بخشی از مقاله
چکیده
اتصال سازه به شالوده در پایداری سازهها اهمیت زیادی دارد. اتصال سازههای فولادی به پی توسط کفستون انجام میگیرد و کفستونها نیز توسط پیچهای مهاری - anchor bolts - در بتن شالوده مهار میشوند. صفحههای زیرستون برای تحمل خمش طراحی میشود و در تقویت آنها از ورقهای سخت کننده - stiffeners - استفاده میشود. در این مقاله، سه مورد کفستون فولادی با مقاطع بالپهن - IPB - ، قوطی متشکل از زوج ناودانی - UNP - و لولهای - Pipe - با نرمافزار Abaqus 6.10-1 مدلسازی عددی شده است.
در مدلهای تحلیلی خردشدگی بتن ، ماده جوش و میلمهارها همراه با سیلان فولاد ، منظور گردیده است. بارهای اعمالی به ستونها، نیروی فشاری، با برونمحوریهای متفاوت - متغیر - در یک جهت در نظر گرفته شده است. کفستونها در دو شرایط با ورقهای سختکننده و بدون ورقهای سخت کننده مورد تحلیل قرار گرفتهاند.
در این مقاله، تأثیر وجود سختکنندهها در توزیع تنش در صفحه زیرستون ، افزایش صلبیت اتصال و نقش سایر اجزاء در اتصال نیروها به پی مورد مقایسه قرار گرفتهاند. تحلیلها نشان میدهد که با افزایش برونمحوری بار، تنش بیشتری به جوشهای کششی منتقل می شود. در ستونهای با مقطع لولهای، تعداد کم ورقهای سختکننده، باعث تمرکز تنش در ستون میشود.
1 مقدمه
مقالهای در سال 1989 توسط Andre Colson, Paul Penserini با نام "مقاومت حد نهایی اتصالات کفستونها" [1] به چاپ رسید.در این مقاله به محاسبه مقاومت نهائی کفستونها پرداختهشد. چندین مد شکست برای بلوک بتنی، میل مهارها، صفحهستون و خود ستون در نظر گرفته شدهاست. محاسبه مقاومت نهائی اتصال ، با کاربرد روش آنالیز محدود تشریح گردیده و آزمایشات بر اساس اتصال گیردار و مفصلی کفستون انجام شدهاست. البته در بخشی از مقاله مذکور اشاره به روش المان محدود گردیده ولی به دلیل هزینه بالای این روش برای مدل سهبعدی از آن صرف نظر شده است.
در مقالهای که در سال 1992 توسط R.E.Melchers با نام "رفتار کفستونها تحت لنگرهای اعمال شده" [3] منتشر شده است، نتیجه ده آزمایش روی اتصال مفصلی کفستونها ارائه شدهاست. در این آزمایشات، اتصال با دو عدد میل مهار و چهار عدد میل مهار بررسی شدهاست. نمونههای تحت بار کششی و لنگر معکوس قرار گرفتهاند. یک مدل ریاضی نسبتأ ساده به منظور تعیین سختی الاستیک Ke کفستونهای فولادی با دو یا چهار میلمهار در وسط صفحه ستون ارائه شدهاست.
در مقاله با نام "کاربرد روش مؤلفهای در کفستونها" [4] که بوسیلJasapart وVandegans در سال 1998 به چاپ رسید یک مدل تجربی به منظور تعیین پاسخ لنگر دورانی کفستونها ارائه شدهاست. آزمایشات تجربی روی کفستونها با دو و چهار میل مهار انجام شدهاست. بر اساس اطلاعات بدست آمده از این آزمایشها و اطلاعات موجود یک مدل ساده تحلیلی در تعیین مقاومت طراحی و نهایی مشخص گردیده و توسعه یافته است و در مقایسه با نتایج تجربی تأیید گردیده است.
در مقاله با نام " تاثیر جزئیات جوش بر شکلپذیری اتصالات کفستون فلزی " [5] که بوسیله Myers, Kanvinde, Deierlein, Fell در سال 2009 به چاپ رسید نتایج از 6 آزمایش بر روی مقاومت خمشی کفستونهای خمشی ارائه شدهاست. نمونههای آزمایش جزئیات جوش نفوذپذیری مفصلی کامل - cjp - و جوش با نفوذپذیری مفصلی نسبی - pjp - بین ستون و صفحهستون را در خود گنجانده است. دادههای آزمایش نشان میدهد که هر دو جزئیات جوش نسبت به شکستگی و حفظ حالت غیر الاستیک مفصل ستونشده انعطافپذیری دارند.
