بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق تحلیل استاتیکی پوش آور با استفاده از نرم افزار Sap 2000 انجام شده و اضافه مقاومت، و ضریب رفتار مهاربندهای کمانشناپذیر با سیستم دوگانه با تعداد طبقات متفاوت با حالت قرار گیری مهاربندها به صورت Chevron V و Chevron Inverted V مورد ارزیابی قرار گرفته است. تحقیقات اخیر بیانگر این واقعیت است که ضریب رفتار مهاربندها به عوامل مختلفی بستگی دارد و تعیین دقیق این پارامترها مستلزم انجام پژوهشهای گستردهای میباشد.
در این تحقیق تاثیر ارتفاع سازه و نوع مهاربند بر ضریب رفتار در نظر گرفته شده است. نتایج نشان میدهد که ضریب رفتار قابهای دوگانه با مهاربندی Chevron Invert V مقادیر بیشتری نسبت به مهاربندی Chevron V دارد. در این پزوهش ضریب رفتار 6/91و 7/74 به ترتیب برای پیکربندی Chevron V و Chevron Invert V به دست آمده است.
1. مقدمه
با توسعه علوم کاربردی و مشاهده رفتار سازه ها در زمینلرزهها ی گذشته دیدگاه مهندسان سازه به طور چشمگیری ارتقا یافته است. امروزه سیستم مهاربندی همگرای متعارف، متداولترین سیستم سازهای برای مقابله با بارهای لرزهای در ساخت و سازهای فولادی میباشد و استفاده از آن به دلیل صرفه اقتصادی، طرح و اجرای آسان روز به روز رواج بیشتری یافته است. با این وجود، آسیبهایی که در زمین لرزههای اخیر مانند زمینلرزههای Loma Prieta و Mexico و Elcentro و Kobe و به قابهای مهاربندی شده همگرای متداول وارد آمد، نگرانیهای زیادی را در مورد عملکرد لرزهای این سیستم ایجاد کرد .[1]
مهاربندهای معمولی در مقابل بارهای جانبی اعم از زمینلرزه یا نیروی باد دچار تغییرشکلهای جانبی زیادی میشوند. در صورتی که این تغییرشکلها از حد معینی زیادتر شود موجب بروز خرابی سازهای و غیرسازهای میشود و امنیت و یکپارچگی سازه به خطر میافتد. خرابی تحت اثر P- تشدید شده و تغییرشکلهای مخرب زیادتر میگردد. برای مقابله با چنین تغییرشکلهایی، انواع مختلف المانها و سیستمها در قابهای فولادی بکار برده میشوند .[2] المانهای قطری در سیستمهای مهاربندی هممرکز معمولی، علیرغم اینکه سختی و مقاومت سازه را افزایش میدهند، اما جذب انرژی قابل توجهی در سازه در حین زلزله نشان نمیدهند.
رفتار پسکمانشی ضعیف، اختلاف در ظرفیت کششی و فشاری، زوال سختی و مقاومت تحت بارگذاریهای چرخهای و خستگی سیکل پایین از جمله مشکلات عمده و اساسی در عملکرد اعضای فشاری میباشند .[3] برای غلبه بر مشکلات ذکر شده فوق، انواع جدیدی از مهاربندها تحت عنوان مهاربندهای کمانش ناپذیر - - BRB معرفی شدندکه این سیستم مهاربندی دارای منحنیهای هیسترزیس متقارن، شکل پذیری بالا و تحمل خستگی ناشی از بارگذاری بیشتری می باشند.
داده میشوند. این مهاربندها طوری طرح میشوند تا با استفاده از مکانیزم مناسبی از کمانش فشاری مهاربند جلوگیری شود و امکان تسلیم فشاری فولاد فراهم شود. نکته مهم این است که تسلیم به شکل موضعی رخ ندهد و توزیع آن در سراسر عضو مناسب و یکنواخت باشد، به طوری که انرژی جذب شده طی یک بارگذاری رفت و برگشتی مانند زلزله به حداکثر خود برسد .[4]
آیین نامههای لرزهای با در نظر گرفتن این واقعیت که سازهها دارای قابلیت مقاومت ذخیره شده و شکل پذیری به منظور استهلاک انرژی میباشند بارهای طراحی را کاهش میدهند. اضافه مقاومت و شکل پذیری با کاهش نیروی طراحی در ضریب رفتار گنجانده میشود. این ضریب بیانگر نسبت ماگزیمم نیروی لرزهای الاستیک یک سازه در حین زلزله به نیروی لرزهای طراحی میباشد. بنابراین نیروهای لرزهای واقعی از طریق ضریب رفتار - R - به نیروی طراحی کاهش داده میشود .[5] ضریب رفتار برای اولین بار در ATC3-06 پیشنهاد شد .[6]
انجمن مهندسین سازه کالیفرنیا - - SEAOC دستور العمل هایی را برای طراحی قاب ها با مهاربند کمانش ناپذیر ارائه کرده است که ر این آیین نامه مقدار ضریب رفتار R=8 برای قابهای با مهاربندهای کمانش ناپذیر در نطر گرفته شده است .[7] این تحقیق به بررسی ضریب اضافه مقاومت، ضریب کاهش در اثر شکل پذیری و ضریب رفتار قابهای با مهاربندهای کمانش ناپذیر در سیتم دوگانه فولادی میپردازد و برای به دست آوردن این ضرایب از روش تحلیل استاتیکی غیر خطی استفاده شده است.
