بخشی از مقاله
چکیده
در سیستم مهاربندی واگرا به دلیل وجود تیر پیوند، جذب انرژی وارد شده به سازه بیشتر از طریق این تیر صورت میگیرد. به این ترتیب، تنشهای این ناحیه از تیر وارد محدوده غیر ارتجاعی شده و سبب اتلاف انرژی ناشی از زمین لرزه میشود. مطالعات گذشته نشان میدهند که، مشخصات هندسی تیر پیوند تاثیرات قابل توجهی در رفتار لرزهای سازهها دارند. از اینرو اگر مشخصات هندسی تیر پیوند بصورت مناسب و بهینه انتخاب گردد، میتوان با جذب بیشتر انرژی در خود از افزایش تلاشهای داخلی سایر اعضای سازه جلوگیری نموده و عملا نیاز لرزهای سایر المانها را کاهش دهد. لذا در این تحقیق برای بررسی تاثیر تغییرات طول تیر پیوند و مشخصات هندسی مقطع تلاش داخلی سایر اعضای قابهای واگرا، قابهای مهاربندی واگرا با طولها و مشخصات متفاوتی از تیر پیوند در نرمافزار آباکوس مدلسازی استفاده شده است. با در نظر گرفتن دو مقطع و دو طول متفاوت برای قابهای 3، 5 و 7 طبقه مشاهده میگردد که با افزایش مقطع میزان تنش نرمال افزایش یافته و با افزایش طول مقطع تغییراتی در مقدار تنش نرمال ستون مشاهده نمیگردد. نتایج نشان دهندهی این است که افزایش مشخصات هندسی تاثیر در مقدار تنش ماکزیمم تیر پیوند ندارد.
-1 مقدمه
سیستم مهاربندی برون محور دو ویژگی "سختی مناسب جانبی" و " جذ انرژی بالا " را با یکدیگر ترکیب کرده و بکار میگیرد. در این سیستم، برون محوری اتصال مهاربندی سبب پدیدآمدن لنگرهای خمشی و نیروهای برشی بزرگی در ناحیه تیر نزدیک به مهار، میشود. به این ترتیب، تنشهای این ناحیه از تیر وارد محدوده غیر ارتجاعی شده و سبب اتلاف انرژی ناشی از زمین لرزه میشود. این ناحیه از تیر " پیوند " نا دارد.[1] این قابها تحت زلزلههای خفیف و متوسط، سختی زیاد و در برابر زلزلههای شدید، شکلپذیری مناسبی از خود بروز میدهند.[1] تیر پیوند ضعیفترین قسمت قاب بوده و بخش عمده استهلاک انرژی ناشی از زلزله، در این ناحیه صورت میپذیرد. مطالعات گذشته نشان میدهند که، طول تیر پیوند تاثیرات قابل توجهی در رفتار لرزهای سازهها دارند. بطوری که با تغییر در طول تیر پیوند نتایج مطالعات نیز تغییر نموده است. لذا انتخاب طول مناسبی از تیر پیوند میتواند در بهبود رفتار لرزهای قابهای مهاربندی واگرا و تامین شکلپذیری کافی مناسب باشد. با توجه به اینکه آییننامههای طراحی نیز برای مقطع تیر پیوند، ضوابطی ارائه نمودهاند، لذا انتخاب جزئیات مناسب برای مقطع تیر پیوند بسیار مهم میباشد.[2] انتخاب مشخصات مناسب برای مقطع تیر پیوند بهگونهای که بتواند مقاومت و سختی مورد نیاز مقطع را تامین نماید و همچنین انتخاب طول مناسب برای تیر پیوند به گونهای که بتواند شکل پذیری قاب را تامین نماید؛
از اهمیت زیاد در قابهای مهاربندی واگرا برخوردار میباشد. لذا در این تحقیق برای بررسی تاثیر تغییرات طول تیر پیوند و مشخصات هندسی مقطع در سختی و شکلپذیری قابهای واگرا، قابهای مهاربندی واگرا با طولها و مشخصات متفاوتی از تیر پیوند در نرمافزار آباکوس مدلسازی خواهند شد. بطوری که در هر کدام از حالات مورد نظر، طول تیر پیوند و مشخصات هندسی مقطع تغییر خواهد یافت. تغییر در طول تیر پیوند نیز بر اساس ضوابط آییننامه خواهد بود. در نهایت بعد از اتمام تحلیلهای دینامیکی، با بررسی سختی و شکلپذیری قابهای واگرا، تاثیرات تغییر در مشخصات هندسی و طول تیر پیوند در سختی و شکلپذیری قابهای مهاربندی واگرا ارزیابی خواهد شد. [3]
-2 مروری بر مطالعات گذشته
RICHARDS و همکاران - 2004 - و همکاران طی مقاله ای، به بررسی تحلیلی یک قا ب 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 قا ب 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 است.[4]
