بخشی از مقاله
خلاصه
در قابهای خمشی فولادی یکی از مکانیزمهای متداول برای تأمین شکلپذیری در مواجهه با جابهجاییهای ناشی از زلزله، ایجاد مفصلهای پلاستیک در دو انتهای تیر میباشد تا بدین ترتیب از تشکیل مفصل پلاستیک در ستونها، که ممکن است منجر به بروز زوال ترد در سازهها گردد، جلوگیری به عمل آید. کاربرد تیرهای با مقطع کاهش یافته - RBS - نیز برای دستیابی به این مطلوب است. لیکن در بسیاری از موارد در این نوع قابها از دالهای بتنی برای دیافراگم استفاده میشود و این دالها با استفاده از برشگیر به تیر فولادی متصل شده و تیر به صورت مختلط عمل میکند. در تحقیق حاضر تأثیر فاصلهی آغاز چیدمان برشگیرها از بر ستون و سقف تیرچه-بلوک بررسی شده است. از نرمافزار آباکوس برای مدلسازی اجزای محدود نمونههای عددی در فضای سه بعدی استفاده گردیده است. پس از راستی آزمایی نتایج حاصل از تحلیل عددی مدلها با نتایج آزمایشگاهی، پارامترهای مدنظر مورد بررسی قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: تیر مختلط، قاب خمشی فولادی، مدلسازی اجزای محدود، رفتار چرخهای و یکنوا، تیر با مقطع کاهشیافته، سقف تیرچه-بلوک.
.1 مقدمه
استفادهی همزمان از مصالح بتنی و فولادی از حدود سال 1900 میلادی در ساخت سازهها مدنظر مهندسان قرار گرفت که هدف اصلی این کار، استفاده از مزایای هر دو مصالح و پوشش معایب آنها بود نکتهی قابلذکر در ارتباط با سازههای مختلط، لزوم عملکرد همزمان هر دو مصالح در تعیین ظرفیت باربری عضو است؛ بدین معنی که باید اتصال مناسب بین ورقهای فولادی و قطعهی بتنی برقرار باشد تا از لغزش این دو بر روی یکدیگر جلوگیری شود .[1] دالهای بتنی توسط برشگیرهایی به تیرهای فولادی قاب متصل میشوند و بدین ترتیب عملکرد مختلط بین تیر فولادی و دال بتنی فراهم میگردد . زمانی که دو عضو سازهای باربر، به طور نمونه سیستم کف بتنی و تیرهای فولادی تکیهگاهی آن، با برشگیرهای کافی به یکدیگر متصل گردیده و بهصورت یک واحد یگانه تغییر شکل دهند، عملکرد مختلط کامل محقق میگردد. در این صورت امکان لغزش بین سطح مشترک لایهی بتنی و ورق فولادی وجود نداشته و کرنش محل تماس دو جنس یکسان میباشد. اما در صورتی که تعداد برشگیر کافی تأمین نگردد، کرنش سطح تماس بین بتن و فولاد یکسان نبوده و به همین دلیل مقطع بهصورت مختلط ناقص عمل میکند. از جمله مزایای تیرهای مختلط میتوان به کاهش وزن فولاد و ارتفاع تیرهای فولادی و نیز افزایش سختی و ظرفیت باربری اشاره نمود.[2] علیرغم مزایای فوق الذکر، در زمانی که در قابهای خمشی فولادی از دالهای بتنی در کفها استفاده میشود و این کفها به واسطهی وجود برشگیرها به تیرهای قابها متصل میشوند، به دلیل اطلاعات آزمایشگاهی اندک، کاربرد تعداد برشگیرهای ناکافی و حذف این برشگیرها در ناحیهی حفاظت شده و جداسازی دال بتنی از ستون به هنگام قالببندی و بنابراین حذف مسیر انتقال بار بین دال بتنی و ستون، میزان مشارکت دال در عملکرد قاب مشخص نبوده و لذا در برخی از محاسبات از این اثر صرف نظر میگردد .[3] مطالعه در زمینهی عملکرد مختلط توسط مک کی و همکاران1 و از سال 1923 آغاز شد .