تحديد الخواص الميكانيكية للموصلات المرنة للاستخدام في ألواح الجدران الخرسانية المعزولة

تتكون ألواح الجدران العازلة الخرسانية المعزولة (ICSWPs) من طبقة عازلة موضوعة بين طبقتين خرسانيتين ، غالبا ما تسمى wythes ، والتي توفر بشكل تآزري مكونا فعالا حراريا وهيكليا لمظاريف المباني أو الألواح الحاملة 1 (الشكل 1). للتكيف مع صناعة البناء سريعة التغير ولوائح قانون البناء الجديدة بشأن الكفاءة الحرارية ، تقوم أجهزة العجلات المسبقة بتصنيع ICSWPs بطبقات خرسانية أرق وطبقات عزل أكثر سمكا ذات مقاومة حرارية أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم المصممون طرقا أكثر دقة لحساب التفاعل المركب جزئيا لل wythes الخرسانية لتقليل تكاليف البناء الإجمالية مع زيادة الأداء الحراري والهيكلي². في حين أنه من المعروف أن الكفاءة الهيكلية تعتمد إلى حد كبير على الاتصال الهيكلي بين الطبقات الخرسانية وأن العديد من موصلات القص المسجلة الملكية متوفرة في السوق ، لا يوجد بروتوكول اختبار موحد في الأدبيات لفحص الخواص الميكانيكية لتلك الموصلات. تختلف الموصلات المتاحة بشكل كبير في هندستها وموادها وتصنيعها ، لذلك من الصعب الحصول على نهج تحليلي موحد لتحديد خصائصها الميكانيكية. لهذا السبب ، استخدم العديد من الباحثين إعداداتهم المخصصة في المختبر والتي تحاول تقليد السلوك الأساسي للموصلات في حالات حد الخدمة والقوة³،⁴،⁵،⁶،⁷،⁸،^9،10. ومع ذلك ، فإن اثنين منهم فقط جزء من مخطط تقييم الاختبار ^5,8 ، على الرغم من عدم فائدتهما لجميع نطاقات الموصلات نظرا لتباينها الواسع في الشكل والصلابة وتكوين المواد.

الشكل 1: التركيب النموذجي لعينة لوحة الحائط الساندويتش. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الطريقة الشائعة لاختبار هذه الموصلات هي ما يطلق عليه غالبا القص الفردي إما بصف واحد أو صفين من الموصلات ، كما هو موضح سابقا³،11،12 ، والذي يعتمد غالبا على ASTM E488 ^، وهو معيار اختبار مرساة خرسانية ¹³. لا يتطلب ASTM E488 ، ولكنه يعني بقوة من خلال رسومات إعدادات الاختبار المقترحة ، أنه سيتم اختبار مرساة واحدة بارزة من قاعدة ثابتة من الخرسانة. بمجرد اختبار العينات ، يتم رسم مجموعة من منحنيات الحمل مقابل الإزاحة ، ويتم الحصول على متوسط قيم الحمل المرن النهائي (F_u) والصلابة المرنة (K_0.5Fu) من هذه المنحنيات. تتمثل إحدى المزايا الرئيسية لاستخدام هذا النهج في أنه ينتج نتائج منخفضة التباين ولا يتطلب مساحات معملية كبيرة أو العديد من أجهزة الاستشعار¹⁴. نهج مختلف يتكون من تحميل موصل wythe في القص المزدوج لتحديد الخواص الميكانيكية للاستخدام في تصميم تلك الألواح⁶،⁷،¹⁴،^15،16. تتم معالجة البيانات الناتجة بنفس الطريقة ، ويتم الحصول على متوسط قيم الحمل المرن النهائي (F_u) والصلابة المرنة (K_0.5Fu) من الاختبار. على الرغم من أن نهج الاختبار هذا يتضمن استخدام المزيد من المواد ويحتاج إلى المزيد من أجهزة الاستشعار ، إلا أنه من الأسهل من الناحية القصصية تطبيق ظروف التحميل والحدود في المختبر.

