بخشی از مقاله
خلاصه
ارزیابی استحکام قابهای فولادی برای پدافند غیرعامل با راهبردهای مختلفی میسر میباشد که از میان آنها راهبرد تعیین ظرفیت پس از حذف یک ستون همکف در این مقاله مدنظر قرار گرفته است. بدین منظور قابهای فولادی در محل ستون حذف شده تحت بار افزاینده با تحلیلهای ایستا قرار گرفته و از منحنی رفتاری حاصل ظرفیت مقاومت و شکل پذیری قاب استخراج می شود. از آنجا که ماهیت و جهت این نوع بارگذاری و تحلیل تحت بارهای جانبی معادل زلزله و باد متفاوت است پژوهش حاضر تاثیر صلبیت قائم باقیمانده در قاب را با تغییر ارتفاع طبقات و نیز تغییر محل ستون حذف شده مطرح می نماید.
مثالهای مورد مطالعه شامل قابهای خمشی و نیز قابهای فولادی با مهاربند می باشند. همچنین تغییر نوع مهاربند از ضربدری به جناقی همگرا و اثر جانمایی قائم گستر آن در قاب بررسی شده است. نتایج حاصل نشان می دهد که با تغییر موضع حذف ستون به سمت کناره قاب و نیز کاهش ارتفاع ساختمان ظرفیت جابجایی و نیروی مقاوم ناشی از عملکرد زنجیری طبقات بالای ستون حذف شده، کاهش یافته و به عبارت دیگر آسیب پذیری ساختمانهای با اتصالات صلب از دیدگاه طراحی برای پدافند غیرعامل افزایش می یابد.
.1 مقدمه
امروزه بدلیل وجود عوامل مختلف تهدیدکننده ساختمانها دستیابی به طرحی جامع برای کاهش آسیبپذیری ساختمانها مهم است. از جمله روشهای مطرح شده به منظور کاهش آسیبپذیری شامل تدابیر و ملاحظات لازم جهت ایمنسازی، مستحکمسازی و پیشبینی سیستمهای جایگزین به منظور تسهیل مدیریت بحران در زیرساختها است که به عنوان پدافندغیرعامل مطرح میشود. بر اساس منابع موجود، پدافند غیرعامل نوعی دفاع غیرنظامی است و به مجموعه اقداماتی اطلاق میگردد که به جنگ افزار نیاز ندارد و با اجرای آن میتوان از وارد شدن خسارت مالی به تجهیزات و تاسیسات نظامی و غیر نظامی و تلفات انسانی جلوگیری نمود و یا میزان این تلفات و خسارات را به حداقل ممکن کاهش داد .
از سوی دیگر، پس از گسترش حمله تروریستی در سالهای اخیر از جمله به برجهای مرکز تجارت جهانی و همچنین پس از وقوع رفتار واکنش زنجیری در ساختمان Ronan point در لندن که توسط انفجار گاز رخ داد، تحقیق در زمینه بارهای غیرمعمولو خرابی پیشرونده به عنوان یک موضوع مهم طراحی مهندسی ساختمانهاگسترش یافت.
به دلیل نیاز به وجود راهکاری مشخص برای پرداختن به پتانسیل خرابی پیشرونده در سازهها، آییننامههایی تدوین شدهاند که از جمله میتوان به BS، GSA2003، DOD2005 وDOD2009 اشاره کرد.[3] این آییننامهها عموما سه روش کلی برای ارزیابی خرابی در سازهها پیشنهاد دادهاند: -1 مقاومت موضعی ویژه -2 روش مسیر متناوب-3 1 قوانین پیشفرض طراحی - روش غیر مستقیم -
در روش میسر متناوب، سازه به صورت مستقیم تحلیل و بر اساس ضوابط آییننامه در برابر خرابی پیشرونده ارزیابی میشود. اگرچه آییننامههای طرح و اجرای ساختمان نکاتی را در خصوص کاهش آسیبپذیری و کنترل سطح خرابی ارائه دادهاند، گاهی اوقات به علت اجرای نامناسب یا بارهای غیرمنتظره دچار خرابی میشوند. به همین دلیل ضرورت مطالعه و ارائه روشهایی برای ارزیابی و کنترل خرابی پیشرونده2 به شکل خاص وجود دارد. براساس توضیحات لیو و همکاران[5] گسترش گسیختگی موضعی اولیه از عضوی به عضو دیگر که سرانجام باعث فروریختگی کل یا بخشی از سازه میشود به عنوان خرابی پیشرونده بیان میشود.
تحقیق در زمینه خرابی پیشرونده در سازههای مختلف هنوز یک زمینه تحقیقاتی فعال است .[13-7] فو [7] سازه فولادی 20 طبقه را با هدف بررسی اثر موقعیت ستون حذف شده در پلان و در ارتفاع سازه بر رفتار سازه ارزیابی کرده است. مطابق نتایج این تحقیق تغییرشکلهای ماندگار با حذف ستون در طبقات بالاتر سازه بیشتر بوده است .
بر اساس تحقیق کردباغ و محمدی نیز، حذف ستون گوشه درمدلهایی با تعداد طبقات 4، 8 و 12 منتج به تفاوت فاحشی به شکل کاهشی در میزان تغییرشکل ماندگار قائم در محل حذف ستون شده است.
