بررسی بتن و فولاد

مقاله بررسی بتن و فولاد در 38 صفحه ورد قابل ویرایش

بررسی بتن و فولاد

آشنایی با بتن و فولاد

مقدمه

بتن یكی از مصالح ساختمانی است كه بوسیلة آمیختن مخلوط متناسبی از سیمان، مصالح سنگی (شن و ماسه) و آب بوجود می آید. آب و سیمان با تركیب شیمیائی خود مصالح سنگی را، كه قسمت اعظم بتن را تشكیل می دهند، به یكدیگر چسبانده و تودة سخت سنگی شكل بتن را ایجاد می نمایند.

بتن ماده ای است كه دارای مقاومت زیادی در فشار است و از اینرو استفاده از آن برای قطعات تحت فشار مانند ستونها و قوسها بسیار مناسب است، لیكن علیرغم مقاومت فشاری قابل توجه، مقاومت كششی كم و شكنندگی نسبتاً زیاد بتن، استفاده از آن را برای قطعاتی كه تماماً یا بطور موضعی تحت كشش هستند محدود می نماید. برای رفع این محدودیت، اعضا بتنی تحت كشش هستند محدود می نماید. برای رفع این محدودیت، اعضا بتنی را با قرار دادن فولاد در آنها تقویت می‌كنند. ماده مركبی كه بدین ترتیب حاصل می‌شود بتن آرمه یا بتن مسلح نامیده می‌شود.

ایده اصلی در ایجاد بتن مسلح استفاده از بتن برای تحمل فشار و استفاده از فولاد، كه معمولاً آرماتور نامیده می شود، برای تحمل كشش است. برای روشن شدن بیشتر مسئله می توان رفتار یك تیر بتنی غیرمسلح را كه روی دو تكیه گاه ساده قرار دارد بررسی نمود.

در مقاطع مختلف این تیر، تنش های كششی در زیر صفحة خنثی و تنش های فشاری در بالای آن ایجاد می شوند. از آنجا كه مقاومت كشش بتن ناچیز است، این تیر دارای ظرفیت باربری كمی خواهد بود. در چنین تیری اصولاً مقاومت فشاری بتن نمی تواند مورد استفاده قرار گیرد. حال اگر همین تیر در ناحیة كششی توسط فولادهایی، كه معمولاً بصورت میلگرد مستقیم می باشند، مسلح شود قادر خواهد بود باری به مراتب بیشتر از بار حالت قبل (مثلاً تا 20 برابر) را تحمل نماید. سایر اعضا بتنی، نظیر ستونها، كه عمدتاً در فشار كار می كنند، را نیز با میلگردهای فولادی مسلح می نمایند. وجود آرماتور در چنین اعضایی نیز سبب افزایش مقاومت آنها می گردد، زیرا فولاد علاوه بر كشش در فشار نیز مقاومت بالایی دارد. بدین ترتیب از اجتماع دو مادة فولاد و بتن، ماده تقریبا جدیدی بنام بتن مسلح ایجاد می‌شود كه امروزه حوزه كاربرد آن بدون هیچ مرزی در حال گسترش است.

اساس رفتار مشترك فولاد و بتن تركیب طبیعی دو خاصیت مهم فیزیكی و مكانیكی این دو ماده است: اول آنكه، بتن در اثر سخت شدن چسبندگی قابل ملاحظه ای با آرماتور فولادی ایجاد می‌كند كه در نتیجه آن در یك عضو بتن آرمه تحت اثر بار، هر دو مادة فولاد و بتن با هم تغییر شكل می دهند. دوم آنكه، بتن و فولاد دارای ضرائب انبساط حرارتی تقریباً یكسانی می باشند (مقدار این ضریب به طور متوسط برای بتن 000010/0 و برای فولاد 000012/0 بازاء هر درجه سانتیگراد است) و در نتیجه در اثر تغییرات درجه حرارت، تنش های اولیه قابل توجهی در هیچ یك از دو مادة ایجاد نشده و لغزشی بین فولاد و بتن رخ نمی دهد.

بتن مسلح علاوه بر اینكه دارای مقاومت نسبتاً‌ بالایی است، در مقابل شرایط نامساعد محیطی نیز مقاومت خوبی دارد زیرا پوشش بتنی روی آرماتور، فولاد را در مقابل خوردگی و اثر مستقیم آتش سوزی محافظت می نماید. در رابطه با مقاومت در مقابل آتش سوزی شاید توجه به این نكته جالب باشد كه در حرارت حدود 1000 درجه سانتیگراد، حداقل یك ساعت طول می كشد كه دمای فولاد داخل بتن، كه با یك لایه بتنی به ضخامت 5/2 سانتیمتر پوشیده شده است، به 500 درجه سانتیگراد برسد. تجربه نشان داده است كه در آتش سوزی های با شدت متوسط، سازه های بتن آرمه تنها دچار خسارتهای سطحی می شوند و خللی در مقاومت و ظرفیت باربری آنها وارد نمی آید.

