بخشی از مقاله
چکیده
امروزه به طور گسترده سازههای بتن آرمه در سراسر جهان و در کشور عزیزمان ایران وجود دارد. مشاهدات پس از زلزله و هم چنین نتایج تحقیقات نشان میدهد که محل اتصال یکی از نقاط ویژه در رفتار لرزهای سازه است. محل اتصال باید از صلبیت کافی برخوردار باشد تا در هنگام اعمال لرزهای معکوس انرژی کافی را جذب کرده و از چرخشهای زیاد در اعضای تیر و ستون جلوگیری کند. مکانیزم مناسب شکست اتصال بهگونهای است که ابتدا تیر در آن دچار شکست شده و گره اتصال آخرین عضوی باشد که دچار آسیب میشود زیرا که چرخش در عضو اتصال باعث فروریزش تمام سازه شده و تعمیر آن غیر ممکن است. در این مقاله اتصال تیر به ستون بوسیله نرم افزار آباکوس تحت بار معکوس چرخهای مانند زلزله قرار گرفته و نتایج آن آمده است.
-1 مقدمه
مطالعات و تحقیقاتی که در طی سالهای اخیر در مورد سازه های آسیب دیده ناشی از زلزله انجام شده، همگی تأکید بر اهمیت و نقش مهم اتصالات تیر به ستون در ایمنی ساختمانها قبل و بعد از رخداد زلزله را دارند مشاهده ساختمانهای آسیب دیده بر اثر زلزله نشان می دهد که تحت بارهای لرزه ای، اتصالات تیربه ستون که طبق معیارهای آیین نامه های نسل قدیم طراحی و اجرا شده اند، جزء آسیب پذیرترین اعضای سازه ای بوده و نیاز به توجه بیشتری در مقاوم سازی و بهسازی دارند . اهمیت عملکرد اتصال تیر به ستون باعث شده که اخیرا در بعضی آیین نامه ها، طراحی آنها مورد توجه و دقت بیشتری قرار گیرد - وطنی اسکویی, . - 1394
بر طبق مشاهدات تجربی، مکانیزم های شکست اتصال میتواند بصورتهای زیر دسته بندی شود: - 1مکانیزم الف: تسلیم میلگردهای طولی تیر در اتصال و تشکیل مفصل پلاستیک در همان محل. - 2مکانیزم ب: تسلیم میلگردهای طولی ستون و در نتیجه تشکیل مفصل پلاستیک در همان محل. - 3مکانیزم ج: تسلیم میلگردهای عرضی در اتصال و تشکیل ترک قطری کششی و شکست برشی اتصال. - 4مکانیزم د: تسلیم میلگردهای عرضی تیر و ستون در محل اتصال و شکست برشی آنها.
- 5مکانیزم ه: شکست لغزشی میلگردهای تیر موجود در اتصال - 2015Behnamfar, Omidi - در سازه های نامعین استاتیکی پس از شکست اتصال ، لزوما سازه فرو نخواهد ریخت و در صورتی که اتصال بتواند رفتاری نرم داشته باشد پس از تشکیل مفصل پلاستیکی از درجات نامعینی سیستم کم شده و یک باز توزیع ممان در اعضای مجاور به اتصال صورت خواهد گرفت که باعث خواهد شد که سازه بتواند بارهای بیشتری را تحمل کند .در حالیکه در سیستمهای استاتیکی معین، با تشکیل اولین مفصل پلاستیکی سیستم فرو خواهد ریخت .در سازه های معین، مقاومت اتصال به منظور ایجاد یکپارچگی بین اعضا یک عامل بسیار بحرانی است و در صورتیکه مقاومت اتصال کمتر از مقاومت اعضای متصل به یکدیگر باشد سیستم قبل از اینکه بتواند نیروهای طراحی را تحمل کند فرو خواهد ریخت.
-2 کارهای انجام شده
تعداد زیادی از مطالعات بر روی رفتار اتصال انجام شده است. این تحقیقات را - Shayanfar, Akbarzadeh Bengar, & Niroomandi, 2016 - به سه دسته تقسیم بندی کردهاند که شامل تحلیلی، عددی و تجربی می باشد. در مطالعات تحلیلی آناس و کوناس، 1995 ، رفتار غیر خطی اتصال را با استفاده از طول چرخشی صفر شبیه سازی کردند و خصوصیات غیر خطی هسته اتصال بوسیله آزمایش عملی به دست آمد. بدیاه و قوباراه، 1999، رفتار اتصال را با فنرهای چرخشی گسسته برای توصیف اثر برش و تغییر شکل پیوستگی لغزشی به کار بردند.
المورسی و همکاران، 2000 یک مدل اجزای محدود برای اتصال تیر به ستون پیش نهاد کرده اند. اثر پیوستگی بتن و آرماتور و تغییر شکل های برشی در این مدل دیده شده است. یوسف و قوباراه، 2001، مدلی را پیشنهاد کرده اند که از دو فنر قطری در هسته اتصال برای محاسبه اعوجاج برشی و دوازده فنر برای شبیه سازی اثر لغزش میلگرد و شکست بتن استفاده کرده اند. این مدل ممکن است برای شبیه سازی تعداد زیادی از ساختمان چند طبقه غیرعملی باشد. پامنین و همکاران، 2003 یک مدل اتصال با فنرهای پیچشی با طول صفر و لینک های صلب برای محل صفر اتصال پیشنهاد کردهاند. لوس و آلتونتاش، 2003 یک مدل دوازده فنری با طول صفر برای تغییر شکلهای پیوستگی معرفی کرده اند.
