بخشی از مقاله
خلاصه
معرفی اتصالات خمشی با مقطع کاهش یافته تیر، RBS ایده بسیار مناسبی برای جلوگیری از تجاربی بود که در زلزلههای نورثریج و کوبه مشاهده شد. این موفقیت حاصل جلوگیری از تمرکز تنش به دلیل کاهش موضعی مقطع تیر و درنتیجه جابجای محل تشکیل مفصل پلاستیک بود. قابهای مقاوم خمشی فولادی درایران اکثراً در سازههای با ارتفاع متوسط و بلند استفاده میشود. ستونهای این سازهها اغلب از نوع قوطی و تیرها از نوع پروفیل IPE یا تیر ورق میباشد.
در این تحقیق به معرفی و بررسی عملکرد یک اتصال جدید از نوع RBS جهت کاهش اشکالات موجود پرداخته میشود. به منظور بررسی رفتار چرخهای این اتصالات یک مدل اجزای محدود از آنها توسط نرمافزار ABAQUS ایجاد شده و تحت بارگذاری استاتیکی چرخهای قرار گرفته و پس از صحتسنجی مورد استفاده قرار میگیرد. در این مطالعه اثر پارامترهای موثر در این نوع اتصالات نظیر فاصله ناحیه کاهشیافته جال تیر از بر ستون قوطی، طول ناحیه کاهشیافته جال تیر و شکلپذیری سازه مورد مطالعه قرار میگیرد. نتایج این پژوهش عملکرد مناسب این نوع اتصالات را در مقایسه با اتصالات متداول نشان میدهد. این ایده ضمن صرفهجویی قابل توجه در هزینه پروژه، باعث ایجاد ظرفیتهای چرخش پلاستیک بسیار بالا نیز می شود.
.1 مقدمه
اتصالات صلب خمشی به طور گسترده در سیستمهای ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرند. این نوع اتصال تا قبل از زلزلههای 1995 نورثریج و 1996 کوبه، به عنوان سیستم سازهای شکلپذیر مورد توجه طراحان سازه بود. در اثر این زلزلهها تعداد قابل توجهی از ساختمانهایی که در آنها از سیستم قاب خمشی فولادی با اتصالات گیردار جوشی استفاده شده بود، دچار خرابیهایی در ناحیه اتصالات تیر به ستون گردیدند. یکی از علل اصلی این خرابیها شکلپذیری کم و تمرکز تنش در ناحیه جوش شده اتصالات گیردار بود.
پس از وقوقع زلزله نورثریج به منظور اطمینان از رفتار رضایتبخش و شکلپذیر اتصالات در قابهای خمشی که احتمال تجربه زلزلههایی با شدت بیشتر از زلزله نورثریج برای آنها وجود دارد، تحقیقات سازمانیافتهای تحت نظارت FEMA انجام گرفت. حاصل این پژوهشها انتشار گزارشات مفیدی برای اطلاع از خرابیهای حاصل از زلزله نورتریج و راههای مقابله با آن بود.[1] ستون قوطی شکل که با جوشکاری 4 ورق ساخته میشود، برای استفاده در قابهای خمشی در مناطق با خطر لرزهای بالا مناسب میباشد.
علل کارایی سازهای این نوع مقطع عبارت است از سختی خمشی زیاد حول کلیه محورها، مقاومت بالای محوری به سبب دارا بودن شعاع ژیراسیون بالا، مقاومت خمشی مناسب در هر دو جهت، شکلپذیری کافی این مقطع در صورت رعایت نسبت عرض به ضخامت و مقاومت پیچشی مناسب که نیاز به مهارهای جانبی ستون را کاهش میدهد2]و.[3 با وجود کارایی بالای مقطع قوطی شکل به عنوان ستون، برقراری اتصال خمشی مناسب تیر I به ستون قوطی چالش برانگیز است، برای سالها استفاده از ورق پیوستگی داخلیکارآمدترین روش جهت تقویت گره اتصال تیر I به ستون قوطی بوده است .
[3] به منظور بررسی رفتار چرخهای اتصال جان کاهشیافته به ستون قوطی تعداد 10 نمونه اتصال تیر به ستون با جان کاهشیافته و ابعاد متفاوت در تیر و ستون و محل قرارگیری جان کاهشیافته و میزان بازشدگی آن در نظر گرفته شده است، به منظور بررسی هر چه دقیقتر و بهتر این اتصالات از نظر میزان فشار وارده ناشی از جان کاهشیافته به ستون و همچنین تغییر در اعواج و محل مفصل در این نوع اتصالات نیز مورد بررسی قرار گرفته است.
.2 صحتسنجی مدلسازی
برای صحتسنجی و به منظور حصول اطمینان از تطابق فرضیات مدل - نوعالمانها، نحوه المانبندی، نوع بارگذاری و... - یک نمونه آزمایشگاهی شامل اتصال تیر فولادی با مقطع کاهشیافته به ستون فولادی شکل که توسط D.T. Pachoumis و همکاران در سال [4] 2010، تحت بارگذاری چرخهای قرار گرفته بود مورد تحلیل نرمافزاری قرار داده شد. این مدل از ستون H شکل به ابعاد 300×300×11×27 - mm - و به طول 1797 - mm - ، تیر I شکل به ابعاد 171×180×6×9.5 - mm - و به طول 1200 - mm - که در آن ستون دارای جان تقویت شده به ابعاد 400×208×12 - mm - و ورق پیوستگی به ابعاد 262×80×10 - mm - و بال تیر دارای استیفنر به ابعاد 206×116×10 - mm - میباشد.
مدلسازی با استفاده از نرمافزار Abaqus انجام شد.[5] برای مدلسازی اتصال RBS، در تمام تیر و ستون از المان Soild هشت گرهای، C3D8R استفاده گردید، تنش تسلیم تمام قطعات برابر Mpa 310 و تنش نهایی برابر 430 Mpa و مدول الاستیسیته برابر 209 Gpa و نسبت پواسون نیز 0.3 در نظر گرفته شد. سپس نمونه تحت بارگذاری چرخهای مطابق مرجع قرار گرفت.[6] نمودار هیسترزیس و تغییر شکلهای هر یک از مدلهای اجزای محدود همراه با نمونههای مرجع در شکلهای زیر نشان داده شده است. همانطور که نشان داده شده تطابق عددی مطلوبی در تغییر شکلها و نمودار هیسترزیس نمونه عددی اتصال RBS با نتایج آزمایشگاهی مشاهده میشود. بطوری که میزان خطا در اتصال RBS حداکثر حدود %7 الی %8 است، که این حاکی از صحت مدلسازی میباشد.
.3 مشخصات هندسی مدل
مطالعه حاضر به ارزیابی اتصال تیر با مقطع کاهش یافته در جان به ستون قوطی شکل میپردازد. در این پژوهش شکلپذیری و مقاومت اتصالات مطابق آییننامه [1] FEMA-355D بررسی شده است. در این اتصال از مقطع کاهشیافته در جان استفاده شده است. لازم به ذکر است که مقطع کاهشیافته در جان تیر رابطهی کاملاً مستقیمی با نوع تیر و ابعاد اسمی که برای آن در نظر گرفته میشود دارد. لذا در این مطالعه به منظور انتخاب اتصال بهینه، ده نمونهی اتصال با کاهش موضعی در جان تیر با پارامترهای برش مختلف مورد تحلیل قرار گرفتند. هدف از این کار، رسیدن به اندازههای برش موضعی در تیر بود که بهترین عملکرد را براساس معیارهای ذکر شده برای اتصال داشته باشند.
