آزمایش بارگذاری سازه های بتنی

آزمایش بارگذاری سازه های بتنی

zip

14 f 2017

آزمایش بارگذاری سازه های بتنی

آزمایش بارگذاری سازه های بتنی

آزمایش بارگذاری سازه های بتنی

سازه بتنی سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و فولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیر‌ها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود.

در صورتي كه نتوان بتن كم مقاومت را از نقطه نظر سازه اي پذيرفت و ترديد در مورد  آن كماكان باقي باشد، ظرفيت باربري قطعه يا سازه را مي توان با آزمايش بارگذاري بر روي عضو خمشي مشكوك مورد بررسي قرار داد .

1. انجام اين آزمايش بر روي اعضاء غير خمشي امكان پذير نمي باشد. حتي ممكن است نتوان برخي اعضاء خمشي را نيز بكمك اين آزمايش مورد ارزيابي قرار داد. لازم به ذكر است آزمايش بارگذاري خمشي زير بارهاي قائم و بصورت استاتيكي انجام مي شود و نبايد انگاشت كه انواع
   بارگذاري هاي قائم و جانبي بصورت استاتيكي به قطعه يا سازه وارد مي شود.
2. آزمايش بارگذاري طبق ضوابط آبا در فصل 2 و 19 انجام مي شود . مشروح اين آزمايش را
   مي توان در ACI437 مشاهده نمود . به كمك آزمايش بارگذاري مي توان مشخص نمود كه عضو يا اعضاء مشكوك در زير بار قائم استاتيكي اين آزمايش رفتار قابل قبولي را نشان مي دهد يا خير ؟ اين آزمايش نمي تواند نشان دهد كه بتن داراي مقاومت مطلوب يا قابل قبولي بوده است يا نه ؟

ظرفيت باربري سازه در زير بار قائم در آزمايش بارگذاري مورد بررسي قرار مي گيرد . در پايان اين آزمايش و نتيجه گيري از آن نمي توان به سهولت مشخص نمود كه آيا طراحي سازه اي قطعه دچار مشكلاتي بوده است يا كيفيت بتن و اجرا ؟هم چنين نمي توان براحتي در مورد صحت طراحي و قابل قبول بودن كيفيت بتن و ساير موارد مصرفي و نحوه اجرا اظهارنظر صريحي را ارائه داد .

در واقع در اين آزمايش مجموعه موارد فوق بدون تفكيك مورد ارزيابي قرار مي گيرد و عملاً بعنوان مرحله اي از بررسي بتن كم مقاومت مي باشد و در نهايت مي توان بتن كم مقاومت را از نظر تامين مقاومت و باربري قطعه يا سازه پذيرفت يا رد نمود .

1. لازم است بدانيم ممكن است حتي اگر بتن مصرفي منطبق بر رده مورد نظر باشد و مغزه ها نيز حكايت از كيفيت مناسب بتن ريخته شده و سخت شده داشته باشند ، آزمايش بارگذاري ممكن است جواب قابل قبولي را ندهد . برعكس ممكن است بتن مصرفي منطبق بر رده مورد نظر نباشد، و مغزه ها نيز نمايانگر ضعف كيفي بتن باشد اما قطعه يا سازه مشكوك از آزمايش بارگذاري كاملاً سربلند خارج شود . بنابراين مجدداً خاطر نشان مي شود كه تفكيك صحت طراحي و اجراي صحيح و مصرف مصالح (بتن) منطبق با مشخصات از يكديگر با بهره گيري از آزمايش بارگذاري به سهولت امكان پذير نمي باشد .

ممكن است بدليل استفاده از قطعاتي با ابعاد بزرگتر يا مصرف ميلگرد بيشتر و يا بكارگيري ميلگردهائي با مقاومت بالاتر از مقاومت مشخصه و يا به دليل تغيير در نحوه قرارگيري ميلگردها و ايجاد بازوي لنگر بيشتر در يك قطعه خمشي، عليرغم مصرف بتن كم مقاومت، ظرفيت باربري قابل قبولي را در آزمايش بارگذاري شاهد باشيم.