بر اساس نتایج تحقیق کراتامر و زینسکی در مورد یک مدل سه بعدی 3 طبقه، در صورت آسیب یک یا دو ستون در هنگام برخورد یا انفجار، پایداری کلی سازه حفظ می شود.
توکلی و همکاران با استخراج منحنی ظرفیت برای سیستم سازهای قاب فولادی با سیستم دوگانه قاب خمشی و مهاربند نوع ضربدری با و بدون ستون حذفشده عملکرد سیستم دوگانه با تعداد طبقات و تعداد دهانههای مختلف دریافتند با افزایش ارتفاع و تعداد طبقات، حساسیت سازه به موقعیت حذف ستون کاهش مییابد.
خاندلوال و همکاران دو نوع سیستم سازهای 10 طبقه دارای مهاربند به دو شکل مهاربند همگرا و واگرا با فرض اتصالات صلب تیر به ستون را مورد ارزیابی قرار دادند. بر این اساس مدلهای دارای مهاربند واگرا حاشیه ایمنی بالاتری دارند و در حالت حذف ستون گوشه در صورت عدم وجود مهاربند دهانه فرو میریزد.
با توجه به ماهیت غیرخطی تغییرشکلها در خرابی پیشرونده، برخی از مطالعات، ضریب بزرگنمایی دینامیکی مورد استفاده در بارگذاری پیشنهادی آییننامه در دهانه حذف ستون در روشهای استاتیکی را به چالش کشیدهاند.
مطابق تحقیق فارمیسانو و همکاران تغییرشکل یکسان با بارگذاری دینامیکی، در محدوده تغییرشکلهای غیرخطی با ضریب بزرگنمایی دینامیکی کمتر از 2 نیز حاصل شده است . همچنین راث و همکاران [12]و پاول [13] نیز تصریح میکنند با توجه ماهیت غیرخطی تغییرشکلها در هنگام خرابی پیشرونده استفاده از ضریب بزرگنمایی 1,5 مناسب است. از میان پارامترهای یاد شده، چند مورد به میزان قابل توجهی در رفتار و آسیبپذیری مدلها موثر بودهاند و در تحقیق حاضر مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
هدف از این تحقیق ارزیابی اثر ارتفاع سازه و محل حذف ستون بر کنترل خرابی پیشرونده در قابهای فولادی با و بدون مهاربند ضربدری یا جناقی همگرا با ارتفاع متوسط میباشد. همچنین ارزیابی اثر نوع و جانمایی مهاربندها در افزایش مقاومت در برابر خرابی پیشرونده انجام میشود. نتایج بررسی هر یک از قابها با توجه به منحنی ظرفیت و شکلپذیری آنها با استفاده از تحلیل غیرخطی استاتیکی ارائه میشود. کمیت ثانویه مورد بررسی در تحقیق اثر تعداد دهانه در کاهش یا افزایش آسیبپذیری میباشد. ضوابط طراحی بر مبنای روش ضرایب بار و مقاومت در آییننامهی ایران - مبحث دهم مقررات ملی ساختمان - [14] 1392 و ضوابط بارگذاری بر مبنای آییننامه بارگذاری ایران - مبحث ششم مقررات ملی ساختمان - [15]1392 میباشد. ارزیابی خرابی پیشرونده مطابق بارگذاری و روشهای توصیه شده آییننامه GSA2003 است.
.2مدلهای مورد مطالعه و فرضیات تحلیل و طراحی
مطابق جدول 1، مدل های مورد مطالعه در این تحقیق با سیستم قاب خمشی معمولی و مهاربندی شده با تعداد دهانه 4 و 6 یکسان در دو امتداد متعامد و با تعداد طبقات 12 و 16 طراحی شدهاند. موقعیت مهاربندهای ذکر شده نیز به صورت جفت دهانه متقارن در هر دو امتداد از ساختمان است.
بدین منظور برای مدلهای 4 دهانه دو آرایش A و Bتعریف میشود. آرایش A بیانگر حالتی است که مهاربندها در دو دهانه مقابل انتهایی قاب قرار دارند - دهانه 1 و - 4 و در حالت B در دو دهانه وسط قرار دارند - دهانه 2 و . - 3 در مورد مدل 6 دهانه نیز سه آرایش A، B و C برای آرایش مهاربندها تعریف شده است. آرایش A بیانگر حالتی است که مهاربندها در دو دهانه انتهایی قاب - دهانه 1 و - 6 قرار دارند. آرایش C برای حالتی است که مهاربندها به صورت متقارن در دو دهانه چسبیده به هم در مدل 6 دهانه قرار دارد - دهانه 3 و - 4 و حالت B نیز مربوط به قرارگیری مهاربندها در دو دهانه 2 و 5 است. طول دهانه در همه مدلها 5 متر و ارتفاع هر طبقه 3,2 متر است.
شکل -1 الگوی بارگذاری آییننامههای الف:GSA2003، ب: 16] DOD2005 و [17 به منظور ارزیابی پتانسیل خرابی پیشرونده
جدول -1 قاب های مورد مطالعه در تحقیق
