بخشی از مقاله
خلاصه
در این مطالعه به تعیین ضریب رفتار و ضریب اضافه مقاومت سیستم مهاربندی همگرای ویژه و بررسی نتایج آن پرداخته شده است. برای این منظور از تحلیلهای استاتیکی غیرخطی و دینامیکی خطی و دینامیکی افزایشی غیرخطی، IDA ، تحت 17 رکورد زلزله های مهم دنیا از جمله دو زلزله مهم ایران - بم و طبس - استفاده شده است و مطالعه روی قابهای 3، 6، 9 و 12 طبقه با پیکر بندی شورون معکوس و قطری با استفاده از نرم افزار OpenSees شده است. نتایج بدست آمده نشانگر وجود اختلافات اندکی در مقادیر پارامترهای لرزهای بدست آمده از نتایج تحلیل دینامیکی IDA با مقادیر ارایه شده در آیین نامههای معتبر دنیا میباشد که نشانگر دقت و واقعی بودن نتایج تحلیل دینامیکی نسبت به تحلیلهای استاتیکی مشابه میباشد.
.1 مقدمه
قابهای مهاربندی شده با مهاربندهای همگرا از جمله سیستم هایی هستند که استفاده از آنها متداول است. از آنجایی که نیروی زلزله یک نیروی رفت و برگشتی میباشد لذا مشکل اصلی بسیاری از سیستمهای مقاوم در برابر نیروهای جانبی، عدم شکلپذیری و سختی کافی در مقابل این نوع بارگذاری میباشد . در طی سالیان تلاشهای زیادی برای بوجود آوردن سیستمهای گوناگون برای مقابله با نیروی زلزله انجام گردیده است که اکثر این تلاشها در راستای ایجاد سیستمی که دارای مقاومت، سختی و ظرفیت تغییرشکل بالا باشد و نیروی زلزله را بدون بوجود آمدن خرابیهای زیاد در اعضای اصلی سازه، جذب و مستهلک نماید پیش رفته است.
از جمله نتیجه این تحقیقات سیستم قاب مهاربندی شده همگرای ویژه SCBF میباشد که بواسطه عملکرد مناسبشان در سالهای اخیر بسیار مورد توجه محققین قرار گرفته است و تحقیقات زیادی بمنظور مدلسازی دقیق این سیستم ها در نرم افزار های المان محدود و همچنین رفع نقایص و بهبود رفتار این سیستمها تحت مدلهای آزمایشگاهی و مدلهای نرم افزاری انجام گردیدهاست. قاب مهاربندی شده همگرای ویژه به قابهایی گفته میشود که در آنها از مهاربندها انتظار میرود تحت اثر بارجانبی زلزله طرح تغییر شکلهای فرا ارتجاعی قابل ملاحظهای تحمل کنند و در آنها کاهش مقاومت چندانی رخ ندهد.
قابهای مهاربندی همگرایویژه SCBF، سیستمهای مقاوم جانبی کارا و معمول هستند که در نواحی مستعد لرزه خیزی به کار برده میشوند. این سیستم ها به طور ذاتی سخت و اقتصادی هستند. شکل زیر یک نوع SCBF را نشان می دهد که شامل یک مقطع سازهای توخالی HSS میباشد که به اعضای اصلی تیر و ستون بوسیلهی صفحات اتصال، پیچ یا جوش میشوند.[1]
در مبحث دهم مقرارات ملی ساختمان در مورد مهاربندهای همگرای ویژه به این صورت شرح داده شده است : - - قاب مهاربندی شده همگرای ویژه به قابهایی گفته میشود که در آنها از مهاربندها انتظار میرود تحت اثر بارجانبی زلزله طرح تغییر شکلهای فرا ارتجاعی قابل ملاحظهای تحمل کنند و در آنها کاهش مقاومت چندانی رخ ندهد. رفتار فرا ارتجاعی موردنظر ممکن است به مرحله بعد از کمانش مهاربند توسعه یابد. با این ترتیب پیکرهبندی و طراحی مهاربند و اتصالات آن باید چنان باشد که از عهده این تغییرشکلها برآید. و رفتار تیرها و ستونها در قاب عملا در مرحله ارتجاعی باقی بماند - - . [2]
با توجه به این توضیحات میتوان درک کرد که عضو قطری مهاربندی در این سیستم نقش اساسی دارد و باید علاوه بر کاهش جابجایی طبقات مستقیما در شکل پذیری سازه ایفای نقش نماید و پس از کمانش هم باید قادر به تحمل نیرو باشد و مقاومت خود را از دست ندهد، حال برای بررسی عملکرد این چنین عضوی لازم است که از تحلیلهای دقیق تر و تحلیلهایی که مقاومت عضو را در حین زلزله در حالت قبل از کمانش و بعد از کمانش بدقت نشان میدهند استفاده گردد، چرا که با تحلیلهای استاتیکی نمیتوان رفتار و مقاومت دقیق حالت پس کمانش اینگونه اعضا را در حین زلزله بررسی نمود.
