مهار میلگرد یا بولت در بتن سخت بروش کاشت شیمیایی (مودهای شکست)

1- مقدمه

مهار میلگرد یا بولت در بتن سخت و در اصطلاح کاشت میلگرد یا بولت از جمله موارد پرکاربرد در صنعت ساخت و ساز می باشد و گستره وسیعی از اتصالات سازه ای و غیرسازه ای و همچنین تقویت و مقاوم سازی سازه ها را در بر می گیرد. آنچه مسلم است در برخی از این کاربردها، عملکرد سازه ای مورد انتظار بوده و بدین سبب رعایت شرایط و ضوابط ویژه ای در فرآیند طراحی و اجرای سیستم ها الزامی است. حال آنکه در بسیاری موارد توجه کافی به حساسیت موضوع معطوف نشده و حاصل کار هیچ ضابطه و استاندارد خاصی را دنبال نمی کند. به عنوان نمونه عدم توجه به لزوم محاسبات سیستم های مهار در بتن (برابر ضوابط آیین نامه ها) اولین شاهد این مدعاست. این در حالی است که همانند هر جزء سازه ای دیگر، انجام مطالعات فنی و دقیق کاشت میلگرد یا بولت الزامی می باشد. بویژه آنکه مواردی مانند تراکم میلگردها و شرایط ابعادی و هندسی وضع موجود المان های بتن مسلح و در مجموع شرایط خاص نصب و اجرای این سیستم ها در المان های موجود، ارایه جزییات اجرایی استاندارد را منوط به وجود دانش فنی و تجربه مکفی می سازد.

اولین گام در روند محاسبات سیستم های مهار در بتن، بررسی مودهای شکست می باشد. بدین منظور مقاومت نظیر مودهای شکست در بارهای کششی، برشی یا ترکیب این دو با در نظر گرفتن فواصل مهارها از یکدیگر و از لبه و همچنین عمق کاشت تعیین می گردد. لذا در این مسیر بررسی عملکرد تک مهار و در صورت وجود مهارهای نزدیک به یکدیگر عملکرد گروه مهار در دستورکار قرار می گیرد. مسلما مودهای شکست مربوط به بتن ترد محسوب شده و در مواردی که موضوع شکل پذیری سازه مطرح است، طراحی بگونه ای انجام می شود که گسیختگی فولاد تک مهار یا گروه مهار حاکم گردد. به عنوان مثال با توجه به فواصل کم مهار میلگردهای یک ستون بتنی در فونداسیون موجود، بررسی گروه مهار تحت بارهای کششی-خمشی، برشی و کششی در دستورکار قرار گرفته و شرایطی احراز می گردد که حد نهایی عملکرد اتصال، گسیختگی میلگردها باشد.

در ادامه گزارش به بررسی اجمالی مودهای شکست سیستم های کاشت میلگرد یا بولت پرداخته و هشدارهای فنی در این خصوص ارایه شده است.

2- مودهای شکست کششی مهار در بتن (کاشت شیمیایی میلگرد یا بولت)

شکست میلگردها یا بولت های کاشته شده در بتن (با استفاده از اپوکسی)، تحت بارهای کششی در یکی از مودهای زیر اتفاق می افتد.

(1) گسیختگی فولاد؛

(2) شکست Break out؛

(3) ترکیب شکست Pry out و Break out؛

(4) شکست Splitting.

در ادامه هریک از مودهای شکست بطور مختصر تعریف و مورد بررسی قرار گرفته است.

2-1- گسیختگی فولاد

همانطور که از مضمون عنوان مشخص می باشد، این مود شکست به مشخصات مقاومت مصالح و مقاومت نهایی گسیختگی فولاد مرتبط است. این مود شکست شکل پذیر بوده و معمولا مطلوب تلقی می گردد.

2-2- شکست Break out

 به بیان ساده شکست ناشی از قلوه کن شدن تک مهار یا گروه مهار به همراه مخروط بتن، Break out نامیده می شود. برابر ضوابط ACI 318- Appendix D زاویه مخروط بتن در شکست Break out در حدود 35 درجه می باشد. (شکل 1).

وجود تراکم بالای میلگرد در المان های سازه ای بتن مسلح مانند تیر، ستون، دال و فونداسیون، احتمال وقوع شکست Break out مهار کششی در این المان ها را بشدت تقلیل داده و معمولا در طراحی سیستم های مهار در بتن حاکم نمی گردد. لذا برابر ضوابط استانداردها و آیین نامه های مرتبط، بررسی و کنترل مود شکست Break out الزامی است.

2-3- شکست ترکیبی Pry out و Break out

با توجه به وجود چسبندگی ممتد بین مهار شیمیایی و بتن در امتداد عمق کاشت، مود شکست ترکیبی از اهمیت ویژه برخوردار است. بگونه ای که در صورت رعایت فاصله تک مهار یا گروه مهار از لبه بتن، معمولا این مود شکست، بر محاسبات مهار در بتن حاکم بوده و در تعیین عمق کاشت تاثیرگذار است.

