بخشی از مقاله
چکیده
از سیستمهای باربری، استفاده از تیر پیوسته با اتصال نشیمن بر روی ستون میباشد، که علاوه بر اجرای ساده، در برابر بار ثقلی با بازتوزیع لنگر موجب کاهش تقاضا و نهایتاً کوچک شدن مقطع میگردد؛ اما، مقابل بار جانبی، بدلیل نبود گیرداری در برابر نیروی وارده، هیچ مقاومتی برای تحمل این بار و در نتیجه بارهای لرزهای ندارد. بدین منظور، میتوان قاب را با مهاربند مقید کرد.
در سیستمهای مهاربندی متعارف، مسیر چرخش بار بخاطر هم صفحگی ورق گاست و جان ستون و تیر مشخص است؛ اما، در اتصال گاست به ستون و تیر پیوسته این هم صفحه نبودن، مسیر انتقال نیرو را مبهم میسازد. در این پژوهش به بررسی مدلهای ارائه شده با روش FEM بر اساس تغییر پارامتریک اعضا پرداخته و با مدلهای متعارف مقایسه شده است.
در پایان برحسب شرایط اجرایی و عملکردشان، مدل مطلوب انتخاب شده است، تا روشی برای طراحی براساس انتقال نیرو ارائه گردد.
- 1 مقدمه
با توجه به کمبود پروفیلهای بال پهن در ایران و همچنین عدم ایجاد مقاومت خمشی در دو محور متعامد خود، طراحان را بر آن داشت تا از پروفیلهای قوطی شکل ساخته شده از ورق، که به وفور در کشور تولید میشود، استفاده نمایند. این پروفیلها علاوه بر داشتن مقاومت دو محوری، دارای S/Z بالا نسبت به سایر مقاطع میباشد.
یکی از سیستمهای باربری، استفاده از ستون قوطی و تیر پیوسته است که در آن تیر با استفاده از اتصال نشیمن بر روی ستون مینشیند. این سیستم علاوه بر اجرای ساده در مقایسه با سیستمهای گیرداری موجود، سبب میشود، تا در برابر بار ثقلی با ایجاد لنگر منفی و مثبت، تقاضا کاهش گشته و در نتیجه کوچک شدن مقطع حاصل گردد؛ اما، برای بار جانبی، به دلیل اتصال ساده تیر و ستون و عدم گیرداری و نداشتن سختی در برابر نیروی وارده، هیچ مقاومتی برای تحمل این بار ندارد؛ بنابراین، قادر به تحمل نیروهای لرزهای نمیباشد. بدین منظور، برای ضعف موجود، باید قاب را در برابر این نیروها مقاوم نمود. برای دستیابی به این هدف، دو راه وجود دارد؛ ابتدا این که، اتصال تیر به ستون را با استفاده از ورقهای قائم متصل شده به بالهای فوقانی و تحتانی تیر در یک طرف و وجه ستون در طرف دیگر، گیردار نمود
در واقع در این سیستم، برای انتقال بارهای جانبی از تیر به ستون، با صلب کردن اتصال، سبب بسیج شدن همه ظرفیت قاب شدهایم. راه دیگر آن که، قاب را به کمک مهاربند مقید کرد، که با توجه به سختی بیشتر آن در برابر بارهای رفت و برگشتی، به دلیل استفاده از ظرفیت محوری، نسبت به قابهای خمشی، رفتار مقاومتر و سختتری از خود نشان میدهد.
در سیستمهای مهاربندی متعارف، مسیر چرخش بار، به علت هم صفحه بودن ورق گاست و جان ستون H و تیر مشخص است؛ اما، در اتصال گاست به ستون و تیر پیوسته، این هم صفحه بودن موجود نمیباشد و مسیر انتقال نیرو دچار ابهام میشود و عملاً نمیتوانیم مسیری را برای آن تعیین کنیم. در روش فعلی که در نشریه 324 برای این اتصال ارائه شده است، با گذاشتن یک ورق در زیر گاست پلیت و جوش دادن دو انتهای آن به روی بال صورت گرفته است و در شکل - - 1-1 و - 2-1 - قابل مشاهده میباشد،ظاهراً این مسئله درست رفع نشده است و عملاً نتوانستهاند همه ظرفیت محوری مهاربند را جهت تحمل بارهای لرزهای بسیج کنند.
شکل - 1-1 - جزئیات اتصال بادبند در صفحه قاب
شکل - 1-1 - جزئیات صفحه بادبند در صفحه قاب
شکل - 2-1 - اتصال خورجینی در همراه با بادبندی در صفحه قاب
در این مقاله سعی بر آن است به بررسی مدلی ارئه شده پرداخته شود و با مدلهای متعارف مقایسه گردد. در انتها با در نظر گرفتن شرایط اجرایی و عملکرد مدل مطلوب انتخاب میشود، تا بتوان انتقال نیرو را از تیر به ورق گاست و در نهایت ستون بهبود بخشید.
- 2 مدل سازی اجزای محدود
برای به منظور بدست آوردن مقادیر دقیق اجزای محدود از آنالیز با نرم افزار ABAQUS/ Standard استفاده شده است. که در این مدل سازی هندسه و مواد به صورت غیرخطی لحاظ شده است. در مدل سازی از المانهای SOLID استفاده گشت و مش یندی به صورت شش وجهی اعمل شد. در ادامه توضیحاتی در باره عندسه کلی مدلها و خواص مکانیکی آورده شده است.
- 1-2 مشخصات هندسی مدلها
در این مدلها از تیر با مقطع I شکل و ستون با دو مقطع H و قوطی استفاده گشته است. در همه مدلها مشخصات هندسی یکسان میباشد. هر مدل بر اساس توع اتصال و ستون تقسیم بندی میشود که در ادامه آمده است. مدلها که با B شروع میشوند مربوط به قابها با ستون قوطی و با حرف H مربوط به قاب با ستون H شکل میباشد. مدلهایی که حرف دوم آن M یا P است به ترتیب مربوط به اتصال متعارف در نشریه 324 یا پیشنهادی است. در پایان دو مدل با نام HI و BI مدلهای ایده آل میباشد که یه صورت وایر مدل شده و از نظر مواد غیرخطی است.
- 2-2 خواص مکانیکی مدلها
در مدل اجزای محدود، خواص مکانیکی مصالح از فولاد نرمه ST37 به صورت 7 خطی و با ضریب پواسون 0/3 به نرم افزار معرفی گشته است. بر اساس نتایج کوپن تست، تنش فولاد نرمه 310 و مدول الاستیسیته آن 190707 مگاپاسکال در نظر گرفته شده است. برای ورقهای تحتانی ستون و تیر از المانهای RIGID استفاده شده است.
- 3-2 بارگذاری و تحلیل
در مرحله بارگذاری مدلهای اجزای محدود، نیروی خارجی ناشی از زلزله در قاب یک دهانه با فرض قرارگیری در یک ساختمان به صورت مونوتونیک بر سازه اعمال شد. در تحلیل خواص غیر خطی هندسی و تغییر شکلهای بزرگ در نظر گرفته شده است.
- 4-2 مدل ستون قوطی شکل
در این مدلها از ستون با مقطع قوطی شکل استفاده شده و اتصال ستون به تیر طبق نشریه 324 و به صورت اتصال خورجینی ساده مدل گردیده است و به صورت مدلهای متعارف، ایدهآل و پیشنهادی در ادامه آمده است .
مدل متعارف - مدل : - BM بر طبق نشریه 324، اتصال خورجینی مطابق شکل - - 1-2 مدل شده است و در برای اتصال ستون به تیر از ورق روسری استفاده شده است.
