تشریح کامل مراحل پي سازي

پي سازي چند مرحله دارد :

1. آزمايش زمين از لحاظ مقاومت

2. پي كني

3. پي سازي

پي وسيله اي است كه بار و فشار وارد از نقاط مختلف ساختمان و همچنين بارهاي اضافي را به زمين منتقل مي كند .

آزمايش زمين :

طبقه بندي زمين چند نوع است :

زمين هايي كه با خاك ريزي دستي پر شده است :

اين نوع زمين ها كه عمق بيشتري دارند و با خاكهاي دستي محل گودال ها را پر كرده اند اگر سالهاي متمادي هم بگذرد باز نمي توان جاي زمين طبيعي را بگيرد و اين نوع زمين براي ساختمان مناسب نيست و بايد پي كني در آنها به طريقي انجام گيرد كه پي ها به زمين طبيعي يا زمين سفت برسد .

زمينهاي ماسه اي :

زمينهاي ماسه اي بيشتر در كنار دريا وجود دارد . اگر زمين از ماسه خشك تشكيل شده باشد ، تا يك طبقه ساختمان را تحمل مي كند و 1.5 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع مي توان فشار وارد آورد . ولي در صورتي كه ماسه آبدار باشد قابل ساختمان نيست ، چون ماسه آبدار حالت لغزندگي دارد و قادر نيست كه بار وارد را تحمل كند بنابراين ماسه از زير پي مي لغزد و جاي خالي خود را به پي مي دهد و پايه را خراب مي كند .

زمينهاي دجي : 

زمين دجي زميني است كه از شنهاي درشت و ريز و خاك به هم فشرده تشكيل شده است و به رنگهاي مختلف ديده مي شود :دج زرد ، دج سياه ، دج سرخ ، اين نوع زمين ها براي ساختمان مرغوب و مناسب است .

زمينهاي رسي :

اگر رس خشك و بي آب و فشرده باشد ، براي ساختمان زمين خوبي محسوب مي شود ، و تحمل فشار لازم را دارد . ولي اگر رس آبدار و مرطوب باشد قابل استفاده نيست و تحمل فشار ندارد ، خصوصاً اگر ساختمان در زمين شيب دار روي رس آبدار ساخته شود فوري نشست مي كند و جاهاي مختلف آن ترك بر مي دارد و خراب مي شود . و اگر ساختمان در زمين آبدار با سطح افقي ساخته شود به علت وجود آب فشار را به همه نقاط اطراف خود منتقل مي كند و ديوارهاي كم ضخامت آن ترك بر مي دارد .

زمينهاي سنگي :

زمينهاي سنگي بيشتر در دامنه كوهها وجود دارد و از تخته سنگها ي بزرگ تشكيل شده و براي ساختمان بسيار مناسب است .

زمينهاي مخلوط :

اين نوع زمينها از سنگ درشت و شن و خاك رس تشكيل شده اگر اين مواد كاملا به هم فشرده باشند براي ساختمان بسيار مناسب است و اگر به هم فشرده نباشد و بايد از ايجاد ساختمان به روي اين نوع زمينها احتراز كرد .

زمينهاي بي فايده :

زمينهاي بي فايده مانند باتلاق ها و زمينهاي جنگل كه از خاك و برگ درختان تشكيل شده است . در اين نوع زمين ها بايد زمين آنقدر كنده شود تا به زمين سفت و طبيعي برسد .

آزمايش زمين :

گاهي پس از پي كني به طبقه اي از زمين محكم و سفت مي رسند و پي سازي را شروع مي كنند ولي پس از چندي ساختمان ترك بر مي دارد . علت آن اين است كه زمين سفتي كه به آن رسيده اند از طبقهُ نازكي بوده است و متوجه آن نشده اند ولي براي اطمينان در جاهاي مختلف زمين مي زنند تا از طبقات مختلف زمين آگاهي پيدا كنند و بعد شفته ريزي را شروع مي كنند اين عمل را در ساختمان گمانه زني (سنداژ) مي گويند .

امتحان مقاومت زمين :

يك صفحه بتني 20*20*20 یا 20*50*50 از بتن آرمه گرفته و روي آن به وسيلهُ گذاشتن تيرآهنها فشار وارد مي آورند . وزن آهنها مشخص و سطح صفحه بتن هم مشخص است فقط يك خط كش به صفحه بتني وصل مي كنند و به وسيله ميليمترهاي روي آن ميزان فرورفتگي زمين را از سطح آزاد مشخص و اندازه گيري مي كنند ولي اگر بخواهند ساختمانهاي بسيار بزرگ بسازند بايد زمين را بهتر آزمايش كنند . براي اي منظور با دستگاه فشار سنج زمين را اندازه گيري مي كنند و آزمايش فوق براي ساختمانهاي معمولي در كارگاه است .

پس از عمليات فوق پي كني را آغاز ميكنند و پس از پي كني شفته ريزي شروع مي شود .

توجه شود اين عمل همان آزمايش بارگذاري صفحه است كه در درس مهندسي پي جزء آزمايش هاي محلي و مهم محسوب ميشود البته از آنجا كه انجام عمليات مكانيك خاك براي ساختمانهاي معمولي صرفه اقتصادي ندارد ، انجام اين آزمايش در سازمانهاي و اداره هاي دولتي و يا ساختمانهاي بلند انجام مي شود .

افقي كردن پي ها (تراز كردن) :

براي تراز كردن كف پي ساختمانها از تراز هاي آبي استفاده مي كنند در ديوارهاي طويل چون كار شمشه و تراز كردن وقت بيشتري لازم دارد ، براي صرفه جويي در وقت از سه T مي توان استفاده كرد بدين معني كه T اول را با T دوم تراز مي كنند و T سوم را در مسافت مسير به طوري كه سه T در يك رديف قرار بگيرد قرار مي دهند از روي T اول و دوم كه با هم برابر هستند T سوم را ميزان و برابر مي كنند و پس از آنكه T سوم برابر شد T اول را بر مي دارند و به فاصله بيشتري بعد از T سوم قرار مي دهند ، دوباره T دوم و سوم را با T چهارم كه همان T اول مي باشد برابر مي كنند و دنباله اين ترازها را تا خاتمه محل كار ادامه مي دهند .

البته اين طريق تراز كردن بيشتر در جاده سازي و زمين هاي پهناور به كار مي رود .

شفته ريزي :

كف پي ها بايد كاملا افقي و زاويهُ كف پي نسبت به ديوار پي بايد 90 درجه باشد . اول كف پي را بايد آب پاشيد ، تا مرطوب شود و واسطهاي بين زمين و شفته وجود نداشته باشد ، و سپس شفته را داخل آن ريخت .

شفته عبارت است از خاك و شن و آهك كه به نسبت 200 تا 250 كيلوگرم گرد آهك را در متر مكعب خاك مخلوط مي كنند و گاهي هم در محلهايي كه احتياج باشد پاره سنگ به آن مي افزايند . شفته را در پي مي ريزند و پس از اينكه ارتفاع شفته به 30 سانتيمتر رسيد آن را در يك سطح افقي هموار مي كنند و يك روز آن را به حالت خود مي گذارند تا دو شود يعني آب آن يا در زمين فرو رود و يا تبخير گردد .

پس از اينكه شفته دو نم شد آن را با وزنهُ سنگيني مي كوبند كه به آن تخماق ميگويند و پس از اينكه خوب كوبيده شد دوباره شفته را به ارتفاع 30 سانتيمتر شروع مي كنند و عمل اول را انجام مي دهند . تكرار اين عمل تا پر شدن پي ادامه دارد .

در ساختمان ها كه معمولاً در گود يا پي كني عمل تراز كردن انجام ميگيرد محل كار در پي كه پيچ و خم زيادي دارد و تراز كردن با شمشه و تراز مشكل مي باشد از تراز شلنگي استفاده مي كنند . بدين ترتيب يك شلنگ چندين متري را پر از آب مي كنند به طوري كه هيچ گونه حباب هوايي در آن نباشد و آن را در پي محل هايي كه بايد تراز گردد به گردش در مي آورند و نقاط معين شده را با هم تراز مي كنند . آب چون در لوله هايي كه به هم ارتباط دارند در يك سطح مي ماند بنابراين چون شلنگ پر از آب مي باشد در هر كجا كه شلنگ را به حركت در آورند آب دو لوله استوانه اي در يك سطح مي باشد بنابراين دو نقطه مزبور با هم تراز مي باشند بشرط آنكه مواظبت كنيم كه شلنگ در وسط بهم گره خوردگي يا پيچش پيدا نكرده باشد تا باعث قطع ارتباط سيال شود كه ديگر نمي توان در تراز بودن آنها مطمئن بود .

تراز كردن گاهي بوسيله دوربين نقشه بر داري (نيو) انجام مي گيرد يعني محلي را در ساختمان تعيين نموده دوربين را در محل تعيين شده نصب مي كنند و با مير ( تخته هاي اندازه گيري ارتفاع در نقشه برداري ) يا ژالون ( چوب هاي نيزه اي يا آهني كه هر 50 سانتيمتر آنرا به رنگهاي سفيد و قرمز رنگ كرده اند كه از پشت دوربين بخوبي ديده بشود ) اندازه گرفته و تراز يابي مي كنند . تراز كردن با دوربين بهترين نوع تراز يابي مي باشد .

در زمين هايي مانند زمين هاي شهر كرمان از آنجايي كه از زمانهاي قبل قنواتي وجود داشته و بتدريج آب آنها خشك شده در زير زمين وجود داشته و بعد از مدتي بدون رعايت مسائل زير سازي درون آنها خاك ريخته اند و براي شهر سازي و خيابان كشي كه سطح خيابان ها را بالا مي آورده اند و به ظاهر در سطح زمين و حتي در عمق هاي 3 تا 4 متري اثري از آنها نيست اگر سازه اي روي اين زمين بنا شود پس از مدتي و بسته به عمق قنات و شرايط جوي مثلاً بعد از آمدن يك باران سازه نشست مي كند و در بسياري از مواقع حتي تا 100 درصد خسارت مي بيند و ديگر قابل استفاده نيست اگر در چنين ساختمان هايي از شفته آهك استفاده شود باعث تثبيت خاك مي شود و بروز نشست در ساختمان جلوگيري مي كند .

پي سازي :

بعد از اينكه عمل پي کني به پايان رسيد را بايد با مصالح مناسب بسازند تا به سطح زمين رسيده و قابل قبول براي هر گونه بنا باشد مصالحي كه در پي بكار ميرود بايد قابليت تحمل فشار مصالح بعدي را داشته باشد و ضمناً چسبندگي مصالح نسبت به يكديگر به اندازه اي باشد كه بتوانند در مقابل بارهاي بعدي تحمل كند و فشار را يكنواخت به تمام پي ها انتقال دهد چون هرچه ساختمان بزرگتر باشد فشارهاي وارده زيادتر بوده و مصالحي كه در پي بكار مي رود بايد متناسب با مصالح بعدي باشد .

پي سازي را با چند نوع مصالح انجام مي دهند مصالحي كه در پي بكار مي رود عبارتند از شفته آهكي ، پي سازي با سنگ ، پي سازي با بتن ، پي سازي با بتن مسلح .

پي سازي با سنگ :

پس از اينكه عمل پي كني به پايان رسيد پي سازي با سنگ بايد از ديوارهايي كه روي آن بنا ميگردد وسيع تر بوده و از هر طرف ديوار حداقل 15 سانتيمتر گسترش داشته باشد يعني از دو طرف ديوار 30 سانتيمتر پهن تر مي باشد كه ديواري را رد وسط آن بنا مي كنند ، پي سازي با سنگ با دو نوع ملات انجام مي شود چنانچه بار و فشار بعدي زياد نباشد ملات سنگها را از ملات گل و آهك چنانچه فشار و بار زياد باشد ملات سنگ را از ملات ماسه و سيمان استفاده مي كنند اول كف پي را ملات ريزي نموده و سنگها را پهلوي يكديگر قرار ميدهند و لابِلاي سنگ را با ملات ماسه و سيمان پر ميكنند (غوطه اي) به طوري كه هيچ منفذ و سوراخي در داخل پي وجود نداشته باشد و عمل پهن كردن ملات و سنگ چيني تا خاتمه ديوار سازي ادامه پيدا مي كند .