ارزش آن در توجه دادن به این نکته است که مدلهای بدون خاموت در تحلیلها به کار برده نمی شود. شین و لافیو، 2004 مدلی پیشنهاد دادهاند که شامل چهار المان صلب است که منطقه اتصال را توصیف میکند. یک مدل فنر چرخشی برای توصیف رفتار برشی و همچنین دو فنر پیچشی برای رفتار پیوستگی و لغزش و پیچش غیر الاستیک معرفی کردند. یک مدل شامل دو فنر برشی و یک فنر انعطافپذیر برای در نظر گرفتن اثر غیرخطی اتصال بوسیله شرما و همکاران، 2011 توصیه شده است. که خصوصیات فنر به وسیله منحنی تنش کششی-کرنش برشی در هسته اتصال مشخص می شود. برای اتصالات با جزئیات مختلف منحنیهای تنش کششی-کرنش برشی براساس مشاهدات تجربی به دست می آید. سانگ و همکاران، 2013 یک مدل با دو فنر محوری در هسته اتصال پیشنهاد کردهاند که می تواند برای مشاهده رفتار غیرخطی سازه بهکار رود. خصوصیات فنر با استفاده از محاسبه مدل CROSS-STRUT و FEMA 356 بدست آید.
مطالعات عددی دومین متد برای تعیین رفتار اتصال است. گنسو، 2012، یک مدل اجزای محدود را برای تعیین قواعد تنش کششی در اتصالات خارجی غیرنرم بهکار برده است. برای تحقیق در مورد تنش کششی اصلی در اتصال تیرهای بتن آرمه به ستون، نیروی محوری ستون، تنش فشاری در بتن و سایر جنبه های اتصال به دقت موشکافی شده است. برای در نظر گرفتن پارامترهای اساسی در مقاومت اتصال معادلاتی برای محاسبه تنش کششی اصلی مطابق با اولین ترک قطری توسعه داده شده است. نیرومندی و همکاران، 2014، یک مطالعه عددی در مورد اتصالات غیرنرم با میلگرد طولی متفاوت و نسبت ظرفیت اتصال متفاوت انجام دادهاند. آنها به این نتیجه رسیدهاند که زمانی که نسبت ظرفیت اتصال افزایش پیدا می کند مقاومت برشی اتصال کاهش پیدا میکند در حالیکه نسبت میلگرد طولی اثر چندانی بر مقاومت اتصال ندارد.
در نهایت آزمایشات تجربی راه دیگری برای مطالعه رفتار اتصال است. کلاید و همکاران، 2000 یک اتصال خارجی غیرنرم را با نیروهای محوری متفاوت برای تعیین نیروی موثر بر عملکرد اتصال در حالت دریفت نهایی طبقه تست کردند. آزمایشات نشان داد که، با افزایش بار محوری ستون مقاومت ستون افزایش پیدا کرده، در حالیکه استهلاک انرژی و انعطافپذیری کاهش پیدا میکند. پنتلدیس و همکاران، 2002 یک اتصال خارجی غیرلرزهای با طول مهاری متفاوت از میلگرد طولی تیر تحت بار سیکلی آزمایش کردند.
نتایج نشان داد که مقاومت اتصال به طور قابل ملاحظهای زمانیکه مدفون شدگی میلگرد در اتصال کم باشد کاهش مییابد. در بعضی موارد شکست اتصال در حالت شکست لغزشی بوده است. در عین حال در مواردی که طول مدفون شدگی میلگرد زیادتر باشد، مد شکست به عنوان شکست برشی گزارش شده است. آکگوزل، 2011 یک اتصال غیرلرزهای با قلاب 180 درجه با بار سیکلی را آزمایش کرده است. نتایج تحقیق نشان میدهد که ماکسیمم مقاومت در تنش کششی اصلی در اولین ترک برشی رخ میدهد و افزون بر این، بعد از اولین ترک مقاومت اتصال بدون مشاهده سختشدگی کاهش پیدا میکند.
-3 معرفی مدلها ×
در این مقاله مدل معرفی شده در تحقیق - 2003Roeser, , Hegger, Sherif - مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای درک بهتر ابتدا به معرفی مدلها پرداخته و سپس به بررسی نتایج تحقیق و جمع بندی آن میپردازیم.سه نوع نمونه با نامهای BCJ، BCJ BEAM و BCJ SHEAR در این مطالعه تعریف شده است. هر سه نمونه یک اتصال گوشه با مقیاس کامل است. ارتفاع نمونه برابر با 3,1 متر، که معادل ارتفاع یک طبقه در ساختمان معمولی است و طول تیرها نیز برابر با 2 متر است. شکل 1 هر نمونه و تفاوتهای آن را نشان میدهد. این اتصالات برای بار ثقلی تحلیل و طرح شدهاند و با توجه لرزه خیزی ایران نیازی بر طرح لرزهای این اتصالات وجود داشت. در این گزارش این نوع از اتصالات با استفاده از نرم افزار اجزای محدود آباکوس شبیه سازی شده است و نتایج و تفسیر روش در بخشهای بعدی آمده است.
-4 طریقه مدلسازی و تعریف رفتار بتن و میلگرد
المان بتنی
برای مدلسازی بتن از المانهای C3D8R که یک المان مکعبی هشت گرهای با سه درجه آزادی در هر گره می باشد استفاده شده است. بعد از مشخص سازی نوع المان به سراغ مشخصات مصالح و نوع برخورد نرمافزار با این نوع المان میرویم. بتن با مقاومت 30 مگاپاسکال و کرنش نهایی 0,006 برای تبدیل این ارقام به نمودار قابل درک برای نرمافزار آباکوس ابتدا از استفاده شده است که نتایج آن به صورت زیر است - واحد نیوتن بر مترمربع - : مقدار مدول الاستیسیته نیز از رابطه:×
