بخشی از مقاله
خلاصه
مهمترین بخش در سازه های RCS، اتصالات آنها می باشد. بطور کلی اتصالات سازه های RCS به دو دسته تقسیم می شوند: اتصال نوع تیر پیوسته و اتصال نوع ستون پیوسته. هدف در این مقاله تمرکز بر ناحیه چشمه اتصال در یک اتصال گوشه RCS از نوع ستون پیوسته میباشد که ستون آن لنگر دومحوره را تحمل می کند. بدین منظور 6 اتصال RCS در نرمافزار ABAQUS با دونوع سختکننده موازی و قطری و با ضخامتهای مختلف مدلسازی شدهاند.
نتایج حاصل از تحلیل نشان داد که سختکنندههای موازی عملکرد بهتری نسبت به سختکنندههای قطری از خود نشان میدهند، بطوریکه میزان ماکزیمم خرابی در بتن چشمه اتصال با سختکننده موازی حدود % 60 کمتر از مقدار متناظر در سختکننده قطری مشاهده شد و همچنین افزایش ضخامت در هردو نوع سختکننده، باعث بهبود رفتار چشمه اتصال RCS در یک اتصال گوشه میشود. مشاهده شد که میزان تنش انتقال یافته به بتن تا جابجایی %3 با افزایش ضخامت سختکننده در هردو نوع اتصال حدود%20 کاهش مییابد.
1. مقدمه
بهکارگیری قابهای خمشی مختلط شامل ستونهای بتنآرمه و تیرهای فولادی - Reinforced Concrete columns & Steel beams - در سالهای اخیر، در ساختوساز سازهها بهطور قابلتوجهی افزایشیافته است. تحقیقات گستردهای در طول چند دهه اخیر اشاره بر این دارند که چنین سیستمهایی دارای مزایایی از قبیل اقتصادی بودن، میرایی و سختی بالای ستونها نسبت به قاب خمشی فولادی و شکلپذیری بیشتر تیرها نسبت به قاب خمشی بتنی، امکان استفاده از دهانههای بزرگتر و سرعت ساخت زیاد آنها میباشند.همچنین ازلحاظ سازهای نیز بر طبق گزارشهای ارائهشده این نوع سازهها دارای ظرفیت مقاومت و سختی خوبی در برابر بارهای رفت و برگشتی میباشند.
مهمترین بخش در سازه های RCS، اتصالات آنها می باشد. بطور کلی اتصالات سازه های RCS به دو دسته از نوع تیر پیوسته و ستون پیوسته تقسیم می شوند. در اتصال نوع تیر پیوسته - شکل -1الف - که تیر بصورت ممتد از ناحیه چشمه اتصال عبور می کند، اتصال رفتار نرمتری تحت بارگذاری لرزه ای از خود نشان می دهد، با این حال، اتصال خمشی متقاطع - عمود بر تیر ممتد - در ناحیه چشمه اتصال ممکن است لنگر بسیار زیادی را تحمل کند. در اتصال نوع ستون پیوسته - شکل -1ب - که روش ساخت آسان تری دارد تیرهای فولادی به وسیله کاورپلیت و سخت کننده به ستون متصل می شوند و انتقال نیرو از تیر به ستون توسط این دو عضو صورت می گیرد
شکل :1 نمونهای اتصالات .RCS الف- نوع تیر پیوسته و ب- نوع ستون پیوسته
اتصالات سازه های RCS از نوع ستون پیوسته که از کاورپلیت و سخت کننده به منظور انتقال نیرو و تنش حاصله استفاده می شود از روش ساخت آسانتری برخوردار می باشد، اما از آنجاییکه اکثر تحقیقات انجام شده روی اتصالات نوع تیر پیوسته می باشد و حتی آییننامه موجود برای طراحی اتصالات [4] RCS نیز برمبنای اتصالات نوع تیر پیوسته انتشار یافته است، تحقیقات بیشتری برای اطمینان از ظرفیت بهتر اتصال به لحاظ شکلپذیری و مقاومت مورد نیاز می باشد. اخیرا تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده نشان می دهد عملکرد اتصال RCS از نوع ستون پیوسته تابعی از عملکرد سخت کننده ها و کاور پلیت می باشد، بخصوص اینکه سخت کننده ها می توانند نقشی اساسی در خرابی بتن چشمه اتصال ایفا کنند.
