شماره تلفن : 09307584802

خانه ژورنال دانشجویان ایران

Iranian Students Article House

خصوصیات انعطاف پذیری و استحکام میله های فولادی کنگره دار از فلزات دور ریخته شده

 

Strength and ductility characteristics of reinforcing steel bars milled from scrap metals

DOI: https://doi.org/10.1016/S0261-3069(02)00028-6

September 2002

 

Abstract

The physical and chemical properties of reinforcing steel bars milled from scrap metal such as vehicle parts and obsolete machinery in some developing countries were investigated. At present there is inadequate information on the actual behaviour of these reinforcing steel bars which are already in use in structural concrete for the construction of all types of buildings, bridges, hydraulic structures, etc., yet they are classified as mild steel in design specifications. The current state of the art can mean that design of reinforced concrete in such countries may not be fully reliable. The primary observations made with the physical properties are that for the type of mild steel produced in Ghana from re-cycled steel, the characteristic tensile strength is too high with very little elongation leading to limited ductility compared with standard mild steel and high-yield steel. The bars did not exhibit any necking down and cup and cone failure, similar to those observed in the case of standard mild steel plain bars. Concrete beams, reinforced with such bars were fabricated on the basis of under-reinforced concrete design, and tested under monotonic or cyclic loading to study the flexural behaviour of the beams. Tested beams exhibited little deflection and very low ductility and deformation prior to collapse. This paper presents a description of the experimental investigation carried out on the steel bars and reinforced concrete beams. Observations made on the physical and chemical properties of the steel bars, and the ultimate strength, mid-span deflections and crack width under monotonic and cyclic loadings of the beams are included.

Keywords: Steel bars, Concrete, Strength, Ductility, Load, Deflection

 

 

خصوصیات انعطاف پذیری و استحکام میله های فولادی کنگره دار از فلزات دور ریخته شده

 

چکیده
خواص فیزیکی و شیمیایی میله های فولادی کنگره ای از فلزات دور ریخته شده از قبیل از قبیل تکه های چرخ و ماشین آلات فرسوده در بعضی کشورهای توسعه یافته برسی شده اند در حال حاضر اطلاعات برای رفتار میله های فولادی تقویتی که قبلا در تنش های سازه برای ساختن همه نوع ساختمتن ،پل،سازه های هیدرولیک و ….. استفاده می شده است ناکافی است هنوز آنها به صورت میله های کنگره ای در مشخصات طرح طبقه می شوند مشاهدات اولیه بر اساس خواص فیزیکی نمونه های فولاد کنگره دار که از فولاد بازیافت شده در GHANA تولید شده بدست آمده است قابلیت کشش خیلی بالا با کشیدگی خیلی کم در مقایسه با میله های کنگره دار استاندارد و فولاد های خمش بالا منجر به محدودیت انعطاف پذیری می شود تیرهای بتن با میله هایی که بر اساس طراحی بتن تحت تقویت تولید شده اند مستحکم می شوند و تحت وزن یکنواخت تست می شوند تا رفتار انعطاف پذیر این میله ها مطالعه شود میله های تست شده خمش کم و انعطاف پذیری خیلی پایینی را نشان می دهد و قبل از سقوط تغییر شکل می دهند این مقاله توصیفی از برسی های آزمایشی انجام شده بر رئی تیرهاو میله هایبتن آرمد را ارائه می دهد.

کلمات کلیدی: میله های فولادی، بتن، استحکام، شکل پذیری، بار، انحراف

مقدمه
دانستن و درک رفتار واقعی مواد سازه در برابر رفتار مناسب سازه های مهندسی در درجه اول اهمیت قرار دارد به طور علمی میله های فولادی تقویتی تو.لید شده از فلزات دور ریخته شده مثال های بارزی هستند در کشور های کم توسعه یافته مانند GHANA که واردات فولاد خیلی گران است کمپانی ها نورد کاری در بازیافت وسایل فرسوده و قسمت های فلزی ماشین برای تولید سازه ها فولادهای تقویتی رقابت دارند صنعت فولاد GHANA برای مثال تقریبا ۸۰ در صد تکه های فولاد را که سالانه ۸۰۰۰ تخمین زده می شود را بازیافت می کند .
اگرچه رفتار فولاد به مقدار زیادی تحت تاثیر ترکیب شیمیایی ،عملکرد گرما و شیوه تولیدش است بعضی خواص فیزیکی وجود دارد که رفتار تقویتی را برای بتن از قبیل توانایی خمش استحکام نهایی ضریب الاستیته یانگ نسبت پوسون و درصد کشیدگی تعریف می کند مهندس سازه ممکن استسودمندی بیشتر را در خواص فیزیکی فولاد در نظر بگیرد اما با هر حال این خواص بدون بدون ترکیب شیمیایی مناسب کاربرد می باشد.

