در مناطق مستعد زلزله، هدف اصلی مهندسان سازه طراحی ساختمانها و زیرساختهایی است که بتوانند در برابر حرکات زمین قابل توجه بدون شکست فاجعهبار مقاومت کنند. بتن مسلح سنتی، در حالی که از نظر فشاری قوی است، اغلب رفتار شکننده ای را تحت بارگذاری پیچیده و چرخه ای ناشی از رویدادهای لرزه ای از خود نشان می دهد. این شکنندگی میتواند منجر به فروپاشی ناگهانی-غیر شکلپذیر شود. در سالهای اخیر، ادغام الیاف تقویتکننده، بهویژه الیاف فولادی با کشش سرد، بهعنوان یک فناوری دگرگونکننده برای افزایش شکلپذیری و ظرفیت اتلاف انرژی بتن پدیدار شده است و آن را برای ساختوسازهای مقاوم در برابر لرزه بسیار مناسب کرده است.
لبه تولید: فرآیند طراحی سرد
عملکرد برتر این الیاف در مرحله تولید آغاز می شود. کشش سرد یک فرآیند شکلگیری فلز است که در آن سیم فولادی از طریق یک سری قالبهای کوچکتر در دمای اتاق کشیده میشود. این فرآیند به طور قابل توجهی استحکام کششی و استحکام تسلیم فولاد را از طریق سخت شدن کرنش افزایش می دهد. بر خلاف الیاف ورق گرم- نورد شده یا بریده شده، الیاف کشیده شده سرد دارای سطح صاف تر، یکنواخت تر و ساختار دانه داخلی بسیار همسو هستند. این روش ساخت منجر به ایجاد الیافی با استحکام استثنایی-نسبت-به اندازه و مهمتر از همه برای کاربردهای لرزهای، شکلپذیری افزایش یافته{8}}قابلیت تغییر شکل پلاستیک قابل توجه قبل از شکستگی میشود.
مکانیسم های افزایش عملکرد لرزه ای
هنگامی که به طور تصادفی در سراسر یک مخلوط بتن پراکنده می شوند، الیاف فولادی سرد کشیده شده به عنوان یک شبکه سه بعدی میکرو- تقویت کننده عمل می کنند. سهم آنها در مقاومت لرزه ای چند وجهی است:
1. پست{0}}ظرفیت کششی ترک خوردگی و شکل پذیری:ضعف اولیه بتن ساده مقاومت کششی پایین آن است. با ترک اولیه تحت بار لرزه ای، بتن سنتی یکپارچگی خود را از دست می دهد. الیاف فولادی که به صورت سرد کشیده می شوند، این ترک های ریز- را پل می کنند و تنش را به آنها منتقل می کنند. این به عنصر بتن اجازه میدهد تا ظرفیت باربری قابل توجهی را حتی پس از ترک خوردگی حفظ کند و پاسخ کرنشی شبه-تنش شکل پذیر- را نشان دهد. انعطاف پذیری بالای فیبر سرد کشیده شده به خودی خود تضمین می کند که می تواند طویل شود و انرژی را بدون شکنندگی جذب کند.
2. اتلاف انرژی:زلزله انرژی جنبشی را به سازه ها منتقل می کند. تغییر شکل غیر ارتجاعی الیاف فولادی سرد کشیده شده، هنگامی که از ماتریس بتن خارج می شوند یا تسلیم می شوند، مکانیسم بسیار موثری برای اتلاف این انرژی فراهم می کند. این فرآیند انرژی جنبشی مخرب را به گرما و اشکال دیگر تبدیل میکند و پاسخ ساختاری را کاهش میدهد و نیروهای متحمل شده توسط تقویتکننده اولیه را کاهش میدهد.
3. کنترل ترک و نگهداری یکپارچگی:با مهار باز شدن و انتشار ترک، الیاف از محلی سازی آسیب جلوگیری می کنند. این ریزش و تکه تکه شدن را کنترل می کند و یکپارچگی کلی و ظرفیت برشی اعضای سازه مانند تیرها، ستون ها و اتصالات ستون تیر-در طول بارگذاری چرخه ای حفظ می شود. همچنین با کاهش نفوذپذیری{3}}ترک خوردگی پست، دوام را بهبود می بخشد.
هم افزایی با تقویت متعارف و خواص مواد
الیاف فولادی سرد معمولاً جایگزین کاملی برای میلگردهای سنتی در المانهای باربر اولیه-نمیباشند، بلکه به صورت مکمل استفاده میشوند. آنها عملکرد خود ماتریس بتنی را افزایش می دهند و منجر به چیزی می شود که به عنوان بتن مسلح با الیاف فولادی (SFRC) شناخته می شود. همانطور که در طرح های مخلوط برای SFRC ذکر شده است، گنجاندن الیاف می تواند خواص بتن تازه، مانند کارایی، زمانی که از فوق روان کننده های مناسب استفاده می شود، بهبود بخشد. در حالت سخت شده، SFRC با الیاف کشیده شده سرد، چقرمگی، مقاومت در برابر ضربه و استحکام خستگی بهبود یافته را نشان میدهد- که همگی در شرایط لرزهای مفید هستند.
تحقیق در مورد عملکرد مواد در شرایط تنش، مانند مطالعات در مورد مقاومت در برابر خوردگی تنشی فولادهای با استحکام بالا در حالتهای مختلف پردازش، بر اهمیت درک رفتار مواد در محیطهای سخت تاکید میکند. ریزساختار کنترل شده الیاف سرد کشیده شده به عملکرد قابل اعتماد و قابل پیش بینی در شرایط تهاجمی که ممکن است به دنبال رویدادهای لرزه ای رخ دهد کمک می کند.
کاربرد در سازه های مقاوم در برابر لرزه{0}
استفاده از بتن تقویت شده با الیاف فولادی سرد به ویژه در موارد زیر مفید است:
مقاوم سازی لرزه ای:تزریق الیاف-شاتکریت تقویتشده یا ریختهگری الیاف-تقویتشده در اطراف ستونها و دیوارهای برشی موجود.
عناصر ساختاری شکل پذیر:ریختهگری مناطق بحرانی در قابهای مقاومت لحظهای، تیرهای اتصال و دیوارهای سازهای که اتلاف انرژی بالا مورد نیاز است.
عناصر پیش ساخته:ساخت اتصالات، پانلها و بخشهای تونلی پیشساخته مقاوم در برابر لرزهای که در آن شکلپذیری کنترلشده ضروری است.
اسلب روی درجه و پی:کاهش عرض ترک و بهبود توزیع بار در عناصر پی در معرض تغییر شکل زمین.
نتیجه گیری: پارادایم برای ساخت و ساز انعطاف پذیر
ادغام الیاف فولادی سرد کشیده شده در بتن نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در دستیابی به انعطاف پذیری لرزه ای است. این فناوری مواد با ایجاد شکلپذیری عالی، کنترل ترک برتر و ظرفیت اتلاف انرژی افزایش یافته، به طور مستقیم نیازهای اساسی طراحی لرزهای را برطرف میکند. این سازه ها را قادر می سازد به جای شکستن خم شوند، انرژی را جذب و هدر دهند و در برابر زلزله های بزرگ با آسیب های قابل تعمیر جان سالم به در ببرند. همانطور که قوانین ساختمان به سمت طراحی لرزه ای مبتنی بر عملکرد- تکامل می یابند، بتن تقویت شده با الیاف فولادی سرد به عنوان یک ماده کلیدی برای ساخت زیرساخت ایمن تر و انعطاف پذیرتر در آینده برجسته می شود.