2. مهاربند کمانشناپذیر
مبانی اصلی عملکرد مهاربند کمانشناپذیر، جلوگیری از وقوع کمانش هسته فولادی به منظور امکان وقوع پدیده تسلیم فشاری در آن و در نتیجه امکان جذب انرژی در این عضو از سازه میباشد. این امر با پوشاندن سراسر طول یک هسته فولادی در غلافی فولادی، پر شده با بتن یا ملات میسر میگردد. ویژگی اصلی این سیستم در این است که غلافی که هسته را احاطه میکند، بهدلیل سختی خمشی بالا، مد کمانشی را که همراه با شکست ترد است، به تأخیر انداخته و مد تسلیم را که دارای عملکرد با شکلپذیری بالاست، حاکم میکند.
در این نوع مهاربندها تحمل بار فشاری توسط هسته فولادی بوده و پوشش بتنی فقط به عنوان یک مهار جانبی از کمانش هسته فولادی که باعث توزیع جانبی فشار داخلی در پوشش بتنی میگردد، جلوگیری میکند. در نتیجه مقاومت کمانشی هسته، بیشتر از مقاومت جاری شدنش است و این امر به هسته این اجازه را میدهد که هم در فشار و هم در کشش جاری شده و بدین ترتیب توانایی جذب انرژی آن بهطور چشمگیری افزایش مییابد.
برای اینکه نیروی فشاری محوری از جانب هسته فولادی به پوشش بتنی انتقال پیدا نکند، لایهای نازک از مادهای مخصوص در سطح مشترک فولاد و بتن قرار داده میشود. این لایه باید طوری طراحی شود که امکان حرکت نسبی بین هسته فولادی و ملات - بتن - که به سبب وجود برش و اثر پواسون ایجاد میگردد، فراهم شود و در نتیجه ضمن جلوگیری از کمانش موضعی هسته و عدم کاهش در سختی و مقاومت مهاربند طی چرخههای بارگذاری، امکان تسلیم آن در حالت بارگذاری فشاری فراهم شود و همچنین با جلوگیری از اصطکاک بین هسته و بتن، نیروی فشاری ناشی از تغییر شکل جانبی فولاد هسته را به صورت یک بار گسترده عرضی به بتن منتقل کند.
این نحوه انتقال نیرو باعث شده است که مهاربند کمانشناپذیر را مهاربند نچسبیده - Unbonded Brace - نیز به نامند. این سیستم به مهاربند ظرفیت غیرالاستیک بالایی میدهد که انرژی لرزهای بیشتری جذب کند و همچنین به سایر اجزاء سازه اجازه میدهد که در محدوده الاستیک باقی بمانند. تفاوت در رفتار مهاربندهای متعارف و کمانشناپذیر باعث اختلاف در رفتار هیسترزیس آنها میشود که در اشکال .1 نشان داده شده است.
3. ضریب رفتار
آنالیز الاستیک سازهها تحت زمین لرزه، برش پایه و تنشهایی را ایجاد میکندکه بزرگتر از مقدار واقعی پاسخ سازهها هستند. سازه ها با تغییر شکل در محدودهی غیر الاستیک بخش زیادی از انرژی زلزله را جذب می کنند. اضافه مقاومت سازه ها وابسته به این واقعیت است که ماگزیمم مقاومت جانبی سازه از مقاومت طراحی آن فراتر میرود. بنابراین آیین نامه های لرزه ای با در نظر گرفتن این واقعیت که سازه ها دارای شکل پذیری و اضافه مقاومت هستند بارهای طراحی را کاهش میدهند. در حقیقت ضریب رفتار عملکرد غیر خطی سازه را در نظر میگیرد و شکل پذیری و اضافه مقاومت سازه را در محدوهی غیر خطی نشان میدهد.
.1.3 ضریب کاهش در اثر شکلپذیری
به دلیل وجود شکل پذیری سازه قابلیت اتلاف انرژی هیسترزیس را دارا می باشد. بنابراین نیروی الاستیک سازه ضریب کاهش نیرو در اثر شکل پذیر R کاهش داده شود.