[4] موکودای2 و ماتسوئو3 در سال [5] 1983 و ایگاراشی و همکاران4 در سال [6] 1984 با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی قاب نشان دادند که بهطورکلی افزایش مقاومت و سختی ناشی از عملکرد مختلط، از بیشینهی جابهجایی جانبی و چرخش میکاهد. آنها در برخی از موارد گسیختگی ستون را قبل از گسیختگی تیر، حتی در حالاتی که تیرهای فولادی ساده برای پلاستیک شدگی قبل از ستونها طراحیشده بودند، مشاهده نمودند. تاگاوا و همکاران5 در سال [7] 1989 به افزایش قابلتوجه عملکرد مختلط در صورت تکیهی دال بتنی به وجه ستون پیبردند. بهعلاوه لی6 و لو7 در سال [8] 1989 ناحیهی چشمهی اتصال قاب خمشی مختلط را بزرگتر از قاب خمشی فولادی تعیین نمودند تا بر مقاومت و سختی آن بیفزایند زیرا از نظر آنها درصورتیکه در طراحی قابهای مقاوم جانبی از دالهای کف صرفنظر میگشت، به دلیل تسلیم چشمهی اتصال، ظرفیت اتلاف انرژی کمتری حاصل میشد. در مقابل ترمبلی و همکاران8 در سال [9] 1997 نشان دادند درصورتیکه دال بتنی از ستون جداشده باشد و در فاصلهی چند فوتی از بر ستونعمداً از برشگیر استفاده نشده باشد، ستون تحت لنگرهای نزدیکتری به مقاومت تیر فولادی ساده قرار میگیرد. لئون و همکاران9 در سال [3] 1998 به بزرگتر بودن 1,2 - تا 5 برابری - کرنشهای حفره دسترسی جوش بال پایینی تیر فولادی در مقایسه با بال بالایی آن در این نوع قابها پیبردند و آن را به عنوان یکی از عوامل عدم تقارن گسیختگیهای مشاهدهشده در پی زلزلههای نورتریج - 1994 - و کوبه - 1995 - برشمردند. چن10 و چاو11 در سال [10] 2001 ضمن توصیه بر تعیین عرض مؤثر دال بتنی بر اساس عرض ستون و مقاومت بتن، بهمنظور حصول اطمینان از طراحی بر اساس مکانیزم ستون قوی- تیر ضعیف، پیشنهاد کردند که نسبت مقاومت ستون فولادی به تیر مختلط به جای 1، 1/3 اتخاذ گردد.
.2 تعریف مساله
حفظ مقاومت و سختی سایر اجزا از جمله انتظارات مهم از یک سیستم لرزهای مطلوب است که تأمین این امر از طریق جزئیات بندی مناسب سایر اجزای خارج از مواضع شکلپذیر، میسر میگردد. در این میان الگوهای متفاوت چیدمان برشگیرها - از جمله فاصلهی آغاز آنها از بر ستون و نحوهی قرارگیری آنها - ، در محدودهی ثابتی از طول تیر، نقش بسزایی را در رفتار کلی اتصالات ایفا مینماید. در این تحقیق پس از مدلسازی عددی نمونههای مدنظر و راستی آزمایی آنها با نمونههای آزمایشگاهی، به بررسی زیر سازههای شامل تیر فولادی ساده و مختلط پرداخته شده است. سپس تأثیر فاصلهی آغاز چیدمان برشگیرها از بر ستون، در محدودهی ثابتی از طول تیر و سقف تیرچه-بلوک مطالعه گردیده است.
.3 مدلسازی و راستی آزمایی
به منظور اطمینان از صحت جزئیات مربوط به فرضیات مدلسازی و تحلیل، راستی آزمایی نمونههای آزمایشگاهی تمام مقیاس لئون و همکاران [3] شامل نمونهی ساده - SP1 - و نمونهی مختلط - SP2 - با عملکرد مختلط ناقص %55 انجام شده است. این نمونهها صلیبی شکل و مشتمل از یک ستون و دو تیر متصل به طرفین آنها بوده است. ابعاد تیر، ستون، ورقهای پیوستگی، مضاعف و اتصال برشی جان نمونهها به ترتیب طبق جداول 1 و 2 میباشد. در مدل آزمایشگاهی بال تیرهای فولادی با جوش نفوذی کامل به بال ستونها جوش شده است. مشخصات مصالح فولادی نمونهها طبق جدول 3 میباشد. در نمونهی مختلط - SP2 - ، برشگیرها از نوع گلمیخ بوده و چیدمان آنها از فاصلهی 228,6 میلیمتری از بر ستون آغازشده و تا محل اعمال بارگذاری ادامه مییابد. مشخصات برشگیرها و آرماتورهای دال بتن مسلح به ترتیب طبق جداول 4 و 5 میباشد. پوشش جانبی و بالایی بتن برای آرماتور طولی 38 میلیمتر میباشد. آرماتورهای عرضی 50 میلیمتر پایینتر از سطح بالایی بتن قرارگرفته و چیدمان آنها از 38 میلیمتری از بر ستون آغازشده است و سراسر طول دال بتنی را فرامیگیرد.
جدول -1 ابعاد تیر و ستون نمونهها .[3]
جدول -2 ابعاد ورقهای پیوستگی،مضاعف و اتصال برشی جان نمونهها .[3]
