بخشی از مقاله
چکیده
ضریب رفتار “ R” یکی از پارامترهای لرزه ای به هنگام استفاده از روش استاتیکی معادل در تحلیل سازه ها می باشد.استفاده از باد بند فلزی ، برای مقاوم سازی قابهای خمشی بتن آرمه ، به دلیل مزایای اقتصادی و اجرائی این روش مورد توجه قرارگرفته است.
مطالعات انجام شده نشان می دهد در مقاوم سازی قابهای بتنی طرح شده بر اساس بار ثقلی با سیستم مهاربند نوع ضربدری ، تقویت ستونهای پانل مهاربندی شده نیز ضروری است. در این مقاله ، مقدار ضریب رفتار برای سازه های قاب خمشی بتن آرمه متداول ٣ الی ٥ طبقه که تحت اثر بارهای ثقلی طرح شده ، و با مهاربند فلزی نوع ضربدری و پوشش فولادی ستونها مقاوم شده اند ، محاسبه گردیده است. این مقادیر از آنالیز دینامیکی غیر خطی و استاتیکی غیر خطی قابها با استفاده از برنامه Drain - 2 DX محاسبه شده اند .
١ مقدمه
واقع شدن ایران برکمربند لرزه خیز و وضعیت برخی ساختمانهای موجود ، وقوع تعداد زیادی زلزله و خسارتهای ناشی از آن درایران، هشداری برای بررسی بیشترسازه های موجود وآسیب پذیری آنها بوده و از اینرو لزوم مقاوم سازی سازه ها در سطح کشور بارها از سوی مراجع مختلف موردتاکید قرار گرفته است. روش مناسب برای مقاوم سازی باتوجه به شرایط موجود انتخاب می شود
یکی از روشهای مقاوم سازی قابهای بتن آرمه ، استفاده از سیستم مهاربند ضربدری می باشد که شیوه مناسبی برای مقاوم سازی و افزایش سختی جانبی ساختمانها بوده ونسبت به سایر روشهای موجود، دارای مزایای اجرائی و اقتصادی می باشد. در مواردی که سازه موجود برای بارهای جانبی طرح نگردیده باشد ، برای مقاوم سازی آن با این روش ، علاوه بر افزودن المانهای قطری به قاب ، مقاوم سازی ستونها نیز ضروری است که برای این منظور می توان ازپوشش فولادی برای ستونها بهره گرفت
مقاوم سازی پارامترهای دینامیکی سازه را تغییر می دهد ]١. [ ضریب رفتار“ R ” یکی از مهمترین پارامترهای لرزه ای یک سازه می باشد که هنگام استفاده از روش استاتیکی معادل به کار می رود . ضریب رفتار ، قابلیت جذب انرﮊی سازه را مشخص می کند وتاثیرقابل توجهی درطراحی بهینه و اقتصادی ساختمان دارد
در تحقیق حاضرضریب رفتار قابهای بتنی متداول - طرح شده تحت اثربارهای ثقلی - مقاوم شده با مهاربند ضربدری و ستونهای پوشش شده ، بررسی شده است . برای این منظور ، تعاریف متفاوتی از حد خرابی سازه ها مورد توجه واقع شده است . همچنین مقایسه مقادیر بدست آمده با مقادیر نظیر برای سازه های بدون پوشش ستونها ، نشان دهنده میزان تاثیر پوشش فولادی ستونها بر رفتار سازه ها می باشد .
