بخشی از مقاله
خلاصه
مهاربندهای هم محور از متداول ترین عناصر قابل استفاده در تأمین مقاومت جانبی سازه می باشد که بدلیل سختی زیاد، تغییرمکان جانبی کم، سهولت اجرا و مقرون بصرفه بودن همواره طراحان را به استفاده از این سیستم هدایت کرده است. با این وجود از مهمترین معایب این نوع مهاربندها ضعف کمانش عضو فشاری و شکل پذیری پایین این سیستم می باشد .جهت رفع نقص این سیستم تحقیقات فراوانی انجام گرفته است، از جمله روشهایی که جهت افزایش شکل پذیری و میزان جذب انرژی در مهاربندهای هم مرکز بکار رفته، ایجاد لقی اولیه در انتهای مهاربند است. در این مقاله تعیین میزان لقی بهینه در اتصال مهاربند به قاب خمشی مورد مطالعه قرار گرفته است.اتصال با استفاده از نرم افزار ABAQUS مدلسازی شده و تحت تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی قرار گرفته است .تنایج نشان می دهد که لقی بهینه باید در محدوده ی 0/75 تا یک برابر لقی مبنا باشد، تا از ظرفیت قاب خمشی و سختی محوری مهاربند به نحو مطلوب استفاده گردد
1. مقدمه
در سالهای اخیر توجه به طراحی لرزه ای ساختمانها ؛ جایگاه ویژه ای پیدا کرده است، بگونه ای که سیستمهای مختلفی نیز به همین منظور ابداع گردیده است.یکی از سیستمهای رایج مقاوم در برابر زلزله سیستم مهاربندی شده هم مرکزمعمولی است. اصولاً عمده مشکل قاب های مهاربندی شده هم مرکز معمولی، کمانش اعضاء مهاری و در نتیجه کاهش باربری و شکل پذیری محدود این سیستم می باشد که باعث شده است تا استفاده از این سیستم در مناطق با خطر نسبی زلزله بالا توصیه نگردد .
در صورتیکه اگر مشکل کمانش اعضاء مهاری برطرف گردد، این سیستم بهترین گزینه برای طراحی و مقاوم سازی ساختمانها می باشد. بحث حذف کمانش الاستیک، باعث ابداع سیستم قاب های مهاربندی شده هم مرکز شکل پذیر گردید. همچنین زمانی که جهت مقاوم سازی قاب خمشی فولادی بکار می روند بعلت شکل پذیری پایین مهاربند و کمانش آن قبل از رسیدن به مقاومت مورد نظر دچار آسیب شده و شکل پذیری کلی سازه تنزل پیدا می کند بدیهی است، هرگونه اصلاحی که منجر به افزایش شکل پذیری آنها گردد، امکان بهره مندی از ویژگیهای مثبت این نوع مهاربندها را فراهم خواهد نمود.در دو دهه گذشته تحقیقات و پژوهشهای گسترده ای به منظور افزایش شکل پذیری مهاربندهای هم مرکز انجام شده است .
پژوهش های صورت گرفته در این زمینه عبارتند از: استفاده از اتصالات پیچی لغزشی - SBC - متقارن و غیر متقارن در مهاربندها [6,4] ، استفاده از المان شکل پذیر خمشی در محلی از مهاربند[5] ، صفحات مثلثی شکل فولادی[10]، بادبندهای قطری با المان حلقوی[8] و المانهای فیوزی که قبل از کمانش مهاربند تسلیم و موجب رفع کمانش از مهاربند می شوند.[3] راهکار دیگر برای بهبود عملکرد لرزه ای مهاربندهای هم مرکز بکارگیری اتصال پیچی همراه با لقی و ضریب اصطکاک صفر، در محل اتصال مهاربند به قاب می باشد .
این اتصال موجب می شود قبل از اینکه مهاربند بار جانبی ناشی زلزله را تحمل کند ، قاب خمشی وارد عمل شده و نیروی جانبی را تحمل کند و سپس مهاربند در تحمل بار جانبی به عنوان عضو مقاوم دیگر وارد عمل شود، به این ترتیب هم از ظرفیت شکل پذیری قاب خمشی و هم از سختی بالای مهاربند می توان استفاده نمود در این مقاله به منطور بررسی عملکرد قاب خمشی همراه با مهاربند، قاب یک دهانه یک طبقه، با بکارگیری اتصال پیچی با لقی های مختلف در مهاربندها و در نرم افزار ABAQUS 6.11 مدل شده اند و از تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی و بر اساس دستور العمل بهسازی لرزه ای ایران - نشریه - 360 مورد ارزیابی لرزه ای قرار گرفتند..
2. معرفی اتصال پیچی دارای لقی
اتصال مورد مطالعه همانند اتصال اصطکاکی با ضریب اصطکاک صفر است .نمونه ای از اتصال در شکل 1 آورده شده است، اتصال مورد نظر از یک ورق میانی دارای 2 سوراخ لوبیایی44 میلیمتر، ورقهای کناری دارای سوراخ استاندارد به قطر 20 میلیمتر و پیچ با مقاومت بالا به قطر 20 میلیمتر تشکیل شده است. اتصال پیچی دارای لقی، همان اتصال Slot در نرم افزار ABAQUS 6.11 می باشد، که در آن ابتدا پیچ در وسط سوراخ لوبیایی قرارگرفته و زمانی که قاب تحت نیروی جانبی قرار می گیرد پیچ در سوراخ لوبیایی شروع به حرکت می کند.جهت جلوگیری از برخورد غیر متقارن، سوراخ های لوبیایی در صفحه مرکزی متقارن طراحی شده اند.
