بخشی از مقاله
خلاصه
متداول ترین اتفاقی که بر اثر آن ، یک سازه تحت بارگذاری لرزه ای تخریب می شود ، گسیختگی وتخریب در اتصال تیر و ستون می باشد . وقوع زلزله نورثریج نشان داد که استفاده از قاب های خمشی ویژه و اتصال تیر به ستون با جوش کامل ، در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی هم نمی تواند مانع از شکست ترد اتصال شود . دلیل این اتفاق کافی نبودن انعطاف پذیری اتصالات قاب های خمشی فولادی بود .
استفاده گسترده از این سیستم به این دلیل بود که تصور میشد این نوع اتصال ظرفیت تغییر شکل پلاستیک بالایی دارند اما وقوع زلزله 1994 نورثریج آمریکا و 1995 کوبه ژاپن سبب شد تا بسیاری از اتصالات گیردار تیر به ستون شکست ترد را تجربه کنند . در نورثریج 200 قاب خمشی فولادی با ترک های غیر منتظره ای در اتصال تیر به ستون مواجه شدند ، در بیشتر این اتصالات بدلیل شکست ناگهانی تیر هرگز مفصل پلاستیک از بر ستون گسترش پیدا نمی کرد . در این راستا راه حل هایی جهت دور نمودن مکان مفصل پلاستیک از بر ستون پیشنهاد گردید ،
این راه حل ها شامل طراحی اتصالات جدیدی بود که می توانستند زلزله های بزرگ را تحمل کنند ، اتصال تیر با مقطع کاهش یافته - Reduced Beam Section - یکی از این راهکارها بود . این روش سبب انعطاف پذیری قاب شده و باعث تشکیل مفصل پلاستیک در مقطع تیر می شود که می تواند انرژی زیادی را جذب نماید و در نهایت انرژی جذب شده را توسط نوسانات سازه و مفاصل پلاستیک پراکنده سازد . هدف پژوهش حاضر اهتمام به این موضوع است که در سازه های با سختی بالاتر استفاده از اتصالRBS به مراتب مهم تر است .
از جمله مقاطع مرسومی که در ایران استفاده می شود و سختی سازه را افزایش می دهد ، دوبل ستون ها هستند که رفتار اتصال تیر به اینگونه ستون ها به مراتب غیرشکل پذیرتر از نمونه های منفرد مشابه است و استفاده از اتصال RBS برای اینگونه مقاطع بسیار حیاتی تر است . جهت نیل به این هدف نمودار هیسترتیس اتصالات تیر به دوبل ستون ها در حالت های مختلف مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است .
.1 مقدمه
در قرن 20 میلادی و در حدود دهه 1960 بود که سیستم قاب خمشی فولادی به عنوان سیستمی مناسب جهت کنترل سازه در برابر بارهای ناشی از زلزله مطرح گردید ، در این برهه زمانی تصور همگان براین بود که استفاده از قاب خمشی ویژه - - Steel Moment Resisting Frames و اتصال تیر به ستون با جوش کامل ، در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی ، باعث آن می شود که این سازه ها در زلزله عملکرد قابل قبولی از خود نشان دهند .
اما وقوع زلزله های 1994 نورثریج - Northridge - آمریکا و 1995 کوبه - Kobe - ژاپن تمام این فرضیات را از بین برد ، با وقوع این زلزله ها قاب های خمشی فولادی در اتصالات خود رفتاری بسیار ترد شکن نشان دادند و هیچ گونه شکل پذیری ای در آنها مشاهده نشد ، در واقع این نوع اتصالات بدلیل شکست ترد ناگهانی باعث فروپاشی سازه های فولادی شدند . دلیل این اتفاق کافی نبودن انعطاف پذیری قاب های خمشی فولادی و جذب نکردن انرژی زلزله بود . [1]
در این راستا راه حل هایی جهت دور نمودن مکان مفصل پلاستیک از بر ستون پیشنهاد گردید ، این راه حل ها شامل طراحی اتصالات جدیدی بود که می توانستند زلزله های بزرگ را تحمل کنند . یکی از این اتصالات ، اتصال تیر با مقطع کاهش یافته - Reduced Beam Section - است . از اتصال RBS در برابر بارهای بسیار قوی وارد بر سازه استفاده می شود ، این کار با انعطاف پذیری قاب باعث تشکیل یک مفصل پلاستیک در مقطع تیر کاهش یافته می شود که می تواند انرژی زیادی را جذب نماید و در نهایت انرژی جذب شده را توسط نوسانات سازه و مفاصل پلاستیک پراکنده سازد.
به منظور ایجاد این نوع اتصال ، به فاصله اندکی از بر ستون به صورت موضعی در مقطع تیر باریک شدگی ایجاد می گردد تا ظرفیت خمشی تیر در آن منطقه کاهش یابد که سبب حضور مفصل پلاستیک دور از اتصال تیر به ستون و انتقال آن به درون تیر و جلوگیری از شکست در اتصال و جوش تیر به ستون می گردد . در مقاله حاضر رفتار هیسترتیس اتصالات تیر RBS با ستون های منفرد و دوبل مورد بررسی قرار گرفته است . مدلسازی عددی توسط نرم افزار اجزا محدود آباکوس انجام شده که جهت اعتبار سنجی نرم افزار مورد استفاده از نتایج یک مدل آزمایشگاهی استفاده شده است که در آن اتصال تیر RBS با ستون منفرد تحت بارگذاری سیکلی قرار گرفته است .
.2 جزئیات نمونه های مورد بررسی و نحوه اعمال بار لرزه ای
بعد از وقوع زلزله نورثریج پژوهشگران بسیاری برروی اتصال تیر با مقطع کاهش یافته تحقیقات آزمایشگاهی انجام دادند ، از جمله این پژوهشگران سوفیاس و همکاران [2] بودند که رفتار هیسترتیس دو نوع تیر با مقطع کاهش یافته را تحت بارگذاری سیکلی مورد بررسی آزمایشگاهی قرار دادند . آنها همچنین مدل های آزمایشگاهی خود را با نرم افزار اجزا محدود آباکوس مورد آنالیز عددی قرار دادند ، در نهایت نتایج شکل پذیری و ظرفیت پلاستیک سازه را در فواصل مختلف از بر ستون ارائه کردند . مشاهدات آنها نشان داد که که بیشترین حد شکل پذیری سازه در ناحیه کاهش یافتگی بال تیر اتفاق می افتد و این ناحیه بیشترین ظرفیت پلاستیک را خواهد داشت . در پژوهش حاضر ابتدا نرم افزار آباکوس مورد استفاده را توسط این مدل اعتبار سنجی کرده و سپس به بررسی نمونه های بیشتر با استفاده از ستون دوبل پرداخته می شود . جزئیات مدل مورد بررسی سوفیاس و همکاران در شکل 3 نشان داده شده است.
