بخشی از مقاله
خلاصه
در این پژوهش، تحلیل ارتعاش آزاد یک قاب فولادی فضاکار انجام میگیرد. همچنین، اثر نرمی پیوندهای تکیه گاهی وارد شده است. باید افزود، الگوسازی سازه موردنظر در نرم افزار SeismoStruct صورت می گیرد. جزئیات شکل مودها به همراه فرکانس طبیعی مربوطه برای حالت های مختلف نرمی تکیه گاهی گزارش می شود. اعضای این سازه شامل ستون های منشوری و عضوهای خرپایی سازه فضاکار می باشد.
خاطر نشان می-کند، ستون ها با جزء تیر-ستون غیرخطی و عضوهای خرپایی به وسیله جزء خرپا الگوسازی می شوند. جرم سازه شامل وزن اعضا و وزن جزثقیل که در سازه فضاکار به صورت گسترده در نظر گرفته شده است، میباشد. باید دانست، این جرم ها در دو راستای افقی و قائم تعریف می گردند. در نهایت، اثر نرمی های مختلف تکیه گاه های ستون ها بر روی شکل مودها و فرکانس سازه بررسی می گردد.
1. مقدمه
سیستم قاب فولادی فضاکار در تحمل بارهای مختلف زنده، برف، باد، زلزله و بارهای جرثقیل در ساختمانهای صنعتی، نقش اصلی را ایفا می-کند. سیستم قاب فولادی معمولاً از اتصالات صلب و یا نیمهصلب تشکیل میشوند. اعضای این گونه سازهها همزمان تحت اثر نیروی محوری، نیروی برشی و لنگر خمشی قرار دارند. تحلیل ارتعاش آزاد قابهای فضاکار به منظور دستیابی به فرکانسهای طبیعی سازه و شکل مودهای آن به کار گرفته میشود.
در میان پژوهشها میتوان به تعیین پاسخهای لرزهای سقفهای پوستهای توسط کونیدا در سال 1997 اشاره کرد. در این پژوهش، تحریکهای افقی و قائم بر روی سازه در نظر گرفته شده است. همچنین، پاسخهای کشسان سازه به دست آمده است
از سوی دیگر، کاتو و ایشیکاوا و دیگر پژوهشگران پژوهشهایی بر روی رفتار لرزهای سازههای فضایی انجام دادند. آنها اثر زلزله قائم را بر روی سازه بررسی کردند. از پاسخهای این پژوهش میتوان نتیجه گرفت که سازههای فضایی قابلیت تحمل بارهای لرزهای با شدت زیاد را نیز دارند
همچنین، در تحلیل و طراحی سازه های فولادی و بتنی سخت - صلب - و یا ساده - مفصلی - پنداشتن پیوندها روشی ساده ولی دور از واقعیت می باشد. زیرا، آزمایش ها نشان می دهند که همه ی پیوندهای زیر بار، مقدار مشخصی نرمی - انعطاف پذیری - از خود نشان می دهند.
وارد کردن اثر نرمی پیوند در تحلیل قابهای نیمهسخت، به طور معمول با یک فرآیند تکراری همراه خواهد بود. پژوهش های بسیاری در زمینهی بررسی رفتار و الگوسازی پیوندهای نیمهسخت و تحلیل قاب های فولادی با پیوندهای نیمهسخت صورت گرفته است. در کتابهای مرجع راههای متفاوتی برای تحلیل قابهای نیمهسخت ارائه شده است. از آن میان، میتوان به کتاب فائلا و همکاران، دربارهی تحلیل و طراحی سازه های فولادی با پیوندهای نیمه سخت اشاره نمود
در یکی از جدیدترین پژوهشهای انجام گرفته، آیهادودن و همکاران، بر پایهی نمونه مکانیکی به ارائهی ماتریس سختی عضو نیمه سخت بدون در نظر گرفتن اثرهای مرتبهی دوم پرداختند. آنها با بهره جویی از این ماتریس به تحلیل خمیری قابهای نیمهسخت و تأثیر سختی پیوندها بر چگونگی شکل گیری مفصل های خمیری پرداختهاند
ژو با بهره جویی از ضریب گیرداری به ارائهی ماتریس سختی سادهی عضو نیمهسخت که در برگیرندهی اثرهای مرتبهی دوم نیروی محوری بود، پرداخت
پژوهش لو و منگ در سال 2011، جزو آخرین دستاوردهای این موضوع می باشد. آنها با استفاده از حل دقیق معادلهی دیفرانسیل مرتبهی دوم تیر اولر- برنولی بار بحرانی یک تیر نامنشوری با ضریب شکل دو را پیدا کردند. از سوی دیگر، آنها اثرهای تحلیل کشسان مرتبهی دوم و اثر نرمی پیوندها را نیز در رابطه سازی خود وارد کردند
در این پژوهش، تحلیل ارتعاش آزاد یک قاب فولادی فضاکار یک دهانه بهکار گرفته شده است. اعضای این سازه در دو حالت منشوری الگوسازی شده است. همچنین، اثر شرایط متفاوت تکیهگاهی نیز وارد گردیده است. برای انجام تحلیل قاب موردنظر، از نرمافزار SeismoStruct استفاده شده است. در نهایت، نتایج بهدست آمده به صورت جداگانه برای حالتهای مختلف گزارش می شود.
