دانلود مقاله در مورد رفتار و طراحی‌ قاب‌های‌ EBF

word قابل ویرایش
12 صفحه
8700 تومان
87,000 ریال – خرید و دانلود

رفتار و طراحی‌ قاب‌های‌ EBF

مقدمه‌:
فولاد به‌ عنوان‌ یکی‌ از ایده‌ آل‌ترین‌ مصالح‌ طراحی‌، سازه‌های‌ مقاوم‌ در برابر زلزله‌ بشمار می‌آید. فولاد دارای‌ قابلیت‌ انعطاف‌ پذیری‌ بالایی‌ بوده‌ و همچنین‌ دارای‌ قابلیت‌ جذب‌ انرژی‌ زیادی‌ نیز می‌باشد. به‌ همین‌ خاطر عموماً سازه‌های‌ فولادی‌ در زمین‌ لرزه‌ها بسیار خوب‌ عمل‌ می‌نمایند و قابلیت‌های‌ بسیار خوبی‌ را از خود در مقابل‌ حرکات‌ شدید زمین‌ نشان‌ می‌دهند ولیکن‌ باید توجه‌ داشت‌ که‌ برای‌ استفاده‌ کامل‌ از انعطاف‌ پذیری‌ این‌ مصالح‌ رعایت‌ روابط‌ و ضوابط‌ طراحی‌ و بخصوص‌ توجه‌ به‌ امر اجرای‌ صحیح‌ جزئیات‌ الزامی‌ است‌.

در این‌ رابطه‌ پدیده‌ جدیدی‌ نیز در فلسفه‌ طراحی‌ مقاوم‌ سازه‌های‌ فولادی‌ در چند دهه‌ اخیر توسط‌ آقای‌ پوپوف‌ معرفی‌ شده‌ است‌ که‌ بنام‌ بادبندهای‌ خارج‌ از مرکز ( EBF ) معرفی‌ شده‌ است‌.
این‌ پدیده‌ با زیرکی‌ و هوشیاری‌ فردی‌ همچون‌ دکتر پوپوف‌ پس‌ از بررسی‌ رفتار هیسترتیک‌ قابهای‌ خمشی‌ و یا ممان‌ بر و بادبندهای‌ هم‌ مرکز و مقایسه‌ آنها با هم‌ و نهایتاً با تعریف‌ سیستم‌ سازه‌ای‌ که‌ از قابلیت‌ هر دوی‌ قابهای‌ لنگر بر و بادبندهای‌ هم‌ مرکز بهره‌ جسته‌ باشد پدید آمده‌ است‌.
سیستم‌ یادشده‌ هم‌ دارای‌ قابلیت‌ انعطاف‌ پذیری‌ خوبی‌ می‌باشد و هم‌ تغییر مکان‌ زیادی‌ را در صورت‌ طراحی‌ صحیح‌ ارائه‌ نمی‌نماید، لذا به‌ عنوان‌ سیستم‌ کاملاً مناسب‌ در طراحی‌ سازه‌های‌ مقاوم‌ می‌توان‌ مطرح‌ باشد.

این‌ سیستم‌ که‌ بوسیله‌ پوپوف‌ و همکارانش‌ در دانشگاه‌ کالیفرنیا ابداع‌ شده‌، بین‌ اتصال‌ مهار و تیر تمعمداً خروج‌ ازمرکزیت‌ ایجاد می‌گردد. طول‌ این‌ جزء کوچک‌ تیر (قسمتی‌ از تیر که‌ بین‌ مهار و ستون‌ و یا بین‌ دو مهار قرار می‌گیرد.) باکلمه‌ (e) نشان‌ داده‌ شده‌ و دارای‌ این‌ مزیت‌ می‌باشد که‌ می‌تواند نیروهای‌ بادبندی‌ را از طریق‌ خود به‌ ستون‌ یا بادیندهای‌ دیگر انتقال‌ دهد. نهایتاً نیروهای‌ متعادلی‌ را به‌ بادبند وارد سازد. در این‌ سیستم‌ جزء کوچک‌ تیر مانند فیوز شکل‌ پذیری‌ عمل‌ می‌کند و در حالیکه‌ از کمانش‌ مهار جلوگیری‌ می‌نماید مقدار زیادی‌ انرژی‌ وارده‌ از زلزله‌ را نیز جذب‌ می‌کند.

