بخشی از مقاله
به منظور اصلاح نقایصی که در سیستمهای قاب خمشی و مهاربندی همگرا وجود دارد، بررسی و مطالعات بر روی قابهای مهاربندی شده برونمحور، از دهه 70 میلادی بهصورت گستردهای آغاز شد. خروج از مرکزیت بادبندها در این قابها با پارامتر H نمایش داده میشود. تیر پیوند ضعیفترین قسمت قاب بوده و بخش عمده استهلاک انرژی ناشی از زلزله در این ناحیه صورت میپذیرد. آییننامه AISC2010 ضوابطی را برای حصول اطمینان از عملکرد شکلپذیر اتصلات EBF و اینکه تغییر شکل پلاستیک، ابتدا در تیر پیوند اتفاق بیفتد تعیین میکند. طبق این ضوابط، میزان دوران پلاستیک تیر پیوند که در آییننامه مقررشده است، باید قبل از افت قابلملاحظه مقاومت در اتصال اتفاق بیفتد. همچنین یکسری ضوابط مربوط به سختکنندههای انتهایی، پهنا و ضخامت و فواصل آنها از یکدیگر با توجه به طول تیر پیوند در نظر گرفته شده است.
مطالعه این ضوابط و الزامات نشان میدهد این دستورالعملها مستقل از شکل اتصال، راستای مهاربند و همچنین آرایش سختکنندهها در طول تیر پیوند میباشند. در حالی که به نظر میرسد تأثیر محل قرارگیری سختکنندهها در نقطهای خاص - محل تقاطع خط مرکزی تیر پیوند با مهاربند - از طول تیر پیوند با توجه به راستای بادبند روی رفتار غیر الاستیک تیر پیوند قابلملاحظه است. لذا در این مقاله، با بررسی خصوصیات رفتاری ناشی از تناسبات هندسی اجزای متشکله تیر پیوند - بخصوص زاویه بادبند و محل قرارگیری سختکنندهها - سعی میشود به رویکردی دستیافت که بتوان از حداکثر ظرفیت دوران پلاستیک در راستای استهلاک هر چه بیشتر انرژی تحمیلشده به سیستم سود برد.
کلمات کلیدی: بادبند واگرا، رفتار غیر الاستیک، تیر پیوند، سختکننده
.1 مقدمه
برای کنترل سازهها در مقابل نیروهای ناشی از زلزله روشهای مختلفی ارائهشده است. استفاده از سیستمهای قاب خمشی و خرپایی - مهاربند همگرا - CBF از متداولترین این روشهاست. قاب خمشی شکلپذیری مناسبی را به سبب جاری شدن خمشی المانهای تیر از خود نشان میدهد اما سختی محدودی دارد. از طرف دیگر قاب مهاربندیشده همگرا سختی بالایی دارند، اما به علت کمانش بادبند قطری، خرابی آن ترد و در نتیجه شکلپذیری کمی دارد. بهمنظور کم کردن نقصهایی که در سیستمهای خمشی و مهاربند همگرا وجود دارد، ایده استفاده از سیستم مهاربندی واگرا - EBF - در اواسط دهه هفتاد توسط پوپوف ارائه گردید.[1] این سیستم سختی مناسبی در بار خدمت دارا میباشد که باعث کاهش تغییر شکلها در سازه میگردد. از سوی دیگر در بارهای جانبی شدید ازجمله زمینلرزههای قوی، از قابلیت جذب انرژی و شکلپذیری مطلوبی برخوردار است. بدین ترتیب دو نیاز اساسی سازه در مقابله با نیروهای جانبی یعنی سختی و شکلپذیری توسط این سیستم تأمین میگردد. آییننامه [2] AISC2010 ضوابطی را برای حصول اطمینان از عملکرد شکلپذیر اتصلات EBF و اینکه تغییر شکل پلاستیک، ابتدا در تیر پیوند اتفاق بیفتد تعیین میکند. طبق این ضوابط، میزان دوران پلاستیک تیر پیوند که در آییننامه مقرر شده است، باید قبل از افت قابلملاحظه مقاومت در اتصال اتفاق بیفتد. در این مقاله عملکرد قابهای واگرا با استفاده از گاست پلیت به عنوان متصلکننده اعضای اصلی مهاربند به تیر و نقش سختکنندهها و راستای مهاربند بررسی میشود. جهت بررسی اعتبار مدلسازی در نرمافزار، ابتدا نمونه آسیبدیده در زلزله نیوزیلند مدلسازی و نتایج، با نتایج ارائهشده در مطالعات [3] Michel Bruneau مقایسه میشود و سپس چند نمونه اتصال با گاست های رایج در ایران مدلسازی و در رابطه با تأثیر پارامترهای مؤثر بر عملکرد آن بحث خواهد شد.
