بخشی از مقاله
چکیده
اتصال تیرهای پیوند به ستون در قابهای فولادی واگرا با مهاربندهای تک قطری، بایستی لنگر خمشی و نیروهای برشی بسیار بالایی را تحمل کند تا تیر پیوند بتواند به دوران مورد نیاز دست یابد. تحقیقات گذشته نشان داده است که این سیستم، بدلیل پتانسیل بالای گسیختگی در اتصال بال تیرپیوند به ستون آسیب پذیر بوده و قابل کاربرد در مناطق با لرزه خیزی شدید نمی باشد. استفاده از تیر با مقطع کاهش یافته که در قابهای خمشی توانسته مفصل پلاستیک را از انتهای تیر، به ناحیه با مقطع کاهش یافته انتقال دهد، اخیرا در تیرهای پیوند خمشی پیشنهاد شده و رفتار آنها بصورت آزمایشگاهی و عددی مورد بررسی قرار گرفته است. ولی تاثیر مقاومت چشمه اتصال در رفتار اتصال تیرهای پیوند خمشی با مقطع کاهش یافته به ستون تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. در این مقاله این موضوع بصورت عددی مورد بررسی قرار گرفته و برای این منظور گستره ای از اتصالات تیر پیوند خمشی با مقطع کاهش یافته به ستون، بطوریکه در آنها مقاومت چشمه اتصال به صورت ضعیف، بالانس و قوی می باشد طراحی و با استفاده از نرم افزارهای المان محدود، تحلیل غیرخطی چرخه ای بر روی آنها انجام گرفته است. نتایج تحلیل ها نشان می دهد که تیرهای پیوند خمشی با مقطع کاهش یافته در اتصالات با چشمه اتصال ضعیف عملکرد مناسبی نداشته و بنابراین بایستی در این نوع اتصالات، مقاومت چشمه اتصال از نوع قوی و یا بالانس انتخاب گردد.
مقدمه
سیستم قابهای فولادی واگرا، هم مشخصه اتلاف انرژی مناسب قابهای خمشی و هم سختی مناسب قابهای مهارشده همگرا را همزمان دارا میباشند که از نظر اقتصادی بسیار مطلوب میباشد. در این نوع سیستم مقاوم سازه ای، المان کلیدی برای مقابله با نیروی جانبی، تیرپیوند میباشد که بایستی تحت بارگذاری های شدید زلزله، رفتار پایدار و شکلپذیری داشته باشد. تیرپیوند میتواند متصل به ستون و یا در وسط دو مهاربند قرار گیرد. انواع مختلف سیستم قاب فولادی واگرا در شکل 1 نشان داده شده است. در نوعی از این سیستم که تیرپیوند متصل به ستون می باشد - نوع D و V در شکل - 1 رفتار اتصال تیرپیوند به ستون بسیار مهم میباشد. تحقیقات آزمایشگاهی متعددی که توسط پژوهشگران - Popov and Engelhardt, 1992 - در گذشته انجام گرفته است نشان داده است که جزئیات اتصالاتی که در قابهای خمشی عملکرد مناسبی داشته و حتی به عنوان اتصالات از پیشتایید شده مورد قبول واقع شدهاند صرفنظر از اینکه تیرپیوند دارای چه طولی باشد، در قابهای فولادی واگرا عملکرد مناسبی ندارند. بنابراین محقیقین به دنبال یافتن جزئیات اتصال مناسب تیرپیوند به ستون می باشند و هنوز به عنوان چالشی در مهندسی سازه محسوب می شود. در سال 2006 و Okazaki et al. 2009 اتصالات تیر پیوند به ستون را با جزئیات مختلف مورد آزمایش قرار دادند و مشاهده کردند که عمده نمونه های اتصال به دوران مورد نیاز آیین نامه نمی رسند و قبل از رسیدن
