحي شوند كه بتوانند حداقل همان لنگرها و نيروهايي را كه اعضاي مجاور اتصال تحمل مي‌كنند، متحمل گردند يعني بتوان از حداكثر ظرفيت اعضاء استفاده كرد.
  • براي اتصالاتي كه معيار اول را ارضاء ننمايند، انعطاف پذيري، اتصال بايد به گونه اي باشد كه از گسيختگي ترد جلوگيري شود.
  • حين وقوع زلزله، استهلاك انرژي قابل ملاحظه مشاهده گردد.
  • عرض ترك تحت اثر بارهاي سرويس محدود و در حد قابل قبول باشد.
  • از نقطه نظر ميلگردگذاري سهولتهاي اجرايي ملحوظ گردد. اين يكي از مهمترين دلايلي است كه آرايشهاي مختلفي از نظر ميلگردگذاري براي اتصالات پيشنهاد مي‌شوند.
  • تغيير مكان اتصال نبايد موجب افزايش چشمگير تغيير مكان سازه گردد.
  • اگر زلزله متوسطي به سازه اعمال شد، اتصالها بايد رفتارشان در محدوده ارتجاعي باشد.
  • پس از تشكيل مفصل پلاستيك در محل اتصال، اتصال قادر باشد چرخشهاي قابل ملاحظه اي را بدون كاهش در لنگر پلاستيك متحمل شود. بعبارت ديگر اتصال به اندازه كافي نرم باشد.

  در سازه‌هاي نامعين استاتيكي پس از شكست اتصال ، لزوما سازه فرو نخواهد ريخت و در صورتي كه اتصال بتواند رفتاري نرم داشته باشد پس از تشكيل مفصل پلاستيكي از درجات نامعيني سيستم كم شده و يك باز توزيع ممان در اعضاي مجاور به اتصال صورت خواهد گرفت كه باعث خواهد شد كه سازه بتواند بارهاي بيشتري را تحمل كند. در حاليكه در سيستمهاي استاتيكي معين، با تشكيل اولين مفصل پلاستيكي سيستم فرو خواهد ريخت. در سازه‌هاي معين، مقاومت اتصال به منظور ايجاد يكپارچگي بين اعضا يك عامل بسيار بحراني است و در صورتيكه مقاومت اتصال كمتر از مقاومت اعضاي متصل به يكديگر باشد سيستم قبل از اينكه بتواند نيروهاي طراحي را تحمل كند فرو خواهد ريخت.

  اگر بتوان مفصل پلاستيكي را به بيرون از ناحيه اتصال هدايت نمود در اينصورت عملكرد سيستم بهتر خواهد شد. مخصوصا در قاب‌هاي بتن آرمه مطلوب اينست كه مفصل پلاستيكي به خارج از ناحيه اتصال تير به ستون و به درون تير هدايت گردد. اين موضوع باعث مي‌شود كه حين وقوع زلزله از تشكيل طبقه نرم جلوگيري شود. و فلسفه تير ضعيف- ستون قوي نيز رعايت گردد. روشهايي براي اين منظور وجود دارد كه در فصول بعدي اين تحقيق به آنها اشاره اي خواهد شد.

  در يك سازه بتن آرمه ممكن است انواع گوناگوني از اتصالات وجود داشته باشند. اتصالات ممكن است 4 و يا 3 بعدي باشند.ممكن است زواياي اعضاي متصل بهم حاده، قائمه و يا منفجره باشند. در قابهاي شيبدار زواياي تير و ستون غير قائمه است. در قابهاي بتن مسلح مسطح از نظر تعداد اعضاي متصل بهم مي‌توان اتصالات را به انواع دو عضوي يا گوشه، اتصالات سه عضوي يا خارجي و اتصالات چهار عضوي يا مياني تقسيم نمود.

منبع: تسنيمي‌، عباسعلي ، “رفتار و طرح لرزه اي ساختمان‌هاي بتن مسلح”، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، جلد اول 1380