اثرات محصورشدگی (Confinement) بر رفتار بتن و نحوه مدلسازی آن

امروزه آیین نامه های طراحی ضوابط آرماتورگذاری خاصی را برای نواحی مستعد پلاستیک شدن (ناحیه مفصل متمرکز) اعضای سازه ای بویژه ستون ها ملزم نموده اند. این ضوابط بمنظور تضمین شکل پذیری کافی جهت جلوگیری از فروریزش سازه ها می باشد. عامل مهم در افزایش شکل پذیری، آرماتورهای عرضی می باشد که از طریق تغییر رفتار تنش - کرنش بتن ایجاد می گردد. این بتن در ادبیات فنی تحت عنوان بتن محصور (Confined Concrete) یا بتن هسته (Core Concrete) شناخته می شود.

چنانکه از شکل زیر مشخص است، محصورشدگی باعث افزایش تنش و کرنش نهایی بتن می گردد.

این موضوع بسته به نوع مدلسازی به صورت های متنوعی وارد مدل می شود. از آنجایی که در روش مدلسازی مفصل متمرکز، ویژگی های رفتاری کل مقطع در یک نقطه (مفصل پلاستیک) متمرکز می شوند، لذا این موضوع باید در رفتار کلی لحاظ گردد. مقادیر ارائه شده در FEMA-356 جهت مدلسازی، این مورد را در نظر گرفته اند. در مدلسازی رشته ای (فایبر)، باید رفتار تنش-کرنش مصالح بتن در ناحیه محصور شده مطابق شکل فوق اصلاح گردد. یکی از معروفترین روابط ارائه شده در ادبیات فنی، رابطه مندر و همکاران (Mander et al) می باشد.
این رابطه هم برای مقاطع مستطیلی و هم برای مقاطع دایره ای شکل قابل استفاده می باشد که در آن تنش و کرنش فشاری بتن از رابطه زیر محاسبه می گردد:

f_c = (f'_cc*x*r)/(r-1+x^r)

ε_cc = ε_co * [1+5[(f'_cc/f'_co)-1]]

شایان ذکر است که r در روابط اخیر نسبت مدول الاستیسیته بتن به مدول سکانتی در نقطه تنش نهایی بتن می باشد.

Reference: Mander JB, Priestley MJN and Park R, Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete, Journal of Structural Engineering, Vol. 114, No. 8, 1988.