مقاله بررسی نقش سخت کننده ها و پارامترهای تیرپیوند برشکل پذیری و مقاومت نهایی سیستم مهاربندی واگرا (EBF )

word قابل ویرایش
11 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
10700 تومان

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

بررسی نقش سخت کننده ها و پارامترهای تیرپیوند برشکل پذیری و مقاومت نهایی سیستم مهاربندی واگرا (EBF )
چکیده
در مقابله با بارهای جانبی از جمله زمین لرزه ، قاب با مهاربندی واگرا از سختی بــالا و قـدرت جـذب انـرژی مطلوبـی برخوردار است . در این سیستم مهاربندی ، سختی و شکل پذیری مورد نیاز قاب توسط تیر پیوند کــه یکـی از مـهمترین اجـزاء قاب می باشد، تامین می گردد، که میزان آن بستگی به مشخصات و جزئیات تیر پیوند دارد. بهترین حالت جهت تامین سختی و شکل پذیری مطلوب هنگامی ایجاد می شود که تیر پیوند در برش عمل نماید. در این حالت نقش سخت کننده ها در جلوگــیری از کمانش زودهنگام جان دارای اهمیت زیادی است و با قرار دادن سخت کننده های مناسب در جان تیر پیوند می توان از جذب انرژی بالایی بهره گرفت . در این مقاله با استفاده از مدل اجزاء محدود و نرم افزار ANSYS به بررسی رفتار هیسترزیس قــاب با مهاربندی واگرا، نقش سخت کننده ها و دیگر پارامترهای تیر پیوند در مقاومت نهایی و شکل پذیری قاب پرداخته شده است .
١- مقدمه
برای کنترل سازه ها در مقابل نیروهای ناشی از زلزله روش های مختلفی ارائه شده اســت ، اسـتفاده از سیسـتمهای قـاب خمشی و خرپایی (مهاربندی همگرا CBF ) از متداولترین این روش ها است . قاب خمشی شکل پذیـری مناسـبی را بـه سـبب جاری شدن خمشی المانهای تیر از خود نشان می دهد اما سختی محــدودی دارد و همچنیـن اجـرای آن بـا دشـواری صـورت می پذیرد. از طرف دیگر قاب مهاربندی شده همگرا سختی بالایی دارد، اما به علت کمانش بادبند قطری ، خرابــی آن تـرد و در نتیجه شکل پذیری کمی دارد. به منظور کم کردن نقص هایی که در سیستمهای خمشی و مــهاربندی همگـرا وجـود دارد، ایـده استفاده از سیستم مهاربندی واگرا (EBF) در اواسط دهه هفتاد توسط پوپوف ارائه گردید[١٠]. این سیستم سختی مناســبی در بار خدمت دارا می باشد که باعث کاهش تغییر شکل ها در سازه می گردد. از ســوی دیگـر در بارهـای جـانبی شـدید از جملـه زمین لرزه های قوی ، از قابلیت جذب انرژی و شکل پذیری مطلوبی برخوردار است . بدین ترتیب دو نیاز اساسی سازه در مقابله با نیروهای جانبی یعنی سختی وشکل پذیری توسط این سیستم تامین می گردد. امروزه استفاده از سیستمهای مــهاربندی واگـرا بدلیل قدرت جذب انرژی زیاد در هنگام زلزله ، سختی قابل ملاحظه و امکانات معماری بــالاتر روزبـه روز گسـترش بیشـتری می یابد. در دو دهه اخیر نیز تحقیقات زیادی در مورد عملکرد تیر پیوند و مکانیزم های شکست آن انجام گردیده اسـت [٧,٨,٩].
در این مقاله به بررسی رفتار هیسترزیس یک قاب با مهاربندی واگرا و تاثیرات فواصل سخت کننده ها، ضخامت سـخت کننده ها، ضخامت بال تیر، ضخامت جان تیر و طول تیر پیوند پرداخته شده است .
٢- مهاربندی واگرا
در سیستم مهاربندی واگرا به جای برخورد بادبند به محل اتصال تیر و ستون یا تقاطع محور دو بادبند در یک نقطه بــا
ایجاد انحرافی برابر(e) بادبند به تیر متصل می شود (شکل ١و٢). تیر پیوند که بین ستون و بادبند (تک قطری ) یا بین دو بادبند
(دو قطری ) قرار گرفته ، مانند فیوزی از وارد شدن نیروی بیش از حد به بادبندها و کمـانش آنـها جلـوگـیری می کنـد. در ایـن سیستم نیروی محوری بادبندهای قطری به ستونها و یا به صورت برش یا خمش در تیر پیوند به بادبند دیگر منتقل می گـردد و در طی چندین بارگذاری رفت و برگشتی تیر پیوند به صورت غیر ارتجاعی تغییر شکل می دهد و جذب انرژی به صورتی که در قابهای گیردار ملاحظه می گردد، انجام می شود. تیرهای پیوند کوتاه در فاز برشی تسلیم مــی شـوند در حـالی کـه تیرهـای پیوند بلند دچار تسلیم خمشی می شوند. معیار تسلیم تیر پیوند توسط پوپوف وکاسای [۵] به صورت زیر ارائه شده است

بطوریکه در روابط بالا، Mp برابر با ممان پلاستیک مقطع تیر پیوند و Vp برابر با برش پلاستیک مقطع تیر پیوند می باشند.
شکل -١:مهاربندی واگرا وجزئیات تیر پیوند شکل -٢: مدل و جزئیات اتصالات
مکانیزم تسلیم برشی تیرهای پیوند کوتاه بهتر از مکانیزم تسلیم خمشی تیرهای پیوند بلند می باشد زیرا نــیروی برشـی در تمام طول تیر پیوند ثابت می باشد و کرنش های برشی غیرارتجاعی بطور یکنواخت در طول تیر پیوند توزیع شــده کـه ایـن عمل ایجاد چرخشهای غیرارتجاعی بزرگ تیر پیوند را بدون ایجاد کرنشهای موضعی زیاد میسر می سازد.

