بخشی از مقاله
چکیده
در سیستم قاب فولادی مهاربندی شده زانویی بدون المان قطری، انتهای تیرها توسط اتصالات مفصلی - ساده - به ستونها متصل شده و تیر و ستون توسط یک المان زانویی کوتاه با اتصال مفصلی به همدیگر متصل میشوند.
در این سیستم سازهای، درواقع یک اتصال صلب ناحیهای به جای یک اتصال صلب متمرکز موجود در سیستم قاب خمشی ایجاد میشود که می توان با پیکربندی و جزئیاتبندی مناسب المانهای این سیستم در ضمن حفظ ویژگیهای مطلوب معماری، بر مشکلات موجود در سیستم قاب خمشی از جمله؛ تغییر مکان جانبی زیاد ناشی از پایین بودن سختی جانبی و اجرای اتصالات گیردار با جزئیات دست و پاگیر که نیازمند به تکنولوژی ساخت، اجرا و بازرسی بالا میباشد، تا حدودی فایق آمد.
در این مقاله به بررسی اجزای محدود اتصال پیوند زانویی و مقایسه آن با اتصال گیردار خمشی در قاب خمشی به لحاظ توزیع تنش، معیار تسلیم و ظرفیت جذب و استهلاک انرژی طی بارگذاری جانبی افزایشی یک طرفه و چرخهای در نرمافزار ABAQUS پرداخته شده است. نتایج حاکی از برتری نسبی اتصال پیوند زانویی نسبت به اتصال گیردار با جوش نفوذی در قاب خمشی میباشد.
.1 مقدمه
فلسفه حاکم بر طراحی سازهها در مناطق لرزهخیز که معیار تدوین آییننامههای طراحی امروزی نیز میباشد به گونهایست که سازههای طراحی شده بر اساس این ضوابط، دو معیار زیر را برآورده کنند :
- 1 دارای سختی جانبی کافی برای کنترل تغییر مکانهای جانبی به منظور جلوگیری از هرگونه آسیب سازهای و غیر سازهای در طول زلزلههای خفیف و متوسط که در طول عمر بهرهبرداری سازه به کرات اتفاق می-افتند، باشند.
2 - تحت زلزلههای شدید سازه دارای مقاومت و شکلپذیری کافی برای جلوگیری از فروریزش باشد، اما آسیب-های سازهای و غیرسازهای محدود و در حد قابل قبول باشد.
سیستمهای سازهای قاب فولادی مانند قابهای خمشی - - MRF ،قابهای مهاربندی همگرا - - CBF و قابهای مهاربندی واگرا - - EBF در مناطق زلزلهخیز به وفور مورد استفاده قرار میگیرند. هرکدام از این سیستمها دارای مزیتها و معایب خاص خودشان هستند.
به عنوان مثال قابهای خمشی رفتار چرخهای هیسترزیس پایداری از خود نشان داده و محدودیت معماری نیز بوجود نمیآورند. اما عملکرد این قابها به شدت به کیفیت مصالح و تکنولوژی اجرا بویژه در محل اتصال تیر به ستون وابسته است
قابهای مهاربندی همگرا سختی جانبی بالایی دارند اما عملکردشان وابسته به رفتار پسکمانشی مهاربندها می-باشد. مهاربندها ممکن است کاهش قابل ملاحظهای در مقاومت بعد از کمانش از خود نشان دهند که منجر به رفتار چرخهای نامتقارن در کشش و فشار میشود
عملکرد قابهای مهاربندی واگرا نیز وابسته به تسلیم و جاری شدن لینک شکلپذیر میباشد که هرچند باعث بوجود آمدن پاسخ هیسترزیس پایدار میشود، باعث ایجاد تغییرشکلهای بزرگ در تیر طبقه میشود که چندان مطلوب نیست .[4] در این مقاله سیستم سازهای که ویژگیهای کلیدی قابهای مهاربندی و قاب خمشی را باهم ترکیب میکند ارائه میشود.