پي سازي با بتن :

پس از اينكه كار پي كني به پايان رسيد كف پي را به اندازه تقريبي 10 سانتيمتر بتن كم سيمان بنام بتن مِگر مي ريزند كه سطح خاك و بتن اصلي را از هم جدا كند روي بتن مگر قالب بندي داخل پي را با تخته انجام ميدهند همانطور كه در بالا گفته شد عمل قالب بندي وسيع تر از سطح زير ديوار نقشه انجام ميگيرد تمام قالب ها كه آماده شد بتن ساخته شده را داخل قالب نموده و خوب مي كوبند و يا با ويبراتور به آن لرزش وارد آورده تا خلل و فرج آن پر شود و چنانچه بتن مسلح باشد ، داخل قالب را با ميله هاي گرد آرماتور بندي و بعد از آهن بندي داخل قالب را با بتن پر ميكنند .

بتن ريزي در پي و آرماتور داخل آن به نسبت وسعت پي براي ساختمان هاي بزرگ قابليت تحمل فشار هر گونه را ميتواند داشته باشد و بصورت كلافي بهم پيوسته فشار ساختمان را به تمام نقاط زمين منتقل مي كند و از شكست و ترك هاي احتمالي جلو گيري بعمل مي آورد .

پي سازي و پي كني با هم :

در بعضي مواقع ممكن است زمين سست بوده و پي كني بطور يكدفعه نتواند انجام پذيرد و اگر بخواهيم داخل تمام پي ها را قالب بندي كنيم مقرون به صرفه نباشد در اين موقع قسمتي از پي را كنده و با تخته و چوب قالب بندي نموده شفته ريزي مي كنيم پس از اينكه شفته كمي خود را گرفت يعني آب آن تبخير و يا در زمين فرو رفت و دونم شد پي كني قسمت بعدي را شروع نموده و با همان تخته ها ، قالب بندي مي كنيم بطوريكه شفته اول خشك نشده باشد و بتواند با شفته اول خشك نشده باشد و بتواند با شفته بعد خودگيري خود را انجام داده و بچسبد اين نوع پي سازي معمولاً در زمين هاي نرم و باتلاقي ، خاك دستي و ماسه آبدار عمل ميگردد .

پي كني در زمين هاي سست :

در زمين هاي سست و خاك دستي اگر بخواهيم ساختماني بنا كنيم بايد اول محل پي ها را به زمين سفت رسانيده و پس از اطمينان كامل ساختمان را بنا نماييم زيرا ساختمان كه روي اين زمين ها مطابق معمول و يا در زمين سست بنا گردد . پس از چندي يا در همان موقع ساخته شدن باعث ترك ها و خرابي ساختمان ميگردد . بنابراين شفته ريزي از روي زمين سفت بايد انجام گيرد و براي اينكار بشرح زير عمل مي نمائيم :

پي كني در زمين هاي خاك دستي و سست :

پس از پياده كردن اصل نقشه روي زمين محل پي هاي اصلي و يا در تقاطع پي ها كه فشار پايه ها روي آن مي باشد چاه هائي حفر ميشود ، عمق اين چاهها به قدري مي باشد تا به زمين سفت و سخت برسد بعداً محل چاه ها را با شفته آهكي پر كرده و پس از پر كردن چاه ها و خودگيري شفته ، پي ها را به طريقه معمول روي شفته چاه ها شفته ريزي ميكنند ، شفته ها به صورت كلافي مي باشند كه زير آنها را تعدادي از ستون هاي شفته اي نگهداري ميكند و از فرو ريختن آن جلوگيري مي نمايند البته بايد سعي كرد كه فاصله ستون هاي شفته اي نبايد بيش از سه متر طول باشد .

خاصيت چاه ها بدين طريق مي باشد كه شفته پس از خودگيري مانند ستونهايي است كه زير زمين بنا شده است و شفته روي آن مانند كلافي پايه را به يكديگر متصل مي كنند براي مقاومت بيشتر در ساختمان پس از اينكه آجر كاري پايه ها را شروع نموديم ما بين پايه ها را مطابق شكل با قوسهايي به يكديگر متصل ميكنند تا پايه ها عمل فشار به اطراف خود را خنثي نموده و فشار خود را در محل اصلي خود يعني در محلي كه شفته ريزي آن به زمين بِكر رسيده متصل ميكند .

گاهي اتفاق مي افتد كه در ساختمان در محل بناي يكي از پايه ها چاه هاي قديمي وجود دارد و بقيه زمين سخت بوده و مقاومت به حد كافي براي ساختن ساختمان روي آنرا دارد براي اينكه براحتي بتوان پايه را در محل خود ساخت و محل آن را تغيير نداد چاه را پس از لاي روبي (پاك كردن ) با شفته آهك پر مينماييم موقعيكه شفته خودگيري خود را انجام داد روي آنرا يك قوس آجري ساخته و در محل انتهاي كمان پايه را بنا ميكنيم كه فشار ديوار با اطراف چاه منتقل گردد .

در بعضي مواقع چاه كني در اين گونه زمين ها خطرناك مي باشد . زيرا زمين ريزش دارد و به كارگر صدمه وارد مياورد و در موقع كار ممكن است او را خفه كند براي جلوگيري از ريزش زمين بايد از پلاكهاي بتني يا سفالي كه در اصطلاح به آنها گَوَل (در شهرستانها گوم و غيره ) مينامند استفاده شود گَوَل هاي بتني يك تكه و دو تكه اي و گول هاي سفالي يك تكه ميباشد . گول هاي بتني را بوسيله قالب مي سازند و گول هاي سفالي بوسيله دست و گل رس ساخته شده و در كوره هاي آجري آن را مي پزند تا بشكل سفالي در آيد از اين گول ها در قنات ها نيز استفاده ميشود .

طريقه عمل :

مقداري از زمين كه بصورت چاه كنده شده گول را بشكل استوانه اي ساخته ميباشد داخل محل كنده شده نصب و عمل كندن را ادامه ميدهند در اين موقع دو حالت وجود دارد يا اينكه گول اولي كه زير آن در اثر كندن خالي شده براحتي پايين رفته گول دوم را نصب ميكنيم يا اينكه گول اول در محل خود با فشار خاك كه به اطراف آن آمده تنگ مي افتد و نمي تواند محل خود را تغيير و يا پايين تر برود در اين موقع از گول هاي دو تكه اي استفاده مينماييم نيمي را در محل خود نصب و جاي آنرا محكم نموده و نصفه دوم را پس از كندن محل آن نصب مي نماييم و عمل پي كني را بدين طريق ادامه ميدهيم .

پي كني در زمين هاي سست مانند خندق هائي كه خاك دستي در آنها ريخته شده است و مرور زمان هم اثري براي محكم شدن آن ندارد و يا زمين هاي باتلاقي و غيره ضروري مي باشد .

زمين هائي كه قسمت خاك ريزي شده در آنها به ارتفاع كم مي باشد و يا باتلاقي بودن آن به عمق زيادي نرسد ميتوان در اين قبيل زمين ها پي كني عمقي انجام داد و براي جلوگيري از ريزش خاك آنرا با تخته و چوب قالب بندي نموده تا به زمين سخت برسد .

البته قالب بندي در اينگونه زمين ها خالي از اشكال نمي باشد بايد با منتهاي دقت انجام گيرد پس از انجام كار قالب بندي شفته ريزي شروع ميشود و چون تخته هاي قالب در طول قرار دارد ميتوان پس از شفته ريزي تخته دوم را شروع كرد به همين منوال تمام پي ها را ميتوان شفته ريزي كرد بدون اينكه تكه اي و يا تخته اي از قالب زير شفته بماند .

علل تخریب وآسیب دیدگی ساختمان های بتنی

علت های مختلفی باعث فرسودگی و تخریب سازه های بتنی (CAUSES OF DETERIORATIONS) می شود که همراه با علائم هشدار دهنده دیگری و کار تعمیرات را الزامی می دارند، در این مقاله مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرند.

1- نفوذ نمکها (INGRESS OF SALTS)
نمکهای ته نشین شده که حاصل تبخیر و یا جریان آبهای دارای املاح می باشند و همچنین نمکهایی که توسط باد در خلل و فرج و ترکها جمع می شوند، هنگام کریستالیزه شدن می توانند فشار مخربی به سازه ها وارد کنند که این عمل علاوه بر تسریع و تشدید زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها به واسطه وجود نمکهاست. تر وخشک شدن متناوب نیز می تواند تمرکز نمکها را شدت بخشد زیرا آب دارای املاح، پس از تبخیر، املاح خود را به جا می گذارد.

2- اشتباهات طراحی (SPECIFICATION ERRORS)
به کارگیری استانداردهای نامناسب و مشخصات فنی غلط در رابطه با انتخاب مواد، روشهای اجرایی و عملکرد خود سازه، می تواند به خرابی بتن منجر شود. به عنوان مثال استفاده از استانداردهای اروپایی و آمریکایی جهت اجرای پروژه هایی در مناطق خلیج فارس، جایی که آب و هوا و مواد و مصالح ساختمانی و مهارت افراد متفاوت با همه این عوامل در شمال اروپا و آمریکاست، باعث می شود تا دوام و پایایی سازه های بتنی در مناطق یاد شده کاهش یافته و در بهره برداری از سازه نیز با مسائل بسیار جدی مواجه گردیم.

3- اشتباهات اجرایی (CON STRUCTION ERRORS)
کم کاریها، اشتباهات و نقصهایی که به هنگام اجرای پروژه ها رخ می دهد، ممکن است باعث گردد تا آسیبهایی چون پدیدهء لانه زنبوری، حفره های آب انداختگی، جداشدگی، ترکهای جمع شدگی، فضاهای خالی اضافی یا بتن آلوده شده، به وجود آید که همگی آنها به مشکلات جدی می انجامند.
این گونه نقصها و اشکالات را می توان زاییدهء کارآئی، درجهء فشردگی، سیستم عمل آوری، آب مخلوط آلوده، سنگدانه های آلوده و استفاده غلط از افزودنیها به صورت فردی و یا گروهی دانست.

4- حملات کلریدی (CHLORIDE ATTACK)
وجود کلرید آزاد در بتن می تواند به لایهء حفاظتی غیر فعالی که در اطراف آرماتورها قرار دارد، آسیب وارد نموده و آن را از بین ببرد.
خوردگی کلریدی آرماتورهایی که درون بتن قرار دارند، یک عمل الکتروشیمیایی است که بنا به خاصیتش، جهت انجام این فرآیند، غلظت مورد نیاز یون کلرید، نواحی آندی و کاتدی، وجود الکترولیت و رسیدن اکسیژن به مناطق کاتدی در سل (CELL)خوردگی را فراهم می کند.
گفته می شود که خوردگی کلریدی وقتی حاصل می شود که مقدار کلرید موجود در بتن بیش از 6/0 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن باشد. ولی این مقدار به کیفیت بتن نیز بستگی دارد.
خوردگی آبله رویی حاصل از کلرید می تواند موضعی و عمیق باشد که این عمل در صورت وجود یک سطح بسیار کوچک آندی و یک سطح بسیار وسیع کاتدی به وقوع می پیوندد که خوردگی آن نیز با شدت بسیار صورت می گیرد. از جمله مشخصات (FEATURES ) خوردگی کلریدی، می توان موارد زیر را نام برد:

(الف) هنگامی که کلرید در مراحل میانی ترکیبات (عمل و عکس العمل) شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته ولی در انتها کلرید مصرف نشده باشد.
(ب) هنگامی که تشکیل همزمان اسید هیدروکلریک، درجه PH مناطق خورده شده را پایین بیاورد. وجود کلریدها هم می تواند به علت استفاده از افزودنیهای کلرید باشد و هم می تواند ناشی از نفوذیابی کلرید از هوای اطراف باشد.
فرض بر این است که مقدار نفوذ یونهای کلریدی تابعیت از قانون نفوذ FICK دارد. ولی علاوه بر انتشار (DIFFUSION) به نفوذ (PENETRATION) کلرید احتمال دارد به خاطر مکش موئینه (CAPILLARY SUCTION) نیز انجام پذیرد.

