نیبتبر سازه های در محلآزمایش بار اساس، مبانی و تئوری

2، حمیدرضا قائم مقامی*1آرمیتا دانشمند

Daneshmand.armita@yahoo.com، فنی و مهندسیدانشجوی کارشناسی عمران، دانشگاه هرمزگان، دانشکده -1

Hamidrezaghaemmaghami@yahoo.com، مهندسیفنی و دانشجوی کارشناسی عمران، دانشگاه هرمزگان، دانشکده -2

چکیده

ه شده به طور کلی پذیرفتکه برای نشان دادن ایمنی سازه موجود از طریق محاسبات بر اساس اصول مهندسی که همیشه این چنین نیست

ر نظر گرفته د تصرفبرای انطباقی هستند که برای آنها ممکن است محاسبات به تنهایی برای نشان دادن برخی مواقع سازه های ،عمل شود

د اره عملکرد سازه موجو، آزمایش بار در محل می تواند اطالعات ارزشمندی دربدر چنین شرایطی کافی نباشد. شده و یا استفاده از آنها،

آزمایش بار، اصلیهدف بهره گیرد. و می تواند از رفتار سازه ای سودمند که به آسانی با روش مرسوم محاسباتی آشکار نیست،فراهم کند

آزمایش های به طور کلی،. بار مقاومت طراحی و محدودیت حمل بار را مشخص نمی کنند ،آزمایش هااین نشان دادن ایمنی سازه است.

از اخت و سکه کمبودهای سدر سازه هایی برای ایجاد ایمنی سازه بار برای تعیین توانایی سازه برای تحمل بارهای اضافی استفاده می شود،

برای به دست آوردن آگاهی در مورد رفتار سازه در به اعتبار روش طراحی برای تأثیر در تقویت طرح، ،آسیب دیده و تخریب شده اند یا

اعتبار یا هماهنگ کردن کار تحلیلی با هدف فهم رفتار سازه است. مسیر های بار، برای تکمیل،عمال ا پنهانو خصوص محاسبه اثرات مفید

و روش هایی برای تجهیزات اعمال یمبحث می کن نیبتدر بررسی ساختاری سازه های ،درباره منطق و هدف آزمایش بار در محل در اینجا

. دهیمبار ارائه می

مزیت های آزمایش سازه ای، نی ساخته شده، باربری سازه های بتدر محل، آزمایش بار آزمایش سازه ایهای کلیدی: واژه

ارزیابی سازه آزمایش بار در -1

و توسعه و اجرای اقدامات اصالحی شناسایی مسئله مؤثر بر عملکرد سازه ای، هدف از هرگونه ارزیابی سازه ای برای ایجاد شرایط موجود،

ینیاز به انجام تجزیه و تحلیل ساختاری برای تحقیق در رابطه با توانایی سازه و مؤلفه ها ،ارزیابی سازه موجود اغلب مورد نیاز است.

حاکم بر ساخت و ساز تعیین شده است. آئین نامهتوسط که بهره برداری بار آن در برابرمقاومت

اطالعات جمع شده در منطقه برای ه است دارد.ارزیابی سازه های موجود نیاز به ارزیابی شرایط منطقه ای که سازه در آن قرار گرفتغالباً

ه ای ممکن الیز سازنتیجه آن در بعضی موارد اامّ استفاده می شود. ایجاد کفایت سازه یا مؤلفه های سازه در مسئله ،تکمیل آنالیز سازه ای

ی ایش بار در محل ممکن است که آگاهدر آزمدر چنین شرایطی شود.نو سطح باالیی از اعتماد در نتایج به دست آورده است قطعی نباشد

.سازه پی بردو به قطعیت کفایت بیشتری در رابطه با رفتار سازه به دست آورده شود

وی منابع دقت بیشتری ر بخواهیم بااین آزمایش ها باید تنها زمانی استفاده شوند که بنابر برنامه های آزمایش بار می تواند گران باشد،

که نتایج حاصل از این آزمایش بار می تواند با پاسخ دادن به سؤاالت درباره رفتار سازه که اطمینان باالیی وجود دارد و آنالیزی بحث کنیم

کمک کند. از دیگر آنالیز ها مشهود نیست،

برنامه آزمایش بار -2

یک برنامه آزمایش بار شامل انجام وظایفی است که در زیر توضیح داده می شود: عموماً

تعریف هدف آزمایش بار -2-1

یمزایا و خطرات در ارتباط با برنامه آزمایش بار باید برای همه اعضا اهداف، مهندس باید به وضوح اهداف آزمایش بار را تعریف کند.

