بخشی از مقاله
چکیده
امروزه در کشور ایران قابهای مهاربندی همگرای فولادی به دلیل پتانسیل مناسبی که در جذب نیروهای جانبی دارند بسیار متداول می باشـند . یکی از معایب قابهای همگرای فولادی زوال در مقاومت این مهاربندها تحت بارگذاری چرخه ای می باشد. مطالعات و تحقیقات در یـک دهـه گذشته نشان می دهد که در صورت ایجاد تغییرات در شکل اولیه ورق گاست پلیت و انتخاب شکل هندسی مناسب وهمچنـین جـنس مصـالح مصرفی آن میتوان شرایط اولیه برای افزایش شکل پذیری و در نتیجه افزایش اتلاف انرژی فراهم نمود.در این پژوهش از تحلیل غیرخطی در نرم افزار آباکوس استفاده گردیده است که عملکرد لرزه ای قابهای مهاربندی هم محور را با تغییر در هندسه ورق اتصال و ایجاد پانـل برشـی به عنوان میراگر تسلیم برشی مورد بررسی قرار می دهد . نتایج حاصله و منحنیهای هیسترزیس بدست آمده نشـان دهنـده بـه تعویـق افتـادن کمانش در ورق اتصال تغییر یافته و در نتیجه بهبود رفتار ورق اتصال تحت نیروهای هیسترزیس و همچنین نشان دهنده قابلیت شکل پـذیری و جذب انرژی بالای ورق اتصال اصلاح شده میباشد.
واژگان کلیدی: گاست پلیت،شکل پذیری،میراگر1،استهلاک انرژی.
.1 مقدمه
پس از زلزله نورثریچ در سال 1994 ضعف هایی در سیستمهای قاب خمشی مشاهده گردید، که بعد از آن مجددا گرایش زیادی به استفاده از قابهای مهاربندی فولادی به عنوان سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی در بین مهندسان مشاهده شد . از معایب رفتاری مهاربندهای همگرای فولادی نتیجه اختلاف بین ظرفیت فشاری وکششی این مهاربندها وزوال در مقاومت این مهاربندها تحت بارگذاری چرخه ای می باشد . همچنین به علت شکل پذیری کم آنها در تغییر شکل های بزرگ ، استعداد نا پایداری وکمانش بیشتری دارند. از این رو تحقیقات بسیاری صـرف بهسـازی ایـن مهاربندها جهت رسیدن به یک رفتار ایده آل گردیده است. در طول دو دهه گذشته مطالعات زیادی درباره قابهای مهاربندی همگرای فولادی جهـت افزایش اتلاف انرژی و شکل پذیری انجام گردیده است.طراحی بر اساس افزایش شکل پذیری به طراح این اجازه را می دهد که بخش هایی از سازه را ضعیف تر از بخش های دیگر طراحی نماید تادر هنگام زلزله این بخش های ضعیف حتما وارد ناحیـه ی پلاسـتیک شـوند وباعـث اتـلاف انـرژی گردند.اما برا ی اطمینان از شکل پذیری سازه وپایداری کلی آن باید به دو نکته اساسی توجه نمود :
-1 تناسب بندی اعضای سازه در نواحی ضعیف تر که درهنگام زلزله در محدوده غیر الاستیک قرار دارند ووظیفه اتـلاف انـرژی زلزلـه را بـه عهـده دارند به شکلی که در تغییر شکل های پلاستیک بزرگ دچار ناپایداری نشوند .
1 Damper
1
پانزدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور 11، 12 و 13 شهریورماه 1393، دانشگاه ارومیه
-2 بقیه اعضای سازه که وظیفه پایداری کلی سازه را بر عهده دارند باید دارای چنان مقاومتی باشند که در هنگام زلزله وتسلیم نواحی شکل پذیر در سازه ،همچنان در ناحیه الاستیک باقی بمانند تاسازه دچار فرو ریزش کلی نگردد.
حال باید عضوی از یک سازه انتخاب شود و بصورت ویژه ای جزییات بندی شود تا در هنگام زلزله های شدید بصورت رفتـار غیـر ارتجـاعی انـرژی زلزله را مستهلک کند.عضوی راباید به عنوان عضو کنترل شونده توسط تغییر شکل (فیوز سازه ای)انتخاب کنیم که با انتخاب آن شرایط ذیل برقـرار شود:
-1قرار گرفتن این عضو درناحیه پلاستیک خللی در بابری ثقلی سازه ایجاد نکند . -2 میزان اتلاف انرژی توسط این عضو از دیگر قسمت های قاب بیشتر باشد . -3رفتار در ناحیه پلاستیک این عضو کاملا شناخته شده باشد .
در ورق اتصال گاست پلیت با تجزیه نیروهای سیکلیک به کشش و فشار میتوان بصورت جداگانه به مدل کردن بارگذاری کششی و فشـاری بصورت یکنواخت پرداخته شود.تحت نیروی کششی مود گسیختگی حاکم، برش در گاست پلیت میباشد و ورق اتصال بدون هیچ گونه کمانش و قبل از گسیختگی تسلیم شده و شروع به اتلاف انرژی میکند.اما ورق اتصال تحت نیروی فشاری مودهای گسیختگی متفاوتی دارد که این مسـئله باعـث خلل در استهلاک انرژی ورق گاست پلیت میشود. بدین جهت یک مطالعه پارامتریک در رابطه با رفتار ورق هـای اتصـال تحـت بارهـای چرخـه ای انجام شد که در ادامه تشریح می شود .در بخش اول پیشینه تحقیقات انجام گرفته بر روی عملکرد ورق های اتصال مرور شده وخلاصـه ای ازنتـایج کارها ی انجام گرفته ارائه می شود .همچنین نحوه مدل سازی وصحت سنجی یک مدل عددی بر اساس یکی از جدید ترین تحقیقـات انجـام شـده بیان می شود ودر نهایت یک مطالعه پارامتریک برای بررسی شکل پذیری ورق اتصال انجام می شود.