1. آزمايش بارگذاري اعضاء خمشي يك سازه بر روي اعضاء خمشي مانند تير و دال به منظور پذيرش بتن و يا ارزيابي ايمني سازه هاي اجراء شده و ايمني آن و هم چنين ارزيابي سازه هاي آسيب ديده يا ارزيابي عضو با تغيير شرايط بهره برداري انجام مي شود.
2. آزمايش بارگذاري بايد تحت نظر دستگاه نظارت و با هدايت فرد (مهندس) ذيصلاح و با سابقه در اين كار كه مورد قبول دستگاه نظارت باشد انجام گردد.
3. آزمايش بارگذاري بايد حداقل پس از گذشت 8 هفته از زمان بتن ريزي بر روي قطعه يا سازه مشكوك آغاز شود مگر اينكه كارفرما، طراح (دستگاه نظارت) و پيمانكار همگي با انجام آزمايش در سن كمتر موافقت كنند. مسلماً با گذشت زمان به ويژه با اعمال عمل آوري مناسب، باربري اعضاء سازه بتني افزايش مي يابد و امكان پذيرش سازه اي بتن بيشتر مي شود.
4. آزمايش بارگذاري بايد به نحوي انجام گيرد كه اولاً منجر به خرابي و ريزش سازه يا بخشي از آن نشود ثانياً در صورت بروز خرابي، امنيت جاني افراد تأمين گردد و تجهيزات موجود سالم باقي بماند. بديهي است ملاحظات ايمني (مانند داربست و غيره) نبايد بر نتايج آزمايش و خيزها اثر گذارد.
5. اگر هدف از آزمايش بارگذاري، مشخص نمودن ظرفيت باربري قسمتي از سازه باشد، بارگذاري بايد به نحوي انجام شود كه عامل ضعف به خوبي بررسي گردد. در تيرها و دالهاي يكسره بارگذاري در دهانه هاي مجاور بايد به نحوي باشد كه حداكثر لنگر و تلاشهاي ممكن در عضو تحت آزمايش بوجود آيد. تشخيص اين حالت بعهده مهندس مسئول آزمايش مي باشد كه با توجه به اطلاعات حاصله از طراحي موجود تصميم نهائي اخذ مي شود.
6. قبل از اعمال بار اصلي آزمايش بر روي سازه، لازم است بارهاي مرده اي كه هنوز اعمال نشده است بر سازه وارد شود. اين بار (تتمه بار مرده) 48 ساعت قبل از وارد كردن بار اصلي بايد اعمال شود. بدين ترتيب بار مرده كامل مي شود و تا اتمام آزمايش بارگذاري در محل باقي مي ماند.

تتمه بار مرده بدون اعمال ضرائب بار، محاسبه و اعمال مي گردد.

1. براي محاسبه تتمه بار مرده و كامل كردن بار مرده وارده بر سازه، ابتدا لازم است بار مرده موجود مورد ارزيابي و محاسبه قرار گيرد. بدين منظور بايد بار قسمتهاي اجرا شده مانند تير، دال، ديوارها و تيغه ها، كف سازي و غيره با دقت تعيين شود. برداشت ضخامت سقف و مشخص نمودن اجزاء آن، برداشت ابعاد تيرها، ديوارها و دالهاي اجرا شده در بخش هائي كه آزمايش بارگذاري، اعمال بار را ضروري مي داند از اقدامات اوليه است. پس از آن با توجه به وزن واحد مصالح و اجزاء سازه بايد بار مرده را محاسبه نمود.

با استفاده از بار مشخصه مرده در طراحي سازه مي توان باقيمانده بار مرده واحد سطح را تعيين كرد.

1. بارهائي كه در اين مرحله يا مراحل اصلي بارگذاري بايد اعمال گردد و بر روي عضو خمشي قرار گيرد مي تواند با استفاده از مصالح مختلف ساختماني و يا ساير مصالح وارد گردد.

