بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله به بررسی رفتار لرزه ای و ارائه ی روش طراحی یک اتصال جدید پس کشیده با سپری پیچی - - PTTC، برای قاب های خمشی فولادی مقاوم در برابر زلزله می پردازد. این اتصال شامل سپری های پیچ شده به بال تیر و ستون می باشد. سپری ها به عنوان میراگر انرژی می باشند. همچنین کابل های پس کشیده با مقاومت بالا که به موازات محور تیر نصب شده اند، برای بازگرداندن سازه به موقعیت اولیه خود بعد از زمینلرزه و ایجاد خاصیت مرکزگرایی اتصال مورد استفاده قرار می گیرند. مدلسازی اتصال بر پایه المان های فایبر با استفاده از برنامه OpenSees صورت گرفته است و صحت مدلسازی با استفاده از نتایج آزمایشگاهی اتصالات پس کشیده موجود در ادبیات فنی صورت گرفته است. نتایج تحلیل ها نشان می دهد، این اتصال تحت بارلرزه ای دارای رفتاری مرکزگرا می باشد. همچنین نتایج تحلیل های پارامتریک بر روی سطح مقطع کابل ها، نوع سپری، مقدار نیروی پس کشیدگی اولیه و ابعاد تیر و ستون ، صحت روش طراحی ارائه شده را تایید می نماید.
کلمات کلیدی:پس کشیدگی، مرکزگرایی،برنامه یOpenSees، اتصال سپری پیچی ، روش های طراحی
- 1 مقدمه
اتصالات خمشی فولادی مرکزگرا با میراگرهای انرژی توسط محققان بعد از زلزله نوتریج ارائه شد. این اتصالات خاصیت مرکزگرایی را در سازه تامین می کردند. بدین منظور که سازه بعد از زمین لرزه به موقعیت اولیه خود بازمی گشت. مکانیزم های مختلفی در ترکیب با سیستم های مرکزگرا برای اتلاف انرژی در خلال بارگذاری سیکلیک مطرح شد. مطالعات محققان
نشان داده که، سیستم های مرکزگرا دارای سختی اولیه مشابه با قاب خمشی و دارای نیروی طراحی لرزه ای کمتر از سیستم های الاستیک با دوره تناوب برابر می باشند. این سیستم ها تغییرمکان های سیکلیک بزرگ را بدون دریفت باقیمانده و آسیب به اعضای اصلی سازه تحمل می کنند. در این سیستم ها رفتار غیرخطی به ابزارهای میراکننده انرژی محدود می شود. بنابراین اطمینان از رفتار سازه بعد از زمین لرزه افزایش می یابد، زیرا بعد از زمینلرزه ابزارهای میراکننده انرژی تعمیر یا کاملا تعویض میشوند. این اتصالات می توانند جوش های کارگاهی را حداقل کرده و یا حذف نمایند، زیرا نیروی پس کشیدگی و نیروی مولفه های اتلاف انرژی، یکپارچگی اتصال تیر به ستون را تامین می کنند. در این مقاله یک نوع اتصال مرکزگرای جدید با سپری های پیچی برای اتصال تیر به ستون ارائه شده است.
.2 ادبیات فنی
Ricles در سال [1]2002 و Garlock در سال 2] 2005و[3 یک سیستم اتصال تیر به ستون را مورد مطالعه قرار دادند که در آن سیستم مرکز گرایی بر پایه یک سری کابل های فولادی با مقاومت بالا بود، در حالیکه سیستم میراگر از نبشی های نشیمن و بالاسری پیچی تشکیل شده بود. Christopoulos و همکارش در سال های 2002 تا 2003 مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی بر روی یک اتصال فولادی با کابل های پس کشیده انجام دادند . [4] این اتصال شامل میلگرد فلزی پس کشیده با مقاومت بالا و میلگردهای اتلاف کننده انرژی برای تسلیم در کشش و فشار بود .[4] سیستم های اتصال پس کشیده با میراگر اصطکاکی توسط Rojas - 2005 - ، Wolski - 2006 - ، - Tsai - 2007مطرح شده و مطالعه بر روی آن ادامه دارد5]و6وRojas
. [7 در سال 2005به مطالعه یک اتصال پس کشیده با میراگر اصطکاکی در بال های تیر برای اتلاف انرژی پرداخت Wolski .[5]در سال 2006 اتصالی ارائه نمود که شبیه اتصالRojas بود با این تفاوت که شامل میراگر اصطکاکی واقع در زیر بال تیر بود. این سیستم به منظور جلوگیری از اندرکنش دال کف و میراگر اصطکاکی ارائه شد. [6] اتصال مطرح شده توسط Tsai در سال 2007 شامل کابل های فولادی با مقاومت بالا و میراگر اصطکاکی پیچ شده به جان بود. همچنین آزمایش با مقیاس کامل برروی اتصال انجام گرفت Chou .[7] و همکارانش در سال 2006 این نوع اتصال را با کابل های فولادی با مقاومت بالا به عنوان سیستم پس کشیده و صفحات فولادی با بال کاهش یافته را به عنوان سیستم اتلاف انرژی معرفی کردند .[8] مطالعات بر روی این سیستم ها هنوز ادامه دارد.