و ساختمان اداری(. مالک درگیر واضح باشد)به عنوان مثال

اهداف زیر را در بر دارد: آزمایش های بار معموالً

با ضریب ایمنی در مقابل شکست مقاومت ،صورت ایمن در مقابل بارهای طراحینشان دادن اینکه سازه یا المان سازه ای می تواند به -

.کند

که بیش از حد استاندارد صنعت ،یا ارزش کنونی تعیین هایی نشان دادن اینکه بارهای سرویس باعث ایجاد تغییر شکل ها و عرض ترک -

نمیشود. شده برای بهره برداری از یک سازه داده شده

انتخاب المان های آزمایش -2-2

با توجه به محدودیت ها برای دسترسی به منطقه، هزینه اجرا، زمان اجرا و غیره نیاز است که تعدادی از مناطق آزمایش و عناصر آزمایش

ی رمحدود شوند. بنابراین بخشی از سازه یا المان های سازه ای منتخب برای آزمایش باید نماینده مناطق یا عناصر سازه ای مشابه باشد به طو

که نتیجه آزمایش بار را می توان به مناطق دیگر تعمیم داد. فرآیند انتخاب، نیاز به یک بررسی جامع از شرایط موجود توسط مهندس دارد

مکن است شامل ارزیابی پارامترهایی از قبیل زیر شود:که م

گذاری( مقاطع عرضی و دهانه ها و آرماتور) نمایش هندسی -

الگوی ترک خوردگی، تخریب، شکست و...()نمایش سختی -

مایش نسبت های بارن -

توسعه پروتکل آزمایش بار -2-3

آزمایش بار و تکمیل آزمایش بار را در بر دارد. آزمایش بار آزمایش بار، مراحل بار گذاری و اهدافی برای تخمین کارایی سازه حین

دارای دو مؤلفه است که وابسته به یکدیگر هستند: روند بار گذاری و معیار پذیرش.

مورد نیاز برای رسیدن به مقدار بار گذاری بار تعداد مراحلروند بار گذاری توضیح می دهد که چگونه سازه بار گذاری خواهد شد:

و... بار گذاریزمان هر مرحله ، ، بار گذاری و بار برداری مورد نیازگذاری بار مرحلهن هر آزمون نهایی، مدت زما

معیار پذیرش پارامترهای تخمین کارایی و مقبولیت سازه را توصیف می کند. این پارامتر ها می توانند کیفی یا کمی باشند. پارامترهای

دن ترکگسترش و عریض ش قرار می گیرند، شامل اطالعاتی از ترک های جدید،کیفی آنهایی هستند که به صورت بصری مورد ارزیابی

یا آسیب های دیگری که بر اثر بارهای اعمال شده ایجاد شده اند. پارامتر های کمی آنهایی هستند که از نظر فیزیکی قابل های موجود

ض ترک ها باشد.، زوایای شیب و عرکرنش ،شکلستند و می تواند شامل: تغییر اندازه گیری ه

برای آزمایش بار گذاری سازه های بتنی دو پروتکل را توصیه می کند: آزمایش بار یکنواخت و آزمایش 734و ACI 313سازمان های

بار چرخه ای.

انتخاب روش اعمال بار -2-7

یا ینر،آب در کانت های مرده شامل کیسه های ماسه، باربارهای یکنواخت(. د)معموالًبار طراحی را تکرار کنبار اعمال شده باید اثر شرایط

روش انتخاب دستگاههای مکانیکی شامل جک های هیدرولیکی می توانند برای بار گذاری عناصر سازه ای مورد استفاده قرار گیرند.