2. معرفی مدل قاب فولادی شیبدار
در سالهای اخیر، استفاده از قابهای فولادی فضاکار رواج یافته است. شرایط تکیهگاهی نیز با نرمیهای مختلف بررسی می شود. شکل 1 مدل قاب مورد بررسی در این مقاله را نشان میدهد.
شکل -1 مدل قاب فولادی فضاکار با نرمی پیوند تکیه گاهی
طول دهانهی قاب در همهی حالتها برابر20 متر فرض میشود. بالاترین نقطهی سازه دارای ارتفاع 10/4 متر میباشد. ارتفاع ستون ها 4 متر پنداشته شده است. ویژگیهای هندسی مقطع اعضای ستون و سازهی خرپا در شکل 2 نمایش داده میشود.
شکل -2 ویژگیهای هندسی مقاطع اعضا - لف - مقطع ستونهای قاب به ابعاد 30×30×8 میلیمتر - ب - مقطع عضوهای خرپا به ابعاد 20×8 میلیمتر
تحلیل مدلهای قاب فضاکار با استفاده از تحلیلهای ارتعاش آزاد در نرمافزار SeismoStruct صورت میگیرد. همچنین، برای سادگی تحلیل از اثرهای P- چشمپوشی میشود. برای مصالح کاربردی در عضوهای سازه از مدل فولاد تک محوری دوخطی و تنش تسلیم اولیه cm 2 و ضریب کشسانی استفاده میشود. اعضای ستون قاب مدل به صورت یک المان غیرخطی تیر- ستون Inelastic force- - - based frame element الگوسازی شده است. از سوی دیگر، اعضای خرپایی قاب نیز با المان غیرخطی میله ای - Inelastic truss element - مدلسازی شده اند. شکل 3 الگوی رفتاری مصالح فولادی به کار گرفته شده در مدل سازی را نشان میدهد.
شکل -3 الگوی رفتاری مصالح فولادی
3. الگوسازی رفتار پیوندها
به طور معمول، رفتار پیوند را با رابطهی لنگر- دوران آن نشان میدهند. در این جا، برای الگو سازی رفتار پیوندهای نیمه سخت از الگوی خطی استفاده شده است. ساده ترین الگوی پیوند، الگوی خطی است که رابطهی کلی آن به قرار زیر میآید:
سختی پیوند - R - می تواند سختی نخستین پیوند و یا سختی وتری پیوند باشد. در این پژوهش ضریب r به عنوان عامل بدون بعد نرمی پیوند به کار گرفته شده است. بازهی تعریف آنها می تواند از صفر تا بی نهایت باشد. رابطهی کلی این ضریب با سختی پیوندها در زیر میآید :
باید افزود، چون در تحلیل پایداری و تعیین بار بحرانی، از تغییر شکلهای آنی قاب درنزدیکی حالت تغییرشکل نیافته بهره میجویند، تنها سختی نخستین پیوند وارد کار میشود. گونه های متفاوت پیوند و چگونگی الگوسازی آنها در منبع های اصلی در دسترس می باشند .
جدول -1 سختی دورانی اتصالات و ضریب بدون بعد آن
