استفاده از کوپلر در ساختمانهای بتنی به عنوان یک جایگزین برای اتصال اورلپ میلگرد‌ها روز به روز رایج‌تر میشود. این وصله‌ها امکان اتصال آسان به توری‌های پیش‌ساخته از میلگرد‌ها را فراهم می‌کنند و ساخت را تسریع می‌دهند. با این حال، عملکرد وصله‌ها در ناحیه حیاتی اعضای بتنی تحت بارگذاری زلزله موضوعی بحرانی بوده است. یک مطالعه اخیر توسط لی و همکاران به تجربیات ارزشمندی در مورد سیستم‌های کوپلر استاندارد که می‌توانند عملکرد مشابه با تقویت پیوسته داشته باشند، پرداخته است. این مقاله خلاصه‌ای از یافته‌های کلیدی درباره مزایای کوپلر استاندارد و امکان استفاده از آنها در ناحیه با زمین‌لرزه شدید ارائه می‌دهد.
نقش وصله‌ها در ناحیه مفصل پلاستیکی
در ساختمانهای بتنی واقع در ناحیه با زمین‌لرزه شدید، عناصری مانند تیرها و ستون‌ها در چارچوب‌های لحظه‌ای به تحمل تغییرات کنترل‌شده غیر الاستیک از طریق “مفصل پلاستیکی” طراحی شده‌اند. این مکانیزم باعث دمپ شدن انرژی میشود و مقاومت در برابر زلزله را فراهم می‌کند. ناحیه مفصل پلاستیکی در انتهای اعضا تجربه تقاضای کششی بالایی خارج از مرزهای میلگرد‌ها دارند. عملکرد وصله‌های مکانیکی در مفصل‌های پلاستیک ممکن است با ابهام مواجه باشد. اما استفاده از کوپلر استاندارد با رفتار پیوسته می‌تواند قرارگیری در مفصل‌های پلاستیکی را ممکن کند.
کوپلر استاندارد در مقایسه با وصله‌های بلند
شکل‌گیری وصله بر رفتار آن تأثیر می‌گذارد. وصله‌های بلند که در طول یک قسمت از میلگرد‌های اتصال‌یافته امتداد دارند، به ترکیب تغییرات در این منطقه تمایل دارند. این موضوع می‌تواند تغییرات مفصل پلاستیکی را تغییر دهد، انعطاف‌پذیری خمشی را کاهش دهد و به شکست میلگرد‌ها منجر شود. به عبارت دیگر، کوپلر استاندارد که میلگرد‌ها را انتها به انتها متصل می‌کنند، انتقال تغییرات کششی پیوسته مشابه با میلگرد یکسره و بدون وصله را فراهم می‌کنند و از این مشکلات جلوگیری می‌کنند.
تقاضاهای کششی بر روی میلگرد‌های با مقاومت بالا
فولاد با مقاومت بالا مانند 550 یا 690 مگاپاسکال اکنون موجود است. اما معمولاً مقاومت بالاتر به معنای کمتر شدن کشیدگی نهایی است. مطالعه بخش‌هایی را در چارچوب‌های لحظه‌ای ویژه با استفاده از میلگرد‌های با مقاومت 420، 550 و 690 مگاپاسکال تجزیه و تحلیل کرد. به طرز معکوس، میلگرد‌های با مقاومت بالا نسبت به سطح کشیدگی معمولی کمتری را نشان دادند، به رغم کشیدگی کمتر. این مسئله به تغییرات لغزشی افزایش یافته و به منحنی بزرگتر در لحظه کشیدگی با میلگرد‌های با مقاومت بالا منجر میشود، کمترین تقاضای چرخش پلاستیک را فرامی‌گیرد.
تغییرات در پروتکل آزمایش
با توجه به تقاضاهای کمتر کششی، پروتکل آزمایش زلزله‌ای برای کوپلر استاندارد بازنگری شد. اصولاً پروتکل نیاز به انعطاف پذیری بسیار بالا (تا 12 برابر کشیدگی نهایی) بود، بدون توجه به مقاومت میلگرد. کشیدگی‌ها به حداکثر 2.75٪ برای میلگرد‌های با مقاومت 550 و 690 مگاپاسکال محدود شد تا از تقاضای افزایشی جلوگیری شود. بارگذاری چرخه‌ای همچنان شامل انحرافات پس از کشیدگی برای شبیه سازی تأثیرات زلزله می شود.