كيسه هاي توزين شده مصالح مانند سيمان، گچ، ماسه، خاك و غيره يكي از بهترين گزينه هاست. آجر، بلوك، جدول از جمله مصالح مناسب ديگر تلقي مي شود. بديهي است وزن متوسط واحد مصالح مصرفي در بارگذاري بايد تعيين گردد. با استفاده از ماسه يا خاك بصورت فله اي و بدون كيسه نيز مي توان بارگذاري را انجام داد اما بهرحال مصالح بارگذاري بايد چنان اعمال گردد كه اثر قوس زدن (طاق زدن) در آن بوجود نيايد و بتواند بار خود را مستقيماً در همان محل استقرار، وارد نمايد. مسلماً مقدار ماسه يا خاك بايد با توزين مشخص گردد.

1. با توجه به ابعاد محل بارگذاري (سطح بارگذاري) و مقدار تتمه بار مرده در واحد سطح، بايد مقدار كل تتمه بار مرده را بدست آورد و بار لازم (مصالح) را براي بارگذاري تأمين نمود.

هم چنين لازم است كل بار لازم براي مراحل اصلي بارگذاري را نيز طبق آنچه در ادامه مي آيد محاسبه كرد و تأمين آنرا در دستور كار قرارداد. گاه اتفاق مي افتد كه در اواسط آزمايش بارگذاري، مصالح بارگذاري تمام مي شود و در انجام آزمايش وقفه ايجاد مي گردد كه مطلوب نيست.

1. لازم است مبنائي براي قرائت خيز (مبناي اندازه گيري تغيير شكل ها يا تغيير مكانها) قبل از اعمال بار اصلي آزمايش بارگذاري مشخص شود. براي اينكار، يك تير مبنا (مرجع) بايد روي سطح          ستون ها يا ديوارهاي باربر نصب گردد تا بتوان وسايل اندازه گيري خيز را روي اين تير نصب نمود. انتخاب محل استقرار تير مرجع بسيار مهم است. خيز بدست آمده از اين اندازه گيري بايد خيز خالص تير يا دال مورد نظر باشد و تغيير شكل قائم ستون يا ديوار نبايد بر نتيجه حاصله اثر گذارد. تير مرجع نبايد بسيار ضعيف و لرزان باشد اما لازم نيست از اساس مقطع بسيار زيادي برخوردار باشد.
2. براي اندازه گيري خيز از يك تغيير شكل سنج (ساعت اندازه گيري) و يا LVDT مي توان استفاده نمود. دقت قرائت (درجه بندي) وسيله مورد نظر مي تواند 1/0 ميلي متر باشد. استفاده از وسايلي با دقت 01/0 يا 02/0 ميلي متر معمولاً مورد استفاده قرار مي گيرد كه دقت زيادي را بدست مي دهد.
3. وسيله اندازه گيري تغيير مكان (تغيير شكل ياخيز) در محلي نصب مي شود كه بتوان حداكثر خيز قطعه خمشي بارگذاري شده را بدست آورد. بديهي است تير مرجع را بايد به نحوي نصب نمود كه اين امكان بوجود آيد. در اكثر تيرها و دالها، حداكثر خيز در وسط دهانه اتفاق مي افتد. بنابر اين اغلب اوقات اين وسايل اندازه گيري در وسط دهانه نصب و تنظيم مي شود.
4. براي پرهيز از اغتشاش در قرائت ها، بهتر است زير دال يا تير در وسط دهانه (محل نصب وسيله تغيير شكل سنج) ساب زده و صاف شود. اگر ناصافي ها زياد است بهتر است يك صفحه ترجيحاً فلزي را در زير تير يا دال در محل مورد نظر چسباند تا مشكل اندازه گيري حل شود و نوك ميله وسيله اندازه گيري در تماس با اين صفحه باشد.
5. قبل از شروع بارگذاري اصلي آزمايش، لازم است تغيير شكل سنج را قرائت نمود و يا ترجيحاً آنرا صفر كرد و از صحت عملكرد آن مطمئن شد و جهت مثبت و منفي قرائت ها را كنترل كرد.

