جستجو
آمار سایت

تعداد مطالب : 31
تعداد نظرات : 4
بازدید امروز : 50
بازدید دیروز : 216
بازدید این هفته : 50
بازدید این ماه : 3311
کل بازدیدها : 63530
خروجی فید امروز : 2
ورودی گوگل امروز : 0
میانگین ارسال روزانه : 0.01
میانگین نظرات روزانه : 0.00
افراد آنلاین : 2 نفر
تبادل لینک با 19 سایت
زمان لود صفحه : 0٫537 ثانیه

ازمایش راک بولت

بررسی نتایج حاصله از آزمایشهای چسبندگی بولت به سیمان در شرایط فشار جانبی ثابت به کمک سلول تغییریافته هوک 
چکیده 
مطالعات زیادی در زمینه استفاده از بولت به عنوان تقویت کننده فعال در سازه های سنگی و روشـهای افـزایش ظرفیـت بـاربری آنهـا صـورت گرفته است. در این میان عوامل زیادی هستند کهمستقیماً بر روی این ظرفیت باربری تاثیر می گذارند. از جمله مهمترین این عوامل مقـدار فشار محصورکننده ای است که بطورجانبی پیرامون بولت تزریق شده اعمال می گردد. ظرفیت باربری بولت با تغییر این فشار میتواند تغییرات فاحشی از خود نشان دهد در این تحقیق، تعدادی آزمایش کشش (Pullout Test) تحـت شـرایط اعمـال فـشار جـانبی ثابـت بـا دو نـوع میـل مهـار((AIIIφ۲۸, Dywidagφ۲۰ و بـا دو نـسبت آب بـه سـیمان ۰/۴) و (=w:c0/5 در طولهـای درگیـری Embedment length ) mm100) و mm150 انجام شد. آزمایشها تحت فشارهای جانبی مختلف انجام گرفتند که در هر آزمایش، میزان فـشار جـانبی ثابـت نگهداشـته شـد.بـدین منظور سلولی موسوم به سلول سه محوره تغییر یافته هوک (Modified Hoek Cell) طراحی و ساخته شد. نتایج نشان می دهند که بـا افـزایش فشار جانبی، مقاومت چسبندگی نیز افزایش پیدا میکند و با افزایش جابجایی بولت پس از گذر از یک نقطه، این مقدار کاهش می یابد. پـارامتر مهم مورد برسی دیگر، اتساع نمونه بود. جابجایی شعاعی سیمان که بدلیل وجود ناهمواری در سطح بولت ایجاد میشود، توسط بازوهای فلـزی که روی آن کرنشسنج۴ نصب شده، اندازهگیری شدند. نتایج بدست آمده نشان میدهد با افزایش فـشار جـانبی، از جابجـایی شـعاعی کاسـته میشود. همچنین نرخ جابجایی شعاعی با افزایش جابجایی محوری بولت کم می شود و از اتساع به سمت انقباض می رود.
کلید واژه ها: چسبندگی سیمان، تست کشش بولت، بولت، سلول هوک، نگهداری.
.۱ مقدمه
بولتهای تزریق شده در تمام طول، پس از استفاده موفق از بولتهای با مهارهای مکانیکی و نقطـه ای در دهـه ۵۰ ، بـه صـنعت معرفی و به میزان وسیعی در ساخت فضاهای زیرزمینی مورد استفاده قرار گرفتند. در گیر بودن ساقه بولت با سـیمان و سـنگ در تمام طول آن در بولتهای تزریقی ضمن مرتفع نمودن خطر گسیختگی اتصال نقطه درگیری (در بولتهای مکـانیکی) باعـث ازدیاد سختی محوری و موثر تر شدن بولت در جلوگیری از حرکت توده سنگهای ناپیوسته گردید. نکته قابل توجه آنکه انتقال نیرو به توده سنگ اطراف در مهارهای درگیرمکانیکی تنها به نقطه درگیری و خود میله آنکر بستگی دارد حال آنکـه در انـواع تزریقی علاوه بر مواردیکه ذکر شد، مشخصات خمیر سیمان و روند جابجایی سنگ نیز تأثیر بسزایی در نوع توزیع بار در طـول بولت دارد .[Moosavi, et al. 1996] مقدار تنش شعاعی وارده به سیمان نیز سهم بسزایی در این چسبندگی دارد که نقش این عامل در مقاله حاضر مورد بررسی قرار گرفته است.