شکل -1 نمونه ای از اتصال پیچی دارای لقی
3. قاب های مطالعه شده
در این مقاله قابهای فولادی خمشی یک دهانه یک طبقه با لقی های مختلف و بدون لقی در اتصال مهاربند هم محور قطری به قاب خمشی، به ارتفاع 3 متر و طول دهانه 5 متر با ستونهای IPEB340 و تیر IPE300 با مهاربند از نوع پروفیل و تحت نیروی جانبی سینوسی - تن - با پریود 1 ثانیه و جرم یکنواخت 2 تن بر متر بر روی قاب مطابق در نرم افزار ABAQUS مدل سازی شده است. اتصال پیچی دارای لقی در مهاربند به قاب خمشی بصورت مفصلی بوده و اتصال تیر به ستون از نوع گیردار است. مصالح استفاده شده در مدلها ازنوع مصالح مصرفی مرسوم در صنعت ساختمان سازی می باشد و پیچ بکار رفته از نوع پیچ پر مقاومت بوده که دارای تنش اولیه 6400 و تنش نهایی 8000 است..
4. بررسی و تخمین مقدار لقی
اندازه لقی اولیه در مهاربند را باید بر اساس محدودیتهای آیین نامه ای و همچنین با در نظر گرفتن پارامترهای مهم و تاثیر گذار از قبیل تشکیل مفاصل پلاستیک، آستانه ی کمانش مهاربند فشاری، جلوگیری از ایجاد ضربه و افزایش شکلپذیری مهاربند صورت گیرد. به منظور دستیابی به عملکرد مطلوب قاب خمشی مهاربندی دارای اتصال لقیاولاً، مقدار لقی باید به اندازه ای انتخاب شود که در لحظه تشکیل مفصل پلاستیک در قاب خمشی، مهاربند وارد عمل شود.
- بشرط آنکه این مقدار جابجایی جانبی سازه از لحاظ آیین نامه مجاز باشد - در این صورت سازه برای نیروهای جانبی کم، مانند قاب خمشی عمل کرده و با افزایش نیرو و ایجاد مفصل پلاستیک در قاب، پیچ موجود در اتصال بادبند به انتهای لقی رسیده و مهاربند فعال شده و سختی از دست رفته قاب خمشی را جبران می کند.ثانیاً جهت جلوگیری از ایجاد ضربه در قاب به علت حرکت پیچ در سوراخ لوبیایی و افت شدید عملکرد لرزه ای قاب، باید پیچ به آرامی در سوراخ لوبیایی حرکت کند که اینکار مستلزم تغییر در سیستم سختی در مراحل مختلف است.[2]
در این تحقیق نسبت سختی قاب خمشی به سختی مهاربند طوری انتخاب می شود که قاب خمشی به تنهایی ابتدا انرژی ورودی را جذب و مقداری از آنرا تا رسیدن پیچ به انتهای لقی مستهلک کند و سپس مهاربند فعال شده و توام با قاب خمشی موجب استهلاک باقیمانده انرژی ورودی گردد. با اینکار از یک طرف از ظرفیت خمشی قاب به عنوان شاخصه اصلی آن و سختی بالای مهاربند به عنوان عضو مقاوم ثانوی استفاده شده و از طرف دیگر به علت کاهش نیروی داخلی مهاربند و تاخیر در کمانش آن، قاب خمشی مهاربندی دارای لقی نسبت به قاب خمشی مهاربندی بدون لقی، انرژی بیشتری را استهلاک می کند.
با استفاده از تحلیل استاتیکی غیر خطی اولین مفصل پلاستیک قاب در جابجایی 3/1 سانتیمتر تشکیل می شود. بنابراین مقدار لقی مبنایی که برای بادبند این قاب در نظر گرفته شده است برابر با 2/4 سانتیمتر معادل 0.5% طول مهاربند در جهت قطری بادبند می باشد. - طول مهاربند - L: در شکل 3 توزیع تنش در اتصال قاب مهاربندی دارای لقی مبنا، پس از نیروی اعمال شده نشان داده شده است.
5. بررسی نتایج عددی
قابهای مطالعه شده با تغییر میزان لقی در اتصال معرفی شده، در شرایط یکسان تحلیل شده و تاثیر هر کدام مورد بررسی قرار گرفته است.
.1-5 بررسی نتایج حاصل از افزایش میزان لقی
برای بررسی اثر افزایش میزان لقی نسبت به حالت لقی مبنا، مقدار لقی در اتصال مهاربند به قاب خمشی فولادی به مقادیر به طورمنطقی افزایش داده شده است. در شکل های 3و 4 ظرفیت باربری و تغییر مکان قاب بر حسب زمان، برای لقی های افزایش یافته و نشان داده شده است.
