نحوه در نظر گرفتن لنگر پیچشی در طراحی تیرهای بتنی

پیش تر مطلبی را در خصوص ضریب ترک خوردگی پیچشی property modifiers در تیرهای بتنی منتشر شده بود:

ضریب ترک خوردگی پیچشی تیرها

در مطلب زیر که به نقل از  کانال @costbook آقای رضا سلطان آبادی آورده شده است به بررسی کامل این موضوع می پردازیم، جالب است بدانید در برخی کشورها به طور کلی ضریب ترک خوردگی پیچشی را برای تیرهایی که دچار پیچش زیاد شده اند  ۰٫۰۱ در نظر می گیرند که اصلا هم اشتباه نیست و در واقع خواسته یا ناخواسته تمام پیچش را در سایر قسمت های (به جز تیر مدنظر ) بازتوزیع می کنند اما درست آن است مدلسازی ما به آنچه در واقعیت صورت می پذیرد نزدیک باشد، به همین جهت توصیه می شود مطلب زیر را به صورت کامل مطالعه کنید»

برای طراحی سازه‌های بتنی در نظر گرفتن لنگر پیچشی امری اجتناب ناپذیر است. ترکیب نیروی برشی و تنش‌های برشی ناشی از لنگر پیچشی معمولاً در اکثر پروژه‌ها وجود دارد و مهندس محاسب باید قادر به طراحی صحیح المان‌های بتنی برای این نیروها باشد.

مطابق آیین نامه‌های طراحی سازه بتنی برای در نظر گرفتن لنگر پیچشی دو نوع پیچش در تیرهای بتنی وجود دارد که عبارت‌اند از *پیچش تعادلی (Equilibrium Torsion)* و *پیچش سازگاری (Compatible Torsion)*. در پیچش‌های سازگاری به دلیل امکان باز توزیع تنش‌هاربه جهت ترک خوردگی مقطع امکان محدود کردن لنگر پیچشی به مقدار “پیچش آستانه ترک خوردگی یعنی ϕTcr ” وجود دارد. به عبارتی در چنین محل‌هایی (به طور مثال در تیرهایی که تیر فرعی به آن‌ها متصل شده است) طراح اجازه دارد که لنگر پیچشی Tu را به مقدار ϕTcr محدود نماید. این ضابطه در ACI318-14 به شرح زیر بیان شده است.

۲۲٫۷٫۳٫۲ In a statically indeterminate structure where Tu ≥ ϕTcr and a reduction of Tu can occur due to redistribution internal forces after torsional cracking, it shall be permitted to reduce Tu to ϕTcr, where the cracking torsion Tcr is calculated in accordance with 22.7.5.

به عبارت خیلی ساده؛ در تیرهای که به آن‌ها تیر فرعی با باربری قابل توجه متصل است؛ طراح می‌تواند آن تیر را برای لنگر Tu= ϕTcr طراحی کند. متاسفانه دیده می‌شود که مهندسین از این بند آیین نامه اینگونه استنباط می‌کنند که کلاً نیازی به در نظر گرفتن لنگر پیچشی نمی‌باشد! اما باید مقطع را حتماً برای لنگر پیچشی حداکثر برابر Tu= ϕTcr  طراحی کنید.

اما برای منظور کردن این تبصره راه کاری که پیشنهاد می‌شود کاهش سختی پیچشی مقطع مورد نظر است. برخی مهندسین از ضریب تقریبی ۰٫۱۵ برای کاهش سختی پیجشی استفاده می‌کنند. طبق آیین نامه اگر Tu <0.25 ϕTcr برقرار باشد برای مقطع نیازی به طراحی پیچشی نمی‌باشد. به همین دلیل در اکثر مواقع استفاده از ضریب کاهش سختی ۰٫۱۵ صحیح نمی‌باشد. استفاده از ضریب ۰٫۱۵ در بیشتر مواقع موجب برقراری Tu <0.25 ϕTcr  می‌شود و نرم افزار از لنگر پیچشی صرف نظر می‌کند و همین مسئله به راحتی موجب اشتباه در طرح خاموت ها خواهد شد.

روش اول

دقیق‌ترین روش اینست که در ابتدا از ضریب یک برای کاهش سختی پیچشی استفاده شود و سپس در اعضایی که مستعد پیچش سازگاری هستند روی عضو مورد نظر کلیک راست کرده و مقدار Tu را در برگه Envelope گزارش کنید. اگر این مقدار از ϕTcr  کمتر باشد که خوبست اما اگر در عضوی که مستعد پیچش سازگاری است مقدار Tu از ϕTcr  بیشتر شد برای آن عضو(ها) ضریب کاهش سختی پیچشی را کم کنید (مثلاً در گام دوم از ضریب ۰٫۸ استفاده کنید). این پروسه را تا وقتی که مقدار Tu= ϕTcr حاصل گردید باید تکرار کنید.

روش تقریبی

روش تقریبی دوم اینست که از ضریب کاهش سختی بین ۰٫۵ تا ۰٫۶ در ابتدای مدل سازی استفاده شود. با اینکار مراحل سعی خطا کاهش چشم گیری پیدا می‌کند.

مجدداً تاکید می‌شود که استفاده از ضریب ۰٫۱۵ در اکثر مواقع منجر به نتیجه غلط در طراحی پیچشی مقاطع با پیچش سازگاری می‌شود. همچنین این تفکر غلط را اصلاح کنیم که مطابق آیین نامه برای تیرهای با پیچش سازگاری نیازی به طراحی پیچشی نیست!