بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مشکلاتی که در طراحی مهاربندهای 7 و 8 وجود دارد، وجود نیروی نامتعادل است که اگر با آن مقابله نشود باعث زیان های غیر قابل جبرانی به سازه می شود. با استفاده از روش های افزایش ارتفاع تیر دهانه ی مهاربندی، استفاده ی همزمان از مهاربندهای 7 و 8، استفاده
از ستون های همبند در دهانه ی مهاربندی، استفاده از مهاربندهای کمانش تاب و کاهش سطح مقطع مهاربند در طولی محدود می توان
تاثیرات این نیروی نامتعادل را از بین برد. بدین منظور سه قاب 3، 5 و 7 طبقه را در نظر گرفته و هریک از این روش ها را به صورت
جداگانه بر روی این سه قاب با نرم افزار OpenSees مدل سازی شد و آن ها تحت شتاب نگاشت های مختلف و تحت تحلیل تاریخچه
زمانی غیر خطی و همچنین استاتیکی غیر خطی قرار گرفتند و سختی، شکل پذیری، مقاومت و ضریب رفتار در حالت های مختلف اندازه گیری شد. در این سازه ها روش هایی مثل استفاده از ستون همبند، و همچنین تیر قوی در دهانه ی مهاربندی باعث افزایش سختی و کاهش سطح مقطع مهاربند در طول محدود باعث اندکی کاهش در سختی سازه شد. از طرفی روش استفاده از مهاربندهای کمانش تاب و کاهش سطح مقطع مهاربند در طولی محدود باعث افزایش قابل ملاحظه ی ظرفیت شکل پذیری در سازه گردید. در محاسبه ی ضریب رفتار نیز
مشاهده شد که روش مهاریندهای کمانش تاب و کاهش سطح مقطع مهاربند در طولی محدود باعث افزایش ضریب رفتار سازه میگردد. نتایج نشان داد که در تمامی روشهای استفاده شده اثرات نیروی نامتعادل به صورت چشمگیری کاهش پیدا کرده است و همچنین استفاده از روش
کاهش مساحت قسمت محدودی از مهاربند، رفتار بسیار مناسبی را در زلزله های مختلف از خود نشان میدهد.
کلمات کلیدی:نیروی نامتعادل، مهاربندهای 7و8، تحلیل تاریخچه زمانی، مهاربندهای کمانشتاب،مهاربندهای متوازن
-1 مقدمه
از بین سیستمهایی که برای مقابله با نیروی جانبی زلزله در ساختمانهای دارای سیستم قاب ساده به صورت گسترده استفاده میشود
مهاربندهای ضربدری است. مهاربندهای ضربدری دارای سختی و مقاومت بالایی نسبت به سایر انواع مهاربندی دارا هستند و یکی از مشکلاتی که این نوع مهاربندها در این نوع ساختمانها به وجود میآورد عدم وجود فضای لازم جهت ایجاد بازشو است. لذا انواع دیگری از مهاربندها با نام مهاربندهای شورون مورد استفاده قرار میگیرد که فضای مناسبی را برای در نظر گرفتن بازشو در دهانهی مهاربندی فراهم
میسازد و مشکلات مهاربندهای ضربدری را تا حد زیادی رفع میکند. ولی یکی از مشکلات در این نوع مهاربندها به وجود آمدن نیروی
نامتعادل در دهانهی مهاربندی است که باید با استفاده از روشهایی با این نیروی نامتعادل مقابله شود. هدف در این تحقیق این است که سعی
شده با انتخاب چند قاب با تعداد طبقات مختلف،نیازها و ظرفیت سازه ای در هرکدام از روشهای موجود برای مقابله با نیروی نامتعادل را با
هم مقایسه کرد و سختی، مقاومت و شکل پذیری آنها با هم مقایسه شود.اعضای مهاربندی در قاب های مهاربندی شده با مهاربندهای هم
مرکز (CBF) به صورت خاص برای تحمل تغییر شکل های پلاستیک در چرخههای هیسترزیس متوالی، کمانش غیر الاستیک در فشار و تسلیم در کشش طراحی میشوند، در حالی که تیر و ستون و اتصالات باید در محدودهی الاستیک باقی بمانند تا باربری ثقلی قاب حفظ
گردد. با توجه به شکل 1 -الف، ظرفیت کششی به طور قابل ملاحظهای از ظرفیت فشاری مقطع بالاتر بوده و این به دلیل امکان کمانش تحت فشار میباشد. به عبارت ساده تر نتیجهی اختلاف ظرفیت فشاری و کششی مهاربندهای هم مرکز، زوال مقاومت این مهاربندها در بارگذاری
های چرخهای خواهد بود. همچنین با توجه به عدم تساوی نیروی محوری در دو عضو کششی و فشاری مهاربند، در محل اتصال مهاربند به
تیر، یک نیروی برشی نامتعادل بسیار بزرگ ایجاد میگردد. همچنین با توجه به شکل -1ب، هنگام وقوع زلزله که تحت فشار قرار گرفته
کمانش کرده و دیگر باربری اضافی نخواهد داشت، اما عضوی که تحت کشش قرار دارد هنوز به باربری خود ادامه میدهد، در نتیجه یک نیروی نامتعادل در تیر دهانهی مهاربندی ایجاد میشود. تاکنون برای مقابله با این نیروی نامتعادل روشهای گوناگونی از جمله تقویت تیر
دهانهی مهاربندی، استفادهی همزمان از مهاربندهای 7 و 8، استفاده از مهاربندهای کمانش تاب، استفاده از ستونهای همبند و کاهش سطح
مقطع در طول محدودی از مهاربند ارائه شده و مزایا و معایب هریک از این روشها و تاثیر آنها در مقابله با نیروی نامتعادل ارائه گردیده است
که از جمله آنها میتوان به کارهای دکتر محمودی و طه تیموری تحت عنوان روشهای مقابله با نیروی نامتعادل[1]و کارهای دکتر میرقادری
و ساناز اهل حق در زمینهی مهاربندهای متوازن[2] اشاره کرد. هدف در این تحقیق این است که سعی شده با انتخاب چند قاب با تعداد
طبقات مختلف،نیازها و ظرفیت سازهای در هرکدام از روشهای موجود برای مقابله با نیروی نامتعادل را با هم مقایسه کرده و سختی، مقاومت و شکل پذیری آنها با هم مقایسه شود.