.۲ مفهوم ظرفیت چسبندگی
ایده استفاده از فولاد بعنوان عاملی برای تقویت بتن به سالها پیش باز می گـردد. شـاید Hyatt , 1877 اولـین بـار بـه امکـان استفاده از فولاد برای جبران مقاومت کششی کم در سیمان پرتلند توجه نمود. این توجـه سـپس سـرآغاز تحقیقـات وسـیعی گردید که در دهه ۶۰ این نکته مهم را اثبات کرد که در اکثر موارد، گسیختگی در ساقه فولاد رخ نداده بلکه ایـن امـر بـصورت لغزش در سطح تماس سیمان – فولاد روی می دهد.
چسبندگی (Bond) طبق تعریف عبارتست از مقدار مقاومتیب است که میلمهاردر مقابل یـرون آمـدن از داخـل یـک خمیـره  (معمولا“ سیمان) از خود نشان میدهد. در مورد اینکه چسبندگی از خواص سیمان است یا فولاد اختلاف نظر است ولـی قـدر مسلم آنست که خواص هر دو در این امر موثر است. ظرفیت چسبندگی فولاد به سیمان (و چنانکه در کاربرد های ژئـوتکنیکی متداول است چسبندگی بولت به سیمان) گاهی بصورت نیروی چسبندگی و بـر حـسب (N) وگـاهی بـر حـسب تـنش برشـی پیرامون بولت بر حسب (N/mm2) بیان میگردد.
از آنجائیکه مکانیزم لغزش بولت از داخل سیمان یک فرآیند اصطکاکی است لذا هر عاملی که در جهت افـزایش ایـن اصـطکاک اثر کند باعث افزودن مقاومت چسبندگی خواهد شد. از مهمترین عوامل افزایش این مقدار مقاومت میتوان به زاویـه اصـطکاک سطح بین میله و سیمان و نیروی عمود بر این سطح اشاره کرد. در مواردی کـه از بولتهـای آج دار اسـتفاده گردیـده، مقـدار چسبندگی فوق تابع اندازه و شکل آج بوده و بعضا“ تا بیشتر از ۲ برابر حالت صاف افزایش پیدا کرده است ..] .[
از دیگر عوامل مؤثر در ظرفیت چسبندگی، مقاومت فشاری خمیر سیمان میباشد. بسیاری از تحقیقات نشان داده که با افزایش مقاومت فشاری سیمان، ظرفیت چسبندگی نیز افزایش مییابد.[Gilkey,1940] در بـسیاری از روابـط تجربـی گذشـته کـه دراین زمینه ارائه شده، نظیر رابطه (Dight(1983 اثر محدودیت جانبی۲ سیمان بعنوان عاملی مـؤثر در ظرفیـت چـسبندگی بحساب آورده نشده حال آنکه این عامل یکی از مهم ترین پارامترهای موثر بر ظرفیت چسبندگی است که در این تحقیق توجه خاصی به آن شده است.
.۳مکانیزم لغزش میلمهار از داخل سیمان
ظرفیت چسبندگی چنانکه در تحقیقات بسیاری از محققین آورده شده، در میلههای تغییر شکل یافته ناشی از سه عامل اسـت . [Littlejohn and Bruce, 1977] چسبندگی شیمیائی سیمان به فولاد، اصطکاک بین این دو ماده و درهم قفل شدگی بین آجهای فولادی وسیمان. بلا فاصله پس از شروع لغزش بولت، عامل اول به صفر کاهش مییابـد. سـپس دو عامـل بعـدی
(علی الخصوص عامل درهم قفل شدگی) است که باعث بـروز مقاومـت در برابـر کـشش مـی شـود. طبـق مطالعـات Rehm ((1961 اتساع۳ سیمان در نتیجه حرکت شعاعی سـیمان روی رخـساره آج، روی مـیدهـد. بیـشترین حرکـت در محلـی رخ میدهد که روی سطح سیمان ترک شعاعی ایجاد گردد. حرکت آج باعث بیرون راندن لایـه سـیمانی شـده و منجـر بـه ایجـاد جابجای شعاعی در سطح خارجی سیمان می شود. در این مورد ترک در واقـع در نتیجـه غلبـه بـر مقاومـت کشـشی مماسـی سیمان رخ میدهد. ترکهای شعاعی مولاًمع زمانی که فشار جانبی کمی بر نمونه وارد می شود بیشتر بوجود میآیند.
