در اغلب موارد نتابيج آزمايشهاي كشش و يا فشار ساده به تنهائي نمي تواند اطلاعات كافي در مورد برخي حالات بارگذاري سازه را مهّيا نمايد. حالاتي وجود دارند كه در آنها نيرو به صورت يكنواخت از سازه نمي گذرد، بلكه به صورت گسترده از محيط اعمال مي گردد. از آن جمله پوشش ملات ماسه سيمان داخل لوله هاي تحت فشار آب را مي توان نام برد. در اغلب موارد، داخل لوله ها با لايه اي از ملات پوشانيده مي شود تا لوله زا در مقابل عوامل مخرّب محيط مانند خوردگي محافظت نمايد. فشار داخل لوله، در جدارة آن و از جمله لايه ملات ايجاد كشش زيادي مي نمايد، وجود لاية فولادي باعث پخش شدن، افزوده شدن تعداد و كوچك تر شدن باز شدگي تركهاي پديد آمده در ملات مي گردد و از تجمع ترك و آسيب در ناحيه اي محدود جلو گيري مي كند. بدين ترتيب، لوله، نقش تسليح ملات پوشش خود را دارد.

ضخامت لايه پوشش لوله يكنواخت بوده و اندازة آن بستگي به قطر لوله دارد و معمولاً از پنج تا پانزده ميلي متر مي باشد. مقاومت فشاري 28 روزه ملات اجرا شده بايد حداقل 3 o M p aباشد. ماسه بايد دانه بندي خوبي داشته و گذشته از الك نمره 16 بوده و بيشتر از5 درصد آن از الك نمره صد رد نشود [10 ]. در راهنماي طرح و اجراي لوله هاي فولادي [10]، براي بارگذاري عادي، حد فشار مجاز لوله طوري تعيين شده كه تنش حلقوي در فولاد از پنجاه درصد تنش سيلان آن بيشتر نشود. در شرايط بارهاي زود گذر تنش حلقوي اجازه دارد تا هفتاد و پنج درصد تنش سيلان بالا رود

Top

با توجه به اينكه مدول الاستيستية فولاد در حدود و تنش سيلان آن در حدود مي باشد، در حالتيكه تنش به هفتادوپنج درصد تنش سيلان فولاد برسد، كرنش حلقوي در فولاد برابر ^3-10*86/0 خواهد گرديد. با در نظر گرفتن چسبندگي كافي بين ملات و فولاد و رعايت شرط سازگاري،كرنش متوسط در ملات پوشش نيز در همان حدود كرنش در فولاد خواهد بود. در حقيقت سختي كششي ملات درمقايسه با سختي فولاد خيلي كمتر بوده و در محاسبة كرنش مي توان ار آن صرف نظر نمود. توزيع تقريباً يكنواخت كرنش به دليل پايدارشدن و گسترش تركهاي خيلي ريز و پخش شده در تمام سطح استوانه اي پوشش ملات مي باشد. مشخصات اين تركها وابستگي قابل توجهي به اندازة ضخامت لايه خواهد داشت.

در مرجع [3 ]، بر اساس آزمايشهاي انجام يافته در كشش ساده، براي نمونه اي به طول 300 ميلي متر، مقدارتغيير طول نظير بار حداكثر درحدود m m04 /0 بدست آمده است. در كرنش متوسط نظير نقظه بار حداكثر برابر خواهد بود. در مرجع [3]، همچنين براي محاسبه مقاومت حداكثر كششي رابطة زير پيشنهاد شده است.

(1)

كه در آنجا= مقاومت فشاري ملات و مقاومت در كشش مي باشند.بدين ترتيب، براي ملات خوب با مقاومت مقدار حاصل مي شود.

شكل (1) ــ رابطة تنش ــ تغيير طول براي نمونه بتن و يا ملات

شكل (2) ــ رابطة تنش ــ كرنش براي نمونه بتن و يا ملات.

شكل (3) ــ رابطة تنش متوسط كششي و كرنش متوسط براي پوشش ملات نشان مي دهد كه كرنش به وجود آمده در ملات پوشش، كاملاً بيشتر از كرنش نقطة تنش حداكثر مي باشد(حدود شش برابر). بدين ترتيب اگر ناحيه پس از نقطه حداكثر(قسمت كاهندة)رابطة به نحو درستي در محاسبات منظور نشود، نمي توان كارآيي ملات در محافظت لوله از خوردگي را تبيين نمود.

از رفتار نمونه هاي ملات، كه توسط ميلگردهايي متوازي تسليح و تحت كشش قرار گرفته، ديده شده است [4ا] كه، به جهت وجود آج و چسبندگي، تعداد تركهاي ايجاد شده بيشتر از نمونه نظير غير مسلح بوده و به نظرمي رسد كه ملات همكار فولاد شكل پذيري بيشتري دارد.در حالت بتن و ملات غيرمسلح، آسيب و ترك بتدريج در ناحية محدودي متمركز شده و در نهايت نمونة به دو نيم مي شود و شكل پذيري اندكي مشاهده مي گردد[8 ].