الف ب
شکل : 1 (الف) منحنی هیسترزیس عضو مهاربندی (ب) کمانش عضو فشاری
در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ( سال 1388 و [3](1392، طراح ملزم می گردد تا اثر توزیع نامتعادل نیروهای قطری کششی و فشاری
ناشی از زلزله را در طرح تیر دهانه ی مهاربندی برای اثر برش و لنگر، لحاظ کند، البته تا قبل از ارائه ی این نسخه ها از مبحث دهم اشاره ای
به این نیروها و روش های مقابله با آنها نشده بود. در این پژوهش سعی شده تا با کنار هم قرار دادن نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی غیر
خطی و تحلیل تاریخجه زمانی غیر خطی برای هریک از روش های ارائه شده، مقایسه ای از ظرفیت شکل پذیری،سختی و مقاومت هریک از حالات صورت پذیرد و در پایان ضریب رفتار برای هزیک از این روش ها ارائه گردد.
-2 روشهای مقابله با نیروی نامتعادل
برای مقابله با اثر نیروی نامتعادل و بهبود رفتار و بهینه سازی قاب های مهاربندی شده همگرا روشهایی وجود دارد که دستهای از این روشها در واقع با این نیروی نامتعادل به وجود آمده در تیر دهانه ی مهاربندی مقابله می کند مانند روش استفاده از تیر قوی در دهانه ی
مهاربندی و استفاده از ستون دوخت و دستهی دیگری از این روش ها در واقع سعی دارد تا از به وجود آمدن این نیروی نامتعادل در تیر
دهانهی مهاربندی جلوگیری کند مانند استفادهی همزمان از مهاربندهای 7 و 8، استفاده از مهاربندهای کمانش تاب و استفاده از مهاربند با
مقطع کاهش یافته که در این پژوهش، این پنج روش مختلف بررسی با یکدیگر مقایسه میگردند.
روش اول : استفاده از تیر قوی در دهانه ی مهاربندی((StrongBeam
اولین روشی که برای مقابله با نیروی نامتعادل مطرح میشود که همان روش پیشنهادی آیین نامه نیز میباشد تقویت تیر دهانهی مهاربندی
است.در این روش به این صورت عمل می شود که میزان نیروی نامتعادل وارد بر تیر دهانه ی مهاربندی محاسبه می شود و پس از آن این تیر
را برای اثر مشترک بارهای ثقلی و این نیروی نامتعادل طراحی میکنند که باعث افزایش زیاد ارتفاع این تیر و غیر اقتصادی بودن آن نیز
میشود. همچنین باعث می شود که در هنگام زلزله سازه رفتار مناسبی را از خود نشان ندهد.در شکل2 نیروهای طراحی تیر دهانهی مهاربندی
-8 شکل به صورت شماتیک نشان داده شده است.
نیروی جانبی
مهاربند فشاری مهاربند کششی
شکل : 2 نیروی نامتعادل برای طراحی تیر دهانه ی مهاربندی -8 شکل
روش دوم : استفاده همزمان از مهاربندهای7 و (SuperX ) 8
این روش که یکی از روشهای پیشنهادی آیین نامه[4AISC] نیز می باشد و جزء از جمله روشهایی است که سعی دارد تا نیروی
نامتعادل را کاهش دهد یا از بین ببرد که در آن همانطور که در شکل 3، دیده میشود از مهاربندهای 7 و 8 به صورت همزمان و یکی در میان
در طبقات مورد استفاده قرار میگیرد که این امر سبب میشود تا هنگامی که هریک از اعضای دهانهی مهاربندی به کشش بیفتد عضو مقابل
در طبقهی تحتانی نیز به کشش افتاده و در نتیجه اثر توزیع نامتعادل نیروها تعدیل گردد.
شکل : 3 نحوهی عملکرد استفاده از مهاربندهای 7 و 8 بطور همزمان
روش سوم : استفاده از ستونهای همبند(Zipper)1
در قابهای مهاربندی شدهی همگرا با ستونهای همبند، نیروی نامتعادل ناشی از کمانش مهاربند فشاری در مهاربندهای 8 شکل،توسط
یک المان قائم اضافی جذب میشوند که این باعث کمانش تقریبا همزمان مهاربندهای فشاری تمام طبقات میشود. اگر مهاربند طبقه اول کمانش یابد در حالی که مهاربندهای فشاری سایر طبقات الاستیک باقی مانده باشند، یک نیروی نامتعادل قائم در وسط دهانه تیر طبقهی اول وارد میشود. المانهای همبند سختی تمام تیرها و مهاربندهای باقی مانده را بسیج کرده تا در برابر این نیروی نامتعادل مقاومت نمایند. نیروی نامتعادلی که توسط المان همبند منتقل میشود باعث افزایش فشار در مهاربند فشاری طبقهی دوم شده و در نتیجه موجب کمانش آن میشود
