این یکی از پنج اتصال جدید است که توسط مهندسان NIST طراحی شده است. چهار “صفحات لینک” به شکل دمبل هر کدام یک انتهای در یک پرتوی بتونی تعبیه شده اند. انتهای دیگر بر روی یک ستون مرکزی جوش داده می شود. شکل دمبل نقاط ضعف عمدی را ایجاد می کند که در آن فولاد برای کشش آزاد است. مهندسان این نقاط ضعف را “فیوزهای ساختاری” می نامند زیرا مانند یک فیوز برقی ، آنها برای شکستن ابتدا طراحی شده اند و بقیه سازه ها را حفظ می کنند.
اعتبار: M. Ammons/nist
مردم هزاران سال است که از بتن استفاده می کنند ، اما دانشمندان و مهندسان هنوز راه هایی برای بهبود این ماده همه کاره پیدا می کنند. اکنون ، محققان انستیتوی ملی استاندارد و فناوری (NIST) پنج روش جدید برای اتصال ایمن قطعات بتونی بزرگ ایجاد کرده اند. این روشهای اتصال برای نوعی از مواد به نام “بتن پیش ساخته” در نظر گرفته شده است که در آن قسمت هایی مانند تیرها و ستون ها در یک کارخانه ساخته شده و بعداً در یک سایت ساختمانی مونتاژ می شوند.
مهندس ساختاری NIST ، مالکوم آمونز ، که رهبری این پروژه را بر عهده داشت ، توضیح داد: “اتصالات معمولاً ضعیف ترین نقاط در این نوع ساخت و ساز هستند.” “این اتصالات جدید به گونه ای طراحی شده اند که ساختمانهای بتونی پیش ساخته را انعطاف پذیر تر و کمتر احتمال سقوط پس از آسیب های ناگهانی مانند سیل ، زلزله یا انفجار کاهش می دهند.”
بتن پیش ساخته چیست؟
ریختن بتن مرطوب در یک محل ساخت و ساز گران و وقت گیر است. سازندگان قبل از سخت شدن باید بتن مرطوب را به محل ساخت و ساز منتقل کنند. آنها باید بتن را در قالب هایی که اغلب فقط یک بار استفاده می شوند و سپس دور می شوند ، بریزند. حتی گرفتن بتن مرطوب در قالب ها می تواند مشکل باشد و به شیلنگ ها و پمپ های طولانی نیاز دارد. مهمتر از همه این نگرانی ها ، کارگران باید نگران آب و هوا باشند.
آمونز گفت: “گرما ، رطوبت و بارش همه در قدرت بتن نهایی تأثیر دارد.” “کنترل کیفیت ساده تر است و اگر بتن در داخل خانه قابل درمان باشد ، هزینه های ساخت و ساز اغلب ارزان تر است.”
این جایی است که بتن پیش ساخته وارد می شود. کارگران کارخانه قطعات بزرگی از بتن را که قبل از انتقال به محل کار سخت می شوند ، می ریزند. کارگران ساختمانی سپس این قطعات را مانند مبلمان سوئدی به هم وصل می کنند. بتن پیش ساخته می تواند هزینه ساخت و ساز را تا حد زیادی کاهش داده و کیفیت و قوام را بهبود بخشد زیرا می تواند در یک کارخانه کنترل آب و هوا با قالب های قابل استفاده مجدد تولید شود.
یکی از اشکالات بتن پیش ساخته این است که تمایل دارد نقاط اتصال بیشتری نسبت به بتن داشته باشد که در محل ریخته می شود. این اتصالات برای اطمینان از قوی بودن ساختار کلی نیاز به توجه ویژه ای دارند.
قرار دادن قطعات
کارگران به طور معمول با استفاده از یک کانکتور فولادی تعبیه شده در بتن مرطوب در کارخانه ، به قطعات بتونی پیش ساخته می پیوندند. آنها از فولاد استفاده می کنند زیرا کمی بهاری است. اگر به اندازه کافی سخت در دو انتهای یک نوار فولادی بکشید ، قبل از جدا شدن از هم جدا می شود ، مانند تافی بسیار سفت. از طرف دیگر بتن خم نمی شود یا کشیده نمی شود. هنگامی که تحت فشار بیش از حد قرار می گیرد ، همه به یکباره ترک می شود ، فوراً از یک پشتیبانی به وزن کم خطر خطرناک تبدیل می شود.
اتصالات بتونی پیش ساخته باید به اندازه کافی قوی باشد تا وزن روزمره ساختمان را حفظ کند ، اما همچنین باید نقاط ضعف عمدی را شامل شود که قبل از جدا شدن بتن به شکلی قابل پیش بینی کشیده شود. در شرایط شدید مانند زمین لرزه ها هنگامی که یک ساختار به طور ناگهانی تحت استرس فیزیکی زیادی قرار می گیرد ، مهندسان می خواهند این استرس به جای بتن شکننده ، وارد فولاد کشیده شود.
اعتبار:
M. Ammons/nist
آمونز توضیح داد: “شما نمی خواهید از اینكه این شکست در كجا اتفاق بیفتد تعجب كنید.” “شما می خواهید بتوانید دیکته کنید که در کجا و چگونه شکست رخ می دهد.”
این اصل طراحی به اطمینان حاصل می کند که خسارت هایی مانند از بین رفتن ستون در سایر قسمت های سازه گسترش نمی یابد و منجر به فروپاشی بزرگتر می شود. جلوگیری از این اثر ، که مهندسان آن را “فروپاشی نامتناسب” می نامند ، بوده است اولویت اصلی تحقیقات NIST برای چندین دهه.