5- حملات سولفاتی (SULPHATE ATTACK)
محلول نمکهای سولفاتی از قبیل سولفاتهای سدیم و منیزیم به دو طریق می توانند بتن را مورد حمله و تخریب قرار دهند. در طریق اول یون سولفات ممکن است آلومینات سیمان را مورد حمله قرار داده و ضمن ترکیب، نمکهای دوتایی از قبیل:THAUMASITE و ETTRINGITEتولید نماید که در آب محلول می باشند. وجود این گونه نمکها در حضور هیدروکسید کلسیم، طبیعت کلوئیدی(COLLOIDAL) داشته که می تواند منبسط شده و با ازدیاد حجم، تخریب بتن را باعث گردد. طریق دومی که محلولهای سولفاتی قادر به آسیب رسانی به بتن هستند عبارتست از: تبدیل هیدروکسید کلسیم به نمکهای محلول در آب مانند گچ (GYPSUM) و میرابلیت MIRABILITE که باعث تجزیه و نرم شدن سطوح بتن می شود و عمل LEACHING یا خلل و فرج دار شدن بتن به واسطه یک مایع حلال، به وقوع می پیوند.

6- حریق (FIRE)
سه عامل اصلی وجود دارد که می توانند مقاومت بتن را در مقابل حرارت بالا تعیین کنند. این عوامل عبارتند از:

(الف) توانایی بتن در مقابله با گرما و همچنین عمل آب بندی، بدون اینکه ترک، ریختگی و نزول مقاومت حاصل گردد.
(ب) رسانایی بتن (CONDUCTIVITY)
(ج) ظرفیت گرمایی بتن(HEAT CAPACITY)

باید توجه داشت دو مکانیزم کاملاً متضاد انبساط (EXPANSION) و جمع شدگی مسؤول خرابی بتن در مقابل حرارت می باشند. در حالی که سیمان خالص به محض قرار گرفتن در مجاورت حرارتهای بالا، انبساط حجم پیدا می کند، بتن در همین شرایط یعنی در معرض حرارتهای (دمای) بالا، تمایل به جمع شدگی و انقباض نشان می دهد. چون حرارت باعث از دست دادن آب بتن می گردد، نهایتاً اینکه مقدار انقباض در نتیجه عمل خشک شدن از مقدار انبساط فراتر رفته و باعث می شود جمع شدگی حاصل شود و به دنبال آن ترک خوردگی و ریختگی بتن به وجود می آید .به علاوه در درجه حرارت 400 درجه سانتی گراد، هیدروکسید کلسیم آزاد بتن که در سیمان پر تلند هیدراته شده موجود است، آب خود را از دست داده و تشکیل اکسید کلسیم می دهد. سپس خنک شدن مجدد و در معرض رطوبت قرار گرفتن باعث می شود، تا از نو عمل هیدراته شدن حاصل شود که این عمل به علت انبساط حجمی موجب بروز تنشهای مخرب می گردد. هچنین انبساط و انقباض نا هماهنگ و متمایز (DIFFERENTIAL EXPANSION AND CONTRACTION)مواد تشکیل دهنده بتن مسلح مانند آرماتور، شن، ماسه و ... می توانند در ازدیاد تنشهای تخریبی نقش مؤثری داشته باشند.

7- عمل یخ زدگی (FROST ACTION)
برای بتنهای خیس، عمل یخ زدگی یک عامل تخریب می باشد، چون آب به هنگام یخ زدن ازدیاد حجم پیدا کرده و باعث تولید تنشهای مخرب درونی شده و لذا بتن ترک می خورد. ترکها و درزهائیی که نتیجه یخ زدگی و ذوب متناوب می باشند، باعث می گردند سطح بتن به صورت پولکی درآمده و بر اثر فرسایش، خرابی عمق بیشتری یابد بنابراین عمل یخ ز دگی بتن و میزان تخریب حاصله، بستگی به درجه تخلخل و نفوذپذیری بتن دارد که این موضوع علاوه بر تأثیر ترکها و درزهاست.

8- نمکهای ذوب یخ (DE-ICING SALTS)
اگر برای ذوب نمودن یخ بتن، از نمکهای ذوب یخ استفاده شود، علاوه بر خرابیهای حاصله از یخ زدگی، ممکن است همین نمکها نیز باعث خرابی سطحی بتن گردند. چون باور آن است که خرابیهای حاصل از نمکهای ذوب یخ، در نتیجه یک عمل فیزیکی به وقوع می پیوندد، غلظت نمکها، موجود بودن آبی که قابلیت یخ زدگی داشته باشد و در کل فشارهای هیدرولیکی و غشایی (OSMOTIC) نقش بسیار مهمی در دامنه و وسعت خرابیها ایفا می کنند.

9- عکس العمل قلیایی سنگدانه ها (ALKALI-AGGREGATE REACTION)
در این قسمت می توان از واکنشهای "قلیایی- سیلیکا" و "قلیایی- کربناتها" نام برد.
عکس العمل قلیایی – سیلیکا(ALKALI-SILICA) عبارتست از: ژلی که از عکس العمل بین هیدروکسید پتاسیم و سیلیکای واکنش پذیر موجود در سنگدانه حاصل می شود. بر اثر جذب آب، این ژل انبساط پیدا کرده و با ایجاد تنشهایی منجر به تشکیل ترکهای درونی در بتن می شود. واکنش قلیایی –کربنات، بین قلیاهای موجود در سیمان و گروه مشخصی از سنگهای آهکی (DOLOMITIC) که در شرایط مرطوب قرار می گیرند، به وقوع می پیوندد. در اینجا نیز انبساط حاصله باعث می شود تا ترکهایی ایجاد شود یا در مقاطع باریک خمیدگیهایی به وجود آید.

10- کربناسیون (CARBONATION)
گاه لایه حفاظتی که در مجاورت آرماتور داخل بتن موجود است، در صورت کاهش PH بتن اطراف، به کلی آسیب دیده و از بین می رود. بنابراین نفوذ دی اکسید کربن از هوا، عکس العملی را با بتن آلکالین ایجاد می نماید که حاصل آن کربنات خواهد بود و در نتیجه درجه PH بتن کاهش می یابد. همچنان که این عمل از سطح بتن شروع شده و به داخل بتن پیشروی می نماید؛ آرماتور بتن تحت تأثیر این عمل دچار خوردگی می گردد. علاوه بر خوردگی، دی اکسید کربن و بعضی اسیدهای موجود در آب دریا می توانند هیدروکسید کلسیم را در خود حل کرده و باعث فرسایش سطح بتن گردند.

11- علل دیگر (OTHER CAUSES)
علل بسیار دیگری نیز باعث آسیب دیدگی و خرابی بتن می شوند که در سالهای اخیر شناسایی شده اند. بعضی از این عوامل دارای مشخصات خاصی بوده و کاربرد بسیار موضعی دارند. مانند تأثیر مخرب چربیها بر کف بتن کشتارگاهها، مواد اولیه در کارخانه ها و کارگاههای تولیدی، آسیب حاصله از عوارض مخرب فاضلابها و مورد استفاده قرار دادن سازه هایی که برای منظورها و مقاصد دیگری ساخته شده باشند، نه آنچه که مورد بهره برداری است. مانند تبدیل ساختمان معمولی به سردخانه، محل شستشو، انباری، آشپزخانه، کتابخانه و غیره. با این همه اکثر آنها را می توان در گروههای ذیل طبقه بندی نمود:

(الف) ضربات و بارههای وارده (ناگهانی و غیره) در صورتی که موقع طراحی سازه برای این گونه بارگذاریها پیش بینیهای لازم صورت نگرفته باشد.
(ب) اثرات جوی و محیطی
(پ) اثرات نامطلوب مواد شیمیایی مخرب

ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی

ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی 



ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)

 

خلاصه

  هدف از این مقاله تحقیق سازوکار گسیختگی اجزای بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری و تعیین مناطق مستعد خرابی سازه است. از آنجاییکه شهرستان اهر یکی از شهرستان های زلزله خیز ایران و با خطر نسبی زلزله زیاد می باشد. لذا با توجه به وجود گسلهای متعدد در این منطقه و همچنین اهمیت این بنا از لحاظ تاریخی، فرهنگی و گردشگری آسیب شناسی و مقاوم سازی این بنا را اجتناب ناپذیر می سازد. نظر به اینکه مصالح مصرفی در این بنا از نوع مصالح بنایی با قدرت چسبندگی پایین می باشد و همچنین با توجه سوابق آسیب پذیری این بنا در برابر زمین لرزه های قبلی به نظر می رسد که این بنا زلزله های نسبتاً شدید ضعیف باشد. هدف از این پژوهش، بررسی آسیب پذیری این بنا در برابر زلزله های محتمل می باشد. اصلاح زلزله های انتخابی برای بارگذاری لرزه ای، با بیشینه شتاب افقی امکانپذیر بدست آمده برای این منطقه انجام شده است. پس از ایجاد مدل اجزای محدود در نرم افزار Ansys و انجام آنالیزهای مختلف، نتایج گوناگونی مورد بررسی قرار گرفتند.

 

کلمات کليدي: رفتار لرزه ای، بناهای تاریخی ،آنالیز دینامیکی، شیخ شهاب الدین اهری ، مدلسازی اجزاء محدود

 

1. مقدمه

 

  اهميت بناهاي تاريخي ايران بلحاظ فرهنگي، هنري و زيبايي شناسي بر کسي پوشيده نيست چرا که اين بناها هويت فرهنگي گذشتگان را در خود حفظ کرده است و همچنين عامل تحکيم وحدت ملي مي باشند. اين آثار پر ارزش با عوامل طبيعي و غير طبيعي در دوره هاي گذشته مورد تهديد قرار گرفته اند چه بسا بناهايي که هيچ اثري از آنها امروزه وجود ندارد. از آنجا که مشخصاً در طول طرح و ساخت اين بناها اثرات زلزله ملاحظه نشده اند لذا ضرورت بايد عملکرد اين بناها در مواجهه با اين پديده طبيعي شناسايي شده و در نهايت اقدامات لازم جهت مقاوم سازي بنا و در مواردي نيز بازسازي آن انجام گيرد. از آنجاييکه شهر اهر يکي از شهرهاي زلزله خيز ايران و با خطر نسبي زلزله زياد است و همچنين اهميت بنای تاریخی شیخ شهاب اهر از لحاظ تاريخي، فرهنگي و گردشگري، آسيب شناسي و مقاوم سازي اين بنا را اجتناب ناپذير مي سازد.]1[

 

2. بازشناسی بقعه شیخ شهاب الدین اهری

  بقعه شیخ شهاب الدین اهری در پارک شیخ شهاب الدین قرار گرفته و آرامگاه شیخ شهاب الدین محمد اهری- عارف بزرگ قرن هفتم هجری- است. دارای 1497 مترمربع بوده و ساختمانی مشتمل بر خانقاه، مسجد، ایوانی بلند، مناره ها و غرفه های متعدد است. خانقاه اين بنا داراي فضاي بزرگي است كه زير گنبد دو پوش قرار گرفته و مقطعي مربعي شكل دارد و هر ضلع آن ۱۱/۲۰متر ،ارتفاع آن ۱۸متر و ضخامت ديوارهايش ‪ ۱/۳۰متر مي‌باشد كه در اصطلاح محلي به "قوشخانه" معروف است. در شکل های 1 و 2 نمای بنا و نقشه های ساره ای و معماری آورده شده است.

