مقاومت در برابر خستگی میلگردهای فولادی تقویت کننده

[rkiahoseyni]

مقدمه:
خستگی در ابتدا به عنوان یک مشکل در اوایل دهه 1800 شناخته شد، زمانی که محققان در اروپا مشاهده کردند که اجزای پل و راه‌آهن هنگام بارگذاری مکرر ترک می‌خورند. با پیشرفت قرن و گسترش استفاده از فلزات با استفاده روزافزون از ماشین‌ها، خرابی‌های بیشتری در قطعات تحت بارهای مکرر ثبت شد. امروزه، خستگی ساختاری در نتیجه استفاده روزافزون از مواد با مقاومت بالا و تمایل به عملکرد بالاتر از این مواد، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. میلگردهای تقویت کننده فولادی کاربردهای متعددی دارند. آنها بیشتر در سازه های بتن مسلح به عنوان تقویت کننده هایی که تنش های کششی را منتقل می کنند، استفاده می شوند. به همین دلیل میلگردهای تقویت کننده را می توان در آرماتورهای دال، تیر و ستون در ساختمان ها و سازه های صنعتی مانند مخازن، فونداسیون ها، دودکش ها، برج های خنک کننده، پل ها و غیره یافت. 

شکست خستگی میلگردهای فولادی:
طراحی پل‌های بزرگراه برای عمر 120 سال ارزیابی می‌شود که در طی آن ممکن است تا 107 چرخه تنشی ناشی از ترافیک اعمال شود. تا به امروز هیچ شکستگی خستگی برای پل های بتنی بزرگراه در سرویس عادی گزارش نشده است. با این حال، ممکن است میلگردهای تقویت‌کننده بدون هیچ نشانه‌ای از آشفتگی سازه‌ای به جز ترک‌خوردگی موضعی بتن، شکست بخورند. همچنین تعدادی از موارد ترک خوردگی ناشی از خستگی در اتصالات جوشی تیرهای فولادی پشتیبان بتن گزارش شده است. محاسبه محدوده تنش در تقویت عرشه پل به دلیل بارهای زنده به دلیل فرضیات مشکوکی که باید برای اثراتی مانند پخش بار در زیر چرخ های وسیله نقلیه و ترک خوردن بتن انجام شود، به سختی قابل محاسبه است. محاسبات طراحی معمولی نشان می دهد که تنش ها باید کم باشد. روش فعلی جلوگیری از ایجاد کرنش‌های غیرقابل قبول در آرماتور و در حالت حد سرویس‌پذیری است که تنش‌های الاستیک نباید از 80 درصد مقاومت مشخصه که به عنوان تنش 2/0 درصدی مقاومت تعریف شده است، تجاوز کند. اگر یک عنصر فشاری در چرخه بار دینامیکی وجود داشته باشد، محدوده تنش می تواند بیشتر باشد. در عمل تنش های اندازه گیری شده معمولاً کمتر از مقادیر طراحی هستند.

تحقیقات انجام شده بر روی خستگی فولاد:
تحقیقات زیادی در مورد خستگی ناشی از تقویت صورت گرفته است. این امر در سال‌های اخیر با معرفی مواد با مقاومت بالاتر، توسعه کاربردهای پیشرفته مانند سازه‌های دریایی و اتخاذ کدهای طراحی جدید تشدید شده است. علاوه بر این، مشخص شده است که ویژگی هایی مانند خوردگی، نوع میله، شکل ساخت و غیره می توانند باعث شوند که طول عمر خستگی به طور قابل توجهی کمتر از آنچه که معمولاً در داده های مرجع ارائه می شود، شود. اگرچه توجه عمدتاً بر روی میلگردهای تقویت کننده متمرکز شده است، اما باید به عملکرد خستگی نیز توجه شود.
آزمایش خستگی میلگردهای تقویت کننده در بارهای استاتیک با هیچ مشکلی همراه نیست، با این حال آزمایش میلگردهای تقویت کننده در تغییر بار مشکلات خاصی را ایجاد می کند که معمولاً ترک های خستگی در ناحیه ای ایجاد می شوند که نمونه های آزمایشی در فک های آزمایش ثابت می شوند. در این صورت، نتایج چنین آزمایشاتی قابل اعتماد نیست و باید رد شود. در حین آزمایش میلگردهای تقویت کننده، ساختن نمونه های منقبض کلاسیک به عنوان مثال، امکان پذیر نیست. نمونه هایی که در طول آزمایش سایر فلزات پایه به عنوان نمونه استفاده می شوند باید در حالت تحویلی آزمایش شوند، یعنی بدون هیچ گونه مداخله ای در سطح مقطع آنها بررسی شود.

انواع تست خستگی میلگرد تقویت کننده:
تست‌های محوری معمولاً بر روی میله‌های دریافتی در ماشین‌های خستگی معمولی انجام می‌شوند. مزایای آن عبارتند از: 
(الف) تست‌ها ارزان هستند و می‌توانند در فرکانس‌های نسبتاً بالا، تا حدود 150 هرتز اجرا شوند، به طوری که می‌توان استقامت طولانی را به سرعت به دست آورد.
(ب) تنش های اعمال شده را می توان بدون ابهام محاسبه کرد. عیب بزرگ آن این است که گرفتن میلگردها بدون ایجاد تنش های موضعی زیاد که باعث خرابی های زودرس می شود، دشوار است. همچنین اجتناب از وارد شدن تنش‌های ثانویه ناشی از عدم صافی در میله‌ها یا تراز ضعیف در دستگاه آزمایش دشوار است. روش‌های مختلفی در تلاش برای گرفتن رضایت‌بخش میله‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند، که همگی شامل ایجاد یک لایه میانی بین میله و دستگیره‌ها بوده است تا انتقال بار به طور یکنواخت روی سطح میله‌ها پخش شود. معمولاً یک روش استاندارد برای آزمایش محوری توصیه می شود. حداقل طول آزاد بین دستگیره ها باید برابر با بیشترین باشد. استدلال می شود که طول های آزاد کوتاه تر می توانند پراکندگی تجربی را افزایش دهند. فرکانس بارگذاری توصیه شده بین 3 تا 10 هرتز است. با این حال، این محدوده از فرکانس ها بی جهت محدود است، زیرا آزمایش رضایت بخش را می توان تا 150 هرتز انجام داد. به منظور شبیه سازی اثر بتن بر روی یک میله نیز لازم بود نمونه هایی با پوشش بتنی در وسط قسمت اندازه گیری آنها ساخته شود. آزمایش‌های خستگی خمشی معمولاً روی تیرهای بتنی با یک میلگرد تقویتی انجام می‌شود. مزیت اصلی این است که تیر آزمایشی شرایط سرویس مانند اثرات تعاملی در سطح مشترک فولاد به بتن را شبیه سازی می کند.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی