بررسي رابطه بهينه طراحي آرماتور برشي محصوركننده در شكل پذيري ستون‌هاي بتن مسلح

Investigation of the Optimal Design Equation for Stirrups Used in Ductile Reinforced Concrete Columns

از مهم‌ترين ويژگي‌هاي سازه هاي بتني رفتار شكل‌پذير آنها در برابر زلزله است. شكل‌پذيري يك سازه شامل تحمل تغييرشكل‌هاي غيرارتجاعي نسبتاً زياد بدون كاهش چشمگير مقاومت سازه و نيز مستهلك نمودن و جذب مقدار قابل توجهي از انرژي زلزله از طريق چرخه‌هاي رفتاري پايدار است. آئين‌نامه‌هاي مختلف براي شكل پذيري انواع المانهاي سازه‌اي، محدوديت‌ها و ضوابطي را در نظر گرفته‌اند. هدف از اين پژوهش بررسي رابطه بهينه طراحي آرماتور برشي محصوركننده در شكل‌پذيري تيرستون‌هاي بتن مسلح است. در اين مقاله با استفاده از روش عددي، آرماتورهاي برشي محصوركننده براي سه نوع ستون با مقطع دايره‌اي با قطر 750 ميليمتر و مربع مستطيلي به ابعاد 1000×1000 و 500 ×500 ميليمتر در حالت‌هاي شكل‌پذيري متوسط و زياد، مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين به منظور بررسي اثر مقاومت بتن دو نوع مقاومت 30 و 60 مگاپاسكال در نظر گرفته شده است. مقادير آرماتور طراحي از طريق روابط پيشنهادي با روابط مقررات ملي ساختمان ايران و نيز انجمن بتن آمريكا مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين شبيه‌سازي عددي با استفاده از نرمافزار آباكوس براي حالت شكل‌پذيري متوسط و زياد با استفاده از روابط مذكور انجام گرفته است. در نهايت با توجه به شكل‌پذيري‌هاي محوري و دوراني و همچنين آناليز اقتصادي بر مبناي تحليل رياضي DBA و Vikor، در شكل‌پذيري متوسط روابط پيشنهادي بهينه‌ترين روش طراحي در تمامي ستون‌ها محسوب مي‌شود. در شكل‌پذيري زياد نيز، روابط پيشنهادي در ستون‌هاي دايرهاي و مربع مستطيلي با مقاومت بتن 30 مگاپاسكال بهينه‌ترين روش طراحي است.

One of the most important properties of concrete structures is their ductile behavior against earthquakes. The ductility of a structure includes resisting relatively high plastic deflection without significant reduction of structural strength and absorption of earthquake energy through hysteresis behavior. Different design codes have considered requirements for the ductility of various structural elements. The purpose of this study is to investigate the optimal design equation for stirrups used in ductile reinforced concrete columns. In this investigation, stirrups for three types of columns including the circular column with 750 mm diameter and rectangular columns with dimensions 1000×1000 and 500×500 mm in medium and high ductility were studied. Also, two types of concrete strength 30 and 60 MPa were considered to evaluate the effect of concrete strength. The required stirrups obtained from the proposed equations were compared with IR code and ACI. Moreover, numerical simulation using ABAQUS software for the aforementioned situations was performed. Finally, the results obtained from DBA and Vikor methods considering axial and rotational ductility, and cost showed that the proposed equations are the most optimal design equation in medium ductility. Also, the proposed equations are the best in high ductility when they were used to columns with concrete strength of 30 MPa. In concrete strength 60 MPa, the equations suggested by ACI and IR code are the most optimum as they were applied to the circular column and the rectangular column with cross-section 1000×1000 in high ductility, respectively.