هدف در این تحقیق تمرکز بر ناحیه چشمه اتصال در یک اتصال گوشه RCS از نوع ستون پیوسته میباشد که ستون آن لنگر دومحوره را تحمل می کند. دراین راستا عملکرد و تأثیر دو نوع سختکننده موازی و قطری در رابطه با نحوه توزیع تنش و خرابی بتن ناشی از بارگذاری چرخه ای در چشمه اتصالات، به روش المان محدود - - FEM با استفاده از نرم افزار ABAQUS تحلیل و بررسی شدهاست.
.2 مدلسازی اتصال RCS
1-2 جزئیات اتصال مورد مطالعه
جهت مدلسازی اتصال RCS موردنظر باتوجه به دستورالعملهای کنترلی آییننامه ACI و کنترل معیار ستون قوی-تیر ضعیف از اعضا با مشخصات زیر استفاده شده است: ستون بتنی با طول 3000 میلیمتر با سطح مقطع 500× 500 میلیمتر، آرماتور طولی نمره 22 با طول 3000 میلیمتر، خاموت نمره 8 با طول هر ضلع 400 میلیمتر، تیر فولادی IPE 300 با طول 1500 میلیمتر و کاورپلیت و سختکننده با حداقل ضخامت 10 میلیمتر - شکل . - 2 در اتصال موردنظر از دو نوع سختکننده متفاوت - قطری و موازی - در داخل چشمه اتصال استفاده شده است و همچنین برای بررسی تأثیر ضخامت سختکننده سه ضخامت مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. در جدول 1 نمونههای مدل شده در این تحقیق آورده شده است.
شکل - 2 جزئیات اتصالات مورد بررسی در این تحقیق
جدول -1 مشخصات نمونههای مدل شده در نرمافزار
ابعاد و اندازه بقیه اجزاء اتصال در همه نمونهها یکسان درنظر گرفته شده است. شکل مشبندی و جزئیات اتصال مدلسازی شده در نرمافزار در شکل3 و شکل 4 نشان داده شده است.
شکل:3 مدل مشبندی اتصال
شکل:4 جزئیات مدل اتصال
2-2 مدلسازی اتصال در نرمافزار
در این تحقیق برای مدلسازی بتن از المان حجمی 8 گرهی C3D8R و برای تعریف رفتار فشاری و کششی بتن از روابط ارائه شده توسط Wahalathantri و همکاران [5] که برای استفاده در مدل پلاستیسیته آسیب دیده بتن - Concrete Damaged Plasticity - در نرمافزار ABAQUS میباشد استفاده میکنیم. این روش برای بتن با مقاومت فشاری ماکزیمم - f’c - تا 62 مگاپاسگال میتواند مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق نیز از بتن با مقاومت فشاری نهایی 35MPa استفاده شده است.
برای مدلسازی تیر، کاورپلیت و سختکننده از المان پوستهای S4R و برای میلگردهای طولی و عرضی ستون از المان خرپایی T3D2 استفاده شده است. همچنین برای تعریف رفتار فولاد در نرم افزار نمودار سه خطی ایدهال شده تنش-کرنش مورد استفاده قرار گرفت. مشخصات فولاد های مصرفی در جدول2 آورده شده است.
جدول:2 مشخصات فولاد مورد استفاده در مدلسازی اتصالات
4-2 شرایط تکیهگاهی و بارگذاری اتصال
در این تحقیق با فرض اینکه اتصال مورد نظر بخشی از یک سازه اجرا شده است لذا دو انتهای ستون به صورت مفصلی مدل شده و بار چرخهای - با کنترل تغییر مکان - به انتهای دو تیر و در جهت عکس یکدیگر بصورت رفت و برگشتی اعمال گردیده است. برای این منظور ابتدا باید یک الگوی بارگذاری مناسب را برای اعمال بارگذاری چرخهای انتخاب کنیم.
در این تحقیق از الگوی بارگذاری [6] Parra- Montesinos & Wight استفاده شده است - شکل. - 5 در این الگوی بارگذاری تغییرمکان متناظر با %5 دریفت طبقه برای اعمال به انتهای تیرها درنظر گرفته و علاوه بر بار چرخهای اعمال شده به انتهای تیرها یک بار محوری 479,55 کیلو نیوتنی نیز - معادل با 0,1 بار محوری نهایی ستون - براساس آییننامه [7] ACI318 به سطح بالایی ستون برای در نظرگرفتن اثرات بارهای ثقلی و وزن طبقات بالا وارد گردیده است.