منحنی های استرس –استرین برای میله های فولادی استاندارد که در سازه های بتنی تقویت شده در شکل ۱ نشان داده شده است منحنی ها یک بخش الاستیک ابتدایی یک سطح خمش دامنه سختی استرین را در حالی که استرس از دوباره با استرین افزایش می یابد و سرانجام یک دامنه که استرس قبل از رخ دادن شکستگی از بین می رود را نشان می دهند.

طول سطح خمش به طور اولیه تابعی از استحکام فولاد است نمونه های فولاد با کربن بالا در اصل سطح خمش کوتاهتری از فولادهای با سطح خمش پایین و کم استحکام تر دارند مینیمم استرین فولاد به طرف شکستگی در خصوصیات فولاد تعریف شده است زمانی آن برای ایمنی سازه ضروری است که فولاد به اندازه کافی انعطاف پذیر باشد که تغییر شکل های بزرگ را قبل از شکستگی تحمل کند مشخصاتASTMبرای تغییر شکل میله های خمش بالا مستلزم کشیدگی به وسیله انبساط پایدار۸اینچ (۲۰۳میلیمتر)طول معیار در شکستگی نمونه تعریف شده است و به صورت یک درصد طول معیار متفاوت با منبع،درجه،و قطر فولاد بیان شده است و دامنه اش از حداقل ۴٫۵تا۱۲درصد است.
تاثیر فولاهای استحکام بالا برروی شکافتگی در انعطاف پذیری اعظای بتن سازه مجر به یک سری مطالعات برروی رفتار این قبیل فولاد در گذشته شده است (۶-۲)
استاندار بریتانیا(۷)BS4449:1488استحکام ویژه(Fy) میلگردهای فولادی را به صورتی که اگر میزان خمش تحت استرس بیشتر از ۵%مواد تست نیست باید سقوط کند تعریف می کند استاندارد GHANA DGS527(8)نحدودیت بیشتری برای استرس خمش فولادهای کنگره دار قرار می دهد که نباید ازn/mm400تجاوز کند مقداری که از ۶۰%استحکام ویژه بیشتر است DGs527وBS4449هم مینیمم کشیدگی در شکستگی را برای فولادهای کنگره دار۲۲%تعیین میکند.

تنوع در استحکام میله ها در نتیجه فاکتورهای متفاوت از قبیل ترکیب شیمیایی عملکرد گرما نمونه برداری و تست متفاوت است با توجه به کنترل کیفی خواص شیمیایی تولید فولاد باید نتایج برسی های کربن((cمنگنز(mn)سیلیسیم (si)وگوگرد(s)و فسفر(p)را بر روی همه فولادها ارائه دهیم دیگر عناصر شامل مس(cu)، کروم(cr)،نیکل(ni)وقلع((sn هستند ۵۲۷DGSوBS4449ماکزیمم درصد ترکیب فولاد کنگره دار را به صورت s=0.06،p=0.06،c=0.25،mn=0.65،si=0.25تعیین میکن عناصر متفاوت تاثیر مختلفی روی رفتار فولاد کنگره دار دارند میزان کربن روی خواص سختی و استحکام فولاد تاثیر می گذارد مقدار کربن بالاتر استحکام را افزایش می دهد اما انعطاف پذیری را کم می کند درحالی که منگز قابلیت مکانیکی را کنترل می کند مقدار فراوان فسفر و گوگرد که ناخالص های غیر فلزی هستند منجر به شکستگی و شکافتگی در نقاط جوش خورده می شود در ساخت مدرن فولاد گوگرد فسفر به طور ترجیهی در کمتر از۰٫۰۱%نگه داشته می شوند فولاد با میزان بالایی از گازهای حل شده به طور ویژه اکسیژن و نیتروژن اگر با اضافه کردن عناصر جزئی کنترل شوند در دمای بالا به خارج از فاز مایع شناور می شوند که این می تواند منجر به رفتار شکننده شود منگنز،کروم،مولیبدن،نیکل و مس به مقدار کمتر از کربن روی استحکام تاثیر می گذلرند اگرچه تاثیر انحصاری آنها برروی ریز ساختارهای فولاداست.