مقایسه‌ بین‌ قابهای‌ مختلف‌:
۱ـ قابهای‌ MRF (یا ممان‌ بر یا خمشی‌): قابهایی‌ هستند که‌ اتصالات‌ آنها در مقابل‌ لنگر مقاوم‌ می‌باشد و دارای‌ خاصیت‌ جذب‌ انرژی‌ فوق‌ العاده‌ خوبی‌ هستند ولی‌ نسبتاً انعطاف‌پذیر بوده‌ و چنانچه‌ سختی‌ زیادی‌ لازم‌ باشد دیگر اقتصادی‌ نخواهند بود. تغییر مکان‌ جانبی‌ زیاد در قابهای‌ خمشی‌ باعث‌ می‌شود که‌ اثر P- بطور قابل‌ ملاحظه‌ای‌ ایجاد شود و در نتیجه‌ مقدار زیادی‌ از مقاومت‌ و سختی‌ قاب‌ صرف‌ مقابله‌ با لنگرهای‌ ناشی‌ از آن‌ گردد. در طراحی‌ این‌ قابها در مناطق‌ زلزله‌خیز فلسفه‌ طراحی‌ تیر ضعیف‌ و ستون‌ قوی‌ باید اعمال‌ گردد یعنی‌ تناسب‌ بین‌

سختی‌های‌ تیر و ستون‌ به‌ حدی‌ باشد که‌ تغییر شکل‌های‌ غیر ارتجاعی‌ مفاصل‌ خمیری‌ در تیرها تشکیل‌ شود نه‌ در ستونها. به‌ همین‌ منظور ستونها باید طوری‌ طراحی‌ شوند که‌ در حد ارتجاعی‌ باقی‌ بمانند و تیرها برای‌ جذب‌ و استهلاک‌ انرژی‌ باید به‌ حداکثر شکل‌ پذیری‌ خود برسند.

۲ـ قاب‌ CBF : در بادبندهایی‌ که‌ اعضای‌ قطری‌ به‌ محل‌ اتصال‌ تیرو ستون‌ متصل‌ می‌شوند یابه‌ عبارت‌ دیگر محور بادبندها از محل‌ تقاطع‌ محورهای‌ تیرو ستون‌ عبور می‌کند به‌ این‌ گونه‌ قابها CBF می‌گویند یا قابهای‌ هم‌ مرکز گفته‌ می‌شود. قاب‌ با بادبند هم‌ مرکز عموماً برای‌ مقاومت‌ در برابر بار باد استفاده‌ می‌ شود و برای‌ بارهای‌ متناوب‌ از شکل‌ پذیری‌ کم‌ برخوردار می‌باشد اگر چه‌ مقاومت‌ و سختی‌ قابل‌ ملاحظه‌ای‌ از خود نشان‌ می‌دهند ولی‌ به‌ علت‌ کمانش‌ مهارها قدرت‌ جذب‌ انرژی‌ و رفتار غیر ارتجاعی‌ آنها ضعیف‌ است‌ و چونه‌ همیشه‌ یک‌ عضو مورب‌ از جفت‌ باد بندها در کشش‌ قررا می‌گیرد، امکان‌ شکست‌ ترد وجود دارد. یک‌ اشکال‌ دیگر که‌ در استفاده‌ از بادبندهای‌ x شکل‌ یا

ضربدری‌ وجود دارد امکان‌ تعبیه‌ بازشو می‌باشد و این‌ یک‌ محدودیت‌ بزرگ‌ در معماری‌ ساختمان‌ ایجاد می‌نماید.
۳ـ قاب‌ EBF : (Ecentric Braced Frames) : چنانچه‌ اعضای‌ قطری‌ از یک‌ طرف‌ به‌ اتصال‌ تیر و ستون‌ و از طرف‌ دیگر به‌ بال‌ تیر افقی‌ متصل‌ شوند بادبندهای‌ خارج‌ از مرکز یا EBF گفته‌ می‌شود. مهاربندی‌ خارج‌ از مرکز یا EBF مقاومت‌ و سختی‌ قاب‌ مهاربندی‌ شده‌ هم‌ مرکز CBF را با رفتار غیر ارتجاعی‌ و قدرت‌ جذب‌ انرژی‌ قاب‌ خمشی‌ MRF ترکیب‌ نموده‌ و نهایتاً رفتار بسیار مناسبی‌ از خود

