بخشی از مقاله
خلاصه
تحت جابجایی زمین در اثر زلزله مهاربندها به عنوان سیستم مقاوم در برابر بار جانبی، متحمل بارهای چرخهای کششی و فشاری میگردند. طی این بارگذاری چرخهای، مهاربند دچار کمانش کلی و موضعی میگردد. اصلیترین حالت شکست مهاربند در صورت کفایت اتصالات، شکست ترد و ناگهانی مهاربند در ناحیه مفصل پلاستیک وسط دهانه پس از کمانش موضعی میباشد، بدین سبب شروع کمانش موضعی را میتوان به عنوان اصلیترین حالت حدی شکست در نظر گرفت، لذا بدست آوردن لحظه کمانش موضعی از اهمیت ویژهای برخوردار است.
در تحقیق حاضر با مدلسازی سه بعدی المان محدود مقاطع در نرمافزار آباکوس، لحظه شروع کمانش موضعی بر اساس شروع تغییر در الگوی رشد کرنش در لایههای خارجی و داخلی المان پوستهای بحرانی در نظر گرفته شده است، همچنین تحت بارگذاری چرخهای و یکنواخت فشاری، تمرکز و رشد سریع کرنش در ناحیه مفصل پلاستیک وسط دهانه مقایسه و بررسی شده است. جهت صحت سنجی نتایج منحنی هیسترزیس و تغییر شکل خارج صفحه مقاطع مورد تحلیل قرار گرفته با نتایج آزمایشگاهی نظیر، مقایسه شده است.
1. مقدمه
مهاربندهای همگرای ویژه به دلایل اقتصادی، کفایت سازهای و سختی مناسب به عنوان سیستم مقاوم در برابر بار جانبی محبوب میباشند، اگرچه این مهاربندها مستعد شکست در محل مفصل پلاستیک وسط دهانه، اتصال به ورق انتهایی - گاست - و اتصال ورق انتهایی به تیر یا ستون میباشند.[1] نتایج آزمایشگاهی مهاربندها تحت بارگذاری چرخهای نشان میدهد، مفصل پلاستیک در ناحیه وسط و دو انتهای مهاربند تشکیل میشود، علاوه بر کمانش موضعی وسط دهانه یک تغییر شکل جانبی پسماند قابل توجهی به وجود میآید که با افزایش بارگذاری، کمانش موضعی در وسط دهانه افزایش می یابد، به دنبال کمانش موضعی، تنشها و کرنشها در موضع پلاستیک وسط دهانه به سرعت رشد میکنند.[2]
در اثر تمرکز تنش و کرنش ایجاد شده، در محل مفصل پلاستیک وسط دهانه، ترک ایجاد میگردد، که با رشد این ترکها و گسترش آنها تا وسط مقطع، با تغییر نیروی اعمالی از فشاری به کششی، مهاربند در موضع پلاستیک وسط دهانه میشکند.[3] شکلپذیری مقطع مهاربند تابعی از نسبت عرض به ضخامت، نسبت لاغری و شکل هندسی عضو میباشد، که با کاهش نسبت عرض به ضخامت و افزایش نسبت لاغری، شکلپذیری افزایش مییابد.[4]
این مقاله متمرکز بر شکست مهاربند در محل تشکیل مفصل پلاستیک وسط دهانه میباشد محلی که اثر توام کمانش کلی و موضعی تحت بارگذاری چرخه ای در آن اتفاق میافتد و همین امر باعث ایجاد کرنش های پلاستیک شدید و شروع شکست میگردد. در این مقاله جهت تعیین زمان وقوع کمانش موضعی، ظرفیت تغییر شکل، تمرکز وجهش کرنش مقاطع مستطیلی توخالی تحت بارگذاری چرخهای و یکنواخت، از تحلیل المان محدود مقاطع مورد آزمایش قرار گرفته توسط محققین استفاده شده است.
2. شرح مدلسازی المان محدود
جهت بررسی رفتار مهاربند فولادی تحت بارگذاری چرخهای از نرم افزار آباکوس استفاده شده است، همچنین جهت اعتبار سنجی نتایج 3 نمونه مستطیلی توخالی مورد آزمایش قرار گرفته توسط حداد و همکارانش[3] مورد استفاده قرار گرفته است. جدول 1 مشخصات هندسی هریک از نمونهها را نشان میدهد. تحلیل المان محدود در دو مرحله، مرحله اول تحلیل خطی جهت بدست آوردن مود اول کمانشی و اعمال آن به مدل تحلیل غیرخطی به عنوان نقص عضو اولیه انجام شده است، به منظور اعمال نقص عضو اولیه، از ضریب یک هزارم طول - - L/1000 عضو در نتایج تغییر مکان گرهای تحلیل خطی مود اول، در تحیلی غیرخطی چرخهای مهاربند استفاده شده است.[5]
همچنین به منظور مدلسازی المان محدود مقاطع مهاربند مستطیل توخالی از المان پوستهای 4 گرهای - S4R - همراه با 5 نقطه انتگرالگیری در جهت ضخامت و شش درجه آزادی به ازای هر گره در نظر گرفته شده است، که با استفاده از روش سیمپسون انتگرالگیری میشوند. اندازه مشبندی مقطع در ناحیه وسط عضو که دچار کمانش موضعی میگردد، یک چهارم دیگر نواحی درنظر گرفته شده است.
جهت مدلسازی رفتار فولاد در بارگذاری چرخهای، از مدل غیرخطی ترکیبی سخت شوندگی ایزوتروپیک و کینماتیک1 ارائه شده توسط آرمسترانگ و و فردریک استفاده شده است.[6] بارگذاری چرخهای به یک گره انتهایی به عنوان گره مرجع وارد شده است. در تمام تحلیلها، رفتار مهاربند به صورت مفصلی در دو انتها در نظر گرفته شده است. شکل 1 و 2 بارگذاری چرخهای وارد بر هر یک از نمونهها را نشان میدهد.
3. صحت سنجی نتایج
جهت صحت سنجی نتایج بدست آمده از تحلیل، نمودار هیسترزیس وتغییرمکان خارج صفحهای آزمایشگاهی و تحلیلی نمونهها در شکلهای 3 و 4 ارائه شده است.