به دلیل مکانیزم اصطکاکی گسیختگی چسبندگی، اعمال فشار جانبی نقش بسزایی در افزایش این مقاومت دارد. فـشار جـانبی در واقع تنش عمودی پیرامون سیمان را زیاد کرده و اجازه ترک خوردن را به سیمان نمیدهد. نتیجه اینکـه اگـر تـرک هـم در سیمان بوجود آید، تراکم باعث میگردد که بازشدگی به حد معینی محدود گـردد و بـا افـزودن محـدودیت جـانبی مقـدار آن کاهش یابد.[Malvar,1992] شکل ۳ ایجاد ترک ومنحنی چسبندگی-لغزش را بر حسب میزان محدودیت جانبی به نمـایش میگذارد.
تجربیات بدست آمده حاکی از آنست که فشار جانبی میتواند باعث تغییرات ۱۰۰ درصدی در مقاومـت چـسبندگی شـود. لایـه سیمان بعنوان یک استوانه جدار ضخیم میتواند بر حسب مقدار ترک ایجاد شده در آن با وجود نیروی خـارجی رفتـاریکـاملاً الاستیک،کاملاً پلاستیک یا کمی ترکخورده الاستیک داشته باشد که هر کدام میتوانند بصورت جداگانه رفتـاری متفـاوت در چسبندگی ایجاد کنند.
‏Soroushian (1991 تفاوت بین لغزش بولت و از دست رفتن چـسبندگی بـا سـیمان را در دو شـرایط بـدون محـصوریت جانبی و وجود محصوریت جانبی را مطابق شکل ۲ تشریح کرد. محصوریت جانبی در نمونه های این تحقیق مستقیما“ توسـط اعمال تنش جانبی توسط سلول هوک تامین می شود.
شکل-۲ از دست رفتن چسبندگی بـا (الـف)تـرک شـعاعی در سـیمان غیـر محـصور، (ب) کـشش در سـیمان محـصور شـده.[Soroushian,1991]
.۴آزمایش تعیین چسبندگی در فشار جانبی ثابت
جهت آزمایش کشش بولت از محفظهای استفاده شد که بتوان در آن مجموعه بولت و سـیمان در برگیرنـده آن را تحـت فـشار جانبی ثابت قرار داد. بدین منظور، سلول هوک تغییریافتهای((MHC مطابق شکل ۳ ساخته شد تا بتوان به نمونه فشار جانبی تا MPa 60 اعمال کرد. اعمال فشار جانبی توسط روغن هیدرولیک و وارد کردن کشش محوری به میله توسط جک با سیلندر خالی۱ صورت گرفت. نمونهها از یک میله که در داخل سیلندری از سیمان قالب ریزی شده تـشکیل مـی شـود. ایـن اسـتوانه سیمانی مطابق شکل ۳ دارای قطر mm5/63 و ارتفاع mm387 میباشد. برای قالب ریزی از دو غلظت متفاوت آب به سیمان ۰/۴) و (=w:c0/5 استفاده گردید. در قسمت بالا و پایین نمونه از دو حلقه فـولادی جهـت درگیـری بـا دیـوارههـای سـلول و جلوگیری از نشت آن استفاده شد. طول درگیری مؤثر بولتها ۱۰۰ وmm150 در نظر گرفته شد. بولتهایی که بکار رفتنـد از دو نوع AIII بقطر mm28 و Dywidag بقطر mm20 بودند.
