بخشی از مقاله
خلاصه
این پژوهش یک سیستم نوین جذبکننده انرژی در قابهای خمشی فولادی را پیشنهاد کرده و مطالعات آزمایشگاهی آن را ارائه میکند. در این سیستم، یک تیر قابلتعویض با مقطع کوچکتر نسبت به تیر اصلی، در میانه تیر قرار میگیرد تا مانند یک فیوز برشی عمل نماید. این فیوز، محل تشکیل مفاصل پلاستیک از دو انتهای تیر را به میانه تیر تغییر میدهد. بنابراین پیش از تسلیم خمشی در دو انتهای تیر اصلی، تسلیم برشی در فیوز میانه تیر اتفاق میافتد. در نتیجه، سیستم پیشنهادی محدودیت آییننامهای مبنی بر رعایت حداقل اندازه دهانه به عمق تیر را مرتفع مینماید.
این ضابطه سختگیرانه به جهت اطمینان از تشکیل مفاصل پلاستیک در دو انتهای تیر در آییننامهها وضع شده است. علاوه بر این، قاب پیشنهادی مقدار جذب انرژی بیشتر و منحنی جذب انرژی پایدارتری را نسبت به قابهای خمشی متداول از خود نشان میدهد.
در بخش آزمایشگاهی، یک قاب با سیستم ابداعی این پژوهش و یک قاب متداول خمشی به صورت جداگانه تحت بارگذاری رفت و برگشتی قرار میگیرند. مطابق این آزمایشها، ظرفیت تغییر شکل متناظر با افت مقاومت 20 درصدی در سیستم پیشنهادی تقریبا دو برابر قابهای خمشی متداول است. در بخش تحلیلی نیز، دادههای تغییرمکانسنجها و کرنشسنجها به منظور بررسی رفتار چرخهای و مقایسه عملکردی قابهای مزبور مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرند.
1 مقدمه
هدف از انجام این پژوهش، پیشنهاد یک قاب خمشی جدید و ارزیابی لرزهای رفتار آن در برابر بارهای رفت و برگشتی است. قابهای خمشی به عنوان یکی از مطلوبترین سیستمهای باربر جانبی شناخته میشوند. تشکیل مفاصل پلاستیک خمشی در دو انتهای تیر معمولترین مکانیزم جذب انرژی در قاب های خمشی است .[1] با این حال، شرایط حداقلی اندازه دهانه به عمق تیر که به منظور تشکیل مفاصل پلاستیک در دو انتهای آن در آییننامهها توصیه شده، به عنوان یکی از محدودیتهای این سیستم شناخته میشود.
بر اساس این محدودیت، نسبت دهانه تیر به عمق آن باید در قابهای خمشی ویژه بیش از هفت و در قابهای خمشی متوسط بیشتر از پنج باشد
دلیل اصلی تاکید آییننامهها بر رعایت اندازه حداقلی دهانه تیر به عمق آن، تشکیل مفاصل پلاستیک به طول کافی در دو انتهای تیر است .مطابق با شکل 1، تیرهایی با نسبت دهانه به عمق کوچک، دارای نمودار لنگر با شیب تند در طول دهانه تیر هستند. این امر منجر به تشکیل مفاصل پلاستیک با طول کم و متعاقبا کرنشهای بالا تحت چرخشهای غیرخطی میشود .
در این تحقیق با تضعیف قسمتی از میانه تیر و قرار دادن فیوز برشی در آن، از مکانیزم تسلیم برشی تیر به عنوان جایگزین تسلیم خمشی برای جذب انرژی استفاده میشود. فیوز بخشی از تیر است که با پذیرش تغییرمکانهای غیرخطی مانع ورود باقی اعضا به این محدوده میشود .
مطابق شکل 1، بر اثر بارهای جانبی، نیاز خمشی میانه تیر به مراتب کمتر از انتهای آن میباشد. بنابراین انتظار میرود به کارگیری فیوز برشی با مقطع کاهش یافته در وسط تیر تاثیر چندانی بر سختی جانبی تیر نداشته باشد. بنابراین بهترین منطقه برای نصب فیوز میانهی تیر میباشد
این سیستم به طور جامع از طریق آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته است. مطابق انتظار قاب خمشی مورد بررسی دارای منحنی جذب انرژی پایداری است، بنابراین در مقابل بارهای لرزهای، سختی، مقاومت و شکلپذیری مناسبی را از خود نشان میدهد.
شکل -1 تغییرات شیب لنگر خمشی در تیر با کاهش طول آن
برای مطالعه آزمایشگاهی، دو قاب به شرح زیر ساخته شده و در آزمایشگاه کف قوی تحت بارهای چرخهای قرار میگیرند: - 1 قاب خمشی متداول با مقاطع کاهشیافته 1 - RBS - در دو انتهای تیر که از این پس، قاب شاهد خوانده میشود - 2 قاب ترکیبی 2 - HF - که دارای لینک برشی در میانه دهانه تیر است
قاب شاهد دارای مکانیزم تسلیم خمشی از طریق تسلیم مقاطع کاهشیافته در دو انتهای تیر است. در واقع این قاب نماینده قابهای خمشی متداول در صنعت ساخت است. قاب ترکیبی برای جذب انرژی از مکانیزم تسلیم برشی به واسطه تسلیم لینک برشی و نیز مکانیزم تسلیم خمشی به واسطه تسلیم مقاطع کاهشیافته دو انتهای تیر بهره میبرد. با مقایسه عملکرد این دو قاب، میزان کارآمدی ایده مطرح شده در این پژوهش مشخص میگردد.
برای مقایسه عملکرد چرخهای قاب شاهد و قاب ترکیبی تحت بارهای رفت و برگشتی زلزله، این قابها در آزمایشگاه کف قوی تحت بارگذاری شبه استاتیکی قرار میگیرند. از این آزمایشها، مقاومت، شکلپذیری و سختی هر قاب استخراج شده و به عنوان معیار عملکرد سازه مورد مقایسه قرار میگیرند.
