بخشی از مقاله
چکیده:
سازههای ساختمانی تحت اثر نیروهای لرزهای ناشی از زلزله تغییرمکان مییابند. این تغییرمکانها که عموما از نوع جانبی هستند، باید توسط دیوارهای برشی، مهاربندها و یا اتصالات صلب - قاب خمشی - مهار گردند. استفاده از بادبند فلزی در سازههای بتن آرمه به دلیل اجرای آسان، مسائل اقتصادی و امکان مقاومسازی ساختمانهای بتنی ضعیف موجود در برابر زلزله و غیره، نسبت به دیوار برشی در چند دهه اخیر مورد توجه بیشترمحققین قرار گرفته و تحقیقاتی وسیع در این زمینه انجام شده و هم چنین در حال انجام است. استفاده از این سیستم در مقایسه با دیگر سیستمهای مقاوم در برابر بارهای جانبی از قبیل دیوار برشی بتنی یا دیواربامصالح بنایی، روش مناسبی برای مقاومسازی و سخت نمودن ساختمانها در برابر نیروهای جانبی است و به واسطه این روش به اهداف متنوعی از جمله کنترل جابجائی، افزایش شکلپذیری و جلوگیری از فروریزی میتوان دست یافت.
در تحقیق حاضر سه مدل قاب بتنی 3، 5 و 8 طبقه در دو حالت قاب خمشی و قاب مهاربندی شده فولادی برای بررسی اثر استفاده از مهاربند فولادی در تقویت سازههای بتنی مورد بررسی قرار گرفتند. تحلیلها در دو حالت تحلیل دو بعدی با استفاده از نرمافزار Etabs و تحلیل اجزای محدود با استفاده از نرمافزار ABAQUS صورت گرفت. نتایج تحلیلهای غیرخطی استاتیکی نشان میدهند که ضریب کاهش نیرو در مدلهای خمشی بین 2/2 تا 2/4 و در مدلهای مهاربندی شده همگرا بین2/8 تا 2/86 و ضریب کاهش مقاومت در مدلهای خمشی بین 1/37 تا 1/43 و در مدلهای مهاربندی شده همگرا بین1/65 تا 1/72 حاصل می شوند. ضریب رفتار قابهای بتنی مهاربندی شده بیشتر از قابهای بتنی خمشی میباشند.
کلمات کلیدی: قاب خمشی بتنی، قاب بتنی و مهاربندی ضربدری، ABAQUS، ضریب رفتار
-1 مقدمه
هدف از طراحی لرزهای ساختمانهای دارای قابهای خمشی این است که قابهای این ساختمانها در برابر زلزلههای ضعیف در حالت الاستیک باقی بمانند و در برابر زلزلههای شدید تخریب نشوند. این امر با طراحی سازه در سطح مناسبی از سختی، مقاومت و شکلپذیری قابل دسترسی میباشد، به طوری که با در نظر گرفتن سختی و مقاومت لازم برای مقابله با نیروی زلزله به صورت الاستیک، شکلپذیری کافی را از خود نشان دهد و همچنین برای رسیدن به سطح رفتار غیرالاستیک هدف سازه، فرضیات طراحی را به رفتار واقعی سازه نزدیکتر نماید. البته باید طرح پیشنهادی با امکانات موجود قابل اجرا و دارای توجیه اقتصادی نیز باشد و از طرفی نیز شکلپذیری مورد نیاز از طریق مکانیزم غیرالاستیک مطلوب و مشخص کردن محل دقیق تسلیم سازه، قابل فراهم کردن باشد.