پس از آمادهسازی نمونه، سیمان پرتلند معمولی با آب مخلوط و با غلظت مورد نظر بداخل قالب ریخته شده و نمونه پس از ۲۸ روز آزمایش میشود. همزمان از سیمان مورد استفاده نمونههایی نیز جهت تعیین مقاومت فـشاری تکمحـوری اخـذ مـیشـود.
جهت انجام آزمایش، نمونه در دستگاه قرار گرفته و پس از گذراندن بولت از سوراخ مرکزی، جک تو خالی روی سلول قرار داده می شود. سپس میله توسط یک صفحه فلزی۲ در پشت جک تثبیت شده و مهره بولت محکـم مـیشـود. سـپس فـشار داخـل سلول توسط پمپ دستی به حد مورد نظر رسـیده و جـک کـشش، نیـروی محـوری را اعمـال مـی نمایـد. در اثنـای آزمـایش پارامترهای متعددی ثبت و توسط یک دستگاه اتوماتیک جمعآوری داده۳ ذخیره میگردد.
پارامترهای مورد اندازهگیری در طی آزمایش عبارتند از جابجایی محوری بولت که توسط یک پتانسیومتر اندازهگیری میشـود، جابجایی شعاعی نمونه که در داخل سلول و توسط چهار بازوی کرنشسنجبندی۴ شده ثبت مـیگـردد. بـدیهی اسـت بازوهـای مذکورقبلاً کالیبره شده و ضرایب کالیبراسیون پس از ضبط اطلاعات (به شکل ولتاژ) به دادهها اعمال شده تـا مقـادیر متنـاظر جابجایی را نتیجه دهند. متذکر میشود، که چهار بازوی کرنشسنج بندی شده دوبه دو روبروی هم نصب شده تا اتساع کلی از میانگین آنها بدست آید. بار محوری بولت توسط یک بارسنج الکتریکی۵ قرائت و فـشار جـانبی نیـز توسـط سنـسور الکتریکـی دیگری ثبت می شود.
شکل-۳ (الف) دستگاه MHCنمونه مورد استفاده.
جمع بندی نتایج بدست آمده از آزمایشهای مذکور نیز در اشکال ۴ تا ۷ نمایش داده شدهاند.
همانگونه که از نتایج مشاهده میشود، با افزایش فشار جانبی، ظرفیت چسبندگی بولت نیز افزایش پیدا میکند. ایـن اثـر بـرای نمونههایی با طول درگیری(E.L) mm100 و =w:c0/4 در شکل ۴ نشان داده شده است. همچنین دیـده مـی شـود کـه در فشارهای بالا، اختلاف بین مقاومتهای اوج مربوط به فشارهای مختلف کمتر میشود و گذر از حالت الاستیک بـه رفتـار پـس از شکست به آرامی صورت می گیرد. به عبارت دیگر در فشارهای بالا، نقطه اوج به وضوح آنکه در فشارهای جانبی پـایین بـروز میکند نیست بلکه سیمان حالت شبه پلاستیک از خود نشان داده و منحنی های مختلف به یکدیگر نزدیک می شـوند. بـدین ترتیب نقطه اوج کاملا” مشخصی که در فشار جانبی ۱/۳مگاپاسکال دیده میشود در فـشارهای ۳/۲ و۴/۸ مگاپاسـکال بـا یـک منحنی که تدریجا” گرد شده و شیب خود را از دست می دهد جایگزین شده است.
نکته قابل توجه دیگر آنکه هرچه بر فشار جانبی اعمال شده افزوده می شـود، مقاومـت اوج در جابجـایی محـوری بیـشتری رخ میدهد و این مطلب در تمام نمونه ها به چشم می خورد.
تحلیلی که بر روی متوسط نتایج بدست آمده از چهار بازوی گیج بندی شده انجام گرفت نشان میدهد کـه جابجـایی شـعاعی نمونه، چنانچه انتظار میرود با افزایش فشار جانبی کاهش پیدا مـیکنـد. اشـکال ۵ تـا ۸ نمونـه هـایی از ایـن نتـایج را نـشان میدهند.
