با انتشار ETABS 2019 قابلیت بسیار خوبی در بحث تحلیل غیرخطی ترکخوردگی اضافه شده است که میتواند برای کنترل تغییر شکل تیرها و دالها (به غیر از وافل که در ادامه توضیح خواهم داد) از آن استفاده کرد. مراحلی که باید برای کنترل تغییر شکل المانهای بتنی با کمک ETABS 2019 انجام شود بهطور خلاصه به شرح زیر است:
سازه مدل شده را در ETABS2019 اجرا کنید و آن را بدون هیچ تغییری تحلیل و طراحی کنید. نتایج طراحی تیرها در این نسخه باید مشابه نتایج منتج شده در نسخه اصلی باشد در غیر این صورت کنترل تغییر شکل با خطا همراه میشود.
سپس قفل نرمافزار را باز کنید. مقدار مدول ترکخوردگی در بخش Define>Materials برای مصالح بتنی مصرفی را مطابق شکل زیر تعریف کنید. در ادامه علت اضافه شدن ضریب ۰.۶۶۷ در مدول گسیختگی را بررسی خواهیم کرد.
کنترل تغییر شکل اعضای بتنی با در نظر گرفتن مدول گسیختگی مؤثر
ازجمله تغییرات مهمی که در ACI 318-19 به نسبت ACI 318-14 به چشم میخورد، رابطه مربوط به محاسبه ممان اینرسی مؤثر اعضا (تیر و دال) به جهت کنترل تغییر شکل اعضای بتنی است.
ممان اینرسی مؤثر اعضای بتنی در محاسبه تغییر شکل
یکی از پارامترهای مهم در محاسبه تغییر شکل اعضای بتنی نظیر تیرها و دالها، ممان اینرسی مؤثر است که با Ie نمایش داده میشود (Effective Moment of Inertia).
در ACI 318-19 تغییری در این بخش دیده شده است برای مقاطع کم فولاد منجر به Ie کمتر به نسبت رابطه ACI 318-14 خواهد شد. مطابق تحقیقات انجام شده رابطه پیشنهاد شده توسط برانسون (Branson) که تا سال ۲۰۱۴ از آن استفاده میشد، به دلیل منظور نکردن اثرات قیود و کاهش مقاومت کششی بتن در اجرا برای اعضایی که درصد آرماتور پایینی دارند غیر محافظهکارانه بوده است. به همین دلیل در ویرایش ۲۰۱۹ رابطه جدید مطابق شکل زیر ارائه شده است.
در رابطه ارائه شده در نسخه ۲۰۱۹، با اعمال ضریب کاهشی ۲/۳ به مقدار لنگر ترکخوردگی، اثرات قیود و کاهش مقاومت کششی بتن بهنوعی اعمال میگردد. مطابق ACI 318-19 چنانچه لنگر وارده به عضو تحت بار سرویس از ۲/۳Mcr کمتر باشد، ممان اینرسی مؤثر همان ممان اینرسی مقطع ناخالص خواهد بود؛ این در حالی است که در ویرایش ۲۰۱۴ اگر لنگر وارده از Mcr کمتر بود مقطع ترک نخورده محسوب میشد که بیانگر سختگیرانهتر بودن رابطه جدید ACI 318-19 است.
اما مسئله مهم در کنترل تغییر شکلِ اعضایی است که درصد آرماتور در آنها کم باشد (مثلاً زیر یک درصد). در برخی از تیرها و معمولاً در تمامی دالها درصد آرماتور زیاد نخواهد بود و این تغییر در نسخه ۲۰۱۹ قابلتوجه است.
در نسخه ۲۰۱۹ رابطه پیشنهادی برای محاسبه ممان اینرسی مؤثر همان پوسته و بدنه رابطه نسخه ۲۰۱۴ را دارد (برای اثبات رابطه بجای استفاده از تئوری فنرهای موازی، از تئوری فنرهای سری استفاده شده است). تغییر عمده در محاسبه Mcr است (لنگر ترکخوردگی). نسخه ۲۰۱۹ مبنای ترکخوردگی را ۰.۶۶۷Mcr میبیند درحالیکه در نسخه ۲۰۱۴ مرز ترکخوردگی را Mcr لحاظ میکرد.
به بیان سادهتر، آییننامه بدون تغییر در رابطه fr، عملاً این مقدار را حدود ۳۴% کاهش داده است. این نگرانی در برآورد fr و به دنبال آن Mcr برای کنترل تغییر شکل اعضای کم آرماتور خیلی وقت پیش توسط کمیته ACI 435 اعلام شده بود که در نسخه ACI 318-19 به نحوی این مسئله اصلاح شده است.
‼️ بنابراین در کنترل تغییر شکل اعضا (خصوصاً دالها) در نرمافزار ETABS19 یا SAFE2016 حتماً مقدار fr را باید در ضریب ۰.۶۶۷ ضرب و مورد استفاده قرار داد.