خانقاه: فضای بزرگی که زیر گنبد دو پوش قرار گرفته مقطعی مربعی شکل دارد که هر ضلع آن 20/11 متر است و ارتفاع آن 18 متر و ضخامت دیوارهایش 30/1 متر می باشد و در اصطلاح محلی به قوشخانه معروف است و در طرفین خانقاه اتاقهایی به ابعاد 30/6 * 60/9 متر و قرینه هم ساخته شده اند که به چینی خانه ( محل نگهداری ظروف چینی ) معروف شده است

  مسجد: این قسمت در شرق بقعه به ابعاد 90/60 * 30/9 متر واقع شده و با گچ بریها و نقاشی هایی تزئین یافته و دور تا دور دیوارهایش حاوی دستخط هایی است که از میان آنها دست نوشته های شیخ بهائی ، شاه عباس سوم ، ابوالقاسم نباتی شناخته شده است

 

شکل 1 – تصاویری از بنای زیبای بقعه شیخ شهاب

 

  

شکل 2 – نقشه های معماری و سازه ای بنا

 

3. آنالیز بناهای تاریخی 

 

به طور کلی آنالیز بناهای تاریخی کاری پیچیده است. زیرا، اولاً محدودیت منابع جهت مطالعه رفتار مکانیکی مصالح بنایی از جمله آزمایش های غیرمخرب در محل، آزمایش تجربی آزمایشگاهی بعدی و توسعه ابزارهای عددی معتبر و ثانیاً مشکلات بکارگیری اطلاعات موجود در آنالیز بناهای تاریخی که عامل مهمتری است، وجود دارد. از مهمترین این مشکلات می توان به موارد متداول زیر اشاره نمود :

* نبود اطلاعات مربوط به ابعاد هندسی قسمت های تخریب شده بنا  

* از مصالح تشکیل دهنده هسته داخلی المان های سازه ای اطلاعاتی در دسترس نیست

 تشخیص خواص مکانیکی مصالح بکار گرفته در بنا مشکل و گران است*

به علت کیفیت ساخت و استفاده از مصالح طبیعی، تغییرات زیادی در خواص مکانیکی مصالح مشاهده می شود *

* تغییرات چشمگیر در اصل و ترکیب المان های سازه ای مربوط به بناهای با دوره طولانی

* توالی و ترتیب ساخت بنا ناشناخته است

آسیب های موجود در بنا ناشناخته است *

*دستورالعمل های و آیین نامه ها غیر کاربردی می باشند. , 2]1 [

4. لرزه زمینساخت، گسل های بنیادی و کواترنر در پهنه استان آذربایجان شرقی 

 

  وقوع زمین لرزه های بزرگ و مخرب در گذشته در سطح ایران به ویژه سلسله جبال البرز در شمال و زاگرس در جنوب غرب ایران و همچنین منطقه ی آذربایجان بر اثر حرکت صفحه عربستان به طرف شمال و فشار آوردن آن به صفحه ایران می باشد. گستره آذربایجان شرقی از نواحی لرزه خیز ایران است. رویداد لرزه های متعدد تاریخی اثر مهم و قابل توجهی در تاریخ تکوین و تحولات این ناحیه از سرزمین ما داشته است. به طور کلی سه روند لرزه زمین ساختی فعال تبریز زنجان، زرینه رود- اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند.[3] گسل شمال تبریز را می توان به عنوان جنبانترین روند لرزه خیز در کل گستره آذربایجان معرفی نمود و انتظار می رود که در آینده مهمترین رویدادهای مهلرزه ای استان در اثر فعالیت مجدد این پهنه گسلی رخ دهد.[4] لذا مهمترین روندهای ساختاری در گستره استان معرفی در ادامه معرفی می شوند. این روندها در نقشه ی لرزه زمینساخت این ناحیه در شکل(3) قابل مشاهده است. به طور کلی از نظر لرزه زمینساخت جنبا، روندهای لرزه خیز تبریز – زنجان، زرینه رود – اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند. شهراهر به علت واقع شدن در جوار گسل جنوب اهر، محلی پر خطر از دیدگاه لرزه خیزی می باشد بطوری که برای این محل بیشینه شتاب افقی حدود 0.36 g محاسبه شده است.(جدول 1 ) بنابراین بطور کیفی می توان گفت که آثار تاریخی اهر در وضعیت خطرناکی قرار دارند و زلزله عامل تهدید کننده جدی برای ابنیه تاریخی این شهرستان است. لذا در صورت اولویت بندی برای رسیدگی به بناهای تاریخی با توجه به معیارهای مبتنی بر ارزش معماری بناها و آسیب پذیریشان در برابر زلزله، به این نتیجه می رسیم که بنای شیخ شهاب اهر در اولویت قرار دارد.

 

شکل 3 – نقشه لرزه زمینساخت پهنه استان آذربایجان شرقی

 

 

جدول 1- محاسبه بیشینه پارامترهای جنبشی شدید زمین در گستره استان آذربایجان شرقی

سرچشمه خطی لرزه¬زا ( مهمترین سرچشمه لرزه¬زا نسبت به شهر) بیشینه پارامترهای جنبش شدید زمین MCE

گسل طول (کیلومتر) طول گسیختگی (کیلومتر) بزرگا شدت بیشینه بر روی گسل I(MSK) فاصله از گسل (کیلومتر) بیشینه شتاب افقی(g%) PGA بیشینه شدت در محل 1(MSK)

گسل جنوب اهر 62 23 5/6 VII+ 8 36% VII+

 

5. مدل اجزای محدود ( به روش مدلسازی ماکرو)

 

  بر پایه این روش از مدلسازی مصالح بنایی، نمی¬توان واحد¬های منفرد و اتصالات را از یکدیگر تشخیص داد و محیط مصالح بنایی به صورت پیوسته در نظر گرفته می¬شود به این معنی که آجرها و ملات و سطح مشترک ملات و آجر به صورت یک ماده همگن معادل فرض می¬گردد. خواص فیزیکی این محیط با انجام آزمایشات، و یا متوسط¬گیری وزنی بین خواص فیزیکی محیط آجر و ملات تعیین می گردد. یکی از این پارامترها که در نتایج آنالیز تاثیر زیادی دارد، مدول الاستیسیته مصالح است. در ادامه رابطه ای جهت تعیین دقیقتر این پارامتر ارائه شده است.

تعیین مدول الاستیسیته معادل مصالح بنایی : جهت تعیین مدول الاستیسیته مصالح بنایی برای بارگذاری¬های بدون خروج از مرکزیت رابطه ای به صورت زیر ارائه شده است. [8]

عوامل تاثیرگذار در رابطه (1) مشخصات هندسی و خواص مکانیکی اجزای اساسی تشکیل دهنده مصالح می باشد.

(1):  

 که در آن نسبت حجمی ملات و آجر با استفاده از روابط(2) و (3) تعیین می گردد.

  (2): (3):  

ضخامت ملات و آجر مدول الاستیک ملات و آجر و ضریب پواسون ملات و آجر  

  معمولا روش مدلسازی ماکرو برای آنالیز سازه های بنایی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش نیز به علت حجیم بودن سازه و تعداد بی شمار آجرهای بکار رفته، از این روش جهت مدلسازی محیط بنایی استفاده شده است. بدین منظور و با توجه به خصوصیات مکانیکی مصالح مصرفی، مدلسازی سه بعدی در نرم افزار Ansys انجام شده و تحلیل های مختلف بر روی مدل صورت گرفته است. از جمله المان های مورد استفاده در مدلسازی SOLID45 می باشد. مدل هندسی سازه به علت حجم بزرگ و پیچیدگی فراوان، پس از مدلسازی در نرم افزار Solid Works به محیط نرم افزار Ansys انتقال داده شد و سپس اقدام به مش بندی مدل گردید. مدل ایجاد شده که در شکل 4 قابل مشاهده می باشد در مجموع از 224000 المان تشکیل شده است که برای آنالیز دینامیکی، هزینه زمانی و سخت افزاری زیادی بکار رفته است.  

 

مشخصات مکانیکی مصالح : ، و  

 

6. آنالیز مدل اجزای محدود تحت بارگذاری ثقلی

 

  مدل اجزای محدود ارگ با استفاده از المان 8 گرهی Solid45 ایجاد شده است.. برای المان ها رفتار الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. محیط مصالح بنایی در این مدل ایزوتروپ همگن در نظر گرفته شده است.

از تلفیق نتایج حاصل از تغییر شکل سازه در جهت محورهای x,y در جهت محورهای اصلی می توان مکانیزم های گسیختگی محتمل بنا را حدس زد. از نتایج کانتور های تغییرمکان که در شکل 5 آورده شده است،مشاهده می شود که مناره ها تمایل به تغییرشکل در جهت مثبت محور y دارند در حالی که همین تغییرشکل ها برای نواحی اطراف گنبد نزدیک به صفر و یا مقادیر منفی (یعنی تغییرمکان در خلاف جهت محور y) هستند. که می تواند بیانگر این باشد که گنبد در مقطعی به موازات محور x دارای تنش های کششی است. لازم به ذکر است که ترکهای موجود در گنبد (شکل 4) نیز در همین راستا می باشند و این مطلب را تایید می کنند.

 

7. آنالیز مودال

 

تحلیل مودال به روش Subspace Method برای 30 مود اول در جهت محورهای اصلی x,y جداگانه بدست آمد که در شکل¬ (6) نشان داده شده است. مود غالب در جهت محور اول،مود 2 و مود غالب برای جهت محور دوم مود اول بدست آمد. اگر بنا را در سه طبقه در نظر گرفته شود، با مشاهده تغییرشکل های مودی، مشاهده می شود که طبقه اول دارای سختی زیادی نسبت به دو طبقه دیگر دارد. همچنین مشاهده می شود که طبقه سوم نسبت به دو طبقه پایین تر طبقه نرم محسوب می شود.

 

 

شکل 4 – مدل اجزای محدود بقعه و معرفی نقاط کنترلی

 

 

شکل5– نتایج تحلیل مدل تحت اثر وزن خودش

 

شکل 6 – تغییرشکل های مودی و پریود 10 مود اول

8. آنالیز تاریخچه ی زمانی

 

با انتخاب تعدادی زیادی از شتابنگاشت های مناسب منطقه از جمله زلزله های چی چی، کوبه، طبس، منجیل، دوزسی، ارزینکن والسنترو و... اقدام به تحلیل لرزه ای مدل عددی گردید. برای تعیین زلزله ای که سازه را در ناحیه تشدید قرار دهد اقدام به تهیه طیف های پاسخ شتابنگاشت زلزله های منتخب نموده و شتابنگاشتی را که بزرگترین پاسخ را برای سازه ارائه دهد، برای اعمال به مدل انتخاب می شود. طیف پاسخ واقعی و مقیاس شده این شتابنگاشت ها در شکل (7) آورده شده است طیف های منجیل، طبس به ترتیب بزرگترین پاسخ ها را دارند. . شتابنگاشت زلزله منجیل از میان شتابنگاشت های ذکر شده انتخاب گردید. به طوری که ماکزیمم شتاب افقی زمین در این شتابنگاشت m/s253 /3 رسانده و به مدل اعمال گردید که در شکل (8 ) قابل مشاهده می باشد. در آنالیز اولیه ای که برای 30 ثانیه رکورد انجام گرفت، مشاهده گردید که در 15 ثانیه اول اکثر نتایج مهم و قابل توجه بدست می آیند و بقیه رکورد سهم چندانی در نتیجه ندارد. لذا نتایج برای 15 ثانیه اول ارائه شده است.