همانطور که مشاهده میشود، اتساع اندازهگیری شده میانگین اندازهگیری چهار بازوی قرائت شده است. مطابق نتـایج در فـشار جانبی بالا، در آغاز تست، ابتدا انقباض کوچکی رخ می دهد (متناظر با اعمال فشار جانبی) و پس از شروع لغزش، اتساع شـروع میشود. در فشار کم تراکم اولیه قابل تشخیص
در قسمت پس ماند بیشتر منحنی هـا، اعـم از نمـودارهـای مقاومـت چـسبندگی یـا اتـساع، شـکل منحنـی بـصورت مـواج اســت. نکتــه حــائز اهمیــت آنکــه طــول مــوج آن درســت برابــر فاصــله دو آج مجــاور هــم در میلــه اســت. ایــن فاصــله در بولتهــای φ,AIII28 تقریبــا” ۸ میلیمتــر و در بولتهــای Dywidag تقریبــا” ۱۰ میلیمتــر مــی باشــد. تفــسیر ایــن پدیـده از نظـر فیزیکـی آنـست کـه پـس از عبـور هـر آج از زیـر محـل قرارگیـری بازوهـا، یـک جابجـایی شـعاعی در بـازواعمال می شود.
.۵ جمع بندی و نتیجه گیری
پدیده بیرون کشیده شدن بولت از داخل سیمان یا ظرفیت چسبندگی بین این دو ماده در بـسیاری از مـسائل مهندسـی حـائز اهمیت فراوانی است. این نکته در این مقاله از نقطه نظر مقاومتی که یک میل مهار پس از نصب شدن در داخل چال پر شـده از سیمان (جهت تحکیم سنگ در پروژه های تونل سازی) از خود نشان می دهد تحت بررسی قرار گرفته اسـت. بـا توجـه بـه اهمیتی که فشار جانبی (یا محصور کننده) در افزایش اصطکاک بین بولت و سیمان دارد در این تحقیـق توجـه خاصـی بـه آن مبذول شده است. نتایج حاصل از کشش بولت از داخل سیمان تحت فشارهای جانبی مختلف (متناظر با تنشهای مماسی کـه در اطراف تونل به بولتهای تقویت کننده وارد می کند) نشان از اهمیت این عامل در میزان مقاومت ایجـاد شـده توسـط بولـت دارد. کشش بولت دارای آج از داخل سیمان باعث بروز یک جابجائی شعاعی می شود که در این آزمایـشها انـدازه گیـری شـده است. با استفاده از یک مدل مناسب برای جابجائی شعاعی و مـشابها” مـدلی بـرای بـار محـوری بولـت (Moosavi, 1996) میتوان ظرفیت باربری بولتها را تحت هر نوع شرایطی که در آن نصب می شوند تعیین کرد. این بخش از تحقیق بدلیل رعایت اختصار در مقاله گنجانده نشده است.
.۵ منابع
۱-‏Dight, P. .M., (1983).”A case study of the behaviour of rock slope reinforced with fullt grouted‏rockbolt”Proc.Int.Sym of Rockbolting, bisko
‏۲-Gilkey,H.J.,Chamberline,S.J.and Beal, R.W. (1940).”Bond Between Concrete and Steel.” Reproduction in ‏Engineering Report No.26.Iowa Eng.Exp.Station,Iowa State Coll.Ames (1956), PP.25-147
‏۳-Malvar,J.(1992).”Bond of reinforcement under controlled confinement.”ACI Journal,593-601. 
‏۴-Moosavi,M.(1997).”Load distribution along fully grouted cable bolts based on constitutive models obtained‏from Modified Hoek Cell.”Ph.D Thesis, Queens University,Canada .
‏۵- Soroushian,P,Choi,K-Bong.Park,G-H.and Aslani, F.( 1991).”Bond of deformedbars to concrete :Effect of‏confinement and strength of concrete.”ACI Materials Journal,227-232 .
‏۶- Hyett, A.J., Moosavi, M and Bawden, W.F ., (1996), “Load distribution along fully grouted bolts, with emphasis on cable reinforcement”, Int. J. of Num. & Anal. Meth. in Geomech. Vol 20, pp 517-544

Share Button

نظرات بسته است


رفتن به نوارابزار