بخشی از مقاله
خلاصه
تحقیق مورد نظر از دو قسمت کلی تشکیل میشود. در قسمت اول یک قاب یک طبقه بتن آرمه با امکان تشکیل مکانیزم طبقه نرم و نمونه مقاوم سازی شده با قاب فولادی مهاربندی شده همراه با به کارگیری یک اتصال هایبرید مربوط به یک تحقیق آزمایشگاهی، در نرم افزار اپنسیس - OpenSees - مدلسازی شد. در این مدلسازی علاوه بر رفتار خمشی، رفتار برشی قاب بتن آرمه نیز در نظر گرفته شد. سپس به منظور صحت سنجی مدلسازی، نمودارهای هیسترزیس بدست آمده از آنالیز سیکلیک غیر خطی مربوط به جابجایی گره فوقانی قاب در دو حالت آزمایش و تحلیل نرم افزاری با هم مقایسه شدند. در قسمت دوم این تحقیق نیز یک ساختمان موجود با مکانیزم طبقه نرم در طبقه اول مربوط به تحقیق انجام گرفته در گذشته، در نرم افزار اپنسیس مدلسازی شد. سپس با استفاده از روش مقاوم سازی مطرح شده که در قسمت اول این تحقیق تحت صحت سنجی نرم افزاری قرار گرفته بود، سه استراتژی متفاوت مقاوم سازی تعریف و با هر استراتژی ساختمان مورد نظر در نرم افزار مقاوم سازی شد.پس از انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی بر روی ساختمان موجود و نمونه مقاوم سازی شده آن، بهبود چشمگیر رفتار لرزه ای ساختمان مورد نظر در موارد مقاومت، سختی و شکل پذیری در هر سه استراتژی متفاوت مقاوم سازی مشاهده شد.
.1 مقدمه
شواهد تاریخی نشان می دهد که زلزله های با بزرگی 7 درجه ریشتر و بیشتر در بسیاری از شهرهای ایران رخ داده و خسارات مالی و تلفات سنگینی نیز بر جای گذاشته است. از زلزله های مهم میتوان به زمینلرزه 4 نوامبر 1042 میلادی تبریز، زمینلرزه 2 ژوئن 1052 میلادی سبزوار، زمینلرزه ماه مه 1177 میلادی شهرری و قزوین و از زلزله های اخیر میتوان به زلزله طبس در سال 1357 شمسی و زلزله منجیل در سال 1369 اشاره کرد. بنابر گزارش های آماری ایران در طی یکصد سال گذشته حدود 3500 زمین لرزه را تجربه کرده است که به طور میانگین هر ساله یک زلزله شدید و در هر 10 سال یک زلزله با شدت بیش از 7 درجه در مقیاس ریشتر را به خود دیده است. - تجلی فرد1 - 1389 تجربیات زلزله های اخیر و نیز بررسی های به عمل آمده نشان میدهد که علی رغم پیشرفتهای فراوان در این زمینه محققین همچنان در طرح سازه های مقاوم در برابر زلزله با مشکلات زیاد مواجه بوده اند. بر این اساس در سالهای اخیر تحقیقات گسترده ای در زمینه روش های طراحی لرزه ای و نیز تشخیص رفتار واقعی سازه ها در جریان بوده است. پدیده زلزله خود به تنهایی مخرب نبوده بلکه عدم توانایی سازه های ما در مقابل نیروهای ناشی از آن باعث خرابی آنها گردیده است. بنابراین ارائه راهکارهای عملی و معتبر به منظور بهبود عملکرد لرزه ای سازه های موجود و بهسازی لرزه ای آنها نیاز حال و آینده جامعه ساخت و ساز کشور خواهد بود.
در زلزله های گذشته از قبیل زلزله نورتریج 1994 در ایالات متحده و کوبه 1995 در ژاپن و ازمیت 1999 در ترکیه، بسیاری از ساختمان های با سازه بتن آرمه به دلیل تشکیل مکانیزم طبقه نرم در آنها یا به طور کامل واژگون شده و یا تحت آسیب های قابل توجهی قرار گرفتند.در مکانیزم طبقه نرم تغییر مکان جانبی قابل توجهی در طبقه ای که دارای مقاومت و سختی جانبی پایینی نسبت به طبقات همجوار خود دارد رخ می دهد. تحقیقات آزمایشگاهی توسط سوگانو و فوجیمورا [1] و هیگاشی و همکاران [2] در سال 1980، تاثیر گذاری نصب مهاربندی های فولادی در افزایش مقاومت ساختمان های بتنی مقاوم سازی شده را نشان داد. کاواماتا و اونوما [3] نیز در سال 1980 یک روش کابردی مقاوم سازی به منظور تامین مقاومت جانبی قاب های بتن آرمه با کاربرد بادبندهای فولادی برون محور را پیشنهاد کردند. اوهیشی و همکاران [4] و سکیگوچی و همکاران [5] روش های کاربردی به منظور مقاوم سازی قاب های بتن آرمه با کاربرد قاب های مهاربندی شده فولادی با اتصال غیر مستقیم را که در نشریه بهسازی چاپ شده توسط سازمان مقابله با بلایاهای طبیعی ژاپن - JBDPA 2001 - به عنوان یک روش عمومی مقاوم سازی به کار برده می شود، ارائه کردند. در روش به کار گرفته شده، یک قاب مهاربندی شده فولادی به طور غیر مستقیم به یک قاب بتن آرمه توسط انکرها و گل میخ ها که به وسیله گروت پر مقاومت در منطقه اتصال درگیر می شوند، متصل میشود.گل میخ ها در منطقه مرزی قاب فولادی جوش می شوند و انکره نیز در داخل سوراخ های پر شده با اپوکسی در منطقه مرزی قاب بتنی جای می گیرند.سپس گروت با مقاومت بالا در منطقه مرزی بین قاب فولادی و قاب بتن آرمه به منظور درگیر کردن گل میخ ها و انکرها ریخته می شود. روش دیگری توسط جونز و جیرسا [6] در سال 1986 ارائه و در نشریه مربوط به آژانس مدیریت بحران - FEMA-547 2006 - به کار گرفته شد.در این روش یک قاب مهاربندی شده فولادی به طور مستقیم به یک قاب بتن آرمه به وسیله انکرهای جای داده شده در سوراخ های واقع در منطقه مرزی قاب بتنی به طوریکه با اپوکسی پر شده اند, متصل میشود.