کوثری و ماهری - [1] - 1380، به بررسی تجربی استفاده توام از بادبند فلزی و قاب بتنی شکلپذیر - تیرضعیف - بعنوان عنصر مقاوم لرزهای پرداختند. در این تحقیق رفتار مهاربند فلزی در قاب بتنی شکلپذیر - دارای تیر ضعیف - بصورت تجربی مورد بررسی قرار گرفت، تا چگونگی عملکرد و تاثیر بادبند فلزی در این نوع از قابها مشخص شود. بنابراین به منظور درک واقعی رفتار قاب و بادبند تعداد پنج نمونه قاب بتنی با مقیاس 1:3 در آزمایشگاه ساخته شد که دو نمونه بدون بادبند و سه نمونه با بادبند ضربدری بودهاند، که تحت بارگذاری قائم ثابت و بارگذاری جانبی استاتیکی قرار گرفتند.
نتایج آزمایشات نشان دادند، افزایش مقاومت نهایی و سختی به میزان سه برابر و همچنین افزایش محدوده رفتار خطی به میزان چهار برابر نسبت به قاب بدون بادبندی بوده است. همچنین نتایج نشان دادند که، اندرکنش بین قاب و بادبند ضعیف میباشد بنابراین بادبند را میتوان مستقیما برای افزایش مقاومت مورد نیاز طراحی مورد استفاده قرار داد. رزازان و همکاران [2] - 1380 - ، به بررسی تجربی استفاده از مهاربند زانویی شکلپذیر در قاب بتن مسلح پرداختند. در این تحقیق برای اولین بار استفاده مستقیم از نوع جدید بادبندهای فلزی - با مهار زانویی - در قاب بتنی مورد بررسی قرار گرفت. یوسفپور و همکاران [3] - 1388 - ، به بررسی و مقایسه عملکرد انواع مهاربندهای فلزی در ساختمانهای بتنی پرداختند.
در این تحقیق با انجام تحلیل استاتیکی غیرخطی، پارامترهای موثر در طراحی لرزهای همچون، ضریب شکلپذیری، ضریب کاهش شکلپذیری، ضریب اضافه مقاومت سیستم، ضریب رفتار و سختی جانبی الاستیک توسط قاب بتنی تا رسیدن تغییرمکان طبقه بام به حد خرابی سازه، مورد مقایسه قرار گرفت. گیوهچی و همکاران [4] - 1390 - ، به بررسی ضریب رفتار قابهای طبقاتی بتن مسلح مهاربندی شده با مهار ضربدری توسط تحلیل پوش آور پرداختند. در این تحقیق، مقدار ضریب رفتار برای قابها ی خمشی متوسط بتن آرمه با تعداد طبقات متغییر که توسط بادبندهای ضربدری طراحی شدهبودند، محاسبه گردید. این مقادیر از تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده - پوش آور - قابها با استفاده از نرمافزار SAP2000 محاسبه شدند.
-2 مدلسازی
در این تحقیق سه ساختمان بتنی 3 طبقه - دو طبقه بر روی همکف - ، 5 طبقه - چهار طبقه بر روی همکف - و 8 طبقه - هفت طبقه روی همکف - توسط نرمافزار ETABS مورد تحلیل استاتیکی و استاتیکی غیرخطی قرار گرفتند، همچنین برای بررسی تنشهای فونمیسز و میزان جابهجایی قاب و مهاربند فولادی، مهاربندهای فلزی در قاب بتنی ذیربط در نرمافزار ABAQUS نیز جهت مقایسه نتایج مدل شده و پردازش شدند. ساختمان های مورد بررسی، با کاربری مسکونی، در شهر لنگرود میباشند که پلان این ساختمان هامشابه هستند که در شکل - 1 - نشان داده شده است. این ساختمان ها دارای طبقاتی با ارتفاع کف تا کف 3 متر میباشند. سیستم باربر ثقلی این ساختمان هادال بتنی و سیستم باربر جانبی آنها در مدلهای M-3، M-5 و M-8 قاب خمشی با شکلپذیری متوسط در دو جهت و در مدلهای M-X-3، M-X-5 و M-X-8 دارای مهاربند فولادی همگرا در دو جهت میباشند. همچنین نوع خاک بستر سازه ها فرض میشود که از نوع II طبق تعریف آییننامه 2800 باشد. مشخصات مدلها در جدول - 1 - آورده شده است.