هنگامی که سازه تحت نیروهای جانبی شدید یا زمین لرزه های قوی قرار می گیرد، تغییرشــکلهای زیـاد در سـازه ایجـاد می شود و بسیاری از نقاط سازه تسلیم می گردد. مقداری از انرژی زلزله توسط اجزاء تسلیم شده جذب مــی گـردد و سـازه در بیشتر مواقع پایدار باقی می ماند. بنابراین سازه باید توانایی تغییر شکلهای حاصل از نیروهای جانبی زلزله را داشته باشد که این توانایی با پارامتری با عنوان شکل پذیری (μ) بیان می شود و برابر خارج قسمت متناظر حداکثر تغییر مکان قــاب (u∆) بـه تغیـیر مکان نظیر حد تسلیم قاب (y∆)می باشد:

مقاومت افزون نسبی (Ω ) نیز یکی از عوامل مهم در تعیین ضریب رفتار می باشد که برابر است با خارج قسمت نیروی تسلیم کلی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی (Fu ) به نیروی متناظر با تشکیل اولین لولای خمیری در سازه ( Fy ) است :

۴- مدلسازی
مدلسازی با روش اجزاء محدود انجام گرفته است [١]، تا بررسی و مشاهده تنش ها در نقاط مختلف قاب راحتر بــوده و سایر موارد خرابــی نظـیر تمرکـز تنش هـا، کمانش هـای موضعـی و غـیره در مـدل لحـاظ شـده باشـد. بـر ایـن اسـاس از نرم افزار ANSYS استفاده گردیده است . المان انتخابی جهت مدلسازی ١٨١ S hell از نوع پوسته ای ، چهار گره ای بــا شـش درجه آزادی در هر گره است ، که یکی از سریعترین المانها برای همگرایی در حالت غیرخطی می باشد. قابلیتهای المــان فـوق
در مرجع [۴] قابل مشاهده است . فرضیات به کار گرفته شده در مدلسازی به شرح زیر است :
١- تغییر شکلهای بزرگ گره ها در نظر گرفته شده است .
٢- اثرات نیروی محوری در کمانش المانها منظور گردیده است .
٣- در مدل از معیار تسلیم ون میسز استفاده شده .
۴- سخت شدگی ایزوتروپیک می باشد.
۵- مطالعات عددی
در این مقاله برای کنترل دقت مدلسازی و فرضیات در نظر گرفته شده ، نخست تیر رابط برشی که مشخصات و نتــایج آزمایشگاهی آن در مراجع [٢,٣] موجود می باشد، توسط نرم افزار ANSYS مدل شــده اسـت . منحنـی هیسـترزیس حـاصل از آنالیز و آزمایش در شکل (٣) نشان داده شده است . با توجه به منحنی ها، نتایج تقریبا مشابه می باشــد و اختـلاف موجـود بـه علت جزئیات مدلسازی و بارگذاری اعمالی می باشد.
جهت انجام مطالعات عددی و مدلسازی ، قابی یک دهانه و یک طبقه با عرض ۵ متر و ارتفاع ٣ متر در نظرگرفته شده و به گونه ای طراحی گردیده که کمانش بادبندها و خرابی ستونها قبل از خرابــی تـیر پیونـد اتفـاق نیـافتد (شـکل -٢). مـدول الاستیسیته وضریب پواسون به کار رفته به ترتیب برابر kg.cm٢ ۶ ١٠×٢ و ٠.٣ بوده و دیاگرام تنــش – کرنـش در نظـر گرفتـه شده مطابق شکل (۴) می باشد. برای بررسی رفتار هیسترزیس ، تاریخچه بارگذاری مطابق شکل (۵) بــر نمونـه ها اعمـال شـده (شروع اولین گام بارگذاری با توجه به لحظه جاری شدن نمونه ها و میزان افزایش هــر گـام ١٢٠٠ کیلـوگـرم می باشـد). سـایر پارامترهای تیر پیوند عبارتند از: ضخامت سخت کننده ها (ts)، فاصله سخت کننده ها( a)، ارتفاع تیرپیوند( d)، ضخامت بال تــیر
( tf )، ضخامت جان تیر(tw ) و طول تیر پیوند (e).

۵-١- قاب مهاربندی واگرا با تیر رابط برشی
در این حالت مقدار(e) را ۶٠ سانتیمتر در نظر گرفته شده و با افزایش تدریجی بار به مشاهده تنش هــا در قـاب و تـیر پیوند پرداخته شده است . با ملاحظه تنش ها مشخص می شود، تنش در سخت کننده ها تا لحظه جاری شدن جـان ، تقریبـا صفـر می باشد و پس از جاری شدن جان تیر پیوند، تنش سخت کننده ها با سرعت شروع به افزایش می نماید. نقاط بحرانــی تنـش در سخت کننده ها، محل اتصال به بالها است و از نقطه محل اتصال به بال تــا مرکـز سـخت کننده ها مـیزان تنـش بتدریـج کـاهش می یابد. قابل ذکر است که سخت کننده ها در نیروی جاری شدن ، جابجایی نظیر جاری شدن و سختی الاستیک قاب نقش ناچــیز دارند (شکل -۶). همانطور که اشاره شد، تاثیرات سخت کننده ها پس از جاری شدن جان تیر پیوند نمایان می شود که عبارتند از:

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 10700 تومان در 11 صفحه
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