بررسي عددي تير‌هاي بتني داراي خاموت دورپيچ مستطيلي تحت بارگذاري پيچشي

Numerical Investigation of Reinforced Concrete Beams with Rectangular Spiral Reinforcement in Torsion

در اين مطالعه به بررسي عددي رفتار تيرهاي بتن‌آرمه با خاموت‌هاي دورپيچ مستطيلي تحت بارگذاري پيچشي پرداخته شده‌است. اين مقاله آناليز اجزاء محدود، شامل نتايج آزمايشگاهي 27 تير بتني داراي خاموت‌گذاري دورپيچ مستطيلي را ارائه مي‌دهد، كه در آن خاموت‌هاي دورپيچ مستطيلي داراي فواصل و زاويه ساق‌هاي قائم و افقي متفاوت مي‌باشند و توسط نرم افزار آباكوس به روش تحليل ضمني Explicit صحت‌سنجي شده‌اند. شرايط محصورشدگي با تغيير در منحني تنش ـ كرنش بتن به تيرهاي بتني اعمال شده است. با توجه به نتايج مدل‌سازي، افزايش ميزان آرماتور‌هاي عرضي با افزايش ميزان محصورشدگي، باعث افزايش لنگر پيچشي حداكثر و شكل‌پذيري بيشتر تير‌هاي بتني ‌شده‌است. استفاده از خاموتهاي دورپيچ مستطيلي پيوسته در مقايسه با خاموتهاي معمول، با درصد آرماتور‌هاي عرضي برابر به طور متوسط باعث افزايش 5 تا 35 درصدي لنگر پيچشي حداكثر مي‌گردد. در خاموت‌هاي دورپيچ مستطيلي كه زاويه‌ي بالاي آنها صفر نيست براي زواياي مختلف، با درصد آرماتور عرضي برابر، افزايش زاويه بالايي، باعث افزايش زاويه كناري شده‌است كه حاصل آن افزايش لنگر پيچشي حداكثر مي‌باشد. اين افزايش زاويه بالايي تا 20 درجه باعث افزايش لنگر پيچشي حداكثر و بيشتر از آن باعث كاهش لنگر فوق مي‌گردد. بررسي نتايج حاصل از خاموت‌هاي دورپيچ مستطيلي كه زاويه‌ي بالايي آنها صفر نيست و مقايسه آنها با حالتي كه صفر مي‌باشد، نشان مي‌دهد كه براي حالاتي كه اين زاويه كمتر از 14 درجه است، حداكثر لنگر پيچشي حاصل داراي اختلاف اندكي با حالت بدون زاويه است. حتي در برخي حالات، هنگامي كه زاويه بالايي صفر است، لنگر پيچشي بيشتري حاصل مي‌گردد. از لحاظ اجرايي هم استفاده از خاموت‌هاي دورپيچ با زاويه بالايي صفر درجه با توجه به سهولت ساخت و كاهش هزينه‌هاي توليد خاموت‌هاي دورپيچ، توصيه مي‌گردد.

In this numerical investigation, rectangular spiral reinforcement behavior have been examined. This article presents the finite element models of the experimental tests of 27 reinforced concrete beams that have rectangular spiral reinforcement with the distance of different vertical and horizontal leg angles. The explicit analyses have been verified the condition of confinement by changing in stress-strain curve of the reinforced concrete beams. According to the results of modeling, increasing the transverse reinforcement and improving in confinement advances the maximum torsion and more ductility of the concrete beams. Using continues rectangular spiral reinforcement in comparison with commonly used stirrups, with the same percentage of transverse reinforcement, improved the maximum torsion capacity from 5 to35%. In rectangular spiral reinforcement with various top angles, and the same percentage of the transverse reinforcement, increasing the top and side angles improves the maximum torsion. This improvement in torsion capacity is for the top angle of up to 20 degree. Exploring the results of rectangular spiral reinforcement that their top angles are not zero indicates that for the angles less than 14 degree, the results of maximum torsion have little deference with the ones having no top angle. Therefore, using rectangular spiral reinforcement with zero top angle is recommended. Its simple manufacturing and decreasing the cost of producing is considerable too.