ستفاده ا به طور کلی، در دسترس بودن تجهیزات و غیره بستگی دارد. ودیت های زمانی،محد شرایط محل، اعمال بار به هدف آزمایش بار،

نیاز به مهندس اجرایی به منظور تجزیه و تحلیل سازه ای دقیق برای تعیین بار طراحی مناسب و مرده و جک های هیدرولیکی ، باراز هر دو

ه در ادام روش های متنوع اعمال بار که برای آزمایش بار در محل استفاده می شود، .راه اندازی آزمایش بار برای اعمال این بارها می باشد

توضیح داده خواهد شد.

آنالیز سازه ای -5 -2

آنالیز قبل از آزمایش به طور معمول برای تخمین بارهای آزمایش و هر آزمایش بار ، به آنالیز سازه ای قبل و بعد از آزمایش نیاز دارد.

ک و به عنوان ی آنالیز های مقدماتی همچنین اطالعاتی از چگونگی رفتار سازه در حین بار گذاری نای انجام می شود. بار طرحتعیین

مکن م مثالً ارائه می دهد. بیش از حد در طول مدت آزمایش شود، تغییر شکل هاییبررسی برای ارزیابی اینکه چنانچه سازه دستخوش

واهد دید،سازه تحت بار آزمایش آسیب خدهد می نشان باشد که ی تحلیلی بسیار بزرگتر از تغییر شکل هاتغییر شکل های آزمایش است

حکم توقف آزمایش را داشته باشد.که

داری را در بهره برو اجازه ایجاد ایمنی سازه یا تعیین بار رفتار واقعی سازه انجام می شود با درک بهتری ازآنالیز آزمایش پس بار گذاری

شرایط محیطی حال حاضر ارائه می کند.

آماده سازی یک پالن ایمن -6 -2

است که در این آزمایش درگیر هستند و همچنین ایمنی محل یایمنی کارکنان ،م یک آزمایش بارمسئله مورد توجه در هنگام انجا

ویس وارد بر سازه بیشتر هستند؛بارهای آزمایش به طور معمول از بارهای سر که نزدیک به محل آزمایش هستند. اییسازه قرارگیری

شکست های سازه ای می تواند در نتیجه فرو ریختگی المان آزمایش احتمال شکست المان یا سازه در طول آزمایش وجود دارد. بنابراین،

.همراه با المان های اطراف خود به طور ناگهانی سقوط کندشده باشد که میتواند

احتمال خطر سقوط مانند قسمتی از بتن خرد شده از در سازه ایجاد می کنند،تا زمانی که بارهای آزمایش تنش های بزرگی را همچنین،

اه نصب و ر اقدامات ایمنی به طور معمول عبارتند از: مانند قطعه تحت فشار در دستگاه آزمایش وجود دارد. تاب شدنیا خطر پر سازه

باید دهانه های بین شمع زنی و سازه مورد آزمایش وجود اندازی برج های شمع زنی برای جلوگیری از فرو ریختن سازه در حال شکست.

ابعاد این دهانه باید بر اساس تغییر شکل های مورد انتظار که از آنالیز سازه ای به دست داشته باشد تا سازه بتواند آزادانه تغییر شکل دهد.

قدر ست تغییر شکل های بیش از اندازه ایجاد کند و نه آنبنابراین دهانه نباید آنقدر بزرگ باشد که در حالت شک انتخاب شوند. آمده است،

جلوگیری کند. تغییر شکل آناز کوچک که در هنگام تغییر شکل سازه در طول آزمایش

روش های اعمال بار و تجهیزات -3

بار گذاری با استفاده از آب و بار های مرده -1 -3

به علت وزن مخصوص نسبی کم آب ،استفاده از المان های سازه ای مورد استفاده قرار گیرند.بارهای مرده می توانند برای بار گذاری

پوند بر فوت 222وقتی که بارهای آزمایش از معموالً با آب پر شده اند، هکی مخازنو سیلندرها( یا ظروف استوانه ای شکلها) کانتینر

به منظور جلوگیری از نشت با استفاده از بشکه پر شده از آب را نشان می دهد. بار گذاری ،1شکل امکان پذیر است. تجاوز نکنند،مربع

