بخشی از مقاله
چکیده
برای مقابله با نیروهای جانبی در ساختمانهای فولادی، غالبا از قابهای مهاربندیشده استفاده میشود، و قابهای مهاربندیشده واگرا به دلیل سختی زیاد، شکلپذیری بسیار خوب و ظرفیت جذب انرژی بالا بسیار مناسب هستند. با این حال، در زلزلههای شدید، به دلیل تغییرشکلهای غیرالاستیک پی در پی، تیر پیوند ممکن است آسیب قابل ملاحظهای را متحمل شود؛ لذا لازم است تیر پیوند آسیب دیده تعمیر یا تعویض گردد، که عملی سخت و از لحاظ اقتصادی پرهزینه است.
در این مقاله، یک قاب مهاربندیشده واگرای چند طبقه جدید معرفی میشود که در آن به جای تیر پیوند، از ورق اتصال میانی استفاده میشود، که پس از هر تغییرشکل چشمگیری به آسانی قابل تعمیر یا تعویض است. رفتار قابهای یک دهانه دو طبقه با سیستم مهاربندی پیشنهادی با استفاده از یک تحلیل اجزای محدود غیرخطی استاتیکی بررسی شده است. منحنیهای نیرو-جابهجایی چرخهای و پوشآور برای قابها با برونمحوریها و فاصله آزاد انتهایی مختلف به دست آمد. نتایج نشان داد که استفاده از فاصله آزاد انتهایی خطی 8*tp نسبت به سایر فاصلههای آزاد انتهایی، بیشترین مقدار سختی جانبی اولیه و افزایش در نیروی برشی نهایی و همچنین ظرفیت اتلاف انرژی را موجب میشود.
-1 مقدمه
قاب مهاربندیشده واگرا یک سیستم مقابله با نیروهای جانبی است که عموما در سازههای فولادی به کار گرفته میشود. قابهای مهاربندیشده واگرا رفتاری مابین رفتار قابهای خمشی و قابهای مهاربندیشده همگرا دارند. به طور کلی، در قابهای مهاربندیشده واگرا، مهاربندها همواره الاستیک باقی میمانند، درحالی که تیر پیوند تفییرشکلهای غیرالاستیک را تحمل میکند، بنابراین الزامات طراحی بر روی تیرهای پیوند متمرکز شده است.
پس از این که در سال 1972 قاب مهاربندیشده واگرا توسط فوجیموتو و همکاران [1] معرفی شد، محققان بسیاری خصوصیات این سیستم را مورد مطالعه قرار دادند. پوپوف و همکاران [2, 3, 4] پس از انجام یک سلسله تحقیق، روندی را برای طراحی قابهای مهاربندیشده واگرا تعریف کردند، و پیشنهاد دادند که طول تیر پیوند به 1,6 Vp/Mp محدود شود تا تیر پیوند در برش تسلیم گردد. در سال 2011، دانشمند و هاشمی [5]، عملکرد تیرهای پیوند کوتاه و متوسط را در قابهای مهاربندیشده واگرا بررسی کردند.
تخمین آسیب وارد شده به سازه پس از یک زلزله شدید بسیار مشکل است، به خصوص هنگامی که علائم بیرونی از آسیب وجود ندارد، در نتیجه قابلیت تامین امنیت سازه در زلزلههای بعدی مشخص نیست. به علاوه، در روشهای طراحی کنونی [6]، تیر پیوند قسمتی از تیر طبقه است، در نتیجه تعمیر آن بسیار مشکل و پرهزینه است. به همین دلیل، منصور و همکاران [7] در سال 2011، دو نوع تیر پیوند قابل تعویض را پیشنهاد دادند که رفتار مناسبی را از خود نشان میدهند. کووی و همکاران [8]، در سال 2013 روندی را برای طراحی قابهای مهاربندیشده واگرا با تیر پیوند قابل تعویض پیشنهاد دادند.
در سال 2013 ، بسطامی و عبدی [9] سیستم جدیدی متشکل از قاب مهاربندیشده همگرا و قاب مهاربندیشده واگرا را به نام ECBF معرفی کردند - شکل . - 1 در این سیستم، یک برون محوری در ورق اتصال میانی وجود دارد و قاب به گونهای طراحی شده است تا اعضای قطری تحت بار چرخهای کمانش نکنند.
شکل :1 مدل شماتیک [9] ECBF
در این مقاله، مدلهای سه بعدی اجزای محدود از قابهای یک دهانه دو طبقه با سیستم مهاربندی واگرای پیشنهادی جدید و با تمرکز بر ورق میانی تحت تحلیل غیرخطی استاتیکی چرخهای بررسی شدند.
-2 بررسی اجمالی مدلها
قابهای یک دهانه دو طبقه با مهاربندی واگرای چند طبقه پیشنهادی در مقیاس واقعی با نرمافزار Abaqus/CAE نسخه [10] 6,14 مدل شدند. قابها با استفاده از المان Shell برای تمام اعضا مدل شدند، که برای مدلسازی نیمرخهای فولادی نازک مناسب است. رفتار فولاد به صورت یک ماده الاستو-پلاستیک کامل با سخت شوندگی ایزوتروپیک دو خطی شبیهسازی شد.
شرایط تکیهگاهی پای ستونها گیردار در نظر گرفته شد. برای در نظر گرفتن اثر وجود دال بر روی تیر طبقات، جابهجایی بال بالایی تیرها در راستای قائم محدود شد. برای جلوگیری از ناپایداری خارج از صفحه نمونهها، جابهجایی جانبی خارج از صفحه در بال بالایی تیرهای طبقه مهار شد. پس از انجام یک تحلیل حساسیت، ابعاد مش 25 میلیمتر برای ورق اتصال و 60 میلیمتر برای سایر اعضا استفاده شد. بارگذاری چرخهای قابها مطابق[11] FEMA 461 انجام شد که در - شکل - 2 نشان داده شده است. بار جانبی بر روی بال بالایی تیر طبقه دوم وارد شده است. در - شکل - 3 پیکربندی شماتیک مدلها نشان داده شده است.
شکل :2 پروتکل بارگذاری
شکل :3 پیکربندی شماتیک مدلها
نمونهها از یک قاب خمشی دو طبقه یک دهانه بدون مهاربندی جانبی و شش قاب دو طبقه یک دهانه با جزئیات اتصال میانی مختلف تشکیل شده اند. در این تحقیق برای مدلسازی نمونهها، ابعاد دهانه و ارتفاع ستون در مقیاس واقعی در نظر گرفته شد. برای تمام نمونهها ارتفاع محور به محور ستون 3 متر و طول محور به محور تیر 7 متر انتخاب شد، ولی طول مهاربند بر اساس فاصله برون محوری - e - و فاصله آزاد انتهایی تا ورق اتصال متغیر است. در تمام نمونهها برای ستونها از پروفیل IPB 400 ، برای تیر طبقه اول از 2UNP 400 به صورت پشت به پشت با فاصله 15 میلیمتر - شکل - 4، تیر طبقه دوم از پروفیل IPE 400، و مهاربندها از پروفیل IPE 160 استفاده شد.
