مقاله ارزیابی عملکرد مهاربندهای نوین کمانش ناپذیر ( BRB )

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

ارزیابی عملکرد مهاربندهای نوین کمانش ناپذیر (BRB)

خلاصه

در سال های اخیر سیستم جدیدی با نام مهاربندکمانش ناپذیر پا به عرصه گذاشته که روز به روز در حال توسعه واستقبال مهندسان می باشد. این سیستم به دلیل جلوگیری از کمانش بادبند، قابلیت جذب انرزی بسیار بیشتری را نسبت به سیستم های رایج مهاربندی همگرا دارد. در این مقاله، ظرفیت تغییر مکان نسبی(دریفت) کلی و نیازهای یک ساختمان اداری فولادی 6 طبقه ای که توسط مهاربندهای کمانش ناپذیر دو هسته ای((BRB2C طرح گردیده، مورد ارزیابی قرار می گیرد. این مقاله عملکرد لرزه ای ساختمان را از منظر آزمایشگاهی و تحلیلی مورد ارزیابی قرار می دهد. به طور تفصیلی، ظرفیت و نیازهای مهاربندهای کمانش ناپذیردو هسته ای (BRB2C) توسط داده های آزمایشگاهی و پاسخ تحلیل های صورت گرفته، مورد ارزیابی قرار گرفته می شود. پس از آن، سطح اطمینان در برابر پتانسیل تسلیم شدگی مهاربندهای کمانش ناپذیردو هسته ای (BRB2C)، کمانش و شکستگی آنها، محاسبه خواهد شد. نتایج نشان می دهند که این نوع مهاربندهای نوین کمانش ناپذیر می توانند با یک سطح اطمینان بالا، اطمینان از ساختمان را برای دستیابی به اهداف سریع سکونت و ایمنی زندگی حاصل نمایند. اما در برآورده نمودن اهداف کاربردی جلوگیری از فروپاشی ساختمان و سطح اطمینان، ممکن است بسیار کمتر از مقدار %50 مشابه پیشنهاد شده توسط FEM A351 باشد. به همین علت این امر ضرورتی را برای دقت بیشتر در ارزیابی قابلیت آسیب پذیری لرزه ای قاب های فولادی مهاربندی شده با این مهاربندها، به خصوص برای جلوگیری از فروپاشی و گسیختگی سازه، ایجاد می نماید.

کلمات کلیدی: سطح اطمینان، ارزیابی عملکرد، خرابی های موضعی، مهاربند کمانش ناپذیر.

1. مقدمه

در راستای توسعه مبتنی بر عملکرد مهندسی، ارزیابی عملکرد سازه ای برمبنای قابلیت اطمینان ضروری خواهد بود. برای مثال، FEMA351 راه حل های طراحی را برای فراهم نمودن یک سطح اطمینان %50 در برابر پتانسیل خرابی های موضعی توصیه می نماید. در این مقاله، تغییر مکان کلی و ظرفیت یک ساختمان اداری 6 طبقه را که توسط مهاربندهای کمانش ناپذیر((BRB طرح گردیده است، مورد ارزیابی قرار گرفته شده است(چانگ.(2009 این مقاله سطح اطمینان را در برابر تسلیم شدگی فلزمهاربندهای کمانش ناپذیر((BRB، خرابی های کمانشی و شکستگی ارزیابی می نماید. تمامی آنها کمک می نمایند که یک درک بهتری در مورد عملکرد کلی و موضعی ساختمان های فولادی طرح شده با مهاربندهای کمانش ناپذیر((BRB، بدست آید.

2. اجزاء مهاربندهای کمانش ناپذیر((BRB مورد مطالعه

.1-2 اهداف عملکرد

جدول 1 مثالی را ارائه می نماید که سطوح عملکرد سازه ای و خسارات قاب های فولادی مهاربندی شده را نمایش می دهد. همانطور که می توان مشاهده نمود، تغییرشکل مهاربندهای کمانش ناپذیر((BRB در تسلیم شدگی، کمانش وشکستگی برای توجیه سطوح عملکرد قاب های فولادی مهاربندی شده، مهم هستند.

جدول:1 سطوح عملکرد سازه ای و میزان خسارت (FEMA356)

.2-2 مکانیزم مهاربندهای کمانش ناپذیر((BRB

به منظور کاهش دادن اندازه و تعداد پیچ و مهره هایی که اتصال مهاربند به لچکی اتصال را ایجاد می نمایند، مهاربند های کمانش ناپذیر دوهسته ای (DCBRBs)توسعه داده شده اند و به صورت گسترده ای در سال های گذشته در تایوان مورد آزمایش قرار گرفته اند. شکل1 جزئیاتی را در مورد کاربرد یک مهاربند کمانش ناپذیر دوهسته ای برای یک قاب فولادی و جزئیات صفحه مرکزی مهاربند کمانش ناپذیر، ارائه می دهد.