.2 تحقیقات انجام شده
پس از زلزله 1994 نورثریچ ضعفهایی در سیستم قابهای خمشی مشاهده شد.که بعد از آن مجددا گرایش چشمگیری بـه اسـتفاده از قابهـای مهاربندی فولادی به عنوان سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی در بین مهندسان مشاهده شد.هو و چنگ2 یک تحقیق آزمایشگاهی و عـددی بر روی رفتار ورق اتصال مهاربند که تحت بارهای فشاری یکنوا قرار داده میشدند انجام دادند [1] برنامه آزمایشگاهی آنها بر روی اثـرات ضـخامت ورق، هندسه، شرایط مرزی و خروج از مرکزیت متمرکز بود.کار هو و چنگ نشان داد که با تغییر در ورق اتصـال مهاربنـد،کمانش ورقهـای نـازک در باری بسیار پایین تر از بار تسلیمی اتفاق می افتد که با استفاده از روش ویتمور به دست می آید.همچنین بـرای ارتقـاء رفتـار فشـاری ورق اتصـال و استفاده از استهلاک انرژی در فشار استفاده از سخت کننده های لبه ای مناسب میباشد.
مطالعه بر روی سخت کننده های لبه ای اولین بار توسط ویلیامز3 و ریچارد[2] 4 در تحقیـق انجـام شـده روی بادبنـدهای قطـری صـورت پذیرفت.بعد از آن چنگ [3] مطالعات روی سخت کننده های لبه ای را بصورت گسترده ادامه داد.تحقیقات چنگ نشان داد که سـخت کننـده هـای لبه ای میزان جذب انرژی گاست پلیت را بهبود میبخشند.والبریج5 وهمکاران [4] مطالعه ای عددی بـر روی رفتـار اتصـالات بـا ورق اتصـال تحـت بارهای چرخه ای با ساخت تعدادی نمونه های عددی در محیط نرم افزار ABAQUS انجام دادند وآنها برای صـحت سـنجی مـدلهای خـود بـرای حالت بارگذاری یکنوا از نتایج بدست امده از آزمایشات یام وچنگ [5] وبرای حالت بارگذاری چرخـه ای از نتـایج کـار رابینـویچ .چنـگ [6] اسـتفاده کردند. دراین تحقیق عواملی مانند ضخامت ورق،هندسه ورق،اعضای قاب ، رفتار غیر خطی مصالح،عیوب اولیه قطعات ،لغزش پیچ ها وشرایط مرزی بررسی شدند . همچنین برای بررسی نظریه ای که رابینویچ . وچنگ در باره روش طراحی بادبند قوی، ورق ضعیف ارائه داده بودند ، بادبنـد را نیـز در مدلهای خود وارد نمودند .آنها بر اساس نتایج بدست آمده پیشنهاداتی برای نحوه مدلسازی رفتار مصالح ،پیچ ها وعیـوب اولیـه در ورق اتصـال ارائـه کردند . بررسی ها انها نشان داد منحنی های نیرو - تغییر شکل درحالت بارگذاری یکنوا، پوش منحنی هـای هیسـترزیس همـان نمونـه هـا تحـت
2 J.J.R.Cheng 3 Wiliams 4 Richard 5 Walbridge
2
پانزدهمین کنفرانس دانشجویان عمران سراسر کشور 11، 12 و 13 شهریورماه 1393، دانشگاه ارومیه
بارهای چرخه ای اند . به نظر والبریج وهمکاران در حالتی که ورق اتصال زودتر از بادبند کمانش می کند استهلاک انرژی بهتری صورت میگیـرد.در این تحقیق ورق اتصال تغییر یافته با سخت کننده و فولاد مقاومت پایین بصورت مستقل با گاست پلیت ساده مورد مقایسه قرار میگیرد.ورق اتصـال تغییریافته قبل از کمانش مهاربند همچون فیوزی باعث جذب و استهلاک انرژی شده و میتواند از گسترش خسارت به سایر اعضاء سـازه جلـوگیری کند.
.3 مدلسازی اجزا محدود ورق گاست پلیت
.1.3 معرفی المانها و معیارهای استفاده شده
برای مدل سازی اجزاء مختلف یک اتصال ورق گاست پلیت اعم از مقاطع تیر،ستون،عضوپیوندی و سخت کننده لبه ای مانند شـکل (1) در نرم افزار ABAQUS از المان C3D8I که یک المان سه بعدی و هشت گرهی اسـت اسـتفاده شـده اسـت.این المـان قـادر اسـت کلیـه تلاشـها ،کرنشهای سخت شدگی،تغییر شکلهای بزرگ(بررسی اثر کمانش)،پلاستیسیته را در تحلیل های غیر خطی نشان دهد.همچنین جهت اعمال کمانش به مدل از نقص اولیه6 در لبه های ورق اتصال استفاده شده است.
عضو پیوندی 15mm 35mm
سخت کننده لبه ای 50*10mm 25mm
شکل((1 مدل اجزا محدود سیستم شکل (2) مشخصات گاست پلیت تغییریافته
.2.3 مصالح بکار رفته
فولاد استفاده شده جهت تیر،ستون،سخت کننده و عضو پیوندی از نوع فولاد ساختمانی ST37 وفولاد استفاده شده جهت ورق گاست پلیـت از نوع فولاد ST37 و فولاد LYS در مدلهای مختلف استفاده گردیده است.مشخصات و مقادیر تنش-کرنش در جدول ( 1) نشان داده شده است.