به هر ترتیب در هر دو روش ارائه شده توسط JBDPA 2001 و FEMA-547 2006 نگرانی اصلی، اتصال بین قاب بتن آرمه و قاب فولادی می باشد. در حقیقت یک تعداد محدودی از انکرها نمی توانند نیروی برشی تشکیل شده بین قاب فولادی و قاب بتن آرمه به منظور بدست آمدن تمام ظرفیت جانبی مهاربندی های فولادی را تحمل کنند. به علاوه در روش های مرسوم - FEMA-547 2006 , JBDPA 2001 - یک قاب مهاربندی شده فولادی فقط مقاومت و سختی جانبی یک قاب مقاوم سازی شده را افزایش داده در حالی که ستون های بتن آرمه در معرض شکست برشی غیر الاستیک قرار می گیرند. یک شیوه کاربردی به منظور مقاوم سازی لرزه ای در برابر تشکیل مکانیزم طبقه نرم در قاب های بتن آرمه با اضافه کردن دیوار بال دار یا دیوار پانلی، توسط یاماکاوا و همکاران [7] در سال 2006 و رحمان و یاماکاوا [8] در سال 2007 ارائه شد. در روش ارائه شده که روش دیوار هایبرید ضخیم نامیده شد، ورق های فولادی U شکل، ستون های بتن آرمه مرزی را پوشش داده و به منظور تقویت قاب های بتن آرمه، اضافه شدن ورق های ساده فولادی در نظر گرفته می شود. ورق های فولادی با پیچ های پر مقاوت به هم متصل میشوند. در حقیقت ورق های فولادی و پیچ های پر مقاومت قالب های فولادی درونی تقویت قاب های بتن آرمه را می سازند. سپس بتن تازه در درون این قالب های فولادی در نظر گرفته شده ریخته می شود. یکی از نقاط قوت روش دیوار هایبرید ضخیم فراهم کردن اتصالات مناسب بین دیوارهای بال دار اضافه شده و ستون های بتن آرمه موجود میباشد.
با در نظر گرفتن مزیت های سازه ای اتصالات در روش دیوار هایبرید ضخیم، یک روش جدید اتصال که روش اتصال هایبرید نامیده می شود به منظور مقاوم سازی قاب های بتن آرمه موجود به وسیله قاب های مهاربندی شده فولادی توسط دکتر پاشا جوادی و پروفسور یاماکاوا [9] ارائه شد.اتصال هایبرید ارائه شده شامل ورق های فولادی، پیچ های پر مقاومت و گروت با مقاومت بالا میباشد. در این بررسی تحقیقات آزمایشگاهی مکمل به منظور مشخص کردن تمام مکانیزم های گسیختگی ممکن قاب های بتن آرمه مقاوم سازی شده با قاب های مهاربندی شده فولادی همراه با اتصال مرکب ابداعی، انجام شد. این مطالعات آزمایشگاهی بر روی پنج نمونه تک دهانه یک طبقه قاب های بتن آرمه و همچنین یک نمونه تک دهانه دو طبقه قاب بتن آرمه انجام گرفت. نتایج آزمایشگاهی نشان داد که اتصال هایبرید مورد نظر به طور نسبی نیروهای برشی مستقیم بزرگی را بین قاب های بتن آرمه و قاب های مهاربندی شده فولادی منتقل می کند. به علاوه اتصال مرکب از شکست برشی ستون های بتن آرمه جلوگیری به عمل می آورد.همچنین برای تحقیقات آزمایشگاهی آینده، روش هایی به منظور محاسبه نیروهای مقاوم جانبی مکانیزم های اصلی شکست قاب های مقاوم سازی شده پیشنهاد شده است. تحقیق پیش رو از دو قسمت کلی تشکیل میشود. در قسمت اول روش کار بدین صورت بود که در ابتدا یک قاب یک طبقه بتن آرمه با امکان تشکیل مکانیزم طبقه نرم و یک قاب یک طبقه بتنی مقاوم سازی شده با قاب فولادی مهاربندی شده همراه با به کارگیری یک اتصال هایبرید مربوط به یک تحقیق آزمایشگاهی[9]، در نرم افزار اپنسیس - OpenSees - [10] مدلسازی شد. سپس به منظور انجام صحت سنجی مدلسازی , این قاب ها تحت تحلیل سایکلیک غیر خطی بر طبق