مي توان نتيجه گرفت كه درمورد لوله نيز، وجود فولاد همراه لاية ملات، باعث انتقال تنش كششي به صورت گسترده به ملات گشته و از باز شدگي تركهاي ملات جلوگيري مي نمايد.درعوض تعداد تركهاي ايجاد شده خيلي ريز، درپوشش زياد خواهد بود.اين تركهاي با باز شدگي بسياركوچك طوري مي باشند كه لبه هاي آن، به صورت كامل از هم جدا نخواهند شد و مي توانند به صورت مؤثري مانع رسيدن سيال به فولاد شوند.همچنين تعداد زياد اين تركهاي خيلي ريز، به ملات پوشش،شكل پذيري خيلي بيشتري خواهد داد.

Top

وابستگي شديد رفتار بتن و ملات به نوع بارگذاري و تركيب و توزيع مؤلفه هاي تنش، باعث شده است تا براي حالات جداگانه، مدلهاي متفاوتي ارائه شود.براي حالات تنش كششي اعمال شده به طورگسترده نيز تجربيات مختلفي انجام گرفته و تحليلهاي گوناگوني به عمل آمده است [4 ،1 5 و9 ].حالت كشش گسترده، بخصوص، براي بتن مسلح و براي بتن اطراف ميلگرد بيشتر مورد توجه بوده است.در مرجع [9 ا] بر اساس نتايج تجربيات جمع آوري شده، براي رفتار پس از تنش حداكثر، رابطه اي به صورت زير پيشنهاد شده است:

(2)

در رابطه f_t =تنش كششي، = مقاومت كششي (رابطة 1 )، = كرنش متوسط، =كرنش متوسط نظير و و پارامترهايي مي باشند كه بستگي به مشخصات تسليح دارند و از آزمايش بدست مي آيند.در مورد بتن مسلح به ميلگرد، مرجع [9 ] نيروي متوسط در بتن را متناسب با تنش باند ايجاد شده دانسته و رابطه اي ارائه مي دهد كه در اين جا پس از تبديل هايي به صورت زير بيان مي شود:

(3)

در رابطة (3 )، C = ضريبي است كه بر اساس آزمايش بدست مي آيد و واحد طول دارد، b = عرض محدودي پيوستگي بتن و فولاد درامتداد عمود بر جهت كشش بوده و A_c = سطح مؤثر بتن مي باشند.

براي لولة فولادي مورد بحث با پوشش داخلي ازملات، مقدار b برابر طولي انتخابي از لوله بوده و سطح مؤثر بتن را مي توان به صورت _{Ac = btفرض} نمود كه t= ضخامت لاية ملات است. بنابراين ، با فرض ، خواهد بود.

اندازه ضريب طولي C درحدود فاصلة تركهاي ريز ايجاد شده در ملات و يا بتن خواهد بود. در مرجع استفاده براي پوشش لوله ها بايد از الك نمرة 16 بگذرد و دانه درشت ماسه در حدود 5/1 ميليمتر خواهد بود. بر اساس اين مقادير، ضريب C درحدود چهار ميليمتر برآورد

Top

با توجه به بحث انجام شده، نتيجه مي شود كه با افزايش ضخامت لايه، رفتار آن تردتر خواهد بود، مقدار ضريب دررابطه، بر اساس تجربيات بدست آمده در حدود هزار مي باشد [9]. ضخامت لايه پوشش داخل لوله هاي آب، از حدود 5 ميليمتر تا ود 15 ميليمتر متغير مي باشد و براي اين محدوده، ضريب داراي تغيراتياز 0.8 تا 0.2 خواهد بود در شكل (3)، برات تنش متوسط كششي بر حسب كرنش متوسط، براي مقادير مختلف ، رسم شده است. از اين شكل، اثر اندازه ضخامت لايه در رفتار پس از بار حداكثر، به خوبي مشهود مي باشد. با افزايش ضخامت،مقدار كاهش يافته و شكل پذيري نيز مي يابد.

با استفاده از روابط بيان شده و يا منحني هاي شكل (3)، محاسبة كرنش و تنش متوسط ايجاد شده در ملات پوشش داخلي امكان پذير خواهد شد. اگر D قطر داخلي لوله باشد و ضخامت كل لوله و ملات را، در مقايسه با شعاع لوله، بتوان كوچك نمود رابطة تعادل، بطور تقريبي، به صورت زير خواهد بود.