۲-روشهای آزمایش
نمونه های میله های فولاد از ۳ شرکت تولید کننده فولاد محلی درGhanaبه نام های wahom،temoوferofabric،به طور تصادفی به عنوان m1،m2،m3تفسیر شده اند به دست آمده است صد نمونه به طور تصادفی از هر کمپانی از دسته های ذخیره شده انتخاب شده است و نمونه همچنین برای خواص شیمیایی فولادهای مورد استفاده وسایل تجزیه ایl/mآمایشگاه طیف سنجی تست شدند ۱۲تیر بادرصدهای مختلفی از فولاد درکشش و تراکم از سه کارخانه مختلف به منظور برسی این میله های فولادی در بتن تقویت شده اند جزئیات تیرهای بتنی تقویت شده در جدول۱آمده است محتویات بتن سیمان پرتلند معمولی سنگ های گرانیتی خرد شده و ماسه رودخانهای با ماکزیمم اندازه۱۲ میلیمتر است این به ترتیب با نسبت های ۱:۲:۴ترکیب می شود میزان آب-سیمان برای مخلوط کردن بتن ۰٫۵۰درنظر گرفته شده است تیرها و مکعب ها قالب ریزی و به وسیله یک ویبراتور فشرده می شوند آنها به مدت۲۸روز در کیسه های مرطوب بهبود می یابند تیرها به سادگی در انتهایشان حمایت می شوند و برای گسیختگی با استفاده از دو نقطه سیستم وزن متقارن تست شدند تیرهایB-B5در معرض وزن یکنواخت قرار گرفتند در حالیکه B6-B12قبل از سقوط در معرض ۲۰چرخه وزنی قرار گرفتند انعطاف پذیری در محدوده وسط با استفاده از ۱شکل اندازه گیری که تا ۰٫۰۱ میلیمتر قرائت می شد و زیر تیر نصب شده بود اندازه گیری شد پهنای شکاف درروی سطح بتن با استفاده از یک میکروسکوپ شکاف که تا ۰٫۰۲میلی متر قرائت می شد اندازه گیری شد.

۳-نتایج مثبت
۳٫۱خصوصیات فیزیکی
برسی آماری میله های فولادی تنوع مهمی را در توانایی خمش با مینیمم مقدار معادل۱۴۰ >260 و n/mm230را به ترتیب برای کارخانه های m1،m2،m3نشان می دهد میانگین توانایی خمش برای میله های ازm1،m2،m3به ترتیب۴۹۰،۳۷۰و۳۴۰بوده به صورتی که در جدول ۲نشان داده شده است میانگین توانایی نهایی به ترتیب ۵۶۰و۵۵۰و۵۰۰بود انحراف معیار به ترتیب ۱۱۲و۶۰و۶۱n/mmبود
شکل ۲ منحنی های بارز استرس استرین را برای میله های فولادی نشان می دهد و محدوده غیر الاستیک و پلاستیک در همه نمونه ها واضح است
مد شکست در بیشتر نمونه ها مشابه است و خیلی کم و به سختی سطح های مخروطی رانشان می دهد نوعی از شکستگی رفتار شکننده فولاد را نشان می دهد درصد کشیدگی نمونه ها به طور میانگین به ترتیب ۴٫۶،۱۰٫۶،۱۱٫۸برای نمونه هایA،B،Cاست .

۲٫۳-خصوصیات شیمیایی
برسی شیمیایی انجام شده برروی نمونه ها نشان می دهد که میانگین مقدار کربن نمونه ها به ترتیب۰٫۲۰و۰٫۲۶و۰٫۳۰می باشد میانگین مقدار سیلیس به ترتیب ۰٫۳۶و۰٫۱۹و۰٫۰۹است نتایج تست های شیمیایی در جدول ۳آورده شده است.
۳٫۳ رفتار تیرها
نظریه شکافتگی و وزن های شکستگی آزمایش ۱۲تیر در جدول ۴آورده شده است.
انعطاف پذیری وزن بارز برای تیرهای BوB5تحت وزن یکنواخت و چرخه ای به ترتیب در شکل ۴و۵نشان داده شده است.