لا يبدو أسلوبا الاختبار مختلفين بشكل كبير ولكنهما ينتجان نتائج مختلفة تعتمد إلى حد كبير على قدرتهما على تقليد سلوك الموصل في لوحة واسعة النطاق. ينتج عن إعداد اختبار القص الواحد والصف الواحد إجراء معسر ، كما هو موضح في الشكل 2B ، C ، ولحظة انقلاب إضافية ، كما هو موضح سابقا^14,17 ، والتي لن تكون موجودة في لوحة كاملة النطاق. يقوم القص المزدوج بعمل أفضل في محاكاة هذا السلوك واسع النطاق – فهو يصمم ترجمة القص النقي لل wythes الخارجية بالنسبة إلى wythes المركزية. ونتيجة لذلك ، فقد ثبت أن قيم القص المزدوج المستخدمة في الطرق التحليلية تنتج نتائج أقرب إلى تلك التي تم الحصول عليها في الاختبار واسع النطاق لألواح الجدران المعزولة التمثيلية¹⁴. يوضح الشكل 3 إعداد الاختبار التخطيطي لاختبار القص الفردي والمزدوج للموصل.

الشكل 2: أمثلة على تكوينات اختبار الموصل المختلفة المستخدمة في الأدبيات. لقد ثبت أن عينات الموصل الفردي تتسبب في تحميل لا يمثل الترجمة المتوازية لل wythes التي تظهر في اللوحات واسعة النطاق. (أ) قص مزدوج مع موصلين ؛ (ب) قص مزدوج بموصل واحد ؛ (ج) قص واحد بموصل واحد. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

القاسم المشترك لجميع استنتاجات هذه الدراسات هو أن كلتا منهجيتي الاختبار مناسبتان لتحديد الخواص الميكانيكية للموصلات المرنة ، لكن نتائج مخطط اختبار القص المزدوج تشبه إلى حد كبير سلوك الموصل في لوحة حقيقية تحت الانثناء. بمعنى آخر ، عندما يستخدم المستخدم نتائج الاختبار هذه في نموذج تحليلي ، فإنها تتطابق بشكل وثيق مع نتائج الاختبارات واسعة النطاق حيث يتم استخدام الموصلات. من المهم الإشارة إلى أن نتائج هذا الاختبار مناسبة للنماذج التي تعتمد على الخواص الميكانيكية كمعلمات تصميم المدخلات مباشرة ، مثل الطرق المشتقة تجريبيا ، والحلول المغلقة لنظرية شعاع الساندويتش ، ونماذج العناصر المحدودة ذات النوابض 2-D و 3-D⁷،^18،19،20.

الشكل 3: عرض تخطيطي لبروتوكولات الاختبار في الأدبيات. يتم استخدام الكبش لترجمة wythes من العينات بالنسبة لبعضها البعض. (أ) بروتوكولات اختبار القص الأحادي و (ب) بروتوكولات اختبار القص المزدوج. الرجاء الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

في هذا العمل ، يتم تقديم بروتوكول تجريبي للحصول على قيم منحنى العمود الفقري والخواص الميكانيكية لموصلات لوحة الحائط المعزولة ، وهي F_u و K_0.5Fu. تعتمد الطريقة على اختبار الموصلات باستخدام نهج اختبار القص المزدوج مع بعض التعديلات للقضاء على مصادر التباين وتحقيق نتائج أكثر موثوقية. يتم إنشاء جميع العينات في بيئة يتم التحكم في درجة حرارتها ، حيث يتم اختبارها عندما تصل الخرسانة إلى قوة الضغط المستهدفة. الميزة الرئيسية لبروتوكول الاختبار هذا هي أنه يمكن اتباعه بسهولة ، ويمكن تكراره بواسطة فنيين مختلفين ، ويصف عن كثب السلوك الحقيقي لموصل wythe في لوحة حائط خرسانية حقيقية معزولة تحت الانثناء أو الانثناء والقوة المحورية مجتمعة ، كما هو موضح في الأدبيات.

سيؤدي تطبيق بروتوكول اختبار موصل wythe المقترح لتحديد الخواص الميكانيكية وسلوك المواد إلى تعزيز دقة نتائج الاختبار لصناعة ألواح الجدران الخرسانية المعزولة وتقليل الحواجز أمام رواد الأعمال المهتمين بإنشاء موصلات جديدة مبتكرة. ستتطلب الزيادة الكبيرة المستقبلية في بناء الألواح المعزولة في كل من صناعات الخرسانة المائلة والخرسانة سابقة الصب استخداما أفضل للمواد وطرقا أكثر توحيدا للحصول على الخصائص الهندسية للألواح.