٢ مدلسازی
برای تعیین ضریب رفتار قابهای بتنی تقویت شده، و دستیابی به یک مقدار مشخص و کلی، نیازبه مطالعه تعداد زیادی مدل می باشد . با در نظر گرفتن پارامترهای موجود در ساختمانهای متداول در سطح کشور ، مدلهایی متناسب باهدف این تحقیق طرح گردید. برای ایجادمدلهایی که دربرابر زلزله ضعیف بوده و نیاز به مقاوم سازی دارند ، قابهای طراحی شده براساس بارهای ثقلی انتخاب شده اند
در بیشتر شهرهای کشور، ساختمانهای متداول تعداد طبقات بین ٣ تا ٥ طبقه دارند که در مدلها در نظر گرفته شده اند. این مدلها ٣ الی ٥ دهانه بوده و همچنین طول دهانه نیز برابر با مقادیر ٤،٥و٣ متر انتخاب شده اند . بنابراین تعدادکل مدلهای اولیه ٢٧ عدد خواهد بود. بارگذاری ثقلی مدلها بر اساس آئین نامه ٥١٩ ایران ]١٠ [ انجام شده وعرض باربر هرقاب ٥ مترفرض شده است طرح قاب ها براساس ] ACI ١١[ انجام شده است . برای مقاوم سازی این سازه ها ، با استفاده از روش استاتیکی معادل نیروهای جانبی وارد بر آنها از آیین نامه ٢٨٠٠ ایرا ن ]٥[ محاسبه گردیده و اعضا مهاربندی نیز بر اساس آیین نامه ] AISC –LRFD١٢ [ طرح شدند.
ترکیب بندی متنوعی برای آرایش مهاربندی ها در نظر گرفته شده است - شکل ١ - . درمحاسبات مربوط به بارگذاری زلزله I=1.0 , A=0.3 g و B با توجه به پریود سازه ها انتخاب شده است . مقدار “R “ با توجه به مقادیر مشابه و سایر تحقیقات انجام شده برابر ٥/٥ اختیار گردید
همچنین برای انتقال نیروهای محوری ستونهای پانل های مهاربندی شده ]٤،٢ [ این ستونها با استفاده از پوشش فولادی ، مقاوم سازی شده اند . این پوشش ها به صورت پروفیل های نبشی و تسمه ، با ایجاد پیش تنیدگی مورد نیاز و استفاده از ورق در نظر گرفته شده اند . برای محاسبات مربوط به ظرفیت های این ستونها از روشهای معرفی شده توسط ] Sakino , Sun١٣[ و Georgopoulos , Dritsos ]١٤[ استفاده گردیده است . با توجه به نزدیک بودن مقادیر بدست آمده برای ستونهای پوشش شده با دو روش فوق ، در مدل سازی نهایی ستونهای با پوشش ورق در نظر گرفته شده اند .
شکل١:آرایش مهاربندها
آرایش پایه - XX-X -
آرایش داخلی - MXX-X -
آرایش نامتقارن خارجی - EXX-X -
آرایش نامتقارن - UXX-X -
٣ رفتار قابهای بتنی طرح شده برای بارهای ثقلی ورفتار قابهای تقویت شده در سازه های طرح شده تحت بارهای ثقلی رفتار سیستم تیر قوی- ستون ضعیف WCSB حاکم است.
در این نوع سیستم معمولاﹰ مکانیسم شکست به دو صورت تشکیل مفصل پلاستیک درستونهای طبقات ویا طبقه ضعیف رخ می دهد. در هنگام حرکات دینامیکی ، ظرفیت خمشی تیرها که با مشارکت دال تقویت می گردد ، موجب ایجاد لنگرهای بزرگ تر از ظرفیت ستونها می شود . بعلاوه به علت شکل پذیری کم مقاطع ستون ممکن است شکست زودرس درناحیه غیرپلاستیک رخ دهد . بنابراین برای زلزله های شدید ظرفیت قابل بازیافت ستونها به ویژه ستونهای داخلی ناچیز می باشد .