۴-بحث نتایج تست
۴٫۱خصوصیات فیزیکی و شیمیایی
میله های تولید شده به وسیله ۲تااز۳کمپانی درGhanaبا حد ماکزیممBS4449برای کربن مورد نیاز فولاد کنگره را مطابقت نداشتند فسفر و گوگرد ناخالص میله های فولادی در هر سه کمپانی از حد ۰٫۰۱تجاوز کرده بود این کربن گوگرد و فسفر اضافی استحکام و سختی فولاد را افزایش اما انعطاف پذیری آن را کاهش می دهد .
رفتار استرس استرین این درجه های فولاد یک دامنه کوتاه پلاستیکی و سخت شدگی را در استرس پایدار دارد در نهایت درصد کشیدگی همه نمونه ها ی تست شده کمتر از مینیمم مقدارلازم۲۲%برای فولادهای کنگره دار بودو به هر حال باید میله های فولادی به صورت شکننده طبقه بندی شوند در تعریف استحکام ویژه تنها نباید روی مینیمم مقدار استرس خمش تاکید کنیم که این بیشتر با مرزهای پایینی ارتباط دارد بدون هیچ مرجعی برای محدوده بالایی از طرف دیگر بدون دیگر ملزومات مرتبط با خواص فیزیکی از قبیل انعطاف پذیری یا درصد کشیدگی همه نمونه ها برای آرماتورها ی خمش بالا پذیرفته می شوند
تعریف دستورالعمل سازه از خصوصیات توانایی خمش موجود است به هر حال تامین پایه هایی برای کنترل استاندارد تولید تنها به وسیله استحکام کشش مقرر شده است با وجود استحکام کشش تنها فاکتور کنترل برلای تولید فولاد کنگره دار در Ghanaبه طور کلی توانایی خمش برای فولاد کنگره دار تمایل به افزایش دارد در حالی که متاسفانه انعطاف پذیری به صورتی که برای نمونه های فولاد مشابه ضروری است تعیین نشده است.

۴٫۲ رفتار ساختاری تیرها
اگرچه تیرهای بتنی به صورت تحت تقویت طراحی شده اند انتظار می رفت فولادهایی که به عنوان نرم طبقه بندی شده اند قبل از اینکه بتن شروع به خروشان کند خمیده شوند شکست میله ها به طور زیادی شکسته بود و قبل از سقوط انعطاف پذیری خیلی کمی داشتند (شکل های۴و۵)
جدول۵مدهای شکست تیرها را نشان می دهد ظرفیت شکست آزمایشی خیلی بالا بود و به طور میانگین تقریبا۱۶%بالاتر از مقدار پیش بینی شده بود که بر اساس آن استحکام خمش هر یک از این ۲تا ۳۴۰،۳۷۰یا ۴۹۰با فاکتوریعنی ۱۰۱۵بود .
تحت بارگذاری یکنواخت ماکزیمم انعطاف پذیری به طور میانگین نزدیک ۵۰%از مقدار پیش بینی شده تجاوز کرد به هر حال در موردی که تیرها تحت بارگذاری چرخه ای قرار گرفتند انعطاف پذیری واقعی در سقوط به طور میانگین نزدیک به ۷۶%کمتر از مقدار پیش بینی شده بود همان طور که در جدول ۴ نشان داده شده است.
میزان انعطاف پذیری ماکزیمم به سقوط انعطاف پذیری نزدیک است در دامنه ای از ۶٫۲تا۴۲٫۵(جدول۶)این مقدار پایین محدودیت پلاستیکی و داکتیلیتی تیرهای بتنی را نشان می دهد به طور مشابه همان طور که در جدول ۶نشان داده شده است انرژی استرین post-krakingتیرها از مناطق پایین منحنی وزن انعطاف پذیری بدست آمده است رابطه دامنه ها تقریبا از مینیمم ۴۰تاماکزیمم۲۰استمسئله کنترل برروی فولادهای تقویتی یک مسئله مهم می شود زمانیکه به بارگذاری لرزه ای توجه می شود در طراحی لرزه ای هر دو آسیب سازه ای و غیر سازه ای می تواند رخ دهد اما سقوط در کل سازه باید در طول زمین لرزه انعطاف پذیری را نشان دهد.
انعطاف پذیری زیاد نزدیک ماکزیمم وزن هشدار وسیعی برای شکستن می دهد با حفظ ظرفیت تحمل وزن در کل ممکن است از سقوط جلوگیری شود و زندگی حفظ شود.