1. بخشي از سازه كه بايد مورد آزمايش بارگذاري قرار گيرد بايد با توجه به بند 3-2-8 و در نظر گرفتن سطح مورد نياز جهت بارگذاري، به تدريج در 4 مرحله در زير بار اصلي آزمايش قرار داده شود. افزايش بار در 4 مرحله بايد تقريباً يكسان باشد و ضربه اي به سازه وارد نگردد. در نتيجه بار استاتيكي به تدريج در هر مرحله بايد اعمال گردد اما لازم نيست افزايش بار در هر مرحله دقيقاً يكسان باشد.
2. بار اصلي آزمايش بصورت زير محاسبه مي شود. در واقع اين بار علاوه بر تتمه بار مرده اعمال شده در 48ساعت قبل، وارد مي شود. جمع بارهاي وارده بر عضو بعنوان بار كل آزمايش تلقي          مي شود.

(L 5/1 + D 25/1) 95/0 = بار كل آزمايش

D بار مرده و L بار زنده در واحد سطح بر حسب ² m/ kgمي باشد و مقدار ( L 5/1 + D 25/1)
بار طراحي ( با ضرائب بار ) است.

L 425/1 +D 1875/0 =D– (L 5/1+D 25/1) 95/0 = بار (اصلي) آزمايش

 اگر D برابر 500 و L برابر 200 باشد بار آزمايش تقريباً  m²/ kg380 مي باشد كه علاوه بر بار مرده 500 اعمال مي شود و بار كل آزمايش 880 خواهد بود. در حاليكه جمع بار مرده و زنده سرويس برابر 700 مي باشد.

براي مثال اگر از m²/kg500 بار مرده فقط m²/kg350 بصورت ساخته شده باشد لازم است
مقدار m²/kg150 را بصورت تتمه بار مرده، 48 ساعت قبل از اعمال بار اصلي آزمايش، بر سازه وارد نمود و سپس 2m /kg 380 را پس از 48 ساعت اعمال كرد (جمع بار وارده توسط مصالح بارگذاري 530         مي باشد. )

تتمه بار مرده در يك مرحله وارد مي شود اما بار اصلي آزمايش لازم است در 4 مرحله ( هر مرحله تقريباً 2m /kg 95 ) اعمال گردد. برخي از آزمايشگران مايلند خيز عضو را در زير بار سرويس بررسي نمايند. در مثال فوق بار سرويس 700 مي باشد در حاليكه در مرحله اول بارگذاري اصلي، بار 595، در مرحله دوم 690 و در مرحله سوم 785 را بر روي عضو داريم. اگر قرار باشد زير بار سرويس خيز را اندازه گيري نمائيم لازم است در دو مرحله ابتدائي 2m /kg 100 بار اعمال نمائيم و در دو مرحله انتهائي 2m/kg 90 بار وارد كنيم.

اين تغيير در بار مراحل مختلف مشكلي را بوجود نمي آورد و ناقص خواسته آئين نامه نيست.

1. در مواردي كه آئين نامه بارگذاري اجاره كاهش سربار را مي دهد مي توان آنرا در آزمايش    گذاري نيز كاهش داد(مثل دهانه هاي بزرگ)

توزيع بار بايد بصورت يكنواخت در سطح عضو خمشي دارد گردد و از عملكرد قوسي مصالح بارگذاري بايد جلوگيري به عمل آيد.

بهرحال بار اصلي آزمايش، بار واحد سطح ضربدر و سطح بارگذاري خواهد بود كه معمولاً نياز به مصالح زيادي براي اعمال بار وجود دارد.

1. در ACI 318  و ACI 437 مقدار بار آزمايش كمي متفاوت است اما چندان اهميتي ندارد زيرا تفاوت در رقم دوم اعشار ضرائب DوL مي باشد.
2. در آبا و ACI318 نحوه اعمال مراحل اعمال بار مشخص شده است كه پس از اعمال بار در هر مرحله بايد خيز در فواصل زماني مساوي اندازه گيري شود و پس از اينكه در روند پيشرفت خيزها كند شد (كمتر 10 درصد تغيير شكل قبلي) اجازه داده مي شود بار مرحله بعدي به تدريج وارد شود.

