بخشی از مقاله
چکیده
قاب های مهاربند شده واگرا دارای شکل پذیری و جذب انرژی بالایی برخوردار می باشد. طول تیر پیوند تاثیر بسزایی در عملکرد لرزه ای این سیستم دارد. ظرفیت تغییرشکل غیرالاستیک تیر پیوند مهاربند واگرا با افزایش طول تیر پیوند کاهش پیدا می کند. هر چه طول تیر پیوند کوتاه تر باشد عملکرد بهتری دارد. با کوتاه شدن تیر پیوند تسلیم برشی قبل از تسلیم خمشی رخ می دهد. طول تیر پیوند کوتاه در کنترل تغییر مکان جانبی عملکرد بهتری نسبت به حالت های دیگر دارد و با کاهش طول تیر پیوند سختی سازه افزایش پیدا میکند.
با انجام تحلیل های دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی صورت گرفته بر روی قاب ها تحت زلزله های مورد نظر ملاحظه شده است که با افزایش طول تیر پیوند ظرفیت باربری قاب ها کاهش و تغییر مکان نسبی در قابهای با المان قائم در طبقات ابتدایی کمتر و در طبقات بالاتر این مقدار جابهجایی نسبی نسبت به EBFها بیشتر شده است.
مقدمه
در ساختمان ها از سیستم باربر جانبی مختلفی برای مقابله با نیروی جانبی وارد بر ساختمان استفاده می شود که از آن جمله میتوان به قابهای خمشی، مهاربندهای همگرا و مهاربندهای واگرا اشاره کرد. از ویژگیهای مهم قابهای مهاربندی سختی مناسب و قابل توجه انها در مقایسه با قابهای خمشی است. یکی از محدودیتهای قابهای خمشی سختی کم آنها در برابر بارهای جانبی و در نتیجه تجربه تغییر مکانهای جانبی نسبی نسبتا قابل ملاحظه آن ها بود. دو نوع سیستم قاب مهاربند جانبی مرسوم به قابهای مهاربندی همگرا - CBF - و قابهای مهربندی واگرا - EBF - مورد توجه محققان و طراحان لرزه ای سازههای فولادی میباشد.هر کدام از این دو سیستم باربر جانبی لرزه ای به گونه ای متفاوت موجب اتلاف انرژی القایی ناشی از زلزله میگردند. در قابهای مهاربندی همگرا اتلاف انرژی توسط مهاربندها و در قاب های مهاربندی واگرا اتلاف انرژی توسط رفتار شکل پذیر تیر پیوند انجام میگیرد.
مهاربند واگرا مهاربند واگرا یک قاب مهاربندی است که نیروهای محوری ایجاد شده در قطری مهاربند باعث ایجاد برش و خمش در قسمتی از تیر میشود. بر خلاف سایر سیستمهای مهاربندی در سیستم مهاربندی واگرا المان قطری مهاربند تا پایان باربری سیستم در ناحیه الاستیک خواهد ماند زیرا وظیفه عملکرد فیوز مانند بر عهده تیر پیوند است. اجزا خارج از تیر پیوند شامل تیر خارج پیوند، مهاربند و ستونها برای نیروی بزرگتر از ظرفیت تیر پیوند طراحی می شوند.
با چنین ترتیبی اولین عضوی از سازه که دچار رفتار غیر ارتجاعی میشود تیر پیوند خواهد بود به عبارت دیگر تیر پیوند به عنوان ضعیفترین عضو سیستم طرح میشود بلکه تیر پیوند در مقابل بارهای جانبی به درستی طراحی شده اما سایر اجزا نسبت به تیر پیوند قویتر طراحی میشوند تا پشتیبان تیر پیوند باشند.ظرفیت تغییر شکل غیرالاستیک یک مهاربند واگرا با افزایش طول تیر پیوند کاهش پیدا می کند بنابراین هر چه طول تیر پیوند کوتاهتر باشد عملکرد بهتری دارد با کوتاه شدن تیر پیوند تسلیم برشی قبل از تسلیم خمشی رخ می دهد.مزیت طول تیر پیوند کوتاه در کنترل تغییر مکان جانبی با کاهش طول تیر پیوند سختی سازه را افزایش می دهد. در شکل - 1 - نمونههایی از قاب واگرا در شکل نشان داده شده است که در این شکل ها طول تیر پیوند با حرف e مشخص شده است.
شکل - - 1 نمونهای از قاب های واگرا
در اوایل دهه 1970 یک سیستم جدید به نام مهاربند واگرا - EBF - در ژاپن توسط فیوجیموتو در سال 1972 و تاناباشی در سال 1974 معرفی شد که ترکیبی از مزایای هر دو سیستم قاب خمشی و مهاربند واگرا را دارا بود. بعد ها در آمریکا سیستم - EBF - برای اولین بار توسط رودور و پوپوف در سال 1978 مورد مطالعه آزمایشگاهی و عددی قرار گرفت که سر منشا ظهور این سیستم در آیین نامه ها و مسائل کاربردی است. اولین دسته از ساختمان های بزرگ که قاب های - EBF - را به عنوان قسمتی از سیستم مقاوم در برابر بارهای جابی زلزله به کار گرفته اند در اوایل دهه 1980 ساخته شدند. از ان موقع به بعد کاربرد عملی قاب های - EBF - به صورت آیین نامهای در آمد.
بدین ترتیب انجمن مهندسین ساختمان کالیفرنیا - SEAOC - نسبت به توسعه مقررات طراحی برای قابهای - EBF - اقدام کردند و با تجدید نظر مختصری در سال 1988 در آیین نامه - UBC - مبادرت به درج ضوابط نمودند. به موازات این اقدام شورای ایمنی ساختمان در برابر زلزله - BSSC - در نشریه دسامبر 1985 خود بنام برنامه ملی کاهش خطر زلزله - NEHRP - مقررات آزمایشی برای طراحی قابهای - EBF - در ساختمان های جدید جهت توسعه مقررات لرزه ای جایگزین نمود که در زمان کوتاهی از سوی - FEMA - - آژانس مدیریت اضطراری فدرال - این مقررات از قسمت ضمیمه به قسمت اصلی منتقل گردید. لازم به توضیح است که شورای ایمنی ساختمان در برابر زلزله - BSSC - از سند بروز در آمده شورای تکنولوژی کاربردی - ATC 3-06 - استفاده نموده و با انتشار مقررات توصیه ای - NEHRP - - برنامه ملی کاهش خطر زلزله - برای توسعه مقررات زلزلهای ساختمان های جدی اقدام کرده است.
مهاربند زیپی آرایش دیگری که برای قاب های بادبندی شده شورون وجود دارد مشابه مورد ذکر شده بالا با این تفاوت که ستون دوخت در طبقه همکف حذف گردیده است می باشد. به منظور کاهش شکل پذیری طبقات و رسیدن به پاسخ لرزه ای غیر الاستیک بااضافه کردن ستون زیپی به لینک اتصال بادبند به تیر در نقطه تقاطع، با هدف از بین رفتن نیرو فشاری تمام بادبند ها در کمانش و بادبند ها در کشش همچنین مقدار بزرگ انرژی مطرح می کنند.
مزایای قاب های مهاربندی شده با آرایش ذکر شده توسط خطیب و همکاران1988 بیان گردیده است:
- واکنش قاب های مهاربندی شده با ستون های دوخت حساسیت کمتری بر مشخصات لرزه ای حاصل از زلزله دارد.
- در قاب های مهاربندی شده با ستون دوخت در صورت وقوع خرابی ها به صورت یکنواخت در ارتفاع سازه گسترش می یابند.
- این گونه قاب ها قابلیت تجربه رفتار سه خطی غیر الاستیک را دارا هستند.
- از تیر های انعطاف پذیر و مهاربند های با لاغری متوسط در این گونه قاب های مهاربندی شده می توان استفاده کرد.
اگرچه - AISC - نظری درباره طراحی بادبندهای زیپی نداده است اما میگوید عملکرد لرزهای سازه را بعد از حالت الاستیک افزایش می دهد.
مدلسازی
مدلهای انتخاب شده در این تحقیق، ساختمانهایی منظم با 6 طبقه با سیستم قاب ساده - EBFقاب واگرا - و - ZEBFقاب با المان قائم زیپی - میباشد و پلان ساختمان کاملا منظم با ابعاد 16×16 متر مربع بوده و در هر راستا شامل سه دهانه که دهانه های کناری 5متر و دهانه های وسطی 6متر در نظر گرفته میشود . ارتفاع طبقات در طبقه اول 2/8 و در طبقات بالاتر 3 متر در نظر گرفته شده است.اتصال ستونها به فونداسیون و اتصال تیرها به ستونها و اتصال دو سر مهاربندها نیز از نوع مفصلی میباشد. در هر قاب بیرونی، یک دهانه - دهانه وسطی - مهاربندی شده است
