بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اهمیت محاسبه ضریب رفتار سازهها، مطالعات مختلفی جهت تعیین این ضریب انجام شده است و روشهای متعددی ارائه گردیده است. در آیین نامه 2800 ایران مقدار ضریب رفتار برای انواع سیستم های قابی ارائه شده است. ولی مقدار ضریب فوق برای قابهای فولادی پرشده با میانقاب بیان نشده است.
با توجه به تاثیر ات میانقاب بر رفتار قابها، در این مقاله سعی بر آن است که ضریب رفتار قابهای فولادی دارای میانقاب با در نظر گرفتن تاثیر ضخامت میانقاب، بررسی گردد و نشان داده شود که استفاده از میانقاب بنایی - پر کنندهها - چه تاثیری بر روی ضریب رفتار سازه دارد. برای این منظور، قاب فولادی یک طبقه پر شده با مصالح بنایی، در نرم افزار ABAQUS با روش میکرو مدلسازی گردیده است. پس از صحت سنجی مدل با نتایج آزمایشگاهی، ضریب رفتار قاب خالی و ضریب رفتار قاب مرکب که هر بار ضخامت میانقاب بنایی آن افزایش یافته است با یکدیگر مقایسه شدهاند.
مقدمه
در طراحی سازههای قابی تحت اثر بار جانبی، از اثر میانقابها بر روی سختی صرف نظر شده و همواره فرض میشود که با این عمل حاشیه اطمینانی در عملکرد ساختمان تحت بار جانبی ایجاد میشود. درصورتیکه با توجه به تعداد میانقابها درسازههای مختلف و مطالعات انجام شده بر روی چنین سازههایی تحت نیروی زلزله، مشاهده میشود که اثر میانقابها روی سازهها بسیار مهمتر از چیزی است که تاکنون تصور میشده است.
هنگامی که داخل قابی را با دیوار پر میکنیم خواص مکانیکی از نظیر سختی، مقاومت و شکل پذیری و درکل مشخصات دینامیکی به طور چشم گیری تغییر می کند؛ به گونهای که نمی توان با جمع ساده خواص قاب و دیوار تنها به خواص قاب مرکب دست یافت. چشم پوشی از اثر میانقابها از نظر پارامتر مقاومت در جهت اطمینان - این دیوارها با مقاومت اضافی که به قاب می دهند در تحمل نیروی زلزله و درنتیجه پایداری کلی سازه تاثیر مثبتی دارند - است؛ ولی این نادیده گرفتن همیشه به یک روش محتاطانه و در جهت اطمینان نمی انجامد. بدین شکل که میانقاب سختی اضافی را به قاب تحمیل میکند، در نتیجه در هنگام زلزله آن قاب سهم بیشتری از نیروی زلزله را جذب می کند.
در واقع، میانقاب نیروی زیادی را انتقال میدهد که بعد از سیکل اول بارگذاری باعث شکست ترد میانقاب و انتقال نیرو به ستونها میشود. این انتقال ناگهانی نیرو به ستون ها باعث شکست ستونها و فروپاشی سازه خواهد شد؛ زیرا قاب توخالی مدل شده سختی کمتری داشته، در نتیجه برای نیروی کمتری طراحی شده است. به طور کلی در طراحی سازههای قابی، میانقابها به صورت عناصر غیر سازهای تلقی میشوند لذا اثر آنها در تحلیل سازه نادیده گرفته می شود. اکنون سوالی که اینجا مطرح است این است که اگر میانقابها نیز در فرآیند تحلیل و طراحی به عنوان عضو سازهای در نظر گرفته شوند مقدار تأثیر آنها با افزایش ضخامت بر روی ضریب رفتار به چه صورتی است. این مسئله در این تحقیق به طور کامل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
برای مدلسازی میانقابها روشهای مختلفی وجود دارد از جمله میتوان مدل المان قطری معادل، روش دستک معادل، روش سه دستک و روش مدل سازی واقعی که خود به صورت میکرو مدل و ماکرو مدل میباشد، را نام برد. جهت مدل سازی قاب مرکب به روش دستک معادل، معمولا میانقاب را با یک دستک قطری جایگزین میشود که دو کنج تحت بار را به هم متصل میکند، که این طرح دارای معایبی میباشد که مهمترین آن در نظر نگرفتن لنگر خمشی و نیروی برشی اعضای قاب میان پر میباشد. و همکاران، مدل سه دستک فشاری را برای برطرف کردن معایب دستک قطری پیشنهاد دادند.
در مدلسازی واقعی که به دو دسته ماکرو و میکرو تقسیم میشود؛ مدل سازی ماکرو در بررسی رفتار مدلهای بزرگ مانند کل یک ساختمان میباشد. در این نوع مدلسازی کل دیوار به صورت یک جزء دارای رفتار مشخص و ثابت در تمامی نقاط آن بررسی میگردد. کاربرد آن بر تاثیر عمکرد میانقاب ها بر کل ساختمان بخصوص تاثیر میانقاب ها برا عمکرد لرزه ای ساختمان می باشد
سورتیس و همکاران: . - 2005 در مدلسازی از نوع میکرو، که بیشتر جهت بررسی رفتار مدلهای کوچکی مانند یک پانل یک طبقه و یک دهانه به کار می رود تمام جزئیات دیوار مربوط به یک دیوار از جمله آجرهای بنایی، بلوکهای سفالی و بتنی و همچنین درزهای ملات مدلسازی میگردد. در این نوع مدلسازی ویژگیهایی سختی و مقاومت نهایی قاب مرکب، حالات شکست برشی میانقابها در اثر ضعف درزهای ملاتی، حالات شکست و خرابی میانقاب تحث بار یکنواخت و چرخهای، نحوه شکل گیری ترک های مرزی و برشی و همچنین خرابیهای کنج، روشهای ترمیم و بهبود عملکرد قاب مرکب مانند اتصالات برشی مورد بررسی قرار می گیرد.
از دیگر ویژگیهای مورد بررسی میتوان تاثیر بازشدگی بر سختی و مقاومت میانقابها، بررسی نسبت سختی بین اجزای قاب محیطی و دیوار در الگوهای شکست میانقاب و نحوه شکست و خرابی میانقاب تحت بارهای خارج صفحه را نام برد - مقدم و همکاران:2006؛ گابور و همکاران:2006؛ چایمون و مایرو؛ . - 2007 با توجه به پیشرفتها در علم تحلیل سازه و نرم افزارهای اجزا محدود ضرورت پیدا میکند مدلسازی بصورت واقعی صورت گیرد.
در مقاله حاضر، مدل المان محدود قاب فولادی یک طبقه و یک دهانه با میانقاب و بدون میانقاب در نرم افزار ABAQUS مدلسازی شده است. برای مدلسازی میانقاب از مدل واقعی میکرو استفاده شده است. در ابتدا، ارزیابی صحت سنجی مدلسازی با مدل آزمایشگاهی صورت گرفته است، سپس به منظور انجام تحلیل استاتیکی بار افزون، توزیع بار جانبی متناسب با مود ارتعاشی اول صورت گرفته است. در نهایت ضریب رفتار قاب خالی و قاب مرکب با ضخامتهای متفاوت با یکدیگر مقایسه شدهاند.
پارامترهای موثر در ضریب رفتار
شکل کلی رفتار سازه و شکل ایدهآل آن تحت بارگذاری استاتیکی که به تدریج افزایش داده میشود در شکل - 1 - آمده است.
بر این اساس و با توجه به شکل - 1 - مقدار کلی ضریب رفتار مربوط به طراحی ضریب بار و مقاومت نهایی - AISC-LRFD - از رابطه - 1 - به دست میآید.
که در این رابطه نیروی حد تسلیم سازه میباشد. مقاومت ذخیره شده در سازه بین محدوده حد جاری شدن واقعی
سازه - - و حد اولین جاری شدن محسوس ، ضریب اضافه مقاومت سازه نامیده میشود و از رابطه - 2 - محاسبه میشود.
ضریب شکلپذیری در سازه به صورت زیر بیان میگردد:
که در این رابطه تغییرمکان مربوط به باری است که سازه میتواند بدون از دست دادن مقاومت خود، آن را تحمل کند و مربوط حد تسلیم سازه میباشد. که در این تحقیق مقداررا به مقدار %3 ارتفاع سازه محدود کردهایم. مقدار
مجاز برای تغییرمکان جانبی نسبی طبقات در حالت غیرخطی بصورت زیر میباشد:[3] الف - ساختمانهای تا 5 طبقه 0/025 ارتفاع طبقه ب - در سایر ساختمانها 0/02 ارتفاع طبقه
شکل 1 ؛ منحنی پاسخ واقعی و ایدهآل سازه]6[
مطابق ویرایش چهارم آیین نامه 2800، پس از انجام تحلیل استاتیکی غیر خطی لازم است تا با کنترل مواردی، از ایمنی سازه در برابر زلزله اطمینان حاصل شود. یکی از این موارد این است که تغییر مکان نسبی سازه در تغییرمکان هدف نباید بیشتر از% 120 مقادیر بالا باشد، که با محدود کردن تغییرمکان سازه به % 3 ارتفاع، سازه ایمن می باشد.