برخلاف انتظارات اولیه نمونههای شامل جوشهای pjp دارای شکلپذیری و جابجاییهایی بیش از جوش های cjp را نشان میدهد. محکم کردن جوشهای pjp و قادر ساختن آنها به حفظ تنشها و کرنشهای لازم جهت توسعه کامل تسلیم در بالهای ستون وظیفه تقویتکنندههای پشتبند می باشد. دادههای آزمایشی بیشتر از کفایت مقررات FEMA350 برای تعیین مقاومت مورد نیاز جوشها بر اساس ممان محتمل که با فاکتور خیلی حساس مواد و فاکتور سختشدگی فلزات در ارتباط است، پشتیبانی میکند.
اتصالات کفستونهای پیچشده در بسیاری موارد برای اتصال ستونهای فولادی به فونداسیون بتنی استفاده میشود. در مقاله با نام " تحلیل پارامتری بر روی سختی اولیه اتصالات کفستون های با مقطع توخالی مربعی [7] " - SHS - که بوسیله Khodaie, Mohamadi-shooreh, Mofid در سال 2012 به چاپ رسید مطالعات پارامتری روی اتصالات ستونهای توخالی با استفاده از مدل اجزا محدود شدهاست.
همچنین در این مدلسازی ویژگیهای مختلف اتصالات همچون رفتار مواد، جزئیات هندسی، تماسهای معمول پدیدهها و جابجاییهای بزرگ در نظر گرفته شدهاست. با استفاده از تحلیل رگرسیون، یک تابع برای سختی اولیه اتصال کفستون همانند سختی معادل اجزای کششی ایجاد شدهاست. مقایسه نتایج بدست آمده از سختی اولیه با آزمایشات تجربی توافق منطقی بینشان را نشان داد.
در مقالهای با نام " تحلیل اجزای محدود کفستونها با تقویت کنندههای مثلثی و ذوزنقهای " [9] که بوسیله شهابیان، کلاته آهنی در سال 1388 به چاپ رسید به مقایسه کف ستونهای با تقویتکنندههای مثلثی و ذوزنقهای پرداختهاست. برای انجام تحلیل غیرخطی و بررسی رفتار کفستون با تقویتکننده با توجه به تطابق خوب مدل اجزای محدود کفستونهای بدون تقویتکننده با نتایج آزمایشهای تامبیراتنام [2] ، به مدل اجزای محدود کفستونهای فوق، تقویتکننده اضافه شده و سپس تحلیل انجام میگیرد. در کلیه محاسبات ضخامت تقویت کننده برابر با 1 سانتیمتر در نظر گرفته شده است.
بدین ترتیب با استفاده از تقویتکنندههای ذوزنقهای که دارای 10 درصد مساحت بیشتر و به عبارت دیگر دارای 10 درصد فولاد مصرفی بیشتر نسبت به تقویت کنندههای مثلثی میباشد، تنها حدود 5 درصد به مقاومت نهایی این نوع کفستونها اضافه شدهاست که ناچیز است.
شکل - 1 - با توجه مطالب فوق میتوان نتیجه گرفت که در یک ضخامت یکسان برای تقویت کننده، استفاده از تقویتکنندههای مثلثی اقتصادیتر از تقویت کننده های ذوزنقه ای میباشد.
شکل - 1 - مقایسه میان مقاومت نهایی تقویتکننده مثلثی و ذوزنقه ای
درمقالهای با نام " بررسی رفتار و مقاومسازی صفحات کفستون تقویت شده تحت اثر بارهای محوری فشاری و کششی " [10] که بوسیله هادیانفرد، زارع و شجاعی قلاتی در سال 1387 به چاپ رسید، به بررسی کف ستونهای دارای تقویت کننده تحت اثر بارهای محوری پرداخته شدهاست. مبنای آییننامهای موجود در طراحی صفحات کفستون براساس جداول ارائه شده در آیین نامه مجارستان است.
در فرضیات آییننامهای معمولاً تنش فشاری در زیر صفحه به صورت گسترده یکنواخت در نظر گرفته میشود. در صورتی که نتایج آنالیزهای انجام شده نشان دهنده این موضوع میباشند که حداکثر تنش در محل ستون - وسط ورق کفستون - رخ میدهد و با اضافه کردن ورقهای سخت کننده این توزیع تنش به سمت یکنواخت میل میکند.
شکل - 2 - همچنین در روابط آیین نامه هیچگونه اثری از ضخامت، ابعاد و سختی صفحات سختکننده در عملکرد آنها دیده نشده است. در صورتی که تحلیل های انجام گرفته بر روی صفحات کفستون تحت بار کششی و فشاری نشان دهنده تأثیر شدید سخت کننده ها بر میزان تغییرشکل و تنشهای ایجاد شده در داخل ورق کفستون میباشند.