با وجود این ستونها به ظرفیت کامل خمشی خود می رسند ]١٥.[ تقویت این نوع سازه ها باید شامل مقاوم سازی و افزودن شکل پذیری ستونها و اتصالات بحرانی باشد .روش انتخاب شده باید توجه کافی برای کنترل تغییرمکان بین طبقه ای برای محدودکردن خسارت داشته باشد
نتایج تحقیقات انجام شده نشان می دهد برای طرح مهاربندیها باید از بادبندی با ضریب لاغری خیلی کم - تسلیم در فشار - ویا خیلی زیاد - کمانش الاستیک - استفاده شود
سیستم مهاربند ، مقاومت و / یا سختی قاب را بهبود بخشیده و شکل پذیری و تغییرمکان جانبی سازه را کاهش می دهد اما قادر به تغییر مد شکست قاب نمی باشد. در تقویت قاب های بتنی ، می توان سیستم مهاربندی را برای تحمل کلیه بارهای جانبی طرح نمود . این روش به خصوص در حالتی که قاب موجود شکلپذیر نبوده وتحت جابجاییهای زیادظرفیت باربری خود را ازدست بدهد توصیه می گردد، زیرا عملا انتقال بارهای ثقلی به عهده قاب بوده و شکست ستون تحت اثر بارهای جانبی منجر به تخریب سازه تقویت شده می شود
٤ ضریب رفتار
در هنگام استفاده از روشهای تحلیل خطی، عملکرد غیر خطی سازه با ضریب رفتار بیان میگردد .
برای محاسبه ضریب رفتار شیوه های مختلفی مورد استفاده قرار میگیرد . به طورکلی ضریب رفتارتابعی از شکل پذیری و قابلیت جذب انرﮊی سازه و اضافه مقاومت آن می باشد . به طور نمونه روش شکل پذیری یوانگ و روش طیف ظرفیت فریمن به صورت زیر تعریف می شوند.
- ١ - طرح به روش مقاومت نهایی - روش شکل پذیری یوانگ -
- ٢ - طرح به روش تنش مجاز - روش شکل پذیری یوانگ -
- ٣ - روش طیف ظرفیت فریمن
در رابطه - ٢ - ، Yضریب تنش مجاز بوده و مقداری بین ٤/١ الی ٥/١ دارد .
برای تعیین ضرایب معرفی شده در روابط فوق شیوه های مختلفی از تحلیل به کار گرفته می شود . این شیوه ها ممکن است شامل ترکیبی ازآنالیزهای خطی دینامیکی وغیرخطی دینامیکی و Pushover باشد. همچنین هر یک از ضرایب فوق ممکن است بر اساس مقادیر جابجایی و یا برش پایه تعیین گردند .
در این تحقیق برای محاسبات ضریب رفتار سه روش به کار گرفته شده است . در دو روش از رابطه شکل پذیری یوانگ وبا استفاده از مقادیر برش پایه یا مقادیر جابجایی و در یک روش از رابطه فریمن بهره گرفته شده است .
٥ تعیین حد خرابی سازه
به منظور استفاده از هر یک از روشهای فوق و تعیین برش پایه وارد بر سازه و یا مقدار جابجایی نظیر آن در حد نهایی ، به تعریف مشخصی از حد خرابی که بیانگر وضعیت نهایی سازه مورد نظر می باشد ، نیاز داریم . تعاریف مختلفی از حد خرابی برای سازه ها در نظر گرفته می شود . یکی از این شرایط ، محدود کردن تغییر مکان جانبی سازه در هر یک از طبقات و یا کل سازه به یک مقدارمشخص می باشد .
این مقدار در آیین نامه ٢٨٠٠ ایران، h١٢ ٠ /٠ تعیین شده است ]٥.[ شاخص آسیب پذیری معرفی شده توسط Park , Paullay که در برنامه IDARC از آن استفاده می گردد نیز به عنوان یک معیار دقیق به کار گرفته میشود.مکانیسم شدن سازه نیز یک شرط حدی می باشد . در این تحقیق مقادیر حد خرابی سازه ها بر اساس مکانیسم شدن سازه و کنترل حداکثر تغییر مکان در نظر گرفته شده است
