بخشی از مقاله
چکیده
خرابی پیش رونده هنگامی رخ می دهد که خرابی یک عضو سازه اي منجر به خرابی سایر اعضاي مجاور و یا فروپاشی کلی سازه گردد. تا کنون سازه هاي ساختمانی براي بارهاي عادي مانند وزن خود سازه، بارهاي مربوط به وسایل، تجهیزات و نیروهاي مربوط به زلزله طراحی شده اند. رویدادهاي تصادفی و یا عمدي نظیر ترتیب ساخت نادرست، شکست موضعی ناشی از بار اضافی تصادفی، خسارت ناشی از عضو بحرانی حین زلزله و انفجار ممکن است منجر به خرابی پیش رونده در سازه ها شود. در این مقاله مقاومت در برابر
خرابی پیش رونده براي یک سازه قاب خمشی ویژه فولادي پنج طبقه، شش دهانه مورد بررسی قرار گرفته
است. در مدل هاي تحلیلی تهیه شده توسط نرم افزار OpenSees ابتدا اثر حذف ستون میانی و خرابی پیش رونده مورد مطالعه قرار گرفته و سپس اثر حذف همان ستون در سازه مقاوم سازي شده توسط کابل فولادي بررسی شده است. نتایج حاکی از آنست که استفاده از کابل منجر به بهبود رفتار سازه و کاهش پاسخ هاي اعضا در اثر حذف ناگهانی ستون شده و از وقوع خرابی پیش رونده در سازه جلوگیري می
شود.
واژگان کلیدي:
خرابی پیش رونده، مقاوم سازي با کابل، عملکرد زنجیره اي
.1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد سازه، دانشکده مهندسی عمران دانشگاه خوارزمی leylee_asghari@yahoo.com (نویسنده مسئول) .2 استادیار دانشکده مهندسی عمران دانشگاه خوارزمیhomami@khu.ac.ir
مقدمه
تا کنون سازه هاي ساختمانی براي بارهاي عادي مانند وزن خود سازه، بارهاي مربوط به وسایل، تجهیزات و نیروهاي مربوط به
زلزله طراحی شده اند. رویدادهاي تصادفی و یا عمدي نظیر ترتیب ساخت نادرست، شکست موضعی ناشی از بار اضافی تصادفی، خسارت ناشی از عضو بحرانی حین زلزله و انفجار ممکن است منجر به خرابی پیش رونده در سازه ها شود. مطابق با تعریف
» ASCEگسترش شکست محلی اولیه از یک المان به المان دیگر و در نتیجه فروپاشی کلی سازه یا بخش بسیار زیادي از آن
خرابی پیش رونده نامیده می شود(ASCE 2005).«
روش هاي کلی طراحی براي ایجاد مقاومت در برابر خرابی پیش رونده از دو دیدگاه طراحی مستقیم و طراحی غیر مستقیم بررسی می شوند. در روش طراحی مستقیم از طریق افزایش مقاومت اعضاي کلیدي سازه اي در برابر بارگذاري ویژه و یا از طریق پل زدن در عرض ناحیه وقوع خرابی موضعی، مقاومت لازم در برابر خرابی پیش رونده ایجاد می شود. روش طراحی فوق به دو شاخه تقسیم می شود:
روش مقاومت مشخصه موضعی که در آن اعضاي اصلی و بحرانی سازه تعیین شده و تحلیل ریسک خرابی پیش رونده براي سازه
انجام می شود.
روش مسیر بار جایگزین که در آن سازه به گونه اي طراحی می شود که اگر هر یک از اجزاي آن منهدم گردند مسیرهاي جایگزین براي انتقال بار اضافی ناشی از عضو حذف شده، موجود بوده و اعضاي مجاور ظرفیت اضافی جهت تحمل نیروهاي باز توزیع شده عضو حذف شده را دارا باشند.