ری کنند.جلوگی و همچنین در هنگام بار گذاری ثابت باشند که از ایجاد سیل در محل آزمایش،مانع از آسیب دیدن آنها شد باید بشکه ها

آب ها را دفع کند. آزمایش است که وقتی آزمایش انجام شد،زهکشی در مجاورت محل بر اساسبرای استفاده از آب فشار معمول

آزمایش بار قطعه های بتن پیش تنیده با ظروف استوانه ای شکل پر از آب -1شکل

پمپ ها و لوله های آب می توانند برای انتقال آب به فاضالب های دور مورد استفاده قرار گیرند اما پروسه دفع آب می تواند دشوار باشد.

قابل توجهی از نظر سرعت کاهش پیدا کند.تخلیه می تواند به طور

د استفاده مور ورق های فوالدی و غیره می توانند هنگامی که بارهای آزمایش بزرگتر هستند، آجر، مواد با وزن مخصوص بیشتر مثل ماسه،

به شیوه ای کنترل شده تسهیل چوبی قرار داده می شوند که حمل و نقل و برنامه های خود را های در پالت این مواد معموالً قرار گیرند.

مکان های مجاور دارد که به اندازه کافی در برابر بارهای ناشی از محدودیت در انتخاب وزن مرده بستگی به محل آزمایش و کنند.

یرد.گ چنگک دار ، برای انتقال تجهیزات بار گذاری به محل آزمایش مورد استفاده قرار می جرثقیل معموالً تجهیزات مقاومت کنند،

جراثقال بار گذاری شده مهم است و می تواند اثرات زیان باری بر روی سازه داشته باشد.بارهای متمرکز ناشی از محور جلو

بار گذاری با استفاده از جک های هیدرولیکی -2 -3

رای بشده ساخته ویژهمناسب توسط سازه موجود یا المان های فوالدی عکس العملباید یک هنگام استفاده از جک های هیدرولیکی،

داشته خللی برای آزمایش و نتایج آن نباشند تا المان ها)جدید یا موجود(باید مقاومت و سختی کافی داشته آزمایش بار گذاری تأمین شود.

.هندسه سازه و محدودیت های زمین بستگی دارد به اندازه بار آزمایش، ب روش اعمال بار با استفاده از جک های هیدرولیکی،انتخاباشد.

روش های معمول به طور خالصه در زیر توضیح داده می شود:

ل سازه ای نشان دادن عکس العمل در مقاببر تکیه گاه های مناسبیک یا تعداد بیشتری جک هیدرولیکی با روش آزمایش فشار پایین: -

یک طرح کلی از این روش را نشان 2شکل ستفاده می شود)فشار پایین(.ایجاد نیروی متمرکز رو به پایین بر روی المان آزمایش ا و فوقانی

می دهد.

روش فشار پایین -2شکل

یا مثل ستون ها و تیرها، ینبر روی المان های موجود زیر العمل عکسجک هیدرولیکی با استفاده از یک روش آزمایش کشش پایین:-

د تا به طور مؤثر المان آزمایش را مورد کشش قرار دهد.بار را اعمال می کن پایل هایی که در خاک کوبیده شده یا وزن های مرده، میکرو

یک طرح کلی از این روش را نشان می دهد. 3شکل

روش کشش پایین -3شکل

عکس العمل هایاین روش به مقاومت در مؤلفه آزمایش،در بار عکس العملیخود با استفاده از شرایط آزمایش حلقه بسته:روش -

جک های هیدرولیکی را نشان می دهد که بارها به طور همزمان بر دو المان با عکس العمل تیر تکیه گاهی 7شکل .ی نیستخارجی نیاز

اعمال می شوند. آزمایش، موجود از المان

روش حلقه بسته -7شکل

دازه گیری و ثبت اطالعاتتجهیزات ان -7

به منظور به دست آوردن نتایج خوب و قابل اعتماد، ابزار دقیق برای نظارت بر پاسخ سازه در طول مدت بار گذاری، باید به دقت انتخاب