ارائه‌ می‌نماید. نخستین‌ فایده‌ قابهای‌ EBF این‌ است‌ که‌ اساساً امکان‌ شکل‌ پذیری‌ بیشتری‌ را به‌ قاب‌ می‌دهند و دومین‌ مزیت‌ آنها امکان‌ تعبیه‌ آنها در داخل‌ ساختمان‌ بدلایل‌ معماری‌ می‌باشد یکی‌ از اشکالات‌ اساسی‌ این‌ قابها امکان‌ خسارت‌ در کف‌ ساختمان‌ و در مجاورت‌ تیر پیوند در حین‌ زمین‌ لرزه‌های‌ بزرگ‌ می‌باشد. البته‌ در مقایسه‌ با حدود خساراتی‌ که‌ معمولاً به‌ ساختمان‌ در اثر این‌ مسأله‌ وارد می‌شود، خیلی‌ جدی‌ نیست‌. در بادبندهای‌ EBF اعضای‌ قطری‌ به‌ تیرهی‌ افقی‌ مرتبط‌ می‌شوند و در محل‌ اتصال‌، نیروی‌ برشی‌ و لنگر خمشی‌ به‌ تیر وارد می‌شود. بادبندهای‌ از نوع‌

زانویی‌ و از نوع‌ k به‌ ستونها لنگر خمشی‌ وارد نموده‌ و در سازه‌های‌ مرتفع‌ از آنها استفاده‌ می‌شود. از طرفی‌ در سازه‌های‌ کوتاه‌ مرتبه‌ از بادبندهای‌ چورون‌ (CHEVRON) استفاده‌ می‌شود. در این‌ نوع‌ بادبندها مقداری‌ لنگر خمشی‌ به‌ تیر وارد می‌شود که‌ اثر آن‌ بر تیرها می‌بایست‌ منظور گردد.

رفتار ارتجاعی‌
برای‌ ساختمانهای‌ سه‌ طبقه‌ یا بیشتر که‌ بر مصالح‌ سخت‌ قرار دارند، تغییر مکان‌ لرزه‌ای‌ به‌ صورت‌ تقریب‌ در رابطه‌ زیر محاسبه‌ می‌شود.
۰٫۷۵ f(m)k max X
که‌ در آن‌ max X ، حداکثر تغییر مکان‌، m جرم‌ و k سختی‌ می‌باشد. بدینوسیله‌ مشاهده‌ می‌شود که‌ با کنترل‌ سختی‌، طراح‌ از ابزار مناسبی‌ برای‌ طراحی‌ مناسب‌ می‌تواند بهره‌ جوید.
برای‌ یک‌ سیستم‌ ساده‌، پارامترهای‌ طراحی‌ ارتجاعی‌ یک‌ قاب‌ EBF در شکل‌ A نمایش‌ داده‌ شده‌ است‌.
طولی‌ که‌ به‌ عنوان‌ تیر پیوند یا تیر پیوند فعالی‌ نامیده‌ می‌شود بر اساس‌ طول‌ آزاد دهانه‌ محاسبه‌ می‌شود. حدود سختی‌ برای‌ قابهای‌ پیچیده‌تر تغییر می‌کند. با استفاده‌ از پارامتر e/L به‌ عنوان‌ مبنای‌ سختی‌ قاب‌ می‌توان‌ این‌ تغییرات‌ را کنترل‌ کرد. حدود e/L از مقدار e/L=1 برای‌ قابهای‌ خمشی‌ تا e/L=0 برای‌ قابهای‌ با بادبندهای‌ هم‌ مرکز تغییر می‌کند.

اشکال‌ A,B بیانگر اثرات‌ تغییر طول‌ پیوند (e) بر سختی‌ جانبی‌ قاب‌ EBF می‌باشد. با توجه‌ به‌ اشکال‌ ملاحظه‌ می‌شود وقتی‌ که‌ e=L ، قاب‌ EBF بصورت‌ قاب‌ MRF خواهد بود که‌ سختی‌ جانبی‌ آن‌ حداقل‌ می‌باشد. همچنین‌ برای‌ e/L>0.5 سختی‌ ایجاد شده‌ ناشی‌ از مهاربندها اثر کمی‌ دارد و برای‌ e/L<0.5 برای‌ سختی‌ سازه‌ بمقدار قابل‌ توجهی‌ اضافه‌ خواهد شد. حداکثر سختی‌ سازه‌ به‌ ازاء e/L=0 یا e=0 حاصل‌ خواهد شد که‌ همان‌ سختی‌ قاب‌ CBF می‌باشد.