 

 

شکل 7 – مقایسه طیف پاسخ شتابنگاشت های انتخابی

 

 

شکل 8 – شتابنگاشت زلزله منجیل

 

شکل 9 – تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

 

شکل10– تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

 

شکل 11 – تاریخچه ی شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها

 

 

شکل 2 1– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

 

شکل 13– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

در شکل 9 تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل در جهت محور اول نشان داده شده است. سختی زیاد طبقه اول از این نمودار قابل مشاهده است. همچنین نتایج بارگذاری برای جهت محور دوم در شکل 10 قابل مشاهده است. از مقایسه تغییر مکان شکل های 9 و 10 مشخص است که تغییرمکان ماکزیمم در نوک مناره در اثر تحریک در جهت محور دوم اتفاق افتاده است.

در شکل 11،شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها نشان داده شده است. بدین صورت که اگر خطی فرضی در نظر بگیریم که نوک مناره ها را به هم متصل کند، و شیب مثبت آن در جهت مثبت محور اول و پادساعتگرد باشد، تاریخچه ی شیب خط فرضی را در این شکل نشان می دهد. همانطور که در اشکال مودی مشخص شد این فرم تغییر شکل مربوط به مد 2 بود که در جهت محور اول غالب بود. و شکل 11 نیز از نتایج بارگذاری در جهت همین محور بدست آمده است.

در شکل 12 و 13 نیز تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود در اثر اعمال بارگذاری لرزه ای در جهت محور اول مقادیر تنش های کششی زیادی در جهت محور y در این نقطه از سازه بوجود می آید.

 

9. نتيجه¬گيري

 

  بنا در طبقه اول از استحکام و سختی خوبی برخوردار بوده و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی باید نسبت به تقویت آن در طبقات بالاتر اقدام نمود. برای بارگذاری در جهت محور دوم مقادیر بالاتری هم برای تغییرمکان ها و هم برای تنش ها داریم. لذا بنا در این جهت آسیب پذیرتر خواهد بود. و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی بنا در برابر بارگذاری لرزه ای تقویت بنا در این جهت در اولویت قرار دارد. مناره ها، دیوار متصل کننده مناره ها که به عنوان بازوی کوپل آنها محسوب می شوند و همچنین گنبد و دیوار زیر آن نیاز به تقویت و بهسازی دارند.

 

 

9. مراجع

مرجع اصلی: ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)

Assessment Seismic Behavior of The

 Historical Structures (Case Study: Sheikh Shahabe Ahar)

 

مجید پورامینیان ،ارژنگ صادقی 1- کارشناس ارشد سازه، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریز (09113928867) 2- دکتری سازه فضاکار، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریز[e-mail]

 

1. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی لرزه ای بناهای تاریخی( با مطالعه موردی بنای تاریخی ارگ علیشاه تبریز)" پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان،تبریز.

2. Lourenco. P.B: Assessment, diagnosis and strengthening of Outeiro church, Portugal; Con build mat; 2005, 19, 634-645.

3- شاه پسند زاده ، مجید: بررسی مقدماتی لرزه¬خیزی، لرزه زمینساخت و خطر زمین لرزه گسلش در پهنه استان آذربایجان شرقی؛ مهدی زارع، موسسه بین المللی زلزله شناسی و منهدسی زلزله، ایران / تهران، شهریور 1374، 2/7 – 95 – 74.

4- ذکاء، یحیی: زمین لرزه¬های تبریز؛ ایران / تهران ؛ کتاب سرا، چاپ اول، زمستان 1368.

5. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی رفتار لرزه ای بنای تاریخی ارگ تبریز)" چهارمین گنگره ملی عمران، دانشگاه تهران،اردیبهشت 1387.

6. Boothby, Thomas E.: Manual for the Assessment of Load–Bearing Unreinforced Masonry Structures; Huriy Sezar Atamturkur, Ece Erdogmus; USA/ Pensylavania; University Park, 5May 2006

7. Bani- Han, Khaldon: Analytical evaluation of repair and stregthening measures of Qasr al – Bint historical monument – Petra, Jordan: samer Barakat; Journal of Engineering Structures; 2006, 28, 1355-1366

8. Blasi. C: the Fractures of the French pantheon: Survey and Structural analysis; Coisson .E; Iori. I; Engineering Fracture mechanics; Article in press 2007

9. Moon , Franklin L.: Rocommendations for Seismic Evaluation and Retrofit of Low – Rise URM Structures; Tianyi Yi; Roberto T. Leon ; Lawrence F. kahn ; Journal of Structural Engineering @ ASCE ; 2006,132,5 , 663-672.

10. Ansys (2004) http://www.ansys. com FE_software, SAS IP Inc.

11. Oliveira, D.V: Experimental and numerical analysis of blocky masonry structures under cyclic loading, Ph.D Thesis, Portugal, guimaraes, University of Minho, Department of civil Engineering, Jan 2003.

 

ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی

ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی 



ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)

 

خلاصه

  هدف از این مقاله تحقیق سازوکار گسیختگی اجزای بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری و تعیین مناطق مستعد خرابی سازه است. از آنجاییکه شهرستان اهر یکی از شهرستان های زلزله خیز ایران و با خطر نسبی زلزله زیاد می باشد. لذا با توجه به وجود گسلهای متعدد در این منطقه و همچنین اهمیت این بنا از لحاظ تاریخی، فرهنگی و گردشگری آسیب شناسی و مقاوم سازی این بنا را اجتناب ناپذیر می سازد. نظر به اینکه مصالح مصرفی در این بنا از نوع مصالح بنایی با قدرت چسبندگی پایین می باشد و همچنین با توجه سوابق آسیب پذیری این بنا در برابر زمین لرزه های قبلی به نظر می رسد که این بنا زلزله های نسبتاً شدید ضعیف باشد. هدف از این پژوهش، بررسی آسیب پذیری این بنا در برابر زلزله های محتمل می باشد. اصلاح زلزله های انتخابی برای بارگذاری لرزه ای، با بیشینه شتاب افقی امکانپذیر بدست آمده برای این منطقه انجام شده است. پس از ایجاد مدل اجزای محدود در نرم افزار Ansys و انجام آنالیزهای مختلف، نتایج گوناگونی مورد بررسی قرار گرفتند.

 

کلمات کليدي: رفتار لرزه ای، بناهای تاریخی ،آنالیز دینامیکی، شیخ شهاب الدین اهری ، مدلسازی اجزاء محدود

 

1. مقدمه

 

  اهميت بناهاي تاريخي ايران بلحاظ فرهنگي، هنري و زيبايي شناسي بر کسي پوشيده نيست چرا که اين بناها هويت فرهنگي گذشتگان را در خود حفظ کرده است و همچنين عامل تحکيم وحدت ملي مي باشند. اين آثار پر ارزش با عوامل طبيعي و غير طبيعي در دوره هاي گذشته مورد تهديد قرار گرفته اند چه بسا بناهايي که هيچ اثري از آنها امروزه وجود ندارد. از آنجا که مشخصاً در طول طرح و ساخت اين بناها اثرات زلزله ملاحظه نشده اند لذا ضرورت بايد عملکرد اين بناها در مواجهه با اين پديده طبيعي شناسايي شده و در نهايت اقدامات لازم جهت مقاوم سازي بنا و در مواردي نيز بازسازي آن انجام گيرد. از آنجاييکه شهر اهر يکي از شهرهاي زلزله خيز ايران و با خطر نسبي زلزله زياد است و همچنين اهميت بنای تاریخی شیخ شهاب اهر از لحاظ تاريخي، فرهنگي و گردشگري، آسيب شناسي و مقاوم سازي اين بنا را اجتناب ناپذير مي سازد.]1[

 

2. بازشناسی بقعه شیخ شهاب الدین اهری

  بقعه شیخ شهاب الدین اهری در پارک شیخ شهاب الدین قرار گرفته و آرامگاه شیخ شهاب الدین محمد اهری- عارف بزرگ قرن هفتم هجری- است. دارای 1497 مترمربع بوده و ساختمانی مشتمل بر خانقاه، مسجد، ایوانی بلند، مناره ها و غرفه های متعدد است. خانقاه اين بنا داراي فضاي بزرگي است كه زير گنبد دو پوش قرار گرفته و مقطعي مربعي شكل دارد و هر ضلع آن ۱۱/۲۰متر ،ارتفاع آن ۱۸متر و ضخامت ديوارهايش ‪ ۱/۳۰متر مي‌باشد كه در اصطلاح محلي به "قوشخانه" معروف است. در شکل های 1 و 2 نمای بنا و نقشه های ساره ای و معماری آورده شده است.

خانقاه: فضای بزرگی که زیر گنبد دو پوش قرار گرفته مقطعی مربعی شکل دارد که هر ضلع آن 20/11 متر است و ارتفاع آن 18 متر و ضخامت دیوارهایش 30/1 متر می باشد و در اصطلاح محلی به قوشخانه معروف است و در طرفین خانقاه اتاقهایی به ابعاد 30/6 * 60/9 متر و قرینه هم ساخته شده اند که به چینی خانه ( محل نگهداری ظروف چینی ) معروف شده است

  مسجد: این قسمت در شرق بقعه به ابعاد 90/60 * 30/9 متر واقع شده و با گچ بریها و نقاشی هایی تزئین یافته و دور تا دور دیوارهایش حاوی دستخط هایی است که از میان آنها دست نوشته های شیخ بهائی ، شاه عباس سوم ، ابوالقاسم نباتی شناخته شده است

 

شکل 1 – تصاویری از بنای زیبای بقعه شیخ شهاب

 

  

شکل 2 – نقشه های معماری و سازه ای بنا

 

3. آنالیز بناهای تاریخی 

 

به طور کلی آنالیز بناهای تاریخی کاری پیچیده است. زیرا، اولاً محدودیت منابع جهت مطالعه رفتار مکانیکی مصالح بنایی از جمله آزمایش های غیرمخرب در محل، آزمایش تجربی آزمایشگاهی بعدی و توسعه ابزارهای عددی معتبر و ثانیاً مشکلات بکارگیری اطلاعات موجود در آنالیز بناهای تاریخی که عامل مهمتری است، وجود دارد. از مهمترین این مشکلات می توان به موارد متداول زیر اشاره نمود :

* نبود اطلاعات مربوط به ابعاد هندسی قسمت های تخریب شده بنا  

* از مصالح تشکیل دهنده هسته داخلی المان های سازه ای اطلاعاتی در دسترس نیست

 تشخیص خواص مکانیکی مصالح بکار گرفته در بنا مشکل و گران است*

به علت کیفیت ساخت و استفاده از مصالح طبیعی، تغییرات زیادی در خواص مکانیکی مصالح مشاهده می شود *

* تغییرات چشمگیر در اصل و ترکیب المان های سازه ای مربوط به بناهای با دوره طولانی

* توالی و ترتیب ساخت بنا ناشناخته است

آسیب های موجود در بنا ناشناخته است *

*دستورالعمل های و آیین نامه ها غیر کاربردی می باشند. , 2]1 [

4. لرزه زمینساخت، گسل های بنیادی و کواترنر در پهنه استان آذربایجان شرقی 

 

  وقوع زمین لرزه های بزرگ و مخرب در گذشته در سطح ایران به ویژه سلسله جبال البرز در شمال و زاگرس در جنوب غرب ایران و همچنین منطقه ی آذربایجان بر اثر حرکت صفحه عربستان به طرف شمال و فشار آوردن آن به صفحه ایران می باشد. گستره آذربایجان شرقی از نواحی لرزه خیز ایران است. رویداد لرزه های متعدد تاریخی اثر مهم و قابل توجهی در تاریخ تکوین و تحولات این ناحیه از سرزمین ما داشته است. به طور کلی سه روند لرزه زمین ساختی فعال تبریز زنجان، زرینه رود- اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند.[3] گسل شمال تبریز را می توان به عنوان جنبانترین روند لرزه خیز در کل گستره آذربایجان معرفی نمود و انتظار می رود که در آینده مهمترین رویدادهای مهلرزه ای استان در اثر فعالیت مجدد این پهنه گسلی رخ دهد.[4] لذا مهمترین روندهای ساختاری در گستره استان معرفی در ادامه معرفی می شوند. این روندها در نقشه ی لرزه زمینساخت این ناحیه در شکل(3) قابل مشاهده است. به طور کلی از نظر لرزه زمینساخت جنبا، روندهای لرزه خیز تبریز – زنجان، زرینه رود – اراک و ارس گستره آذربایجان را تحت تاثیر قرار داده اند. شهراهر به علت واقع شدن در جوار گسل جنوب اهر، محلی پر خطر از دیدگاه لرزه خیزی می باشد بطوری که برای این محل بیشینه شتاب افقی حدود 0.36 g محاسبه شده است.(جدول 1 ) بنابراین بطور کیفی می توان گفت که آثار تاریخی اهر در وضعیت خطرناکی قرار دارند و زلزله عامل تهدید کننده جدی برای ابنیه تاریخی این شهرستان است. لذا در صورت اولویت بندی برای رسیدگی به بناهای تاریخی با توجه به معیارهای مبتنی بر ارزش معماری بناها و آسیب پذیریشان در برابر زلزله، به این نتیجه می رسیم که بنای شیخ شهاب اهر در اولویت قرار دارد.