.3 معرفی اتصال پیشنهادی
در این اتصال پیشنهادی از کابل های پس کشیده به موازات محور تیر و از سپری پیچ شده به بال تیر و بال ستون به عنوان میراکننده انرژی استفاده شده است - شکل 1 و . - 2 بعد از نصب سپری ها، کابل های با مقاومت بالا نصب شده و با نیروی اولیه، پس کشیده می شوند. این کابلهای پس کشیده باید الاستیک باقی بمانند تا در سازه دریفت باقیمانده به وجود نیاید. دراین اتصال اتلاف انرژی از طریق تشکیل مفصل پلاستیک در سپریها انجام میگیرد. پارامترهای مورد مطالعه در این اتصال، تعداد کابلها، حداکثر مقدار نیروی پس کشیدگی اولیه و سپری های با ابعاد مختلف می باشد. نمودار رفتاری گشتاور - چرخش اتصال برای یک اتصال فولادی پس کشیده در شکل - - 3، ارائه شده است. در این نمودار r چرخش نسبی بین تیر وستون مطابق شکل - - 4، می باشد. رفتار M r برای یک اتصال پس کشیده با باز و بسته شدن فاصله در سطح مشترک تیربه ستون تحت بار سیکلیک معرفی می شود - . - gap
در این اتصال با وارد شدن گشتاور ، سازه در ابتدا به صورت اتصال خمشی فولادی رفتار می کند و سختی اولیه آن با اتصال فولادی خمشی برابر است. این حالت بین دو نقطه 0 تا 1 وجود دارد. با افزایش مقدار لنگر هنگامی که لنگر به لنگر مقاوم به واسطه نیروی پس کشیدگی اولیه در کابل ها می رسد، آستانه جدا شدگی تیر از وجه ستون رخ می دهد - رخداد . - 1گشتاورآستانه جداشدگی با M d معرفی می شود. با توجه به شکل - - 3، این گشتاور برابر M d d2T0 - 1 - می باشد. سختی اتصال بعداز بازشدن فاصله مربوط به سختی محوری الاستیک کابل های پس کشیده و سختی سپری می باشد. با ادامه بارگذاری سپری های کششی تسلیم می شوند. در صورت ادامه بارگذاری به واسطه نیروی اضافی، کابل های پس کشیده افزایش طول میدهند. تسلیم کابل ها در رخداد 4 به وقوع می پیوندد.
بارگذاری در جهت معکوس نیز کاملا مشابه بارگذاری در قسمت اولیه می باشد. اگر کابل ها الاستیک باقی بمانند و تیر تسلیم نشود نیروی پس کشیدگی حفظ شده و اتصال تحت باربرداری نیز خاصیت مرکز گرایی خواهد داشت. با گشتاورگیری حول خط مرکزی تیر، گشتاور توسعه یافته در یک اتصال فولادی پس کشیده به دست می آید.که P، نیروی محوری تیر، Vt نیروی برشی در سپری، Mt T و Mt C گشتاور در مفصل پلاستیک سپری کششی و فشاری می باشد. d1 فاصله بین نیروی تماسی و مفصل پلاستیک سپری و d2 فاصله بین خط مرکز تیر و محل نیروی تماسی می باشد.همچنین نیروی کل پس کشیدگی در اتصال از رابطه زیر به دست می آید:[3]
