بخشی از مقاله
چکیده
یکی از راههای تامین صلبیت اتصال تیر I شکل به ستون قوطی، استفاده از ورقهای پیوستگی میباشد، ولی از دیدگاه اجرایی و قابلیت اعتماد، اطمینان بخش به نظر نمیرسد. برهمین اساس استفاده از سختکنندههای خارجی مورد توجه محققین قرار گرفته است. در این مقاله با ارائه یک هندسه جدید برای سختکننده خارجی، اجرای اتصال صلب تیر I به ستون قوطی امکانپذیر میشود.
برای بررسی عملکرد اتصال پیشنهادی از مدلسازی اجزایمحدود تحت تاثیر بارگذاری تکآهنگ استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که اتصال پیشنهادی با کسب گیرداری 94/11 درصد حدود 1 درصد سبب افزایش گیرداری نسبت به اتصال با ورق پیوستگی داخلی شده و مقاومت نهایی اتصال 46/09 درصد افزایش مییابد. ولی ضریب شکلپذیری آن حدود 4/3 درصد کاهش مییابد، و ضوابط صلبیت، مقاومت و شکلپذیری را که مورد توجه آئیننامه AISC است به خوبی برآورده میکند. همچنین افزایش ضخامت این سختکنندهها سبب افزایش صلبیت و مقاومت نهایی اتصال شده است.
-1 مقدمه
ستونهای ساخته شده از ورق به علت مقاومت خمشی و محوری بالا در دو جهت برای استفاده در قابهای خمشی بسیار مناسب میباشد.
با وجود کارایی بالای مقطع قوطی شکل به عنوان ستون، تامین صلبیت تیر I به اینگونه ستونها دشوار و نامطمئن میباشد. ولی امروزه استفاده از سختکنندههای خارجی مورد توجه محققین قرار گرفته است. از حدود دهه30 میلادی به بعد مطالعات زیادی روی اتصالات صلب تیر به ستون انجام شده که سهم اتصال تیر I به ستون H بیشتر از سایر اتصالات بوده است. در مطالعات انجام شده سختکنندههای مختلفی مورد آزمایش و تحلیل قرار گرفتهاند که نهایتاً ورق پیوستگی جهت تأمین صلبیت اتصال مورد تأیید قرار گرفته است.
علیرغم مطالعات زیادی که روی اتصالات تیر به ستون H صورت گرفته، مطالعات بسیار اندکی در زمینه اتصالات صلب تیر I به ستون جعبه- ای انجام شده است که سهم شانموگام و همکاران در این زمینه بیش از سایرین بوده است.
در مطالعات این تیم تحقیقاتی، سختکننده- های خارجی نبشی، ورق مثلثی، -T شکل و همچنین ورق پیوستگی مورد مطالعه قرار گرفتهاند. هدف از انجام این مطالعات، پیدا کردن سختکننده خارجی مناسب به عنوان جایگزین ورق پیوستگی داخلی بوده است، که بتواند فاکتورهای اساسی یک اتصال صلب و کارآمد را برآورده کند. برهمین اساس اتصالات کناری و میانی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. از مطالعات این تیم تحقیقاتی نتیجه شده که اتصال با سختکننده T شکل بهترین عملکرد را در بین سایر اتصالات به خود اختصاص داده و جایگزین بسیار مناسبی برای اتصال با ورق پیوستگی داخلی میباشد.
دکتر شاهرخ مالک و مرتضی حاجی فتحعلی با مطالعه و مقایسه برروی عملکرد اتصال تیرI شکل به ستون قوطی در حالتهای مختلف، در حضور و عدم حضور ورقهای پیوستگی با و بدون بتن پرکننده و همچنین استفاده از ورقهای مثلثی پیرامونی با و بدون جوش این ورقها به گوشهی ستونها انواع مختلفی از سختکنندهها را مورد بررسی قرار دادهاند.
از مطالعات انجام شده توسط شاهرخ مالک و حاجی فتحعلی نتیجه شد که اتصال با سختکننده خارجی مثلثی از نظر مقاومت، شکلپذیری و جذب انرژی بهترین عملکرد را داشته و زمانی که با بتن پر میشود عملکرد آن اندکی بهبود مییابد. علاوه براین حضور ورق مثلثی در نزدیکی اتصال سبب دور شدن محل تشکیل مفصل پلاستیک از بر اتصال شده و ایمنی اتصال را بیشتر تامین میکند. دکتر سید رسول میرقادری و همکاران[9] به مطالعه آزمایشگاهی اتصال خمشی تیر I شکل به ستون قوطی با بکارگیری ورق میانگذر پرداختهاند. با توجه به اینکه هدف حذف ورقهای پیوستگی از داخل ستون و پیدا کردن جایگزین مناسبی برای آن میباشد این اتصال از طرف آنها پیشنهاد شده است.