 

شکل 3 – نقشه لرزه زمینساخت پهنه استان آذربایجان شرقی

 

 

جدول 1- محاسبه بیشینه پارامترهای جنبشی شدید زمین در گستره استان آذربایجان شرقی

سرچشمه خطی لرزه¬زا ( مهمترین سرچشمه لرزه¬زا نسبت به شهر) بیشینه پارامترهای جنبش شدید زمین MCE

گسل طول (کیلومتر) طول گسیختگی (کیلومتر) بزرگا شدت بیشینه بر روی گسل I(MSK) فاصله از گسل (کیلومتر) بیشینه شتاب افقی(g%) PGA بیشینه شدت در محل 1(MSK)

گسل جنوب اهر 62 23 5/6 VII+ 8 36% VII+

 

5. مدل اجزای محدود ( به روش مدلسازی ماکرو)

 

  بر پایه این روش از مدلسازی مصالح بنایی، نمی¬توان واحد¬های منفرد و اتصالات را از یکدیگر تشخیص داد و محیط مصالح بنایی به صورت پیوسته در نظر گرفته می¬شود به این معنی که آجرها و ملات و سطح مشترک ملات و آجر به صورت یک ماده همگن معادل فرض می¬گردد. خواص فیزیکی این محیط با انجام آزمایشات، و یا متوسط¬گیری وزنی بین خواص فیزیکی محیط آجر و ملات تعیین می گردد. یکی از این پارامترها که در نتایج آنالیز تاثیر زیادی دارد، مدول الاستیسیته مصالح است. در ادامه رابطه ای جهت تعیین دقیقتر این پارامتر ارائه شده است.

تعیین مدول الاستیسیته معادل مصالح بنایی : جهت تعیین مدول الاستیسیته مصالح بنایی برای بارگذاری¬های بدون خروج از مرکزیت رابطه ای به صورت زیر ارائه شده است. [8]

عوامل تاثیرگذار در رابطه (1) مشخصات هندسی و خواص مکانیکی اجزای اساسی تشکیل دهنده مصالح می باشد.

(1):  

 که در آن نسبت حجمی ملات و آجر با استفاده از روابط(2) و (3) تعیین می گردد.

  (2): (3):  

ضخامت ملات و آجر مدول الاستیک ملات و آجر و ضریب پواسون ملات و آجر  

  معمولا روش مدلسازی ماکرو برای آنالیز سازه های بنایی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش نیز به علت حجیم بودن سازه و تعداد بی شمار آجرهای بکار رفته، از این روش جهت مدلسازی محیط بنایی استفاده شده است. بدین منظور و با توجه به خصوصیات مکانیکی مصالح مصرفی، مدلسازی سه بعدی در نرم افزار Ansys انجام شده و تحلیل های مختلف بر روی مدل صورت گرفته است. از جمله المان های مورد استفاده در مدلسازی SOLID45 می باشد. مدل هندسی سازه به علت حجم بزرگ و پیچیدگی فراوان، پس از مدلسازی در نرم افزار Solid Works به محیط نرم افزار Ansys انتقال داده شد و سپس اقدام به مش بندی مدل گردید. مدل ایجاد شده که در شکل 4 قابل مشاهده می باشد در مجموع از 224000 المان تشکیل شده است که برای آنالیز دینامیکی، هزینه زمانی و سخت افزاری زیادی بکار رفته است.  

 

مشخصات مکانیکی مصالح : ، و  

 

6. آنالیز مدل اجزای محدود تحت بارگذاری ثقلی

 

  مدل اجزای محدود ارگ با استفاده از المان 8 گرهی Solid45 ایجاد شده است.. برای المان ها رفتار الاستیک خطی در نظر گرفته شده است. محیط مصالح بنایی در این مدل ایزوتروپ همگن در نظر گرفته شده است.

از تلفیق نتایج حاصل از تغییر شکل سازه در جهت محورهای x,y در جهت محورهای اصلی می توان مکانیزم های گسیختگی محتمل بنا را حدس زد. از نتایج کانتور های تغییرمکان که در شکل 5 آورده شده است،مشاهده می شود که مناره ها تمایل به تغییرشکل در جهت مثبت محور y دارند در حالی که همین تغییرشکل ها برای نواحی اطراف گنبد نزدیک به صفر و یا مقادیر منفی (یعنی تغییرمکان در خلاف جهت محور y) هستند. که می تواند بیانگر این باشد که گنبد در مقطعی به موازات محور x دارای تنش های کششی است. لازم به ذکر است که ترکهای موجود در گنبد (شکل 4) نیز در همین راستا می باشند و این مطلب را تایید می کنند.

 

7. آنالیز مودال

 

تحلیل مودال به روش Subspace Method برای 30 مود اول در جهت محورهای اصلی x,y جداگانه بدست آمد که در شکل¬ (6) نشان داده شده است. مود غالب در جهت محور اول،مود 2 و مود غالب برای جهت محور دوم مود اول بدست آمد. اگر بنا را در سه طبقه در نظر گرفته شود، با مشاهده تغییرشکل های مودی، مشاهده می شود که طبقه اول دارای سختی زیادی نسبت به دو طبقه دیگر دارد. همچنین مشاهده می شود که طبقه سوم نسبت به دو طبقه پایین تر طبقه نرم محسوب می شود.

 

 

شکل 4 – مدل اجزای محدود بقعه و معرفی نقاط کنترلی

 

 

شکل5– نتایج تحلیل مدل تحت اثر وزن خودش

 

شکل 6 – تغییرشکل های مودی و پریود 10 مود اول

8. آنالیز تاریخچه ی زمانی

 

با انتخاب تعدادی زیادی از شتابنگاشت های مناسب منطقه از جمله زلزله های چی چی، کوبه، طبس، منجیل، دوزسی، ارزینکن والسنترو و... اقدام به تحلیل لرزه ای مدل عددی گردید. برای تعیین زلزله ای که سازه را در ناحیه تشدید قرار دهد اقدام به تهیه طیف های پاسخ شتابنگاشت زلزله های منتخب نموده و شتابنگاشتی را که بزرگترین پاسخ را برای سازه ارائه دهد، برای اعمال به مدل انتخاب می شود. طیف پاسخ واقعی و مقیاس شده این شتابنگاشت ها در شکل (7) آورده شده است طیف های منجیل، طبس به ترتیب بزرگترین پاسخ ها را دارند. . شتابنگاشت زلزله منجیل از میان شتابنگاشت های ذکر شده انتخاب گردید. به طوری که ماکزیمم شتاب افقی زمین در این شتابنگاشت m/s253 /3 رسانده و به مدل اعمال گردید که در شکل (8 ) قابل مشاهده می باشد. در آنالیز اولیه ای که برای 30 ثانیه رکورد انجام گرفت، مشاهده گردید که در 15 ثانیه اول اکثر نتایج مهم و قابل توجه بدست می آیند و بقیه رکورد سهم چندانی در نتیجه ندارد. لذا نتایج برای 15 ثانیه اول ارائه شده است.

 

 

شکل 7 – مقایسه طیف پاسخ شتابنگاشت های انتخابی

 

 

شکل 8 – شتابنگاشت زلزله منجیل

 

شکل 9 – تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

 

شکل10– تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

 

شکل 11 – تاریخچه ی شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها

 

 

شکل 2 1– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

 

شکل 13– تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل

 

در شکل 9 تاریخچه تغییر مکان نقاط کنترلی در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل در جهت محور اول نشان داده شده است. سختی زیاد طبقه اول از این نمودار قابل مشاهده است. همچنین نتایج بارگذاری برای جهت محور دوم در شکل 10 قابل مشاهده است. از مقایسه تغییر مکان شکل های 9 و 10 مشخص است که تغییرمکان ماکزیمم در نوک مناره در اثر تحریک در جهت محور دوم اتفاق افتاده است.

در شکل 11،شیب خط فرضی متصل کننده نوک مناره ها نشان داده شده است. بدین صورت که اگر خطی فرضی در نظر بگیریم که نوک مناره ها را به هم متصل کند، و شیب مثبت آن در جهت مثبت محور اول و پادساعتگرد باشد، تاریخچه ی شیب خط فرضی را در این شکل نشان می دهد. همانطور که در اشکال مودی مشخص شد این فرم تغییر شکل مربوط به مد 2 بود که در جهت محور اول غالب بود. و شکل 11 نیز از نتایج بارگذاری در جهت همین محور بدست آمده است.

در شکل 12 و 13 نیز تاریخچه تغییرات تنش در نقطه کنترلی 6 در اثر تحریک لرزه ای شتابنگاشت زلزله منجیل نشان داده شده است. همانطور که مشاهده می شود در اثر اعمال بارگذاری لرزه ای در جهت محور اول مقادیر تنش های کششی زیادی در جهت محور y در این نقطه از سازه بوجود می آید.

 

9. نتيجه¬گيري

 

  بنا در طبقه اول از استحکام و سختی خوبی برخوردار بوده و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی باید نسبت به تقویت آن در طبقات بالاتر اقدام نمود. برای بارگذاری در جهت محور دوم مقادیر بالاتری هم برای تغییرمکان ها و هم برای تنش ها داریم. لذا بنا در این جهت آسیب پذیرتر خواهد بود. و در صورت ارائه طرحی جهت مقاوم سازی بنا در برابر بارگذاری لرزه ای تقویت بنا در این جهت در اولویت قرار دارد. مناره ها، دیوار متصل کننده مناره ها که به عنوان بازوی کوپل آنها محسوب می شوند و همچنین گنبد و دیوار زیر آن نیاز به تقویت و بهسازی دارند.

 

 

9. مراجع

مرجع اصلی: ارزیابی رفتار لرزه ای بناهای تاریخی و قدیمی ) با مطالعه موردی بنای تاریخی شیخ شهاب الدین اهری)

Assessment Seismic Behavior of The

 Historical Structures (Case Study: Sheikh Shahabe Ahar)

 

مجید پورامینیان ،ارژنگ صادقی 1- کارشناس ارشد سازه، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریز (09113928867) 2- دکتری سازه فضاکار، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان، تبریز[e-mail]

 

1. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی لرزه ای بناهای تاریخی( با مطالعه موردی بنای تاریخی ارگ علیشاه تبریز)" پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تربیت معلم آذربایجان،تبریز.

2. Lourenco. P.B: Assessment, diagnosis and strengthening of Outeiro church, Portugal; Con build mat; 2005, 19, 634-645.

3- شاه پسند زاده ، مجید: بررسی مقدماتی لرزه¬خیزی، لرزه زمینساخت و خطر زمین لرزه گسلش در پهنه استان آذربایجان شرقی؛ مهدی زارع، موسسه بین المللی زلزله شناسی و منهدسی زلزله، ایران / تهران، شهریور 1374، 2/7 – 95 – 74.