BERMAN و همکاران - 2007 - طی مقاله ای به این موضوع پرداخته اند که، بیش از دو دهه است که قابهای مهاربندی شده با مهاربند واگرا به عنوان سیستم مقاوم در برابر بار های لرزه ای در ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد . به طور معمول ، تیر پیوند جهت مستهلک کردن انرژی ، از طریق تغییر شکل های کششی مقطع عرضی بار عمل می کند . مهاربند واگرا شرایط جلوگیری از کمان جانبی چرخ در پل ها و برج ها را به سختی فراهم می کند .این مقاله اولین بار است که بررسی تحلیلی را برای استفاده از اعضای با مقطع مستطیل تو خالی - به عنوان مثال ، لوله - به عنوان تیر پیوند قاب مهاربندی واگرا بیان می نماید .با استفاده از تجزیه و تحلیل به صورت مقطع پلاستیک ، برش پلاستیک و مقاومت برای یک المان مقطع به طور کلی با جان مختلف - از لحاظ سخت کننده - مطرح شده است.[5] نکته قابل توجه در مهاربندهای واگرا، طول تیر پیوند میباشد .به طوری که هرچه طول نسبی تیر پیوند کوتاهتر باشد، اثر نیروی برشی نسبت به لنگر خمشی بیشتر شدهو اصطلاحاً بیان میگردد که رفتار قاب، برشی است . با افزایش طول تیر پیوند نسبت به عمق آن، اثر لنگر خمشی بیشتر شده ورفتار قاب، خمشی نامیده میشود.[6] در بررسیهای گذشته Popov و [7] - 1984 - Malley نشان دادند که که بال جوش شده-جان بولت شده، عملکرد ضعیفی در اتصالات تیر پیوند به ستون دارد .لذا استفاده از جان جوش شده-بال جوش شده برای این اتصالات پیشنهاد گردید. Tsai و همکاران [8] - 2000 - در یک تحقیق آزمایشگاهی، از مقطع قوطی شکل با مقیاس بزرگ به عنوان ستون برای این اتصال استفاده و مشاهده کردند که اتصال پس از رسیدن به نیمی از ظرفیت دورانی مقرر شده در [9]AISC2005دچار شکست شد.
-3 مواد و روش ها
برای بررسی رفتار لرزهای قاب مهاربندی واگرا و بررسی تاثیر طول تیر پیوند در مقدار سختی و شکلپذیری سازههای فولادی با مهاربندی واگرا، ابتدا سازههای 3، 5 و 7 طبقه فولادی در نرمافزار Sap2000 مدلسازی شدند. بعد از بارگذاری سازه، سازهها در نرمافزار طراحی شدند تا مقاطع المانها تیر، ستون، مهاربند و تیر پیوند مشخص گردد. ارفتاع طبقه 3 متر و عرض دهانهها 5 متر در نظر گرفته شده است. پلان سازهها و قابهای مهاربندی سازهها در اشکال1 و 2 آورده شده است.
شکل:1 پلان سازهها شکل:2 قاب مهاربندی مدل 3 طبقه
در نرم افزارهای اجزا محدودی معرفی دقیق مشخصات مصالح تأثیر مستقیمی بر نتایج حاصله دارد لذا در تعیین این قسمت بایستی با درنظرگیری فرضیات موردنظر بهترین خصوصیات مصالح را با استفاده از منابع معتبر و یا انجام آزمایش - در صورت امکان - بدست آورد. در این تحقیق برای قاب از فولاد با تنش تسلیم 245 مگاپاسکال و تنش نهایی 375 مگاپاسکال استفاده شده است. مدول الاستیسیته نیز برابر با 210000 مگاپاسکال، چگالی برابر با 7850 کیلوگرم بر مترمکعب و ضریب پواسن نیز 0.3 درنظر گرفته شده است.
در این تحقیق منحنی تنش کرنش نشان داده شده درنمودار 1 برای فولاد مصرفی به نرم افزار معرفی شده است:
نمودار :1 نمودار تنش کرنش فولاد با تنش تسلیم 235 مگاپاسکال
در تحلیل مدلها از روش تحلیل دینامیکی اکسپلیسیت غیر خطی با تایم اینکرمنت یا نرخ زمانی 3.7 ثانیه استفاده شده است. جهت بارگذاری مدل، از تغییر مکان جانبی با دامنه افزاینده چرخه ای بهره برده شده است. تغییر مکان جانبی ماکزیمم 12 سانتیمتر در قاب یک طبقه با دامنه چرخه ای %10 به قرار شکل 9-3 مورد استفاده قرار گرفته است. در این تحقیق ابعاد مش بندی قاب خمشی برابر با 50 سانتی متر درنظر گرفته شد. نتایج نشان داد که این مقادیر اندازه های مش بندی قابل قبول بوده و نتایج صحیحی را ارائه می نمایند. بار مرده طبقات مشابه و برابر 500 kgf/ و بار زنده
طبقات 200 kgf/ فرض میشود.
-4 بررسی نتایج
در این تحقیق، برای اینکه تغییر مشخصات مقطع تیر پیوند و همچنین تغییر طول تیر پیوند در پاسخهای لرزهای سازه-های فولادی با قاب واگرا، طول تیر پیوند در دو اندازه 1/5 و 2 متر مورد بررسی قرار گرفته است.
4؛-1 بررسی انرژی کرنشی قابها
در قاب مهاربندی واگرا، مقدار انرژی ذخیره شده در سازه، بستگی به عملکرد تیر پیوند دارد. از طرفی مقدار انرژی جذب شده در تیر پیوند نیز بستگی به مشخصات هندسی تیر پیوند و طول آن دارد. لذا تغییر در طول و مشخصات مقاطع تیر پیوند