تحلیل دینامیکی افزاینده راهکاری نوین میباشد که مستقیما با بکارگیری رکوردهای زمین لرزههای واقعی مقاومت اعضا را در حالت های قبل و بعد از کمانش اعضا مشخص میسازد و همان طور که میدانیم شکل پذیری و مقاومت افزون سازهها ویژگیهای میباشند که عملا در حین زلزله در سازهها مطرح میشود و براورد آن با تحلیلهای استاتیکی کار مناسبی نمیباشد لذا در تحلیل دینامیکی افزاینده مقادیر ضرایب شکل پذیری و اضافه مقاومت سازهها دقیقتر و مناسبتر بدست میآیند.
یکی از مهمترین پارامترهای لرزهای در طراحی سازهها، مقدار ضریب رفتار سازه ها می باشد، که در حقیقت توانایی سیستم سازهای در جذب و استهلاک انرژی ناشی از زلزله و ایجاد تغییرشکل های فرا ارتجاعی بدون فروریزش کلی سازه مییاشد. همچنین اثرات زلزلههای مختلف بر سازههای طراحی شده و بررسی سطوح عملکردی سازه ها و میزان آسیبهای وارده به سازه مطابق تعاریف آیین نامهها، از موضوعات جالب توجه میباشد، چراکه نتیجه طراحی سیستم سازهای مورد بررسی و در نهایت عملکرد سازه در برابر زلزلههای مختلف را بر اساس آخرین آیین نامههای تدوین شده آشکار میسازد و کفایت یا عدم کفایت ضوابط موجود برای طراحی لرزهای آن سیستم خاص را مورد ارزیابی قرار میدهد.
.2 ضوابط مبحث دهم مقرارت ملی ساختمان در مورد مهاربندهای همگرای ویژه
.1.2 ضوابط اعضای قطری مهاربندی
.1.1.2 محدودیتها
الف- قطریها باید دارای مقطع فشرده لرزهای مطابق ضوابط فصل 3 مقررات ملی ساختمان باشند
ب- مقاطع قطریها چه به صورت تکی و چه به صورت ساخته شده از نیمرخهای نورده شده یا ورقی، باید به صورت متقارن نسبت به صفحهای که در آن قطری قرار داده شده است، قرار گیرند.
پ - از بکار بردن وصله درطول عضو قطری باید حتی الامکان خودداری شود. در صورت لزوم باید بتواند تمام ظرفیت عضو را به صورت اتصال پوششی و یا به صورت مستقیم و با جوش نفوذی کامل انتقال دهد. وصله اجزای قطری نباید در یک مقطع قرار گیرند. همچنین محل وصله عضو مهاربند نباید در ناحیه یک چهارم طول در وسط آن قرار گیرد.[2]
.2.1.2 لاغری اعضای قطری
الف- لاغری عضو قطری فشاری، r ، نباید از Fy تجاوز نماید. لاغری قطریها را در قابهایی که ستونهای آنها قادر به تحمل بار منتقل شدهای معادل، 1/15 در طراحی حالات حدی و 1 / 15 در طراحی تنش مجاز، برابر مقاومت- 1 / 5 های اسمی مهاربندها باشند، میتوان برابر عددی بین مقدار عنوان شده و 200 در نظر گرفت.[2]
ب- ضریب طول موثر عضو قطری، در مهاربندهای قطری و مهاربندهای 7 و8 برابر با یک و در مهاربندهای ضربدری، چنانچه در محل تقاطع دو عضو مهاربندی اتصال کافی وجود داشته باشد، در صفحه مهاربندی برابر با 0/5 و در جهت عمود بر صفحه مهاربندی، برابر با 0/7 در نظر گرفته میشود.
.2.2 کنترل ضوابط مربوط به تیرهای دهانه مهاربندی شده
تیرها باید دارای مقطع فشرده لرزهای مطابق ضوابط فصل 3 مقررات ملی ساختمان باشند. تیرهای دهانه مهاربندی شده باید قادر به تحمل نیروهای قائم حاصل از ترکیب بارهای ثقلی بدون حضور مهاربندها باشد. تیرها در این قاب باید در حد فاصل دو ستون پیوسته باشند و مهار جانبی کافی برای جلوگیری از کمانش جانبی-پیچشی، در هر دو بال بالا و پایین، داشته باشند.