4- ذکاء، یحیی: زمین لرزه¬های تبریز؛ ایران / تهران ؛ کتاب سرا، چاپ اول، زمستان 1368.

5. پورامینیان، مجید، (1387)، " ارزیابی رفتار لرزه ای بنای تاریخی ارگ تبریز)" چهارمین گنگره ملی عمران، دانشگاه تهران،اردیبهشت 1387.

6. Boothby, Thomas E.: Manual for the Assessment of Load–Bearing Unreinforced Masonry Structures; Huriy Sezar Atamturkur, Ece Erdogmus; USA/ Pensylavania; University Park, 5May 2006

7. Bani- Han, Khaldon: Analytical evaluation of repair and stregthening measures of Qasr al – Bint historical monument – Petra, Jordan: samer Barakat; Journal of Engineering Structures; 2006, 28, 1355-1366

8. Blasi. C: the Fractures of the French pantheon: Survey and Structural analysis; Coisson .E; Iori. I; Engineering Fracture mechanics; Article in press 2007

9. Moon , Franklin L.: Rocommendations for Seismic Evaluation and Retrofit of Low – Rise URM Structures; Tianyi Yi; Roberto T. Leon ; Lawrence F. kahn ; Journal of Structural Engineering @ ASCE ; 2006,132,5 , 663-672.

10. Ansys (2004) http://www.ansys. com FE_software, SAS IP Inc.

11. Oliveira, D.V: Experimental and numerical analysis of blocky masonry structures under cyclic loading, Ph.D Thesis, Portugal, guimaraes, University of Minho, Department of civil Engineering, Jan 2003.

 

سازه هاي پيش تنيده

شركت پارس پي بي ال اولين نوآوري در استفاده از بتن سازه اي 130 سال قبل با مسلح كردن بتن توسط ميلگردهاي فولادي به وقوع پيوست. پس از آن، در سال 1886 با مطرح شدن بتن پيش تنيده امكان رقابت سازه هاي بتني در حوزه هايي كه در گذشته تنها توسط سازه هاي فولادي قابل اجرا بود، مانند پلها با دهانه هاي بزرگ، ساختمان هاي بلند مرتبه، سازه هاي دريايي و غيره را به صورت مقرون به صرفه فراهم ساخت. با وجود اين كه حدود 55 سال است كه در دنيا بصورت گسترده اي از بتن پيش تنيده استفاده مي شود، ولي در ايران از پيش تنيدگي علي الخصوص در بخش ساختمان به درستي استفاده نشده است و ساختمان هاي زيادي كه پس كشيدگي مي توانست بهترين راه حل (هم از لحاظ سازه اي و هم از لحاظ اقتصادي) براي آنها باشد، به صورت غير پيش تنيده اجرا شده اند.

در همين راستاشركت پارس پي‌بي‌ال با سرمايه گذاري مشترك شركت بين‌الملليPBL Group تايلند با هدف توسعه تكنولوژي ساخت و ايجاد تحول در صنعت عمران تاسيس شد.اين شركت به عنوان يكي از پيشگامان عرصه فناوري ‌در رشته ساختمان است كه با بهره‌گيري از كادر داخلي و خارجي مجرب و با سابقه و در اختيار داشتن نرم ‌افزارهاي ويژه در اين بخش فعاليت‌ مي‌نمايد.حضور PBL Group International بعنوان يكي از سهامداران عمده اين شركت دليلي خواهد بود برارتقاي كيفيت طراحي و اجرا كه از طريق حضور مستمر كارشناسان بين‌المللي در مراحل مختلف طراحي و اجرادر پروژه‌ها، محقق مي‌گردد. پيش تنيدگي بسته به اينكه كشش كابل ها قبل يا بعد از بتن ريزي صورت پذيرد به دو روش پيش كشيده و يا پس كشيده انجام مي شود.

پيش تنيده پيش كشيده: اين روش در كارخانه هاي پيش ساخته و دور از محيط اجرايي انجام مي پذيرد. كابل فولادي پيش تنيدگي، قبل از گيرش بتن تحت اثر كشش قرار گرفته و سپس اعضاء پيش تنيده پيش كشيده بصورت پيش ساخته به محيط اجرايي انتقال داده مي شود.

پيش تنيده پس كشيده: دراين روش ابتدا كابل ها طبق نقشه هاي اجرايي جايگذاري مي شوند و پس از بتن ريزي و كسب مقاومت مورد نياز بتن، كابل ها توسط جك هاي مخصوص كشيده ومهار مي شوند.

مزاياي بتن پس كشيده: استفاده از حداكثر ظرفيت مصالح اجراي سازه سبك تر و جذابتر كنترل تغيير شكلها وعرض ترك امكان ايجاد دهانه هاي بزرگتر هزينه كمتر و افزايش مقاومت در برابر آتش سوزي كاهش ضخامت دال وارتفاع ساختمان حذف تيرها سبك تر شدن سازه عملكرد لرزه اي بهتر سازه سرعت اجرايي بالاتر كاربردهاي عمومي و ساختماني پس كشيدگي :

ساخت پلها و ساختمانها ترميم و تقويت سازه ها سازه هاي دريايي مخازن و سيلوها مسلح ساختن خاك سازه هاي كابلي ساختمانهاي مسكوني شخصي مراكز اداري پاركينگ هاي طبقاتي مراكز تجاري بيمارستانها هتل ها و مراكز رفاهي ساختمانهاي صنعتي

http://up.iranblog.com/Files3/5220aa4cd273402db485.doc

اینم مبحث 19

http://up.iranblog.com/Files3/b9409b31a72244a7b937.PDF

فهرست بهای ابنیه

http://up.iranblog.com/Files3/413b80f7bfdf42bb8930.pdfد

فهرست بهای راه (جهت دانلود به لینک نمایش داده شده مراجعه کنید)

http://up.iranblog.com/Files3/413b80f7bfdf42bb8930.pdf

این فایل pdf فهرست بهای راه وباند

ادبندهای برون محور (EBF) و برخی ايرادات در طراحی اين بادبندها

بادبندهای برون محور (EBF) و برخی ايرادات در طراحی اين بادبندها -مقدمه:نوع جديدي از بادبندها كه به تازگي استفاده از آن رو به افزايش مي باشد سيستم بادبندي خارج از محور (EBF) ميباشد. اما متاسفانه اكثر طراحان آشنايي اندكي با نحوه طراحي اين سيستم بادبندي دارند.و اكثرا” به اين سيستم به چشم يك بادبند پرده اي و در جهت تطبيق با نقشه معماري (به طور مثال در محل در و پنجره )نگاه مي‌شود ؛ به همين جهت به نظر مي رسد لازم باشد كه در اين زمينه بحث بيشتري انجام گيرد. -معرفي:در طرح و محاسبه شكلهاي مشبك و خرپاها تاكيد بر اين نكته هست كه تلاشهاي به وجود آمده همه به صورت نيروهاي محوري باشند و امتداد محور اعضاي جمع شده در يك گره تا حد امكان در يك نقطه تلاقي نمايد تا از به وجود آمدن لنگرهاي خمشي جلوگيري شود. تحقيقات سالهاي اخير در طراحي سازه هاي مقاوم در برابر زلزله نشان داده كه با طرح مهاربندي خارج از مركز، در سازه هاي فولادي مي توان مزايايي در تامين شكلپذيري سازه و اطمينان بر رفتار آن در زلزله به دست آورد. چنانچه در شكل (1) ديده مي شود مهاربندي خارج از محور به اين ترتيب به عمل مي آيد كه طراح به ميل خود مقداري خروج از مركز (e) را در مهاربنديهاي نوع 7 و8 (و يا انوا ع ديگر) تعبيه مي كند ، به طوري كه لنگر خمشي و نيروي برشي در طول كوتاهي از تير (يعنيe) كه به نام تيرچه ارتباطي (Link beam) ناميده مي شود به وجود آيد. تيرچه ارتباطي ممكن است در اثر لنگر خمشي به جاري شدن برسد؛ در اين صورت ارتباط را خمشي(Moment link) ميگويند ويا اينكه اگر طول (e) خيلي كوتاه باشد جاري شدن در برش اتفاق افتد كه در اين صورت ارتباط را برشي(Shear link) مي نامند. به اين ترتيب مي توان با كنترل شكلپذيريي تيرچه ارتباطي، شكلپذيري قابل اطميناني براي كل سازه ، درزلزله به دست آورد. مطابق آيين نامه 2800 ضريب شكلپذيري براي اين سيستم سازه اي R=7 ميباشد، كه در مقايسه با سيستم هم محور R=6)) حدود 15 درصد شكلپذيرتر ميباشد ، كه همين مساله باعث كاهش برش پايه زلزله به همين ميزان مي شود. -تركيب اين سيستم با سيستمهاي سازه اي ديگر: الف: تركيب در پلان:در بسياري از موارد ديده شده است كه طراحان در يك طبقه در يك يا چند دهانه از سيستم خارج از محور و در يك يا چند دهانه ديگر به موازات بادبندهاي نوع اول از بادبندهاي هم محور استفاده نموده اند. در اينجا بايد به اين نكته توجه داشت كه از آنجايي كه نوع رفتار اين سيستم با سيستم هم محور متفاوت مي باشد، اساساً استفاده از اين سيستم در تركيب با سيستم هم محور در يك جهت و يك پلان كاملاً مردود ميباشد و باعث ايجاد رفتارهاي غير متعارف در سازه در هنگام زلزله ميشود؛ به همين جهت به طراحان توصيه ميشود كه اگر تمايل به استفاده از اين نوع سيستم بادبندي دارند ، در پلان، تمامي دهانه هاي بادبندي را به صورت خارج از محور طراحي نمايند . البته اين مساله مانع استفاده از تركيب اين سيستم با سيستم قاب خمشي به صورت سيستم دوگانه و ضريب رفتار R=7.5 و يا استفاده از يك سيستم مقاوم متفاوت در جهت متعامد با جهتي كه از سيستم برون محور استفاده شده است ، نمي باشد. ب: تركيب در ارتفاع:در اين زمينه نيز در موارد بسياري ديده شده است كه طراحان در يك دهانه بادبندي خاص در برخي طبقات (عموماً بنا به ملاحظات معماري) از سيستم خارج از محور استفاده كرده و باقي طبقات را به صورت بادبند هم محور طراحي نموده اند. در اينجا نيز بايد به اين نكته توجه داشت كه آيين نامه2 تركيب اين سيستم با سيستمهاي ديگر را در ارتفاع، به طور كامل ممنوع كرده است ، مگر در موارد زير: 1- براي بادبندهاي برون محور بالاتر از 5 طبقه ميتوان بادبند طبقه آخر را به صورت هم محور و بدون تيرچه ارتباطي طراحي نمود. 2- طبقه اول يك بادبند برون محور بيش از 5 طبقه مي تواند هم محور باشد به شرط آنكه بتوان نشان داد كه ظرفيت الاستسك آن 50 درصد بزرگتر از ظرفيت تسليم طبقه بالاتر از طبقه اول باشد. پس همانطور كه ديده ميشود بهتر است در صورت تمايل طراحان به استفاده از اين سيستم بادبندي ، تمامي طبقات (مگر در موارد استثنا شده در بالا) به صورت خارج از محور طراحي گردند. -طراحي تير در دهانه بادبندي: در سيستم بادبندي هم محور طراحي تيرها در دهانه هاي بادبتدي همانند ديگر تيرهاي معمولي وتحت بارهاي ثقلي انجام مي پذيرد و در تركيب بار زلزله نيروي قابل توجهي در اين تيرها ايجاد نميشود ؛ اما در سيستم برون محور علاوه بر برش و لنگرهاي بارهاي ثقلي ، در تركيب بار زلزله ودر اثر نيروهاي محوري ايجاد شده در بادبندها يك سري لنگر و برش اضافي در اين تيرها ايجاد مي شود و باعث بحراني شدن تركيب بار زلزله براي طراحي اين تيرها مي شود . معمولاً محل بحراني در اين تيرها محل اتصال بادبند به تير مي باشد و در اين محل عموماً احتياج به ورق تقويتي بال بالا وپايين مي باشد. -طراحي تيرچه ارتباطي :يكي از مهمترين و حساسترين مسايل در سيستم برون محور ، طراحي تيرچه ارتباطي مي باشد ؛ مساله اي كه اكثر طراحان به راحتي از كنار آن ميگذرند. برخي از مسايلي كه در طراحي تيرچه ارتباطي بايد به آن توجه نمود ، به شرح زير مي باشد: 1- مطابق آيين نامه(( تيرچه ارتباطي بايد تمامي شرايط مقطع فشرده را دارا باشد.)) به اين ترتيب در صورت عدم استفاده از مقاطع نورد شده و استفاده از مقاطع ساخته شده (تيرورق) بايد محدوديتهاي مقطع فشرده در آن رعايت شود و مخصوصاً اتصال بال و جان تيرورق (حداقل در قسمت تيرچه ارتباطي) بايد با جوش پيوسته (ونه جوش منقطع) انجام گيرد. ضمن آنكه بايد توجه داشت كه جوش اتصال بال به جان بايد در برابر تنشهاي برشي موجود كفايت لارم را داشته باشند.(اين مساله در تيرچه هاي ارتباطي كوتاه كه معمولاً به صورت برشي عمل نموده و داراري برشهاي زيادي هستند بسيار حساستر ميباشد.) 3- مطابق آيين ئامه ((جان قطعه رابط بايد از يك ورق تك بدون هرگونه ورق مضاعف كننده تشكيل يابد و هيچگونه بازشويي نبايد در جان قطعه رابط تعبيه شود.)) به اين ترتيب همانطور كه مشخص است استفاده از مقاطع دوبل (به علت وجود بيش از يك جان ) و مقاطع زنبوري (به علت وجود سوراخ در جان ) براي قطعه رابط از نظر آيين نامه يك امر كاملاً مردود مي باشد؛ امري كه متاسفانه بسيار معمول مي باشد. گاهي ديده شده است كه برخي طراحان براي قطعه رابط از مقطع زنبوري استفاده نموده و تمامي سوراخها را در قسمت تيرچه ارتباطي به وسيله ورق تقويتي جان مي پوشانند، كه اين مساله نيز به اين دليل كه ورق تقويتي جان به نوعي يك ورق مضاعف كننده مي باشد، از نظر آيين نامه مردود ميباشد. پيشنهاد ميشود كه در صورت عدم جوابگويي مقاطع نورد شده تك براي اين تيرها، طراحان از مقطع I شكل و به صورت تيرورق و با جوش پيوسته جان وبال در قسمت قطعه رابط استفاده نمايند و به هيچ وجه از مقاطع دوبل وزنبوري استفاده ننمايند. 4- مطابق آيين نامه ((در انتهاي قطعه رابط كه عضو قطري به آن متصل است، بايد سخت كننده جان در تمام ارتفاع ، در دو طرف قرار داده شود.)) يكي از شايعترين ايرادات در طراحي قطعه رابط همين مساله ميباشد ، كه طراحان بايد به اين مساله توجه بيشتري نمايند. اين مساله به غير از سخت كننده هاي مياني قطعه رابط ميباشد كه لزوم قرارگيري يا عدم قرارگيري آنها بايد توسط طراحان مورد بررسي قرار گيرد. -طراحي عضو قطري (بادبند):طراحي عضو قطري در اين سيستم مشابه سيستم هم محور ميباشد با اين تفاوت كه طبق آيين نامه ((هر بادبند بايد داراي مقاومت فشاري 1.5 برابر نيروي محوري نظير مقاومت خمشي قطعه رابط باشد.)) با توجه به اينكه در حالت طراحي معمولي مقاومت فشاري بادبند و مقاومت خمشي قطعه رابط به همديگر نزديك ميباشند ، رعايت اين بند باعث بالا رفتن سطح مقطع بادبند تا حدود 50 درصد نسبت به طراحي حالت معمولي در اين سيستم ميشود؛ ضمن آنكه بايد توجه داشت كه در اين سيستم به دليل آنكه معمولاً زاويه بادبندها با افق نسبت به سيستم هم محور بيشتر مي باشد ، نسبت به سيستم هم محور نيروي محوري بيشتري در بادبندها ايجاد مي شود. -نتيجه گيري:استفاده صحيح از اين سيستم بادبندي باعث شكلپذيري بيشتر سازه و كاهش برش پايه زلزله ميشود ؛ اما در طراحي اين بادبندها بايد دقت كافي در جهت رعايت كليه نكات آيين‌نامه اي چه از طرف طراحان و چه از طرف دستگاههاي نظارتي انجا م پذيرد. طراحي صحيح اين بادبندها منجر به بادبندها و تيرهايي سنگينتر از حالت بادبند هم محور مي شود ؛ به همين جهت پيشنهاد مي شود كه طراحان حتي الامكان از اين سيستم به عنوان اولين گزينه استفاده ننمايند.

