مدل‌سازي و ارزيابي روش‌هاي طراحي تيرهاي عميق بتن مسلح

Modeling and Evaluation of Design Methods of Reinforced Concrete Deep Beams

تيرهاي عميق به تيرهايي گفته مي‌شود كه در مقايسه با تيرهاي معمولي،‌ داراي نسبت زياد ارتفاع به دهانه باشند. در تيرهاي عميق به دليل داشتن هندسه‌ي خاص توزيع كرنش در مقطع به صورت خطي نيست و عموماً داراي رفتاري برشي هستند. بر همين اساس اين تيرها به روش متفاوتي نسبت به تيرهاي معمولي طراحي مي‌شوند. طراحي تيرهاي عميق با توجه به كاربرد وسيع آن‌ها يك مسئله حياتي در مهندسي سازه به‌حساب مي‌آيد. تا‌كنون مطالعات متعددي براي تعيين روابط يا روش‌هايي براي طراحي تيرهاي عميق صورت گرفته است. اين مطالعات منجر به پيدايش روش‌هاي مختلف براي تحليل و طراحي اين تيرها شدند. با اين حال آيين نامه بتن ايران بدون توجه به اين روش ها مدت هاست از يك رابطه ساده و قديمي استفاده مي كند. در اين پژوهش روش‌ها و روابط معتبر ارائه‌شده توسط ديگر محققان در كنار روش آيين نامه بتن ايران بررسي و ارزيابي شدند. مقايسه روش آيين نامه بتن ايران و بست‌وبند آيين‌نامه‌ي بتن آمريكا در طراحي تيرهاي عميق بتن مسلح نشان داد كه نتايج روش بست‌وبند همبستگي بيشتري با نتايج آزمايشگاهي دارند. طراحي مطابق با روش بست‌وبند منجر به 27 درصد خطاي كمتر يا به عبارتي ديگر 27 درصد صرفه‌جويي در مصرف مصالح نسبت به روش آيين‌نامه بتن ايران مي شود. همچنين، در اين پژوهش رابطه‌ي جديدي براي پيش‌بيني نيروي برشي تيرهاي عميق بتن مسلح بر اساس 240 نمونه‌ي آزمايشگاهي با استفاده از روش رابطه‌سازي ژنتيك ارائه شد. رابطه ي پيشنهادي توانست با ميانگين خطاي 6% نتايج آزمايشگاهي را پيش بيني كند.

Deep beam have large depth/thickness ratio compared to conventional beams. In deep beams, the bending strain distribution through the depth of transverse sections of beam considerably deviates from the linear distribution. So their behavior is different with ordinary beams and are designed based on shear strength. The design of deep beams, due to their widespread use, is a crucial issue in structural engineering. So far, numerous studies have been done to determine the shear strength relations or models for deep beams. One widely used approach to determine shear strength of is the strut-and-tie method, which is employed by the American Concrete Association (ACI). However, It has been a long time since the Iranian Concrete Code (ICC), regardless of this research, uses a direct relation for the design of deep beams. In this research, methods and relations provided by other researchers along with the ICC method for deep beam design have been evaluated based on 240 experimental specimens. Moreover, a new equation for predicting the shear strength of RC deep beams using the genetic programming (GP) method is presented. Some input and output data should be used for feeding GP and equations producing. This equation was only based on primary specifications of RC deep beams and compared with other methods presented in the literature. In addition, the effect of different parameters on shear strength of RC deep beams were investigated. The results of this study showed that the proposed equation had acceptable accuracy compared to the experimental results and other equations presented in the literature. The proposed equation predicts the experimental results with an average error of 6%. Comparison of the results of the of ICC method in the design of deep beams with ACI method results showed that design in accordance with the ACI method resulted in a 27% lower error.