بنابراین‌ در محاسبه‌ طول‌ پیوند به‌ منظور بهره‌ برداری‌ از حداکثر سختی‌، سعی‌ می‌شود که‌ طول‌ پیوند کوچک‌ باشد. در قاب‌ EBF با دهانه‌ بزرگ‌ نیاز به‌ بادبند از نوع‌ k می‌باشد. سختی‌ جانبی‌ این‌ نوع‌ قاب‌ به‌ ازاء تغییرات‌ طول‌ پیوند در اشکال‌ یاد شده‌ رسم‌ شده‌ است‌، در مقادیر e/L>0.5 در مقایسه‌ با قاب‌ EBF تک‌ قطری‌ تغییرات‌ سختی‌ جانبی‌ حساس‌تر است‌.

شکل‌ A تغییرات‌ هندسی‌ قاب‌ را باخواص‌ ثابت‌ مقطع‌ بیان‌ می‌دارد. شکل‌ B در ارتباط‌ با نسبت‌ بزرگتر عرض‌ به‌ ارتفاع‌ قاب‌، جایی‌ که‌ امکان‌ اجرای‌ یک‌ بادبند منفرد نیست‌، می‌باشد. شکل‌ C تغییرات‌ خواص‌ مقطع‌ را به‌ یک‌ هندسه‌ ثابت‌ قاب‌ نشان‌ می‌دهد. هر منحنی‌ تغییرات‌ قابل‌ ملاحظه‌ای‌ را در سختی‌ که‌ امکان‌ آن‌ وجود دارد را نشان‌ می‌دهد. این‌ حساسیت‌، خصوصاً در اشکال‌ عملی‌ e/L بین‌ ۰۵/۰ تا ۲۵/۰ بیشتر است‌.

در شکل‌ D اثر اندازه‌ مقطع‌ ستون‌ در سختی‌ جانبی‌ سازه‌ها نشان‌ داده‌ شده‌ است‌. همانطور که‌ ملاحظه‌ می‌شود وقتی‌ مقاطع‌ تیر و ستون‌ دارای‌ اندازه‌های‌ یکسانی‌ باشند، حداکثر سختی‌ سازه‌ حاصل‌ خواهد شد. در شکل‌ E اثرات‌ تغییر شکل‌ برشی‌ تیر بر سختی‌ جانبی‌ سازه‌ نشان‌ داده‌ شده‌ است‌. همانطور که‌ ملاحظه‌ می‌شود هرچه‌ سختی‌ برشی‌ بیشتر باشد سختی‌ نسبی‌ قاب‌ برای‌ حالت‌ e/L<0.5 نیز بیشتر می‌باشد.

 

رفتار غیر ارتجاعی‌ :
رفتار غیر ارتجاعی‌ یک‌ قاب‌ تحت‌ زلزله‌ شدید بستگی‌ به‌ توانایی‌ آن‌ در جذب‌ و استهلاک‌ انرژی‌ بدون‌ از دست‌ دادن‌ مقاومت‌ دارد. در قاب‌ EBF مکانیزم‌ استهلاک‌ انرژی‌ بیشتر شباهت‌ به‌ رفتار قاب‌ MRF دارد که‌ تغییر شکلهای‌ غیر ارتجاعی‌ در تیرها روی‌ می‌دهد تا شبیه‌ به‌ رفتار قاب‌ CBF که‌ تغییر شکلهای‌ غیر ارتجاعی‌ در آن‌ بصورت‌ کمانش‌ بادبندها صورت‌ می‌گیرد.
رفتار در محدوده‌ غیر ارتجاعی‌ تحت‌ تأثیر عضو پیوند است‌ که‌ شکل‌ پذیری‌ زیادی‌ نیاز دارد. محققان‌ (۱۹۸۴ ـ Hjelmstad,Popov ) مقادیری‌ را که‌ برای‌ قاب‌ EBF سه‌ طبقه‌ برآورد کردند و عدد ۷۲ را برای‌ شکل‌ پذیری‌ عضو پیوند که‌ مترادف‌ با ۴/۷ برای‌ شکل‌ پذیری‌ سیستم‌ بود، بدست‌ آوردند. البته‌ این‌ یک‌ مقدار بزرگ‌ می‌باشد.