تاریخچه پل کابلی

تاریخچه پل کابلی با اینکه به نظر می رسد پل های کابلی به آینده چشم دوخته اند، ایده آن ها مسیر طولانی را پیموده است. اولین طرح شناخته شده از یک پل کابلی در کتابی به نام "ماشین های نووا" - منتشر شده در سال 1595 - آورده شده ولی این ایده تا قرن حاضر که مهندسان شروع به استفاده از پل های کابلی نمودند؛ مورد استقبال واقع نشده بود. در جنگ جهانی دوم که فولاد کمیاب بود، این طرح برای بازسازی پل های بمباران شد که هنوز فوندانسیون هایشان پابرجاست، کامل بود. با اینکه از احداث پل های کابلی در آمریکا دیری نمی گذرد، واکنش ها در این مورد بسیار مثبت بوده است. پل کابلی و نحوه عملکرد آن یک پل کابلی نوعی، یک تیر حمال(عرشه پل) پیوسته با یک یا چند برج بنا شده بالای پایه های پل در وسط دهانه است. از این برج ها، کابل ها به صورت اریب به سمت پایین (معمولا هر دو طرف) کشیده شده و تیر حمال(عرشه پل) را نگه می دارد. کابل های فولادی بی نهایت قوی و در عین حال بسیار انعطاف پذیر هستند. کابل ها بسیار مقرون به صرفه می باشند چون سبب ساخت سازه ای سبکتر و باریکتر شده که در عین حال قادر به پل زدن بین مصافت های بیشتری است.اگرچه تنها تعداد کمی از آن ها برای نگه داشتن کل پل قوی هستند، انعطاف پذیریشان آن ها را در مقابل نیرو هایی که به ندرت در نظر گرفته می شوند مانند باد؛ ضعیف می نماید. برای پل های کابلی با دهانه های طولانی به خاطر تضمین ثبات و پایداری کابل ها و پل در مقابل باد، می بایست مطالعات دقیقی انجام شود. وزن سبکتر پل یک وضع نامساعد در بادهای سهمگین و یک مزیت در مقابل زلزله محسوب می شود. نشست غیر هم سطح فوندانسیون ها که به مرور زمان یا طی یک زلزله روی می دهد، می تواند پل کابلی را دچار آسیب کند. پس باید در طراحی فوندانسیون ها دقت به عمل آورد. ظاهر مدرن و در عین حال ساده پل کابلی آن را به یک شاخص واضح و جذاب تبدیل کرده است. خصوصیات منحصر به فرد کابل ها و به طور کلی سازه، طراحی پل را بسیار پیچیده مینماید. برای دهانه های طولانی تر، جایی که باد و نوسانات باید مورد توجه قرار گیرند؛ محاسبات بی نهایت پیچیده اند و عملا بدون کمک کامپیوتر و آنالیز کامپیوتری غیر ممکن می باشند. علاوه بر این ساخت پل کیده ای مشکل می باشد. اتصالات، برج ها، تیر های حمال و مسیر کابل ها سازه های پیچیده ای هستند که مستلزم ساخت دقیق می باشند. طبقه بندی پل های کابلی طبقه بندی واضحی برای پل های کابلی وجود ندارد. به هر حال آن ها می توانند توسط تعداد دهانه ها، برج ها و کابل ها و همچنین نوع تیر های حمال از یکدیگر تمیز داده شوند. تنوع بسیاری در تعداد و نوع برج ها و همچنین تعداد و چینش کابل ها وجود دارد. برج های نوعی به صورت تکی، دوتایی، دروازه ای و یا حتی برج های A شکل استفاده شده اند. علاوه بر این چینش کابل ها به طور عمده ای متفاوت می باشند. بعضی اقسام دارای چینش تکی، چنگی(موازی)، پنکه ای(شعاعی) و ستاره ای هستند. در بعضی موارد تنها کابل های یک طرف برج به عرشه وصل می شوند و طرف دیگر روی یک فندانسیون یا وزنه برابری لنگر می اندازند. مزایای و تفاوت های پل کابلی برای طول متوسط دهانه ها (150 تا 850 متر) پل کابلی سریعترین انتخاب مناسب برای یک پل می باشد. نتیجه یک پل مقرون به صرفه است که زیبایی آن غیر قابل انکار است. همچنین پل کابلی بهترین پل برای طول دهانه بین پلهای بازویی و معلق می باشد. در این محدوده طول دهانه، یک پل معلق مقدار بسیار بیشتری کابل نیاز خواهد داشت و این در حالی است که یک پل بازویی کامل، به طور قابل ملاحضه ای به مصالح بیشتر نیاز دارد که آن را به مقدار چشمگیری سنگین تر می نماید. ممکن است به نظر برسد پل کابلی شبیه پل معلق است. با اینکه هر دو دارای عرشه هستند که از کابل ها آویزانند و هر دو دارای برج هستند؛ ولی این دو پل بار عرشه را به طرق بسیار متفاوتی نگه می دارند. این اختلافات در چگونگی اتصال کابل ها به برج می باشد. در پل معلق کابل ها آزادانه از این سر تا آن سر دو برج کشیده شده اند و انتقال بار به تکیه گاه های واقع در هر انتها صورت می گیرد. در پل کابلی، کابل ها در حالی که به برج ها متصلند به تنهایی بار را تحمل می کنند. در مقایسه با پل های معلق، پل کابلی به کابل کمتری نیاز دارد، می توان آن را از قطعات بتن پیش ساخته مشابه ساخت و همچنین احداث آن سریع تر است. مهار کابلی چگونه کار می کند؟ بایستید و دستان خود را به صورت افقی در هر طرف دراز کنید. فرض کنید آن ها پل هستند و سرتان نیز برجی در وسط آن است. در این موقعیت ماهیچه های شما دستانتان را نگاه می دارد. سعی کنید یک مهار کابلی برای نگه داشتن دستانتان بسازید. یک تکه طناب به طول حدودی 150 سانتیمتر بردارید. از یک دستیار بخواهید هر یک از دو انتهای طناب را به هر یک از آرنج هایتان ببندد. سپس وسط طناب را روی سر خود قرار دهید. اینک طناب مانند یک مهار کابلی عمل می کند و آرنج هایتان را بالا نگه می دارد. از دستیارتان بخواهید تکه طناب دیگری به طول حدودی 180 سانتی متر را این بار به مچهایتان ببندد. طناب دوم را روی سرتا ن قرار دهید. حالا شما صاحب دو مهار کابلی هستید. فشردگی و فشار نیرو را در کجا احساس می کنید؟ ببینید مهار کابلی چگونه بار پل (دست هایتان) را به برج ( سر شما) منتقل می کند!

پارسه

فروش کتابهای پارسه با قیمتی باور نکردنی :تماس بگیرید تا به صورت رایگان ارسال نماییم درب منزل شما-کتاب های ارشد پارسه گرایش کارشناسی ارشد عمران شامل 15 جلد کامل فقط120هزار تومان