در شکل زیر میزان تغییرات ممان اینرسی مؤثر (سختی مؤثر) اعضا با درصد آرماتورهای مختلف (مقدار Icr مختلف) نمایش داده شده است. همانطور که مشخص است، وقتی درصد آرماتور اعضا کم باشد (Icr عدد کمتری نسبت به Ig داشته باشد) اختلاف بین دو نسخه آییننامه بیشتر است. در دالها، به علت کم فولاد بودن، این اختلاف بهمراتب بیشتر است. به همین دلیل باید بر اساس ACI 318-19 در کنترل تغییر شکل دالها مقدار fr را در ۰.۶۶۷ ضرب کرد تا نتایج بهدرستی به دست آیند.
در مسیر Define>Load Case حالات بار غیرخطی موردنیاز برای تحلیل غیرخطی ترکخوردگی را تعریف کنید. یک نمونه در شکل ضمیمه نمایش داده شده است.
ضریب ترکخوردگی برای مؤلفه خمشی تیرها و دالها را برابر “یک” تنظیم کنید. ضریب ترکخوردگی برای مؤلفه پیچشی تیرها را ۱.۴ برابر مقدار محاسبه شده در فایل طراحی منظور کنید. ضریب ترکخوردگی برای مؤلفه خمشی ستونها را “یک” و برای مؤلفه محوری ۱۰۰ تنظیم کنید. ضریب ترکخوردگی دیوارهای برشی برای مؤلفه F22 را ۱۰۰ و برای مؤلفه mها برابر ۰.۵ (یا ۰.۳۵) منظور کنید.
تمامی تیرها و کف ها را انتخاب کرده و از منوی Assigne>Frame (or Shell) و گزینه Floor Cracking تیک گزینه مربوطه را انتخاب کنید.
از مسیر Analyze> Cracking Analyzing Options آرماتور گذاری یکنواخت دال (در صورت حضور) را تعریف کنید.
برای افزایش دقت تحلیل غیرخطی ترکخوردگی، المانهای تیر و ستون را انتخاب و از منوی Assign و گزینه Frame Auto Mesh مش بندی پنهان تعریف کنید.
سازه را فقط تحلیل کنید (طراحی نکنید!) و برای حالات بار غیرخطی، کنترل تغییر شکل آنی و درازمدت را مطابق ضوابط آییننامه انجام دهید.
‼️ نکات مهم:
۱- برای طراحی سازههای بتنی چنانچه از آییننامه ACI 318-19 استفاده کنید، طراحی با ایرادات نسبتاً زیاد و تأثیرگذاری مواجه میشود که علت آن باگهای زیاد این نسخه از نرمافزار است. باید فعلاً صبر کرد تا نسخههای تکمیلی انتشار داده شود.
۲- امکان کنترل تغییر شکل دالهای وافل دوطرفه و یکطرفه در این نسخه فعلاً وجود ندارد. ایتبس سختی این سقفها را اشتباه محاسبه میکند.
نکته مهم در طراحی دالهای مشبک (Waffle) در نرمافزار ETABS
ازجمله امکانات جدیدی که در ETABS2016 و بالاتر اضافه شده است میتوان به طراحی دالها در این نرمافزار اشاره کرد. ازجمله دالها میتوان به سیستم تیر دال، دال تخت، دال مجوف با قالب ماندگار و دالها مشبک (وافل یک و دو طرفه) اشاره کرد که امکان مدلسازی آنها با المان Shell در این نرمافزار وجود دارد.
متأسفانه این نرمافزار (ETABS تا نسخه ۱۸.۱.۱) در انجام طراحی دالهای مشبک یک یا دو طرفه (گزینه Waffle و Ribbed) با ضعف و باگ همراه است و نمیتوان از آن برای طراحی این سقفها استفاده کرد.
مشکل اساسی آن عدم طراحی صحیح برشی و خمشی دال مشبک است که به نظر میرسد به دلیل در نظر گرفتن ضخامت معادل برای آنها است. لذا برای طراحی دالهای مشبک از ETABS استفاده نکنید.
بنابراین با توجه به اینکه نرمافزار ETABS تا نسخه ۱۸.۱.۱ برای طراحی دالهای مشبک ضعف شدید دارد، کماکان برای طراحی این دالها باید از نرمافزار SAFE استفاده شود. نرمافزار SAFE بهخوبی قادر است سقفهای Waffle و Ribbed را طراحی کنید.
۳. در جمع جبری حالات بار غیرخطی ترکخوردگی، این نسخه مشکل دارد و کاربر باید بهصورت دستی جمع جبری را انجام دهد.
۴. علت ضریب ۱۰۰ برای مؤلفه محوری ستونها و دیوارها، امکان محاسبه تغییر شکل نسبی هر طبقه است.