آزمایشهای مقاومت فشاری

در برخی كشورهای دنیا، مانند آمریكا، نمونه های آزمایش مقاومت فشاری به شكل استوانه هایی هستند كه نسبت ارتفاع به قطر آنها برابر 2 می باشد. از سوی دیگر، در بسیاری كشورهای اروپائی از نمونه های مكعب شكل استفاده می‌شود. در ایران، هر دو نوع نمونه های استوانه ای و مكعبی مورد استفاده قرار می گیرند. آنچه در رابطه با شكل نمونه های آزمایشی مطرح است، این واقعیت است كه مقاومت های بدست آمده از این دو نوع نمونه معمولاً یكسان نیستند. این تفاوت به دو دلیل اساسی پدید می آید.

اول آنكه، در نمونه های استوانه ای، جهتی كه بار فشاری به نمونه وارد می‌شود منطبق است برجهتی كه نمونه ریخته می شود، در حالیكه در نمونه های مكعبی، جهت بارگذاری عمود بر جهت بتن ریزی نمونه است. چنانچه مخلوط بتن از كارآیی خوبی برخوردار باشد و به خوبی نیز متراكم و كوبیده شود، بتن حاصله تقریبا ایزوتوپ خواهد بود و این تفاوت اهمیت چندانی ندارد. لیكن، در غالب موارد این منظور تأمین نمی شود و در نتیجه تغییر شكل لایه های مختلف نمونه یكسان نبوده و این مسئله در مقادیر مقاومت های بدست آمده منعكس می گردد.

علت دوم در تفاوت مقادیر نمونه های استوانه ای و مكعبی را می توان در مسئله اصطكاك بین نمونه بتنی و صفحات فولادی ماشین آزمایش جستجو كرد. بدین ترتیب كه به علت تفاوت مقادیر مدول الاستیسیته و ضریب پواسون فولاد و بتن، نمونه بتنی و صفحه فولادی تمایل به تغییر شكل های جانبی یا مساوی دارند. لیكن بعلت وجود اصطكاك، حركت جانبی نسبی بین صفحه فولادی و نمونه بتنی در سطح تماس آنها مقدور نبوده و در نتیجه تنش های برشی در این سطح بوجود می آید. اثر این تنش ها در نمونة بتنی، با افزایش فاصله از صفحات فولادی كاهش می یابد بطوری كه از فاصله ای در حدود  (B بعد جانبی نمونه است) قابل صرفنظر باشد. اثر این تنش ها را می توان در نمونه های استوانه ای استاندارد، كه تا حد گسیختگی تحت فشار قرار می گیرند، بخوبی مشاهده نمود. بدین ترتیب كه در هر انتهای نمونه یك مخروط تقریباً دست نخورده با ارتفاع  باقی می ماند (D قطر استوانه است)، ولی در میان این مخروط ها تغییر شكل جانبی بطور آزاد قابل حصول است كه با پف كردن نمونه به سمت بیرون در قسمت میانی توجیه می‌شود. در نمونه های مكعبی نیز هرمهای دست نخورده بوجود می‌آیند، لیكن بعلت محدودیت ارتفاع این نوع نمونه ها، رئوس هرمها در یكدیگر تداخل نموده بطوری كه ناحیه ای كه در آن تغییر شكل جانبی می‌تواند آزاد باشد حذف می‌شود. در نتیجه، در نمونه های مكعبی نمی توان فشار تك محوری كه آزاد از برش باشد بوجود آورد. بنابراین، در شرایط مشابه از نظر كیفیت بتن، مقاومت به دست آمده از نمونه های مكعبی بیش از مقاومت حاصل از نمونه های استوانه ای است. همچنین، نتیجه گرفته می‌شود كه برای تعیین مقاومت بتن، كه تحت تأثیر مشخصات صفحات فولادی دستگاه پرس نباشد یا بعبارت دیگر، برای تعیین مقاومت فشاری تك محوری حقیقی بتن، باید از نمونه های استوانه ای با نسبت ارتفاع به قطر بزرگتر از 7/1 استفاده نمود. در استوانه‌های استاندارد، نسبت ارتفاع به قطر برابر 2 می باشد.

برچسب ها : بررسی بتن و فولاد , تحقیق بررسی بتن و فولاد , پروژه بررسی بتن و فولاد , مقاله بررسی بتن و فولاد , دانلود تحقیق بررسی بتن و فولاد , پروژه , پژوهش , مقاله , جزوه , تحقیق , دانلود پروژه , دانلود پژوهش , دانلود مقاله , دانلود جزوه , دانلود تحقیق