در مناطقی که نیاز به طراحی برای بارگذاری لرزه ای است انعطاف پذیری به طرز خیلی مهمی مورد توجه قرار می گیرد این دلیل حضور دانشمندان طراحی لرزه ای با تکیه به جذب و پراکندگی انرژی تغییر شکل هایی پس از ارتجاع (postlastik)برای باز زیستی در زلزله های بزرگ است.
ملاک ویژه در روشن شدن این بحث این واقعیت است که گسیختگی اعضا در وزن نهایی به وسیله تسلیم شدن کشش فولادهای تقویت شده تحت گسیختگی فشار شی در بتن رخ می دهد پس از این نوع آرماتور و درصد فولادی که استفاده می شود یک اولویت می شود به منظور مراقبت از تسلیم کشش که در فولاد قبل از شکستن بتن در طراحی بتن تحت تقویت رخ می دهد ضروری است که ویزگی های آرماتور به طور کامل توسط مهندسی شناخته شده باشدبنابراین فولاد مناسبی که در طراحی زلزله استفاده می شود باید فولادی باشد که ویژگی هایش در محدوده معین کنترل شده باشد و سطح خمش و منطقه استرین سختی معین دارد .

۵- نتیجه گیری
تست های فیزیکی و شیمیایی روی میله های محلی درGhanaانجام شد نتایج تست ها نشان می دهد که استحکام ویژه میله های تولید محلی پایدار نیست در دستور العمل سازه عمل باید در بالای محدوده استرس خمش فولاد نرم قرار بگیرد مانند دستورالعمل DGs527که استرس خمش میله های فولادی نرم نباید از ۴۰۰تجاوز کند.
اگرچه بیشتر نمونه های منحصر به فرد استحکام بالاتر از استحکام ویژه داشتند اساسی که اشتباها به تولید کننده در میزان کنترل کیفت اطمینان می دهد واقعیتی است که درصد کشیدگی همه این نمونه ها با مینیمم الزام ۲۲%برای فولادهای نرم مطابقت ندارد به جائیکه میله های فولادی کنگره دار شده رفتاری بین فولاد نرم و خمش بالا نشان می دهند .

میانگین درصد کشیدگی میله از ۹٫۶تا۱۱٫۸متغیر است ویژگی های کمی که به طور محلی به فولادهای کنگره دار اختصاص داده شده اند نیاز به یک تجدید نظر دارند ویژگی های متداول که فولادی که نرم تر از خمش متوسط است به ناچار منجر به طراحی مقدار بالایی از فولاد غیر ضروری می شود نتیجه این ممکن است ساختن اعضای سازه شکننده و غیر ایمن در طول رخداد زلزله و دیگر بارگذاری های دینامیکی باشد تیرهای بتنی تقویت شده مثل میله های فولادی تولید شده محلی با کمترین رفتار انعطاف پذیری به طور ناگهانی می شکنند ولو اینکه آنها به صورت تحت تقویت شده طراحی شده اند بارگذاری چرخه ای از طریق محدود کردن وسعت کمک کرده است که انعطاف پذیری پایین در میله ها کاهش یابد .

 

دانلود مقاله انگلیسی و ترجمه فارسی

 

 

من سامان نصیری نویسنده این مقاله هستم.

تاریخ انتشار: 12 سپتامبر 2020
8 بازدید

مطالب مرتبط

دیدگاه ها

مجوزها و نمادها


logo-samandehi

پل های ارتباطی با ما …

تبریز ، بخش مقصودیه ، خیابان ارتش جنوبی، کوچه شهید شهابی ، بن بست باغچه ، پلاک ۸۷ ، طبقه 4
تلفن تماس : 04135421108-09307584802
ایمیل : entofa@gmail.com


Unit4,No87,Baghcheh Alley,South Artesh ST,Azadi ave,MAGHSUDIYEH, Tabriz, Iran
کلیه حقوق این وب سایت محفوظ می باشد . طراحی و توسعه آلسن وب    All rights reserved © 2020 Entofa