این سیستم که قاب مهاربندی زانویی بدون المان قطری نامیده میشود، انتهای تیرها توسط اتصالات مفصلی - ساده - به ستونها متصل شده و تیر و ستون توسط یک المان زانویی کوتاه با اتصال مفصلی به همدیگر متصل میشوند.
در این سیستم سازهای، درواقع یک اتصال صلب ناحیهای به جای یک اتصال صلب متمرکز موجود در سیستم قاب خمشی ایجاد میشود که می توان با پیکربندی و جزئیاتبندی مناسب المانهای این سیستم در ضمن حفظ ویژگیهای مطلوب معماری، بر مشکلات موجود در سیستم قاب خمشی از جمله؛ تغییر مکان جانبی زیاد ناشی از پایین بودن سختی جانبی و اجرای اتصالات گیردار با جزئیات دست و پاگیر که نیازمند به تکنولوژی ساخت، اجرا و بازرسی بالا میباشد، تا حدودی فایق آمد.
در طراحی این سیستم که بر مبنای مفهوم طراحی ظرفیتی استوار میباشد [5]، سعی بر این است که رفتار غیر خطی برای جذب و استهلاک انرژی در المانهای زانویی با تسلیم کششی و تسلیم یا کمانش فشاری این المانها و متعاقباٌ تشکیل مفاصل پلاستیک خمشی در محل اتصال المان زانویی به تیر و در خارج از ناحیه اتصال محدود گشته و ستونهای قاب در حالت الاستیک باقی بمانند. مکانیزم مورد انتظار شکلپذیر برای این سیستم در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل :1 مکانیزم تسلیم مورد انتظار برای قاب مهاربندی زانویی بدون المان قطری
با استفاده از تکنیک پیوند زانویی در این سیستم، میتوان بعد از وقوع زلزلههای متوسط با هزینهی پایین المان زانویی را تعمیر و یا تعویض کرد در حالیکه آسیبی به اعضای دیگر سازه وارد نشود. همچنین از تکنیک پیوند زانویی میتوان برای مقاومسازی و بهسازی سازههای موجود و یا آسیب دیده ناشی از زلزله استفاده کرد.
در این مقاله به منظور مقایسه دو نوع اتصال گیردار با جوش کامل نفوذی بال و جان در قاب خمشی و اتصال ساده با پیوند زانویی در قاب مهاربندی زانویی بدون المان قطری، همچنین مشخص کردن محلهای مستعد توسعه-ی پلاستیسیته در قاب مهاربندی زانویی، ابتدا یک قاب خمشی یک طبقه و یک دهانه مطابق ضوابط آییننامه AISC-10 در رده شکلپذیری ویژه طراحی شده و در مرحلهی بعدی اتصال تیر به ستون را از نوع مفصل در نظر گرفته و قاب را با اتصال پیوند زانویی طراحی میکنیم.
مقاطع بدست آمده برای تیر و ستون یکسان بوده و مقطع المان زانویی از قوطی BOX90X5 میباشند و نسبت به عدد 0/18 و مقدار زاویه ، 45 درجه انتخاب شده است.
.2 مصالح مصرفی
مصالح بکار رفته از جنس فولاد با وزن مخصوص 7850 کیلوگرم بر متر مکعب، مدول الاستیسیته 200000 نیوتن بر میلیمتر مربع و ضریب پواسون 0/3 بوده که منحنی تنش-کرنش آن در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل:2 نمودار تنش-کرنش فولاد نرمه ساختمانی ST37
جهت بررسی سطوح تسلیم شدگی المانها از معیار تسلیم فون میزز1 که برای فولاد نرمه مناسب میباشد استفاده شده است
معیار تسلیم فون میزز به شکل زیر بیان میشود که در آن: 1 و 2 و 3 تنش های اصلی هستند و σ تنش مصالح نامیده می شود. تا زمانیکه مقدار تنش مصالح از مقدار تنش تسلیم مصالح σ کمتر باشد تسلیم رخ نمی دهد. ولی هر گاه σ به σ رسید، تسلیم رخ می دهد.