.2 بررسی آسیب وارد شده به قاب مهاربندی واگرا - EBF - در زلزله نیوزیلند[3]
با گسترش استفاده از سیستمهای مهاربندی واگرا - EBF - در سطح جهان. عملکرد این سیستمها در برابر زلزلههای واقعی نمایان شد گزارش ارائهشده از زلزله نیوزیلند [4] نشاندهنده عملکرد مناسب این سیستم در مقایسه با سایر سیستمهای سازهای است، این سیستم در تعداد محدودی از ساختمانهای شهر Christchurch مورداستفاده قرارگرفته بود که در زلزله نیوزیلند عملکرد قابل قبولی را ارائه داده بودند. علارغم عملکرد رضایت بخش این سیستم، شکستهای غیرمنتظرهای در بعضی از قابها اتفاق افتاده بود، ازجمله شکست بزرگ در بال تیر پیوند در پارکینگ یک ساختمان تجاری واقع در مرکز شهر [5] Christchurch، شکست ایجاد شده به ناحیه خارج از تیر پیوند گسترش یافته بود. در شکل - 1 - جزئیات این شکست نشان داده شده است.
شکل -1 آسیب وارد شده به تیر پیوند در ساختمان پارکینگی در نیوزیلند[3]
در این قاب تمامی ضوابط طراحی به لحاظ آییننامه رعایت شده بود. با دقت در جزئیات اتصال مشخص شد محل اتصال بال بادبند به تیر به فاصله اندکی از اولین سختکننده تیر پیوند قرار دارد. به نظر میرسد خروج از مرکزیت ایجادشده باعث ایجاد تمرکز تنش در این ناحیه و ایجاد شکست زودهنگام گردیده است. بااینحال ممکن بود شکست مشاهده شده ناشی از کیفیت نامطلوب مصالح رخ داده باشد. بدین منظور کیفیت فولاد مصرفی به لحاظ شکلپذیری و مقاومت توسط Kanvinde و همکارانش [6] در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گرفت. گزارش نتیجه آزمایشها - آزمایش سختی-کشش مستقیم و... - کیفیت فولاد مصرفی را تائید میکرد.
.3 مدلسازی
جهت بررسی دقیق شکست ایجاد شده با استفاده از روش اجزا محدود در نرمافزار ABAQUS مدل مورد مطالعه همانند شکل - 2 - در نرمافزار ساخته میشود. مقاطع تعریف شده در این مدل بهصورت بالپهن و مشابه با مقاطع بکار رفته در پارکینگ ساختمان تجاری شهر Christchurch میباشند؛ که در آن مقطع بالپهن W150X37 بهعنوان تیر و مقطع بالپهن W360X122 بهعنوان ستون استفاده شده است. در این تحقیق از مدل اجزا محدود جهت شبیهسازی استفاده شده و بارگذاری بهصورت جابجایی چرخهای به انتهای ستون وارد شده است. در شکل - 3 - پرتکل بارگذاری چرخهای اعمال شده به مدل نشان داده شده است.
شکل-2 هندسه مدل شده در نرمافزار
شکل-3 پرتکل بارگذاری چرخهای [7]
معیار تنش پلاستیک بر پایه سطح تنش ون-مایزس و ضوابط مربوط به آن بکار گرفته شده است. مصالح یکسانی نیز برای تیر پیوند، ستون، سختکننده ها در نظر گرفته شده - فولاد - ST37 که جنس آن مطابق با مشخصات نوع A992 با مقاومت تسلیم 350 و مقاومت نهایی 444 مگاپاسکال، ضریب پواسون 0.3 و مدول الاستیسیته 200 گیگا پاسکال می باشد. با توجه به قابلیت نرم افزار در انجام تحلیلها با مش بندیهای مختلف، از المان C3D8R که یک المان سهبعدی هشت گرهی کاهش یافته میباشد، استفاده شده است. تحلیل غیرخطی اجزا محدود استفاده شده نیز از نوع پیوسته میباشد که در آن در هر مرحله از تحلیل، ماتریسهای سختی و تغییرمکان جدید به دست آمده از مرحله قبلی، به عنوان ماتریسهای اولیه مرحله بعدی لحاظ میشوند.