داده ها به طور معمول با یک سیستم جمع آوری داده خودکار برای نظارت بر پاسخ سازه شوند. هنگام استفاده از وسایل الکترونیکی، تمام

به انمی تو را، داده ها گیج های نمایش بارحین آزمایش بار گذاری ، جمع آوری می شوند. هرچند، هنگام استفاده از بار مرده، آب یا

د.کرثبت وصورت دستی در هر مرحله تکمیل

سنج(معموالً برای چک کردن بار اعمال شده توسط جک هیدرولیکی استفاده می شود. لود سل ها در شکل، اندازه و گنجایش لود سل)بار

های متفاوت وجود دارند. مبدل های فشار نیز می توانند برای اندازه گیری فشار مایعات در سیستم هیدرولیکی استفاده شوند، که می توانند

ی اعمال شده ارتباط داده شوند.کالیبره شده و به بارها

بارهای مرده معموالً با استفاده از مقیاس های قبل از بار گذاری محاسبه می شوند.

هنگام استفاده از آب، آب سنج ها می توانند برای اندازه گیری میزان آب موجود در کانتینرها استفاده شوند.

تلف المان آزمایش اندازه گیری می شوند. بنابراین تغییر شکل ها به طور در طول آزمایش بار، حرکات و کرنش ها در قسمت های مخ

د. مقاومت ناندازه گیری، اندازه گیری می شو هایابزار نشانگرهای( و یا LVDTمعمول با استفاده از ترانسفور ماتور دیفرانسیل متغیر خطی)

یق . فشار سنج ها به سطح ماده پیوند می خورند و به این طرالکتریکی فشارسنج به طور معمول برای اندازه گیری کرنش استفاده می شود

فشار اندازه گیری خواهد شد.

شیب سنج ها معموأل برای اندازه گیری دوران و یا شیب المان آزمایش استفاده می شود که می توانند بعداً به تغییر شکل ها مرتبط شوند.

LVDT (.مقایسه های نوری 5ه گیری مداوم رشد ترک ها استفاده می شود )شکل های قرار داده شده در سراسر ترک ها برای انداز

همچنین وسیله های مفیدی هستند که معموأل برای ثبت ترک ها بعد از هر مرحله بار گذاری به کار می روند.

ام آزمایش بار همیشه باید لذا مهندس انج ،باشداز حداکثر مقدار اندازه گیری 5به طور کلی، دقت دستگاه اندازه گیری باید، حداقل %

محاسبات اولیه از مقادیر را به منظور تعیین ابزار مناسب اندازه گیری انجام دهد.

برای اندازه گیری میزان رشد ترک LVDTو CFRPنشانگر کرنش برای کرنش سنجی در ورق -5شکل

گیرینتیجه -3

و روپاشیف با توجه به پیشرفت های اخیر کشورمان و نیاز به توسعه یا ترمیم سازه های پیشین و یا اطمینان از عدم کفایت سازه های در خطر

بهره گیری از این گونه آزمایشات جزئی اجتناب ناپذیر و نظارتی برای سازمان های ذیربط آن در مراکز عالی جنبه آموزشی همچنین

ورمان بدلیل گرانی مصالح فوالدی نسبت به بتن، سازه های بتنی بیشتر کاربرد داشته و می بایست با نظارت ضمن آنکه در کشخواهد بود.

بیشتری بر نحوه محاسبات و باربری آنها اطمینان حاصل نمود.

جامعه بوده و با کمک های اگر چه انجام این گونه آزمایشات با هزینه هایی همراه بوده ولی همانند سایر مواردی که همواره دولت در کنار

موده، امیدواریم با وارد شدن به این عرصه ضمن کم نمودن هزینه ها به ارتقاء ایمنی سازه های ناقتصادی بسیاری از مشکالت را برطرف

کشور عزیزمان کمکی شایان نماید.

مراجع[1] Gustavo Tumialan, Ph.D., PE. Nestore Galati, Ph.D., PE.and Antonio Nanni, Ph.D., PE. "In Situ Load Testing Of

Concrete Structures". Structure Magazine. April 2014. Page 10 To 12.

www.structuremag.org/article.aspx?articleID=1842