برای انجام تحقیقات کاملتر، دو نمونه براساس بارگذاری چرخهای مورد آزمایش و عملکرد لرزهای آنها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. با توجه به اینکه هدف حذف ورقهای پیوستگی و جایگزینی آن با ورق میانگذر بوده، اتصال تیر I به ستون قوطی را با ورقهای میانگذرکه از روی تیر به داخل ستون ادامه مییابد را پیشنهاد کردند. پس از آزمایش به این نتیجه رسیدند که ورقها برش و لنگر را به خوبی به ستون منتقل میکنند و معیارهای یک اتصال صلب را به خوبی برآورده میکنند. از طرفی چون در ابتدای ساخت شکافی در ورقهای بال ستون ایجاد میشود و ورقهای میانگذر در ستون جایگزین میشود، این اتصال علاوه بر عملکرد مناسب مشکلات اجرایی مربوط به ورقهای پیوستگی را ندارد و میتواند جایگزین مناسبی برای ورقهای پیوستگی جهت ایجاد اتصال صلب باشد.
محمدرضا صدیقیانکاشانی و علیاکبر آقاکوچک[10] به بررسی اتصال صلب تیر I به ستون قوطی بدون ورق پیوستگی داخلی برای اجرا به روش ستون درختی پرداختهاند. در این مقاله با ارائه یک هندسه جدید اتصال بر مبنای روش ساخت ستون درختی، بدون نیاز به ورق پیوستگی، اجرای اتصال صلب تیر I به ستون قوطی امکانپذیر میشود. برای بررسی عملکرد لرزهای اتصال پیشنهادی از مدلسازی اجزای محدود استفاده شده و زیر سازه صلیبی شکل از اتصال تحت بارگذاری یکنواخت و چرخهای بررسی میشود. نتایج نشان میدهد، اتصال پیشنهادی ضوابط صلبیت، مقاومت خمشی و شکلپذیری را که مورد توجه آئیننامه لرزهای [11] AISC است، برآورده میکند. اتصال تا پایان چرخهای با زاویه انحراف طبقه 4 درصد بدون افت مقاومت بیش از حد، بارگذاری را تحمل میکند. در تحلیل مذکور، کرنش معادل پلاستیک به عنوان معیاری برای کنترل آغاز شکست در اتصال، محاسبه و کنترل میشود.
-2 اهمیت انجام تحقیق
در مطالعه حاضر از سختکنندههای خارجی ذوزنقهای شکل جهت تامین صلبیت اتصال استفاده شده است. نتایج بیانگر عملکرد مطلوب این نوع اتصال در تامین ضوابط لرزهای آئیننامهها میباشد. در این مطالعه برای پی بردن به تاثیر ضخامت سختکنندهها و جان تیر در رفتار اتصال چهار حالت مختلف در نرمافزار اجزای محدود مدلسازی و آنالیز شده، و منحنی بار- تغییرمکان هر اتصال رسم شده است و پارامترهای مقاومت نهایی، درصد گیرداری و شکلپذیری اتصالات مقایسه و ارائه شده است. با توجه به اینکه اتصال پیشنهادی سبب افزایش عرض بال تیر در نواحی اطراف چشمه اتصال میشود و توزیع تنش را در اطراف چشمه یکنواختتر میکند، مفصل پلاستیک را از بر ستون
دور کرده و به منطقه امن و کنترلشدهای در میانه تیر هدایت میکند و ملزومات ایده تیر ضعیف ستون قوی را به خوبی برآورده میکند.
-3 شرح مدل مورد بررسی
در این تحقیق برای مطالعه رفتار اتصالات از یک ستون قوطی شکل به ابعاد 450mm و به ضخامت 25mm استفاده شده و تیرهای متصل شونده به ستون به صورت تیرورق به پهنای بال 200mm و ضخامت بال 15mm و ارتفاع جان 400mm و ضخامت جان8mm درنظر گرفته شده است که در شکل 1 نشان داده شده است. در مدل دوم برای بررسی حالات مختلف، ضخامت بال و جان تیر متغیر است.
شکل: 1 جزئیات تیر اتصالی
جدول: 1 حالات مختلف مدل دوم
مدل اول: اتصال تیر به ستون قوطی شکل با ورق پیوستگی داخلی - - HI
روش معمول برای صلب کردن اتصالات تیر به ستون قوطی شکل استفاده از ورق پیوستگی در تراز بالهای تیر داخل ستون میباشد. بر همین اساس اتصال با ورق پیوستگی داخلی به ضخامت 1/5 سانتیمتر مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است تا نتایج آن با سایر اتصالات مقایسه شود.
ب - برش الف - پلان شکل: 2 جزئیات مدل اول - - HI
مدل دوم: اتصال تیر به ستون قوطی شکل با سختکننده خارجی ذوزنقهای شکل - - HE
با توجه به اینکه هدف پیدا کردن سختکننده مناسبی برای جایگزینی ورقهای پیوستگی میباشد، اتصال تیر به ستون قوطی شکل با سخت- کننده خارجی ذوزنقهای شکل که شامل هشت سختکننده در تراز بالهای تیر در اطراف ستون میباشد مطابق شکل3 پیشنهاد شده است.