نتایج آزمایش وصله‌ها
بیش از 100 مجموعه وصله با استفاده از پروتکل تغییر یافته آزمایش شدند که چهار نوع متداول – مهره‌ای، جوش اصطکاکی، پیچ‌دار و آبدار – را نمایندگی می‌کردند. بیشترین آنها با شکست میلگرد‌ها خارج از وصله مطابقت داشتند. چند نوع رزوه به دلیل طول تجربی به شکست میلگرد منجر شدند، اما این اتفاق نزدیک به بار بالای نهایی رخ داد. به طور کلی کوپلر استاندارد رفتار مناسبی را برای کاربردهای زلزله‌ای با بار سنگین نشان داد.
توصیه‌های استفاده از وصله‌ها
نتایج نشان می‌دهند که می‌توان از کوپلر استاندارد به صورت قابل اعتماد در ناحیه مفصل پلاستیکی چارچوب‌های لحظه‌ای ویژه استفاده کرد، اگر
- هندسه وصله تمرکز تغییرات کششی یا لغزش میلگرد‌ها را وارد نکند.
- نصب و بازرسی صحیح تضمین کند که ظرفیت شکست میلگرد‌ها دست‌یافتنی است.
- میلگرد‌های با مقاومت بالا، با درنظر گرفتن تقاضای کششی کمتر، معیارهای پذیرش تغییریافته را دنبال کنند.
- از انواع رزوه بلند تا زمان انجام آزمایش‌های سازه‌ای اضافی محدودیت‌های ساختاری دیگری را فراهم کنند
پژوهشگران توصیه می‌کنند که استفاده از کوپلر استانداردرا در هر مورد به مرور زمان در نظر بگیرند که مزایا به دست آمده بدون تخلیه عملکرد دستیابی شود. به عنوان مثال، وصله‌ها در بخش‌های شلوغ یا برای سازگاری ممکن است مفید باشند. با احتیاط‌های لازم، کوپلر استانداردیک گزینه قابل قبول برای سیستم‌های مقاومتی به نیروی زلزله را فراهم می‌کنن
اهمیت برای ساخت بتن پیش‌ساخت
یافته‌ها امکانات جدیدی را برای استفاده بهینه از بتن پیش‌ساخت باز می‌کنند جایی که عملکرد وصله‌ها محدودیتی بوده است. وصله‌ها اتصال سریع اجزا پیش‌ساخته مانند ستون‌ها و تیرها در محل ساخت فراهم می‌کند. شتاب ساخت، کنترل کیفیت بهبود‌یافته و اجتناب از بتن ریخته‌گری در محل ساخت از مزایای اصلی روش‌های پیش‌ساخت است. این مطالعه پایه‌ای برای گسترش استفاده از وصله‌ها در چارچوب‌های لحظه‌ای پیش‌ساخت در ناحیه با زمین‌لرزه شدید فراهم می‌کند. با معیارهای پذیرش تغییریافته، اکنون می‌توان وصله‌ها را در ناحیه مفصل پلاستیکی گنجاند. این امکان را به فرآیند پیش‌ساخت بهینه بدون تخلیه مقاومت زلزله می‌دهد.
نتیجه‌گیری
1-استفاده از آرماتورهای مقاومت بالاتر، مانند گرید 550 یا 690، می تواند منجر به کاهش تقاضای کرنش در ناحیه مفصل پلاستیکی به دلیل کاهش طول مفصل پلاستیکی و لغزش و تغییر شکل انحنای بزرگتر در حد جاری شدندر مقایسه با میلگرد با مقاومت 420 شود. لذا استفاده از میلگرد با مقاومت 420 مگاپاسکال توصیه میشود.
- نمونه های آزمایشی کوپلرها و رزوه های کوپلینگ مناسب بودن آنها را نشان داد. با توجه به اقناع ضوابط بارگیری طبقه بندی SA اصلاح شده ، مجاز به استفاده در نواحی حساس مفصل پلاستیکی قاب های خمشی خاص را دارند.
- رزوه های کوپلینگ ملات دوغاب شده باید به صورت مشروط در ناحیه لولا پلاستیکی استفاده شوند. ستون های پیش ساخته، مشروط به رعایت شرایط خاص و نشان دادن لرزه عملکرد از طریق آزمایش ساختاری