در رابطة فوق P = فشار سيال داخل لوله، تنش متوسط در فولاد و ضخامت جدارة لوله فولادي مي باشند. رابطة كاري ايجاب مي كند كه كرنش هاي متوسط فولاد و ملات تقريباً يكسان باشند. مسأله حاصل غير خطي بوده ولي بسادگي قابل مي باشد با توجه به سهم اندك نيروي مقاوم ملات در مقايسه با نيروي مقاوم فولاد، به طور تقريب مي توان نوشت:

درصورتيكه كرنش حاصل از رابطة5 از بيشتر باشد.به كمك رابطة(2) تنش متوسط در ملات بدست مي آيد ني هاي شكل (3)ديده مي شود كه براي هاي بزرگتر(لايه هاي پوشش با ضخامت كمتر، مقاومت ملات افت چنداني و عملاً آن را مي توان به صورت پلاستيك مدل نمود. براي هاي كوچكتر (ضخامت پوشش بيشتر) نيز كاهش در مقاومت اندك بوده و در جهت اطمينان براي ضخامتهاي تا 15 ميليمتر مي توان مقاومت پوشش ملات را برابر در نظر و از فرض رفتار پلاستيك استفاده نمود.

پارامترهاي به كار رفته در محاسبات به عمل آمده، بر اساس آزمايشهايي مي باشند كه عمدتاً بر روي بتن و ملات مسلح، با و مشخصات سازه اي، انجام گرفته اند. جهت بدست آوردن مقادير مناسب تري براي پارامترهاي مدل رفتار ملات پوشش لوله بهتر خواهد بود تا آزمايشهاي ويژه اي طراحي و اجرا گردند. بدين منظور پيشنهاد مي شود ورقهاي فولادي بدون و اندود شده از دو طرف با ملات ماسه سيمان را تحت آزمايش كشش ساده قرار داده و تفاضل منحني هاي حاصل را نمود و اثرات تغييرات پارامترهاي مختلف، بويژه ضخامت ملات را، بر نتايج حاصل مطالعه كرد مقدار مقاومت ملات نيز مي تواند تابع ضخامت لايه باشد كه در آزمايشهاي مورد نظر بايد مورد بررسي واقع گردد.

Top

رفتار مكانيكي بتن و ملات وابسته به هندسه، اندازه و شرايط بارگذاري مي باشد در حالاتيكه بتن و يا ملات همراه با تسليح تعداد تركها بيشتر، در فاصلة آنها كمتر و باز شدگي آنها نازكتر بوده وجدائي كامل لبه هاي ترك ديرتر حاصل مي شود و در شكل پذيري بيشتر مشاهده مي گردد. بعنوان نمونه، براي ملات محافظ لوله هاي آب روشي بدست آمد كه، بر حسب ملات پوشش، رفتار پس از بار حداكثر آن را ارائه مي دهد، ديده مي شود كه با افزايش ضخامت لاية پوشش شكل پذيري آن مي يابد.

jansen, D.C. and Shah, S.P., "Effect of Length on compressive strrain softening of concrete" , j.Eengng. ASCE, V. 123, No.1, pp.25-35(1997).

Ouyang, C., Wollrab, E., Kulkarni, S.M., and shah, S.M., "Predicton of cracking response of reinforced concrete tensile members", j. Structural Engng , ASCE. V.123, No.1, pp.70- 8(1997)

Phillips, D.V., and Binsheng, Z., "Direct tension tests on notched and un- notched plain concrete specimens",. Magazine of Concrete Research, V.45, no. 162,pp. 25-35(1993)

Ouyang, C. and shah, S.P., "Fracture energy approach for predicting cracking of reinforccd concrete tensile members", ASI Structural journal, V.91,No.1,pp.71-82(1994)

Bazant, Z.P., and Pijaudier- Cabot, G.,"Measurement of characteristic length of nonlocal continuum", j.Engng. Mech., ASCE, V.115,No.4,pp.755-67(1989)

Elices, M. and planas,j., "Fracture mechanics parameters of concrete",Advanced Cement Based on Materials, V.4,pp.116-27(1996)

Wollrab, E., Oyang, C., shah,S.P., Hamm,j., and Konig, G.,"The effect of specimen thickness on fracture behaviour of concrete", Magazine of Concrete Research, V.48,No.175,pp.117-29(1996)

Karihaloo, B.L., Carpinteri, A., and Elices, M., "Fracture mechanics of cement mortar and plain concrete", Advanced Cement Based Materials of cement mortar and plain concrete", Advanced Cement Based Materials, V.1,No.2,pp.92-105 (1993)

Stevens, N.j., Uzumeri,S.M., Collins, M.p., and will, G.T.,"Constitutive model for reinforced concrete finite element analysis", ACI Structural journal, V.88, No.1,pp.49-59(1991).

Steel pipe-A guide for desing and installation, AWWA Manual Mll, AWWA, Colo., USA (1985).