3-2-22- پس از گذشت 24 ساعت از بارگذاري اصلي (4 مرحله) بايد خيز موجود را با استفاده از وسيله اندازه گيري قرائت و مشخص نمود. بدين ترتيب خيز متناظر با بارگذاري اصلي طي 4 مرحله بدست          مي آيد. (قرائت اوليه)

1. پس از قرائت خيز در اين مرحله بايد بار آزمايش برداشته شود. اين بار طي 2 مرحله بايد برداشته شود (در آبا مرحله بندي وجود ندارد). پس از باربرداري در مرحله اول باربرداري بايد اجازه داد تغيير شكلها حالت تقريباً ثابتي را كسب كند و سپس بار مرحله بعدي برداشته شود. در اين باربرداري نبايد تتمه بار مرده برداشته شود و كماكان تا پايان آزمايش حفظ خواهد شد. در مثال فوقkg/m2 380 بار اصلي طي دو مرحله kg/m2 190 برداشته مي شود.
2. قرائت نهائي تغيير شكل سنج، 24 ساعت پس از باربرداري (حذف بار اصلي آزمايش) انجام  مي شود و آزمايش خاتمه مي پذيرد.
3. در طي آزمايش، عضو خمشي بايد از سطح زيرين مورد بررسي قرار گيرد. در واقع در ابتداي آزمايش، عضو مورد نظر بايد بازرسي شده باشد و تركها يا نقايص ثبت شود. در طي بازرسي هاي حين آزمايش نبايد آثار گسيختگي مشاهده شود و آزمايش در صورت شروع گسيختگي بايد متوقف شود و نتيجه گيري از آن، عدم تحمل باربري سازه خواهد بود و نبايد بر روي  اين قسمت، آزمايش مجددي انجام شود.

بنابراين بازرسي مستمر در طي آزمايش توسط فرد ذيصلاح ضرورت دارد.

1. اگر آثار گسيختگي يا شكست مشاهده نشود و خواسته هاي زير برآورده شوند، ظرفيت باربري عضو مورد نظر قابل قبول خواهد بود (براي بتن مسلح)

الف: حداكثر تغيير مكان (خيز) اندازه گيري شده در عضو خمشي (a( از مقدار  كمتر باشد.

ب: در صورت تجاوز خيز از مقدار مجاز، برگشت تغيير مكان (خيز)، پس از حذف بار (باربرداري) از 75 درصد حداكثر خيز اوليه كمتر نباشد (در بتن پيش تنيده حداقل برگشت خيز 80 درصد مي باشد) دهانه محاسباتي (فاصله محور تا محور تكيه گاه ها و يا فاصله آزاد بين تكيه گاه بعلاوه ارتفاع عضو خمشي، هركدام كوچكتر است مي باشد. در تيرها يا دالهاي طره اي، طول دهانه محاسباتي دو برابر فاصله تكيه گاه تا انتهاي طره مي باشد) h ارتفاع قطعه يا عضو خمشي است.

در زير بار سرويس نبايد از خيز محاسباتي تجاوز شود و تركي بوجود آيد(اگر ضابطه اي وجود دارد و آزمايش در زير بار سرويس انجام شده باشد)

1. در اعضاء مسلح (غير پيش تنيده) مي توان پس از گذشت 72 ساعت از پايان بارگذاري، مجدداً آزمايش بارگذاري را انجام داد مشروط بر اينكه ترك حاد و آثار شكست و گسيختگي مشاهده نشده باشد. در اين حالت بايد حداقل برگشت خيز براي بتن مسلح 80 درصد باشد. در صورت مردود شدن قطعه، انجام آزمايش در نوبت هاي بعدي امكان پذير نمي باشد مگر اينكه قطعه تعمير شود و تقويت لازم صورت گرفته و موجب ارتقاء كيفي شده باشد.
2. در صورتي كه قطعه يا سازه در اين آزمايش مردود شوند مي توان به اقدامات مقتضي ديگري متوسل گرديد كه در ادامه بيان مي شود.

منبع :بروزکد