بخشی از مقاله
چکیده
وقوع شکستهاي ترد در اتصالات قابهاي خمشی فولادي در زلزلههاي گذشته، لزوم بازبینی در روشهاي مرسوم طراحی اتصالات فولادي را براي تامین شکلپذیري اتصالات فولادي نشان داد. با معرفی اتصالات با تیرهاي کاهش مقطع یافته RBS، شکلپذیري مورد نیاز اتصالات گیردار تیر به ستون تامین گردید. ضعیف بودن قسمت کاهش یافته تیر در این اتصالات، کاهش لنگر مقاوم و ضعف در برابر کمانش کلی به ویژه در تیرهاي عمیق را در پی دارد. براي حذف این مشکلات، با تغییراتی در جزئیات طراحی تیرهاي RBS، تیرهاي با کاهش مقطع بهبود یافته ERBS معرفی شدهاند. از طرف دیگر با استفاده از تیرهاي با جان غیرفشرده میتوان فولاد مصرفی در سازه را کاهش داد ولی غیرفشرده بودن جان سبب ایجاد ناپایداريهایی در محل اتصال تیر به ستون میشود.
در این پژوهش با استفاده از نرمافزار اجزاي محدود آباکوس رفتار چرخهاي تیرهاي با جان غیرفشرده RBS با ERBS مقایسه گردیده و در ادامه از سختکنندههاي طولی جان براي بهبود رفتار اتصال تیر به ستون استفاده شده است. شش نمونه اتصال اجزاي محدود با جان فشرده و غیرفشرده با و بدون سخت کننده طولی مدلسازي شدهاند. در این نمونهها از تیرهاي بدون کاهش، با کاهش مقطع و با کاهش مقطع بهبود یافته استفاده شده است. از دادههاي تجربی براي ارزیابی صحت مدلهاي اجزاي محدود استفاده شده است. نتایج بررسیها نشان میدهد که استفاده از تیرهاي ERBS با جان غیرفشرده داراي سختکننده طولی، علاوه بر کاهش مصرف فولاد، افزایش مقاومت خمشی و بهبود قابل توجه در شکلپذیري اتصال را نتیجه میدهد.
-1 مقدمه
شکل پذیري زیاد، مقاومت بالا، وزن کم، هزینه ساخت پایین و سهولت در اجرا از جمله ویژگیهاي یک سیستم سازهاي مناسب میباشد. یکی از سیستمهاي سازهاي پر کاربرد در ساختمان ها، قاب خمشی فولادي است که در آن میتوان با هزینه مناسب، این ویژگیها را به دست آورد. در زلزله نورتریج حدود یک سوم از 200 ساختمان با قابهاي خمشی فولادي، آسیبهاي بسیار جدي دیدند. همچنین در زلزله کوبه، بیش از 150 هزار ساختمان دچار خرابی شدند.
آسیبهاي وارد بر این ساختمانها باوجود رعایت تمام ضوابط طراحی موجود در آییننامههاي ساختمانی بود. دو زلزله نورتریج و کوبه عقیده قابلاعتماد بودن رفتار قابهاي خمشی فولادي در زلزلهها را زیر سؤال بردند. استفاده از قابهاي خمشی فولادي در بین سالهاي 1964 تا 1994 در ساختمانهاي بلند مرتبه بسیار رایج بود، زیرا اعتقاد بر تغییرشکلهاي بزرگ بدون شکست ترد فولاد به عنوان یک ماده شکلپذیر بود.
بررسیهاي پس از زلزله نورتریج نشان داد که رفتار اتصالات قابهاي خمشی عامل تعیینکنندهي رفتار این قابها در زلزله است. این بخش از سازه شامل دو ناحیه اتصال بال تیر به ستون و اتصال جان تیر به ستون میشود. براي بهبود عملکرد قاب خمشی، هر کدام از این دو ناحیه از اتصالات به صورت تفکیک شده بررسی میشوند. تحقیقات صورت گرفته بر روي قابهاي خمشی آسیب دیده در نورثریج نشان داد که مهمترین عامل خرابی این قابها اتصال اتصال بال تیر به ستون میباشد.
Chen et al , 1997 - مشکل اساسی این ناحیه اتصال، عدم توجه به ایجاد تنش پسماند در ناحیه جوش شده انتهاي بال تیر بود. روشهاي بسیاري براي کاهش تنش یا تقویت این ناحیه از سازه ارائه شده است. یکی از موثرترین روشها استفاده از تیرهاي RBS در قابهاي فولادي است. طرحهاي بسیاري براي تیرهاي RBS ارایه شده است. کاهش عرض بال، ایجاد سوراخ و یا کاهش ارتفاع در جان را میتوان ازجمله پژوهشهاي صورت گرفته براي رسیدن به یک تیر RBS با شکلپذیري مطلوب دانست.
کولکارنی و وسماوالا - Kulkarni & Vesmawala, 2014 - به بررسی رفتار انواع تیرهاي با مقطع RBS-B در مقابل تیرهاي ساده WUF-B پرداختند. نتایج این تحقیق نشان داد که عملکرد تیر ساده به دلیل پیدایش تركهایی در جوش بال پایین بهمراتب ضعیفتر از تیر RBS میباشد . کولکارنی و وسماوالا - Ajay & Gaurang, 2013 - در مقاله دیگري به بررسی انواع تیرهاي RBS پرداختهاند. پنج نوع تیرRBS ، شامل RBS با برشهاي مستقیم، دو نوع RBS با بال سوراخ شده،RBS با برش شیبدار و RBS با برش شعاعی میباشند.
آنها نشان دادند که حداکثر تنش فون میزز در نمونههاي مورد آزمایش بین 450MPa تا 520 MPa میباشد. تنها در RBS با برش شعاعی کانتورهاي تنش هماهنگ پخششدهاند و در بقیه، کانتور تنشها بهگونهاي است که احتمال شکست بال تیر میرود. از مهمترین پژوهشها بر روي تیرهاي RBS می توان تحقیقات لی و همکاران - Lee et al , 2005 - را نام برد. آنها در این تحقیقات تأثیر دو متغیر استحکام چشمه اتصال و نوع اتصال جان در عملکرد تیرهاي RBS را مورد بررسی قرار دادند. این آزمایشها نشان داد که اتصال پیچی RBS در تیرهاي با ارتفاع زیاد عملکرد بسیار ضعیفی از خود نشان دادهاست. این آزمایشها باعث شد که AISC اجازه استفاده از RBS-B را در قابهاي خمشی ویژه ندهد.