این‌ محققان‌ (۱۹۸۴ ـ Hjelmstad,Popov ) همچنین‌ دریافتند توزیع‌ نیروهای‌ اعضاء در سازه‌ در حالت‌ نهایی‌، شباهت‌ کمی‌ به‌ آنچه‌ که‌ از بارگذاری‌ ارتجاعی‌ بدست‌ می‌آید، دارد. محل‌ نقاط‌ عطف‌ خمشی‌ کاملاً متفاوت‌ می‌باشد، بعنوان‌ مثال‌ ستونها تحت‌ خمش‌ ساده‌ قرار گرفتند در صورتیکه‌ هیچگونه‌ تغییرات‌ ممانی‌ در جهت‌ آن‌ پدید نیامده‌ بود.

تخمین‌ شرایط‌ شکل‌ پذیری‌ با تحلیل‌ دینامیکی‌ الاستوـ پلاستیک‌ ممکن‌ می‌باشد. ولی‌ برای‌ سازه‌های‌ بزرگ‌ این‌ کار غیر اقتصادی‌ و وقت‌ گیر است‌. برآوردهای‌ اولیه‌ توسط‌ (۱۹۸۴ـ Hjelmstad,Popov ) با فرض‌ تغییر شکل‌ صلب‌ ـ پلاستیک‌ قاب‌ تحت‌ بار جانبی‌ بمنظور بدست‌ آوردن‌ رابطه‌ بین‌ شکل‌ پذیری‌ عضو و قاب‌ انجام‌ شده‌ است‌. شکل‌ پذیری‌ مورد نیاز برای‌ قاب‌ از طیف‌ غیر خطی‌ یا فرضهای‌ دیگر دینامیکی‌ برآورد می‌شود.

تحلیل‌ و طراحی‌
مقاومت‌ و شکل‌ پذیری‌ دو موضوع‌ اساسی‌ در طراحی‌ ساختمانهای‌ مناطق‌ زلزله‌ خیز می‌باشد. در یک‌ طراحی‌ خوب‌ مقاومت‌ و شکل‌ پذیری‌ قاب‌ EBF منحصر به‌ مقاومت‌ و شکل‌ پذیری‌ تیر پیوند می‌شوند، بنابراین‌ فلسفه‌ طراحی‌ قاب‌ EBF را می‌توان‌ در دو ضابطه‌ ذیل‌ خلاصه‌ کرد.
الف‌ ـ ابعاد تیر پیوند باید طوری‌ انتخاب‌ شود که‌ مقاومت‌ لازم‌ را ایجاد کند و جزئیات‌ داخلی‌ تیر پیوند باید طوری‌ طرح‌ شود که‌ شکل‌پذیری‌ مناسب‌ را ایجاد کند.
ب‌ ـ طراحی‌ دیگر اعضاء قاب‌ باید طوری‌ باشد که‌ قوی‌تر از تیر پیوند باشند. بطوریکه‌ تیر پینند بتواند به‌ حد تسلیم‌ رسیده‌ و نیز بتوان‌ از کرنش‌ سخت‌ شدگی‌ در آن‌ سود برد. در صورت‌ رعایت‌ این‌ ضوابط‌ می‌توان‌ مطمئن‌ شد که‌ تسلیم‌ قاب‌ محدود به‌ تیر می‌باشد. این‌ موضوع‌ شبیه‌ به‌ تحلیل‌ یک‌ قاب‌ MRF است‌ که‌ در آن‌ فرض‌ می‌شود ستون‌ قوی‌تر از تیر بوده‌ و تسلیم‌ فقط‌ محدود به‌ انتهای‌ تیرها می‌شود

.
برای‌ قابهای‌ EBF مفاهیم‌ طراحی‌ بر اساس‌ ظرفیت‌ در مورد مهاربندیها، ستونها و قطعات‌ تیر خارج‌ از پیوندها بکار برده‌ شده‌ است‌ تا اطمینان‌ دهد که‌ تسلیم‌ فقط‌ در پیوندهای‌ شکل‌پذیر بدون‌ در نظر گرفتن‌ بزرگی‌ یا توزیع‌ بارهای‌ جانبی‌ روی‌ می‌دهد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 12 صفحه
87,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد