کتاب آرماتورهای ‏هوشمند

مقدمه 9
پیشگفتار 10
فصـل اول 15
آلیاژهای حافظه‌دار 15
تاریخچه رفتار آلیاژهای حافظه‌دار 16
استحاله مارتنزیتي 17
ارتباط تنش- كرنش- دما در آلیاژهای حافظه‌دار 19
معرفي خواص حافظه در آلیاژهای حافظه‌دار 22
حافظه یك طرفه 23
خاصیت حافظه دو طرفه 25
خاصیت سوپر الاستیسیته 27
مقاومت الكتریكي 30
خواص فیزیكي آلیاژهای حافظه‌دار 30
فصـل دوم 33
مطالعات 33
كاربرد آلیاژهای حافظه‌دار در كنترل غیرفعال سازه‌های بتني 33
سیستم مهاربندي در قاب بتني به كمك SMA 34
میله‌های مهاری SMA 36
كاهش تغییر شكل پلاستیك در تیر و ستون بتني به كمك SMA 38
كاربرد مفتول SMA در دیوار برشي بتني به‌عنوان سیستم مهاربند 43
كاربرد آلیاژهای حافظه‌دار در كنترل فعال سازه‌های بتني 44
كاربرد مفتول‌های SMA در سازه بتني 44
محصورسازي فعال سازه‌های بتني به كمك SMA 45
فصـل سوم 49
تحلیل 49
مصالح 50
بتن 51
ضوابط شكست بتن 52
منحني تنش- کرنش بتن 55
فولاد 57
آلیاژهای حافظه‌دار 57
المان‌های مدل و مشخصات آن‌ها 60
المان SOLId 65 به‌عنوان بتن 61
المان LINK8 به‌عنوان آرماتور های فولادي: 62
المان SOLID185 به‌عنوان آرماتور های آلیاژ حافظه‌دار شکلي 63
هندسه و آرایش مدل 63
ابعاد مدل قاب 64
نسبت و طول آرماتور ها 70
شرایط تکیه‌گاهی و بارگذاري 72
آنالیز مدل 73
فصـل چهارم 75
نتایج 75
محاسبات طراحي قاب 75
معرفي پارامترها 79
نسبت آرماتور های حافظه‌دار به آرماتور های فولادي 80
نسبت‌های حداکثر جابجایي جانبي مختلف 80
نسبت آرماتور های حافظه‌دار به آرماتور های فولادي 80
طول متفاوت آرماتور های هوشمند از لبه اتصال 81
نتایج تغییرات پارامترها در بررسي مورد اول 81
منحنی‌های P- ∆ 81
اثر نسبت R بر جابجایي پسماند 86
اثر میزان آلیاژ حافظه‌دار در کاهش سختي جانبي قاب 87
نتایج تغییرات پارامترها در بررسي مورد دوم 90
منحنی‌هایP- ∆ 90
اثر تغییرات طول آرماتور هوشمند بر جابجایي پسماند 92
اثر طول آلیاژ حافظه‌دار در کاهش سختي جانبي قاب 94
منـابع و مآخـذ 99

سیستم مهاربندي در قاب بتني به كمك SMA
با استفاده از نصب قطري مفتول‌های SMA در قاب ها به‌عنوان سیستم مهاربند، اتلاف انرژي قابل‌توجهی در سازه خواهیم داشت. در واقع خصوصیت میرا کنندگی مهار SMA ناشي از تغییر فاز مارتنزیت تحت اثر اعمال تنش(در حالت SMA سوپر الاستیک) و یا ناشي از تغییر شكل مارتنزیتي (در حالت SMA مارتنزیت) هست.
در این سري از مطالعات نمونه‌هایی در ابعاد مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان دادند که نمونه‌ها در جابجایی‌های كم با افزایش سختي روبرو شده و نیز از قابلیت اتلاف انرژي خوبي برخوردار بودند.
همچنین آزمایشاتي از تركیب مهارهایی از جنس SMA و فولاد توسط آقایان تامایي و كیتاگاوا [٢٧] صورت گرفته که در شكل 2-١ نمونه شماتیك آن آمده است. در مطالعه آزمایشگاهی دیگري نیز آقاي كاردون و همکارانش [٢٨] از آلیاژهای حافظه‌دار مارتنزیتي به‌عنوان سیستم مهاربند در قاب‌های بتني چند طبقه استفاده نمود.

میله‌های مهاری SMA
در سال ٢٠٠٢ آقایان دسراچس و دلمونت [٢۶] به بررسي تأثیر استفاده از میله‌های مهاري از جنس SMA در مقاوم سازي لرزه‌ای پل‌های چند دهانه با تکیه‌گاه ساده پرداختند که در شكل 2-٣ تصویر شماتیك آن آمده است.
همان‌طور که قبلاً نیز اشاره شد مهاربندی‌های از جنس SMA در حالت سوپر الاستیک، هم به‌عنوان مهار به كار مي روند و هم به‌عنوان میراگر. این مهارها به دلیل قابلیت تحمل کرنش‌های برگشت پذیر تا محدوده %٨- ۶ توانایي اتلاف مقدار زیادي انرژي در سیکل‌های متوالي را خواهند داشت بدون اینکه جابجایي پسماند قابل‌توجهی داشته باشند.
در این مطالعه ابتدا به‌منظور به دست آوردن نمدار واقعي تنش- كرنش آلیاژهای حافظه‌دار، تست آزمایشگاهی كشش بر روي یك نمونه میله ای به قطر ۴/٢۵ میلي متر و طول ٢٨٠ میلي متر انجام شده است.
پل مورد نظر در این مطالعه داراي سه دهانه است که بر روي پایه‌هایی با چهار ستون قرارگرفته اند. طول دهانه‌های كناري ٢/١٢ متر و دهانه میاني ۴/٢۴ متر و عرض پل ۴/٢٠ متر است. هر دهانه داراي ١١ شاه تیر است که بر روي تکیه‌گاه‌های الاستومتریك قرارگرفته اند.
درز انقطاع بین عرشه ها ۴/٢۵ میلي متر و بین عرشه و كوله ١/٣٨ میلي متر است. مهارهای بكار رفته به قطر ١/١٩ میلي متر از كلاهک پایه‌های پل به بال پاییني شاه تیرها متصل شده‌اند و فقط قابلیت تحمل كشش دارند. یك مدل دوبعدي غیرخطي عددي از این پل با استفاده از نرم‌افزار تحلیل غیرخطي DRAIN-2DX ساخته شده است.
براي بررسي میزان تأثیر مهارهای SMA در مقایسه با مهارهای كابلي فولادي، مدل تحلیل پل تحت ركوردهای زلزله كوبه و السنترو قرار گرفت و بیشترین مقدار تغییر مكان نسبي بین عرشه پل و کوله‌ها به دست آمد. براي ركورد السنترو با ماكزیمم شتاب g٧/٠ مقاوم سازي پل با کابل‌های مهاري فولادي سبب كاهش جابجایي نسبي ماكزیمم به اندازه %٢۴ مقدار اولیه و استفاده از مهارهای SMA سبب كاهش جابجایي نسبي ماكزیمم به اندازه %۴٢ مقدار اولیه شد.
براي ركورد كوبه با ماكزیمم شتاب g٨٢/٠ استفاده از کابل‌های فولادي، سبب كاهش جابجایي نسبي ماكزیمم به میزان %٣۴ جابجایي اولیه و استفاده از مهارهای SMA سبب كاهش جابجایي نسبي ماكزیمم به میزان %۶٣ جابجایي اولیه شد.
كاربرد دیگري از آلیاژهای حافظه‌دار به‌عنوان میله‌های مهاری در اتصال ستون به زمین هست. آقایان تامایي و كیتاگاوا [٢٧] براي اولیه بار تركیبي از این آلیاژها به قطر٢٠ الي ٣٠ میلي¬متر و میله‌های فولادي را در این نوع اتصالات مورد آزمایش قرار دادند (شكل ٣- ۴).

كاربرد مفتول SMA در دیوار برشي بتني به‌عنوان سیستم مهاربند
در سال ٢٠٠۵ آقاي افندي و همکارانش [٣٢] به بررسي آزمایشگاهی دیوار برشي كوتاه مهاربندي شده به كمك آلیاژهای حافظه‌دار پرداختند. هدف از این مطالعه، افزایش نرمي و ظرفیت جذب انرژي دیوار برشي بتني بوده است. ارتفاع، عرض و ضخامت دیوارهای تست شده به ترتیب بوده است. زاویه مهارهای SMA نسبت به افق ٢۵ درجه در نظر گرفته‌شده است. (درصد آرماتور های قائم و افقي در نمونه شاهد %٨۴/٠ و در نمونه با SMA %٢۴/٠ بوده است که مابقي آن به مفتول‌های SMA اختصاص یافت. مشاهده می‌شود که جابجایي پسماند در نمونه دیوار برشي مهاربندي شده كمتر از شاهد است. همچنین افزایش سختي و نیروي ماكزیمم برشي از دیگر نكات قابل توجه در این آزمایش بود.
كاربرد آلیاژهای حافظه‌دار در كنترل فعال سازه‌های بتني
یكي دیگر از قابلیت‌های آلیاژهای حافظه‌دار بازگشت به شكل اولیه تحت اثر انرژي گرمایي است که از آن می‌توان در كنترل فعال سازه‌های عمراني استفاده نمود.
كاربرد مفتول‌های SMA در سازه بتني
رفتار تیر بتني ساده مسلح به آرماتور های SMA که تحت جریان الكتریسیته و درنتیجه كنترل تغییر دما در آن‌ها قرار داشت توسط آقاي لي و همکارانش [٣٣] موردبررسی قرار گرفت. شكل 2-١۴ دستگاه بارگذاري را در این سري آزمایشات نشان می‌دهد. در ابتدا نمونه‌ها تحت اثر بارگذاري قرارگرفته تا به مرحله ترك خوردگي برسند. سپس با برقراري جریان متناوب الكتریسیته دماي مفتول‌های SMA را افزایش می‌دهند. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که نیروي بازسازي كننده تولید شده در مفتول‌های SMA قادر به كاهش جابجایي وسط دهانه تیر گردید.
همچنین آلیاژهای حافظه‌دار گرم شده منجر به بسته شدن ترک‌های ناشي از بارگذاري شدند. در واقع افزایش دما در آلیاژهای حافظه‌دار سبب پایداري فاز آستنیت (مدول الاستیسیته بالا و مقاومت تسلیم بالا) می‌گردد و درنتیجه سختي و مقاومت تیر افزایش می‌یابد.
دماي پایان مارتنزیت: دماي آغاز مارنزیت:
دماي پایان تغییر فاز: دماي شروع تغییر فاز:
دماي شروع آستنیت: دماي شروع آستنیت: