بخشی از مقاله
تاثیر طول های مختلف تیر پیوند بر عملکرد لرزه ای سازه فولادی
چکیده :
پیشرفتهای ایجاد شده در علم معماری و درخواست های نوین معماران به لحاظ تامین احتیاجات و خواسته هـای سـازه ای مورد نیازشان از مهندسین سازه ، موجب شده است تا نوع جدیدی از سیستم قاب مهاربندی شده که به تـازگی اسـتفاده از آن به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر زلزله رو به افزایش می باشد، به نام سیستم بادبندی برون محـور ابـداع شـود. قـاب های مهاربندی واگرا به دلیل رفتار غیر الاستیک تیر های پیوند، شکل پذیری بیشتری نسبت به قاب هـای مهاربنـدی همگـرا دارند. همچنین این سیستم همانند قاب های مهاربندی همگرا دارای سختی الاستیک خـوبی مـی باشـند. نتـایج نشـان داده است که طول های مختلف تیر پیوند ، تاثیر زیادی بر روی عملکرد سازه می گذارد. در این مقاله ، ضمن بررسی رفتار لرزه ای قاب های مهاربندی شده به وسیله مهاربند های برون محور با استفاده از روش تحلیل پوش اور ، میزان تاثیر طول هـای مختلف تیر پیوند را بر روی شکل پذیری و ضریب رفتار سازه مشخص شده است.
کلمات کلیدی : ، مهاربند واگرا ،تیر پیوند ، روش پوش اور ، قاب فولادی
1. مقدمه
سازه های ساختمانی تحت اثر نیروهای ناشی از زلزله دچار تغییر مکان می شوند. متداولترین روش کنترل تغییر مکانها در سازه های فولادی کـه معمولاً از نوع جانبی هستند ، مهاربندها می باشند، که به اشکال گوناگونی اجرا میشوند. پیشرفتهای ایجاد شده در علم معماری و درخواست های نـوین معماران به لحاظ تامین احتیاجات و خواسته های سازه ای مورد نیازشان از مهندسین سازه ، موجب شده است تا نـوع جدیـدی از سیسـتم قـاب مهاربنـدی شــده کــه بــه تــازگی اســتفاده از آن بــه عنــوان یــک سیســتم مقــاوم در برابــر زلزلــه رو بــه افــزایش مــی باشــد، بــه نــام سیســتم بادبنــدی بــرون محــور ( Eccentrically braced frames ) ابداع شود. قاب های مهاربندی واگرا به دلیل رفتار غیر الاستیک تیر های پیوند، شکل پذیری بیشتری نسـبت بـه قاب های مهاربندی همگرا دارند. همچنین این سیستم همانند قاب های مهاربندی همگرا دارای سختی الاستیک خوبی می باشـند. نتـایج نشـان داده اسـت که طول های مختلف تیر پیوند ، تاثیر زیادی بر روی عملکرد سازه می گذارد.
سیستم مهاربندی برون محور دو ویژگی " سختی مناسب جانبی " و" جذب انرژی بالا "را با یکدیگر ترکیب کرده و بکار می گیرد.در این سیستم، برون محوری اتصال مهاربندی سبب پدیدآمدن لنگرهای خمشی و نیروهای برشی بزرگی در ناحیه تیر نزدیک به مهار ، می شـود . بـه ایـن ترتیـب، تنشهای این ناحیه از تیر وارد محدوده غیر ارتجاعی شده و سبب اتلاف انرژی ناشی از زمین لرزه می شود.این ناحیه از تیر" پیوند " نام دارد.
قابهای فولادی مهاربندی شده کاربرد روزافزونی در ساخت و سا زهای صنعتی و ساختمانی دارند .در سالهای اخیر تحقیقات گسترده ای از نقطه نظر عملکرد و رفتار این نوع سازه ها در حالتهای الاستیک و غیر الاستیک انجام شده است که نتایج حاصل در بهبود ضوابط طراحی و چگونگی اجرای آنها مؤثر بوده است. در سال 1978 سیستم قابهای مهاربندی واگرا موسوم به (Eccentrically braced frame) EBF توسط پوپوف و ریدر پیشنهاد شد.[1] در سال 2004 ، RICHARDSو همکارانش طی مقاله ای، به بررسی تحلیلی یک قاب مهاربند واگرا به منظور توسعه یک آزمایش جدید برای بارگذاری قراردادی تیر پیوند پرداخته اند. این بارگذاری قراردادی فعلی برای تیر پیوند بر اساس مقررات لرزه ای AISC انتخاب شده است. جهت آنالیز از سه قاب مهاربند واگرا با تعداد طبقات و دهانه های مختلف بر اساس مقررات فعلی لرزه ای و غیر خطی آمریکا ( در زمان و تاریخی انجام آزمایش ) جهت طراحی استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که تیر پیوند تحت بارگذاری بر اساس مقررات لرزه ای AISC در حال حاضر بیش از حد محافظه کارانه برای تیر پیوند کوتاه برشی می باشد. این عدد حدود 1,5 برابر مقدار واقعی تخمین زده شده اسـت. [2] در سـال 2007 ، Bermanو همکارانش طی مقاله ای به این موضوع پرداخته اند که، بیش از دو دهه است که قاب هـای مهاربنـدی شـده بـا مهاربنـد واگـرا بـه عنـوان سیستم مقاوم در برابر بار های لرزه ای در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد. به طور معمول ، تیـر پیونـد جهـت مسـتهلک کـردن انـرژی ، از طریـق تغییر شکل های کششی مقطع عرضی بال عمل می کند. مهاربند واگرا شرایط جلوگیری از کمانش جانبی چرخش در پل ها و برج ها را به سـختی فـراهم می کند. این مقاله اولین بار است که بررسی تحلیلی را برای استفاده از اعضای با مقطع مستطیل تو خالی (به عنوان مثال ، لولـه) بـه عنـوان تیـر پیونـد قـاب مهاربندی واگرا بیان می نماید. با استفاده از تجزیه و تحلیل به صورت مقطع پلاستیک ، برش پلاستیک و مقاومت برای یک المان مقطع بـه طـور کلـی بـا جان مختلف ( از لحاظ سخت کننده ) مطرح شده است. [3]
سیستم مهاربندی خارج از مرکز (EBF) از دو سیستم ، قاب خمشی و قاب با مهاربندی غیر هم مرکز تشکیل شده است. از میان انواع مختلف بادبندهای واگرا که طرح کلی آنها در شکل ( (1 نشان داده شده است و با استفاده از نتایج تحلیلهای ارتجاعی ابعاد بهینه مدل ساز ه ای انتخاب می گردد. نتایج نشان می دهد که ایجاد مفاصل پلاستیک در عضو پیوند تابع بسیاری از پارامترها است که در صورت عدم درنظرگیری آنها، طرح غیر شکل پذیر قابهای EBF را به همراه خواهد داشت .بنابراین طراحی اعضای پیوند باید به شکلی انجام بگیرد که ضمن تأمین مقاومت کافی ، قابلیت استهلاک انرژی ناشی از زلزله را داشته باشند در این حالت اجزاء دیگر قاب نظیر تیر خارج از پیوند، ستونها و اعضای مهاربند باید در محدوده الاستیک باقی بمانند .نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی غیر خطیدقیقًا نشان می دهد که در یک طرح بهینه فقط ناحیه ای از عضو پیوند وارد محدودهُ غیرالاستیک خواهد شد.
شکل - 1 انواع مختلف قاب مهاربندی شده واگرا
. 2 سازه های فولادی مورد بحث
برای بررسی رفتار تیر پیوند در سیستم مهاربند برون محور، یک قاب ساختمانی 5 طبقه فولادی تحت اثر زلزله در نظر گرفته شده است.( شکل ( 2 بدین منظور تحلیل پوش اور را برای طول های مختلف تیر پیوند در انواع مهاربند واگرا در نظر گرفته شده است. طراحی قاب مهاربند برون محور و نیز تعیین نیروی جانبی به ترتیب مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران [8] و آئین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله استاندارد 2800 ایران (ویرایش سوم) صورت گرفته است [9].
شکل - 2 قاب فولادی مهاربندی شده پنج طبقه با سه نوع مختلف مهاربند واگرا
-3 رفتار مدل تحلیلی بر اساس تحلیل استاتیکی غیر خطی
روش آنالیز پوش اور امروزه به یک شیوه متداول و مطلوب جهت ارزیابی رفتار لرزه ای سازه های مختلف تبدیل گشته است .از آنالیز پوش اور انتظار می رود که اطلاعات مناسبی از نیازهای لرزه ای که طی زمین لرزه سطح طراحی به سیستم ساز ه ای و اجزای آن اعمال می گردند ارائه نماید. از نکات حائز اهمیت در این آنالیز ، میزان دقت پیش بینی های انجام گرفته و شرایطی است که آنالیز مذکور می تواند تحت آنها به تخمین های بهتری از نیازهای لرزه ای اعمال شده به سازه منجر شود . رفتار شکل پذیر پیوندها تحت اثر زلزله باعث می گردد تا خرابی سازه بر روی این عضو متمرکز شود و سایر قسمتهای سازه ای از جمله تیرها و ستونها به هنگام وقوع زلزله ای شدید در محدوده الاستیک باقی بمانند. نتایج ضریب رفتار مدل های تحلیلی ، به تفکیک نوع مهاربند واگرا و میزان خروج از مرکزیت ، در جداول 1 تا 3 نشان داده شده است.
جدول - 1 ضریب رفتار قاب مهاربند واگرا نوع اول به تفکیک میزان خروج از مرکزیت ایجاد شده
جدول - 2 ضریب رفتار قاب مهاربند واگرا نوع دوم به تفکیک میزان خروج از مرکزیت ایجاد شده
جدول - 3 ضریب رفتار قاب مهاربند واگرا نوع سوم به تفکیک میزان خروج از مرکزیت ایجاد شده