در روش طراحی غیر مستقیم با ایجاد پیوستگی، شکل پذیري و افزایش مقاومت بوسیله ایجاد درجات نامعینی بالاتر در سازه،
مقدمات کاهش احتمال خرابی پیش رونده فراهم می شود. پایداري و استحکام سازه در برابر بارگذاري هاي اعمالی، به عوامل
متعددي از جمله مقاومت مصالح سازه، شکل و ابعاد مقاطع سازه، نوع اتصالات، چیدمان و پیکربندي اعضاي باربر سازه اي بستگی دارد. در سازه هاي فولادي با قاب خمشی (ویژه و معمولی)، به علت اینکه کارکرد سیستم به طور عمده وابسته به رفتار و مقاومت اتصالات است، جزئیات و نحوه اجراي اتصالات اهمیت زیادي در رفتار سازه دارد. حذف آنی یک ستون از مدل و بررسی رفتار بقیه سازه که فقط در معرض بار ثقلی قرار دارد، به عنوان یک سناریوي خرابی پیش رونده، براي پیش بینی و بررسی عملکرد سازه
پس از حذف ناگهانی یک یا چند ستون در نظر گرفته می شود. مطالعات رفتار دینامیکی غیرخطی نشان می دهد که در صورت
تامین ظرفیت کافی اتصال و استفاده از عملکرد زنجیره اي تیرها (شکل(1، با افزایش سختی معادل، قاب، بارگذاري هاي ویژه را تحمل می کند.((Whittaker & Hamburger, 2003
Feng Fu
شکل -1 عملکرد زنجیره اي تیرها براي تحمل نیروي ناشی از حذف ستون در قاب با اتصالات گیردار (٢٠٠٣(Whittaker,
با استفاده از روش مسیر بار جایگزین، مطالعات پارامتري روي مدل هاي سه بعدي یک ساختمان 20 طبقه قاب فولادي
کامپوزیت با مهاربندي ضربدري همگرا را براي تحلیل خرابی پیش رونده انجام داد. (Fu, 2010) طبق مطالعات وي افزایش نامعینی سازه باعث بهبود رفتار مقاومت در برابر خرابی پیش رونده می شود چرا که مسیرهاي بار جایگزین بیشتري براي اضافه بار بوجود
آمده فراهم می شود. افزایش شکل پذیري با افزایش ظرفیت دورانی اتصالات، باعث جذب انرژي بیشتر در سازه می شود.
اتصالات شکل پذیر امکان باز توزیع نیروهاي داخلی در سیستم هاي سازه اي را فراهم نموده و موجب تبدیل بارگذاري خمشی به بارگذاري محوري می شوند؛ به طوریکه اعضا و اتصالات شروع به عملکرد زنجیري می نمایند. سازه هاي فولادي با شکل پذیري ویژه مقاومت کافی براي تحمل نیروهاي کششی ناشی از عملکرد زنجیري را دارند. مشارکت عملکرد زنجیري در جلوگیري از خرابی پیش رونده با افزایش تعداد دهانه ها افزایش می یابد.(قلی نیا،)(1391٢٠١١ ,Kim & Kim,٢٠٠٩ (Kim et al, Szyniszewski و همکاران، روش هاي جریان انرژي را براي تحلیل خرابی پیش رونده در سازه ها مورد مطالعه قرار دادند.
(Szyniszewski & Krauthammer, 2012) طبق مطالعات انجام شده، براي درك توزیع انرژي تغییر شکل ایجاد شده، انرژي کلی به صورت مناطق انرژي تقسیم بندي شده و مشاهده شده که انرژي آزاد شده فقط در نزدیکی ستون هاي حذف شده جذب می شوند و اثر چندانی بر سایر مناطق مجاور ندارد. سازه اي قابلیت مقاومت در برابر خرابی پیش رونده را دارد که علاوه بر بارهاي دائمی
غیرگذرا در برابر اثرات دینامیکی آن ها نیز مقاومت کافی داشته باشد. کار خارجی انجام شده ناشی از حذف ستون به صورت
انرژي تغیییر شکل در تیرها (تغییر شکل هاي پلاستیک) جذب می شود. به علاوه آن ها نشان دادند که کارخارجی در ستون ها به صورت انرژي الاستیک ذخیره می شود، که از لحاظ تئوري در صورت باربرداري قابل بازیابی است. طی مطالعات فوق، مدت زمان
حذف کامل ستون بر پاسخ سازه تاثیرگذار است. اگر مدت زمان حذف ستون و در نتیجه بارگذاري ستون هاي مجاور خیلی کوتاه
باشد، به نحوي که ستون فرصت پاسخ به بار وارده را نداشته باشد، می توان به طور موقتی ستون را فراتر از بار کمانشی بارگذاري
کرد و مقاومت پس از کمانش براي تحمل بارهاي دائمی غیرگذرا کافی خواهد بود. بدین منظور حد انرژي معادل محدوده
بارگذاري که در آن ستون کمانش کرده و دچار ناپایداري آنی شده ولی دچار شکست نشود تعیین می شود.
روش مسیر جایگزین مستقل از نوع پدیده منجر به خرابی پیش رونده بوده و فقط پاسخ سازه پس از حذف اعضاي حیاتی سازه اي و شروع پدیده خرابی پیش رونده را در نظر می گیرد؛ به طوري که اگر یک جز سازه اي از دست برود، مسیرهاي جایگزین
براي بار وجود داشته و از خرابی کلی سازه جلوگیري شود. از روش فوق براي کنترل قابلیت سازه در جذب انرژي آزاد شده ناشی از حذف عضو بحرانی استفاده می شود.
