بخشی از مقاله
چکیده
در سال 1994 زلزله کوتاه مدتی، نورثریچ را لرزاند. پس از بررسی ها مشخص گردید سازه ها برای تحمل زلزله در جهت افقی به درستی طراحی شده بودند و شکست در اتصال تیر به ستون به علت در نظر نگرفتن مولفه قائم در طراحی سازه ها بوده است. این اتصالات در برابر زلزله شکل پذیری بسیار کمی داشته و باعث شکست در ناحیه می شود. پس از زلزله نورثریچ بازبینی کلی در آیین نامه های طراحی لرزه ای انجام شد و یکی از این چاره اندیشی ها استفاده از تیر با مقطع کاهش یافته - RBS - بود. در این نوع اتصال در فاصله ای از محل اتصال تیر به ستون، بال تیر بریده می شود تا مفصل پلاستیک بجای تشکیل در محل اتصال قاب، در قسمت کاهش یافته بال تیر به وجود آید تا با جذب انرژی زلزله مانع از شکست اتصال در قاب گردد. در این مقاله رفتار غیر خطی قاب خمشی با اتصال RBS با در نظر گرفتن مولفه قائم مورد بررسی قرار می گیرد. طراحی اولیه ساختمان در نرم افزار ETABS انجام شده و در ادامه از 7 شتاب نگاشت برای تحلیل دقیق استفاده می کنیم. در نهایت با طراحی قابی دو بعدی در نرم افزار اجزا محدود ABAQUS رفتار این قاب را مورد مطالعه قرار می دهیم. نتایج حاصله از این تحقیق، عملکرد بسیار خوب قاب را حتی زمانی که برای مولفه قائم طراحی نشده است را، نشان می دهد.
.1 مقدمه
بیش از یک قرن است که قاب های خمشی به عنوان یک سیستم سازه ای مورد استفاده قرار می گیرد. در ابتدا تصور می شد که این سیستم می تواند بدون گسیختگی نیروی زلزله ای که برای آن طراحی شده، تحمل کند اما پس از زلزله 1994 نوثریچ معلوم شد که اتصال تیر به ستون تحت تاثیر تنش های سه محوره بالایی قرار می گیرد و از همان ناحیه خرابی اتفاق می افتد. پس از زلزله نوثریچ برای حل این مشکل مطالعاتی صورت گرفت و تحقیقات سازمان یافته ای تحت نظارت FEMA انجام شد که از جمله آنها استفاده از تیر با مقطع کاهش یافته - RBS - بود[1] تا مفصل پلاستیک بجای ناحیه اتصال تیر به ستون در فاصله ای از آن به وقوع بپیوندد و لذا بحرانی ترین ناحیه قاب خمشی که محل اتصال تیر به ستون است از تنش های سه محوره بسیار بالا دور باشد. علت اصلی گسیختگی قاب های خمشی را باید در اتصالات آن و همچنین در نظر نگرفتن مولفه قائم زلزله جستجو کرد. این اتصالات در برابر زلزله شکل پذیری بسیار کمی داشته و باعث شکست در اتصال قاب و عدم انتقال نیرو به پی و در نتیجه تخریب سازه می شود. در تحقیقاتی که بعد از زلزله نوثریچ انجام شد محققان به این نتیجه رسیدند که مولفه قائم زلزله، نیروی محوری ستون ها را افزایش می دهد، بنابراین باید مولفه قائم زلزله در طراحی ساختمان ها در نظر گرفته شود. در این تحقیقات مشخص شد که نیروی جانبی زلزله ای که به این ساختمان ها وارد شده، کمتر از نیروی جانبی بود که برای آن طراحی شده بودند، بنابراین علت خرابی این ساختمان ها اثر مولفه قائم زلزله بوده است. مولفه قائم زلزله باعث نوسان دال های بتنی در جهت قائم و ایجاد نیروی محوری زیاد در ستون ها و در نهایت موجب خرابی آنها شده بود.
یکی از روش های متداول و مورد تأیید جهت مقاوم سازی اتصالات صلب فولادی، تبدیل اتصال موجود یه اتصال دارای تیر با مقطع کاهش یافته می باشد. این نوع تغییر در اتصال منجر به بوجود آمدن تغییر شکل غیرالاستیک در قسمتی از تیر به دور از محل اتصال آن به ستون می شود. در این روش به منظور کاهش سطح مقطع تیر قسمتی از بال فوقانی و تحتانی در نزدیکی محل اتصال تیر به ستون برداشته می شود. مطالعات انجام شده روی این نوع اتصال بیانگر این مطلب است که این اتصال از خصوصیات بسیار مناسبی نظیر شکل پذیری زیاد، مقاومت مناسب، هزینه به مراتب کمتر از سایر اتصالات خمشی، زمان اجرای بسیار کم و ... برخوردار است. در این روش با بریدن قسمتی از بال های تیر به شکل شعاعی، مفصل پلاستیک از بر ستون به این ناحیه که در داخل تیر می باشد، منتقل می شود. در نتیجه اتصال تیر در بر ستون که اسیر مشکلات پای کار است، دیگر تهدید نمی شود. ناحیه کاهش یافته با عملکرد پلاستیک خود، انرژی به مراتب بیشتری از اتصال بر ستون جذب کرده و یک مفصل کنترل کننده با شکل پذیری فوق العاده ای به وجود می آورد.[2]
موضوعی که در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد تفاوت میان ویرایش 3 و ویرایش 4 آیین نامه 2800 است بطوریکه در ویرایش 4 طبق بند 3,3,9 الف باید نیروی قائم ناشی از زلزله در سازه ساختمان هایی که در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده اند، لحاظ شود که این بند در ویرایش 3 آیین نامه 2800 وجود ندارد. در این تحقیق یک قاب یک دهانه و یک طبقه را بصورت 2 بعدی با نرم افزار اجزا محدود آباکوس مدل و مورد تحلیل قرار می دهیم - تیر در این قاب بصورت تیری با مقطع کاهش یافته در بال است - . سازه ای با قاب خمشی ویژه با تیر RBS تحت اثر مولفه افقی زلزله - مطابق با ویرایش 3 آیین نامه - 2800 طراحی و سپس بر اساس مفاد ویرایش 4 آیین نامه 2800 تحت اثر زلزله - مولفه قائم و افقی - واقع می شود. رفتار سازه تحت اثر همزمان مولفه های افقی و قائم زلزله و مقایسه آن با رفتار سازه تحت اثر مولفه افقی زلزله به تنهایی تحت بررسی و مطالعه قرار می گیرد.[4] [3]
.2 صحت سنجی مدل سازی
برای صحت سنجی از مدل آزمایشگاهی Kulkarni [5] و همکاران که به منظور مقایسه اتصال تیر با سطح مقطع کاهش یافته و بدون سطح مقطع کاهش یافته، استفاده شده است. در نمونه آزمایشگاهی مورد نظر تیر و ستون از نوع IPE بوده و مشخصات آن در جدول 1 نشان داده شده است. در شکل 1 تصاویری از مشخصات و پیکربندی نمونه آزمایشگاهی نمایش داده و در شکل 2 تصویری از تحلیل مدل در نرم افزار آباکوس ارائه شده است. اتصال نمونه آزمایشگاهی تیر با سطح مقطع کاهش یافته در نرم افزار اجزای محدود آباکوس مدلسازی شده و نتایج آن با نتایج آزمایشگاهی مورد مقایسه قرار گرفته است - شکل. - 3 همان طور که مشاهده می شود نتایج آزمایشگاهی و عددی دارای مطابقت قابل قبولی میباشد.