به دوران مورد نیاز دچار گسیختگی می گردند که این گسیختگی بیشتر از بال تیر پیوند در نقطه اتصال به ستون می باشد. استفاده از تیرهای با مقطع کاهش یافته - RBS - در قابهای خمشی از چند دهه پیش مرسوم بوده و به عنوان اتصال از پیش تایید شده تلقی شده است. استفاده از مفهوم تیر با مقطع کاهش یافته - RBS - در تیر پیوند، در سال 2009 توسط Okazaki و همکاران پیشنهاد شد - Okazaki et al, 2009 - و به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفت. ایشان در این تحقیق نشان دادند که با استفاده از تیرپیوند با مقطع کاهش یافته، می توان مقادیر بالای کرنشهای پلاستیک را در انتهای تیرپیوند در نقطه اتصال به ستون کاهش داد و به ناحیه ی با مقطع کاهش یافته انتقال داد. در ادامه، این روش در تیرهای پیوند بلند با رفتار خمشی به کار برده شد و به صورت آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت - ناصری فر و دانش، - 1394 و نتایج نشان داده است که با این روش، اتصال تیرپیوند خمشی به ستون میتواند دوران بیشتر از 3 درصد - دوران غیرارتجاعی 2 درصد - را تحت بارهای چرخه ای تحمل نماید و با توجه به اینکه آیین نامه AISC 2010a مقدار دوران غیرارتجاعی را برابر 2 درصد الزام می دارد که لازم است تیرهای پیوند خمشی تحمل نمایند بنابراین این آزمایشها نشان داد که با این روش میتوان به عملکرد مورد نیاز آیین نامه دست یافت.
علیرغم اینکه مطالعات پیشین نگارنده این مقاله - Naserifar and Danesh, 2016 - نشان داد که استفاده از مقطع کاهش یافته در تیرپیوند خمشی عملکرد اتصال را بهبود می بخشد لیکن اثر مقاومت چشمه اتصال بر روی رفتار اتصال مورد بررسی قرار نگرفت. تغییرشکل چشمه اتصال میتواند بر روی دوران تیرهای پیوندی که به ستون متصل هستند تاثیر بگذارد. مانند اتصالات خمشی، انتظار میرود چشمه اتصال در عملکرد اتصالات تیرپیوند به ستون تاثیر داشته باشد. اگرچه تغییرشکل چشمه اتصال میتواند در دوران تیرپیوند مشارکت داشته باشد ولی تغییرشکلهای بیش از حد چشمه اتصال میتواند باعث تغییرشکلهای موضعی بالایی در نزدیکی جوشهای بال تیرپیوند شده و باعث گسیختگی نابهنگام جوشها گردد. هم اکنون نتایج تحقیقات محدودی برای طراحی چشمه اتصال ستون در اتصالات تیرهای پیوند به ستون قابهای EBF موجود است. تفسیر آیین نامه AISC 2010a پیشنهاد می کند که چشمه اتصال در این نوع قابها همانند قابهای خمشی به گونهای در نظر گرفته شود که مقاومت خمشی مورد نیاز در انتهای تیرپیوند در نزدیکی ستون بر اساس نیروهایی محاسبه گردد که در تیرپیوند با سخت شوندگی کرنشی کامل بوجود می آِید. Krawinkler در سال 1978 و Popov در سال 1987 پیشنهاد کردند که تسلیم برشی چشمه اتصال ستون، مکانیزم اتلاف انرژی موثری در قابهای خمشی میباشد در حالی که همچنین بایستی هوشیار بود که تغییرشکلهای بیش از حد چشمه اتصال میتواند باعث تاب خوردگی بالهای ستون شده و در نتیجه کرنشهای زیادی در محدوده جوشهای بال تیر ایجاد کنند. کرنشهای بالای بوجود آمده توسط این تاب خوردگیها میتواند منجر به گسیختگیهای نابهنگام جوشهای بال تیر شده و یا در بعضی از موارد، منجر به گسیختگی بالهای ستون گردد. با این وجود، درک مزایای تسلیم چشمه اتصال منجر به کاهش الزامات مقاومتی چشمه اتصال در آییننامههای قبل از زلزله نورثریج شده بود بطوریکه اجازه تغییرشکلهای غیرارتجاعی قابل توجهی را در چشمه اتصال می داد تا اینکه بتواند با کاهش نیاز به ورقهای مضاعف جان ستون، صرفه جویی در هزینه ها را به وجود بیاورد . - Roeder and Foutch, 1996 -