نگه داشتن فروپاشی موجود
یک نمونه غم انگیز از فروپاشی نامتناسب در یک ساختار بتونی پیش ساخته سالها پیش در ساختمان آپارتمان رونان پوینت در لندن رخ داده است. در 16 مه 1968 ، آیوی هاج در اوایل صبح از خواب بیدار شد تا یک فنجان چای را در آپارتمان طبقه 18 خود درست کند. او برای روشن کردن اجاق گاز ، یک مسابقه را زد و دانست که یک لوله نشتی باعث شده است که آپارتمان وی یک شبه را با گاز قابل اشتعال پر کند. این گاز مشتعل شد و موج شوک ایجاد کرد که یک دیوار خارجی باربری آپارتمان گوشه او را منفجر کرد. بدون آن دیوار برای پشتیبانی ، تمام دیوارهای مربوط به چهار آپارتمان فوق نیز فرو ریختند. سپس ، وزن ناگهانی کفهای در حال سقوط باعث فروپاشی تمام طبقه های زیر شد. سرانجام ، گوشه ای از ساختمان نابود شد و چهار نفر را کشته و 17 نفر زخمی شد. آیوی هاج به طور معجزه آسایی زنده ماند.
فروپاشی نامتناسب نادر است ، اما مقیاس حتی یک واحد می تواند منجر به از بین رفتن غم انگیز زندگی شود. دو مثال مهم دیگر سقوط برج های مرکز تجارت جهانی 1 ، 2 و 7 در 11 سپتامبر 2001 و فروپاشی جزئی ساختمان آلفرد پی موره پس از بمباران شهر اوکلاهما در سال 1995 است. هر پنج این ساختمان ها قبل از مهندسان عمران به طور مرتب در طرح های خود جمع آوری و ساخته شده اند. بلایای آینده می تواند با طراحی سازه ها به گونه ای کاهش یابد که مانع از انتشار کمی آسیب شود.
برای مطالعه فروپاشی نامتناسب ، NIST مجموعه ای از آزمایشات در مقیاس کامل را در انواع مختلف ساخت و ساز انجام داد تا ببیند آیا می توانند در برابر تخریب ناگهانی یک ستون مقاومت کنند. در طول آن آزمایشات، محققان NIST دریافتند که اتصالات بتونی پیش ساخته ممکن است از نابودی یک ستون پشتیبان زنده نماند. جوزف ماین ، محقق NIST گفت: “اتصالات در مکان های غیر منتظره به جای تغییر شکل به صورت انعطاف پذیر همانطور که در نظر گرفته شده بود ، شکسته شد. ما فرصتی برای طراحی ارتباطات قوی تر دیدیم.”
اطمینان حاصل کنید که اتصالات در دنیای واقعی کار می کنند
بنابراین nist با موسسه بتونی پیش ساخته (PCI)، یک انجمن حرفه ای ، برای حضور پنج ایده جدید برای اتصالات بتونی پیش ساختهبشر
آمونز گفت: “شما می خواهید تعادل بین عملکرد ، هزینه و ساختار داشته باشید. داشتن چند نوع اتصالات مختلف به مهندسان عمران کمک می کند تا مناسب ساختمان خود را انتخاب کنند.”
اتصالات جدید در بسیاری از شکل ها و اندازه ها قرار دارند ، از جمله صفحات فلزی که در کنار هم جوش داده می شوند ، براکت هایی که می توانند با پیچ و مهره های عظیم پیچ خورده باشند ، و سیستم های سوراخ دار که در آن میله های فولادی بلند که از یک قطعه امتداد می یابد ، در قسمت دیگری در سوراخ قرار می گیرند و همراه با ملات نگه داشته می شوند.
این اتصالات به صورت تئوری و در شبیه سازی کار می کردند ، اما اتصالات نیز برای آزمایش جسمی لازم بودند. برای انجام آزمایشات در دنیای واقعی ، NIST و PCI نمونه های پنج هشتم از این اتصالات را ایجاد کردند که با سنسورها تعبیه شده اند تا مرتباً نیروها را در کل بتن اندازه گیری کنند.
در آزمایشگاه آزمایش ساختاری NIST در گیتسبورگ ، مریلند ، این پروتئین ها توسط محرک های هیدرولیک به محدودیت های آنها منتقل شدند. مهندسان NIST با دقت تماشا می کردند زیرا بیش از 34 تن نیرو را به کار می بردند تا ببینند که چگونه فولاد کشیده شده و ترک های آن در بتن شکل می گیرد. این آزمایشات تأیید کرد که هر پنج این نوع اتصال جدید در جلوگیری از فروپاشی نامتناسب از اتصالی که قبلاً آزمایش کرده بود ، مؤثرتر خواهد بود.
از طریق این آزمایش ، مهندسان NIST تأیید کردند که این اتصالات قوی هستند. آنها می توانند یک ساختار را ایستاده نگه دارند ، حتی اگر ستونی در زیر آن ناگهان از بین برود. از آنجا که این اتصالات با ورودی و بازخورد از تولید کنندگان بتن پیش ساخته از طریق همکاری NIST با PCI طراحی شده اند ، این طرح ها نیز قابل استفاده هستند – آنها می توانند در کارخانه های موجود ساخته شوند و به راحتی در یک سایت ساختمانی مونتاژ می شوند.
ماین گفت: “ما می خواهیم مردم از این ارتباطات جدید استفاده کنند.” “ما امیدواریم که این نوآوری به صنعت بتن پیش ساخته کمک کند تا ساختمانهای قوی را که می توانند بارهای غیرقابل پیش بینی مانند تأثیر وسیله نقلیه یا انفجار زنده بمانند ، طراحی و ساخت.
Source link