(a) عضو مهاربند کمانش ناپذیر دوهسته ای (b) اتصال مهاربند کمانش ناپذیر

شکل:1 یک قاب فولادی با یک قاب مهاربند کمانش ناپذیر دوهسته ای و صفحه مرکزی مهاربند کمانش ناپذیر([2](BRB

Acسطح صفحه مرکزی است و Fy تنش تسلیم فولاد می باشد. Ω و Ωh به ترتیب ضرایب اضافه مقاومت و ضریب سخت شدن فلز در اثر تغییر شکل نسبی را مشخص می نمایند .

β یک عامل تنظیم کننده برای اختلاف مابین مقاومت کششی و فشاری می باشد . مقاومت تسلیم و مقاومت نهایی یک مهاربند کمانش ناپذیر (BRB)را می توان همانطوریکه در ادامه آمده، تخمین زده شود:

E مدول یانگ می باشد. At و Ai به ترتیب سطح مقطع جاری شونده و سطح مقطع اتصال را مشخص می نمایند. Lc ، Lt و Lj به ترتیب طول صفحه مرکزی (سطح مقطع تسلیم)، سطح مقطع جاری شونده و سطح مقطع اتصال را بیان می نمایند. سختی یک مهاربند کمانش ناپذیر (BRB) را با ستفاده از معادله پایین می توان ارزیابی نمود:

α ضریب تمرکز انرژی است (α=0/5) و Lwp فاصله مابین نقاط کاری می باشند(شکل (b)1 را مشاهده نمایید.) کرنش هسته ای ɛc را بااستفاده از معادلات پایین می توان ارزیابی نمود.

شکل2 آرایش یک قاب مهاربند کمانش ناپذیر وی شکل، حلقه های پسماند مغناطیسی و کرنش BRB و تغییر مکان طبقه را برای یک قاب مهاربند کمانش ناپذیر 8 شکل نشان می دهد، اگر از تغییر شکل نیز صرفنظر گردد، میانگین کرنش مهاربند کمانش ناپذیر ɛwp را می توان بااستفاده از معادله زاویه تغییرمکان طبقه θ و شیب مهاربند φ تخمین زد

شکل:2 آرایش قاب های مهاربندی شده شورن مقاوم در برابر کمانش ، حلقه های هیسترزیس و کرنش مهاربند BRB و دریفت طبقه [2]

.3-2 معیارهای تغییر شکل

در معادلات (1) و (3)، تغییرشکل های مهاربند کمانش ناپذیر را می توان در تسلیم اول بدین صورت تخمین زد:

3

اجزای مهاربند کمانش ناپذیر هنگامیکه خرابی های کمانش رخ می دهد، تمایل به گسترش به حداکثر مقاومت دارند. از آمار تجربی، نسبت سختی قبل از تسلیم به سختی الاستیک باید به طور متوسط 0/05 باشد. تغییرشکل های مهاربند کمانش ناپذیر می تواند سپس بدین صورت محاسبه گردد:

یک آنالیز رگرسیون برروی نتیجه آزمون های شکستگی برروی اجزای 26 مهاربند کمانش ناپذیر((BRB، انجام گردیده است. حداکثر تغییر شکل، که یک عنصری از مهاربند کمانش ناپذیر((BRB است که میتواند قبل از شکستگی توسعه داده شود را می توان بوسیله معادلات پایین پیش بینی نمود:

در معادله بالا، تئوری جریان بارانی برای شمارش تعداد دوره های بارگذاری پلاستیکی Nf استفاده گردیده است. بعلاوه، میانگین تغییر شکل پلاستیکی Dave به صورت نسبت تغییر شکل پلاستیکی جمع شونده CPD به 4Nf تعریف می گردد.[2]

.4-2 خصوصیات مهاربند کمانش ناپذیر((BRB

عناصر آنالیز شده مهاربند کمانش ناپذیر (BRB)در اصل برای یک ساختمان اداری فولادی 6 طبقه طراحی گردیده بود(چانگ.(2009 شکل3 طرح طبقه و ارتفاع ساختمان را نمایش می دهد. ساختمان ها از فولاد A572 درجه 50 که از ستون های جعبه ای ومهاربندها، و فولادA36 وبا تیرهای Hشکل استفاده می نمایند. جدول2 اندازه های هر عضو را خلاصه سازی نموده است .

شکل:3 طرح طبقه و ارتفاع ساختمان مثال زده شده

واکنش ساختمان به زلزله از طریق یک پلت فرم آنالیز سازه ای غیرالاستیک برای سیستم های سه بعدی شبیه سازی گردیده است (لین و تی سای .(2006 این ساختمان دارای یک دوره اساسی 0,99 ثانیه ای است و آن در جهت Z در اولین حالت ارتعاش برگردانده می شود. تیرها و ستون ها با بهره گیری از مدل های لولای پلاستیکی با رابطه تنش – کرنش دوخطی شبیه سازی می شوند. سطح برهم کنش نیروی محوری و لنگر خمشی در ستون ها در نظر گرفته شده است.