در محاسبات سیستم های مهار دربتن معمولا حاکم شدن گسیختگی فولاد مطلوب بوده و هدف قرار داده می شود. از این رو عمق کاشت بگونه ای تعیین می گردد که مود شکست ترکیبی حاکم نگردد. توجه به این نکته ضروری است که مود ترکیبی، شکست ترد محسوب شده و جهت لحاظ ضوابط شکل پذیری سازه، حاکم شدن این مود شکست مناسب ارزیابی نمی گردد.

همچنین لازم به توضیح است که: وقوع مود شکست Pry out (بتنهایی) می تواند نشانه ای از کیفیت پایین اپوکسی جهت کاشت میلگرد یا بولت باشد.

2-4- شکست Splitting

شکست ناشی از نیروهای کششی ایجاد شده در بتن احاطه کننده مهار، شکست Splitting نامیده می شود. (شکل 4) فاصله تک مهار یا گروه مهار از لبه بتن اصلی ترین پارامتر تعیین کننده این مود شکست می باشد. لذا در کاربردهای سازه ای رعایت حداقل فاصله از لبه بتن، برابر ضوابط استانداردها و آیین نامه ها، به منظور جلوگیری از حاکم شدن این مود شکست الزامی است.

Splitting شکست ترد محسوب شده و جهت لحاظ ضوابط شکل پذیری سازه، حاکم شدن این مود شکست مناسب ارزیابی نمی گردد.

3- مودهای شکست برشی مهار در بتن (کاشت شیمیایی میلگرد یا بولت)

شکست میلگردها یا بولت های کاشته شده در بتن (با استفاده از اپوکسی)، تحت بارهای برشی در یکی از مودهای زیر اتفاق می افتد.

(1) گسیختگی فولاد؛

(2) شکست Break out؛

(3) شکست Pry out؛

در ادامه هریک از مودهای شکست بطور مختصر تعریف و مورد بررسی قرار گرفته است.

3-1- گسیختگی فولاد

همانطور که از مضمون عنوان مشخص می باشد، این مود شکست به مشخصات مقاومت مصالح و مقاومت برشی نهایی فولاد مرتبط است. این مود شکست شکل پذیر بوده و معمولا مطلوب تلقی می گردد.

3-2- شکست Break out

Break out برشی در تک مهار یا گروه مهار مجاور لبه بتن رخ می دهد. (شکل 6). لذا بررسی مهارهای مجاور لبه بتن برای این مود شکست الزامی است. برابر ضوابط ACI 318- Appendix D در مهارهای برشی نیز زاویه مخروط بتن در شکست Break out در حدود 35 درجه می باشد.

Break out شکست ترد بوده و جهت لحاظ ضوابط شکل پذیری سازه، حاکم شدن این مود شکست مناسب ارزیابی نمی گردد. نکته حائزاهمیت آنکه اجرای کاشت میلگرد و بولت در داخل شبکه میلگرد المان های بتن مسلح، عامل موثری در کاهش احتمال حاکم شدن مود شکست Break out محسوب می گردد.

3-3- شکست Pry out

بطور کل شکست Pry out در مهارهای کوتاه و سخت رخ می دهد. (شکل 7). مقاومت pry out مهارهای برشی با مقاومت کششی Break out بتن نسبت مستقیم دارد. Pry out شکست ترد بوده و جهت لحاظ ضوابط شکل پذیری سازه، حاکم شدن این مود شکست مناسب ارزیابی نمی گردد.

4- نکات مهم جهت ارزیابی نتایج آزمایش pull off مهار کششی

در ارزیابی نتایج آزمایش کشش میلگرد یا بولت کاشته شده بروش شیمیایی در بتن (Pull off) توجه به موارد زیر حائزاهمیت می باشد.

(1) در صورت بیرون کشیده شدن میلگرد یا بولت از سوراخ، یکی از دلایل زیر حاکم خواهد بود.

•  عمق کاشت کم در نظر گرفته شده است؛
•  اپوکسی مصرفی از کیفیت لازم برخوردار نیست.

(2) در صورت شکست مهار بهمراه مخروط بتن

•  مود شکست Break out یا مود ترکیبی Break out و Pull out حاکم شده و این بدان معناست که مقاومت کششی مهار کمتر از مقاومت گسیختگی فولاد است. در صورت نیاز (بویژه در صورت مطرح بودن بحث شکل پذیری) باید عمق کاشت افزایش یابد.
•  در صورت وجود مهارها در فواصل نزدیک، بررسی گروه مهار از اهمیت ویژه برخوردار است و صرفا اتکا به نتایج آزمایش تک مهار مبنی بر کفایت سیستم مهار در بتن غیر قابل قبول می باشد.

(3) در صورت گسیختگی میلگرد یا بولت

•  عمق کاشت برای تک مهار (نه برای گروه مهار) مناسب انتخاب شده است.
•  در صورت وجود مهارها در فواصل نزدیک، بررسی گروه مهار از اهمیت ویژه برخوردار است و صرفا اتکا به نتایج آزمایش تک مهار مبنی بر کفایت سیستم مهار در بتن غیر قابل قبول می باشد.

تهیه شده توسط ام.اس.دی کو - طراح و مجری سیستم های مهار در بتن (کاشت بولت و میلگرد)