بخشی از مقاله
خلاصه
اتصالات پس کشیده با نبشی بالا و پایین در سالهای اخیر به طور گسترده در قابهای خمشی فولادی مورد استفاده قرار گرفتهاند. در این نوع اتصالات، نبشیهای اتصال المانهای اتلاف انرژی میباشند. این مطالعه به بررسی تاثیر اضافه نمودن سخت کننده به نبشیهای بالا و پایین در بهبود رفتار لرزهای و افزایش ظرفیت اتلاف انرژی اتصال پس کشیده با نبشی بالا و پایین میپردازد. بدین منظور تحلیل غیرخطی مدل اجزای محدود اتصالات پس کشیده با نبشی بالا و پایین قبل و پس از تقویت نبشیها با سخت کننده تحت بارهای لرزهای انجام میگیرد.
همچنین یک سری روابط عددی به منظور پیش بینی رفتار این نوع اتصالات ارائه میشود. نتایج تحلیلها نشان میدهد که سخت کننده مقاومت اتصال را در دریفتهای بالا افزایش داده، موجب افزایش تغییرشکلهای پسماند در نبشیها میگردد و درنتیجه ظرفیت اتلاف انرژی اتصال را افزایش میدهد. همچنین در این مطالعه دو ضریب اصلاح به منظور پیش بینی لنگر اتصال تحت بارهای لرزه ای ارائه میشود. این ضرایب تابعی از هندسه نبشی و سخت کننده میباشند.
.1 مقدمه
سیستم قاب خمشی فولادی یکی از انواع سیستمهای سازهای است که به منظور فراهم نمودن شکلپذیری کافی در زلزله و اتلاف انرژی زلزله طراحی شده است. اغلب اتصالات قاب خمشی از نوع جوشی بوده است. خسارت وارد بر این نوع اتصالات در زلزله نورتریج نشان از آسیب پذیری این نوع اتصالات در برابر بارهای لرزهای داشت. مطالعات و آزمایشهای بسیاری به منظور بهبود عملکرد اتصالات تیر به ستون پس از زلزله سال 1994 نورتریج صورت گرفت. براساس نتایج این تحقیقات از جمله راههای کاهش آسیب وارد بر بر اتصالات تیر به ستون در زلزله استفاده از اتصال پیچی به جای جوشی میباشد
یکی از انواع اتصالات پیچی که توسط ریکله 3]و[2 توسعه داده شد، نوعی از اتصال تیر به ستون به نام اتصال پس کشیده با نبشی بالا و پایین میباشد. در این نوع اتصال نبشیها المانهای اتلاف انرژی میباشند. عملکرد این نوع اتصال به گونه ایست که تیرها و ستونها در زلزله الاستیک باقی مانده و نبشیهای اتصال به کمک تغییرشکلهای غیرخطی انرژی ورودی زلزله را جذب میکنند. گاروک و ریکله [ 4 ] هم آزمایشهایی به منظور بررسی رفتار اتصالات پس کشیده انجام دادند و اثر مشخصات هندسی نبشی را بر ظرفیت اتلاف انرژی اتصالات پس کشیده مورد بررسی قرار دادند.
در مطالعه دیگری که توسط کریستوپولوس [ 5] صورت گرفت، رفتار ترکیب اتصال پس کشیده با میلههای پرمقاومت مورد بررسی قرار گرفته و نتایج نشان داد که در تغییرشکلهای نسبی بزرگ، خسارتی در تیر و ستون بهوجود نیامده و سازه قادر است به شرایط اولیه خود برگردد. ولسکی [ 6] هم آزمایشهایی به منظور بررسی ترکیب اتصالات پس کشیده با نبشی بالا و پایین و کابلهای پس کشیده انجام داد، نتایج این تحقیق نشان داد که ترکیب کابل و نبشیهای اتصال موجب بهوجو آمدن رفتار خود متمرکز در سیستم شده و تغییرشکلهای جانبی نسبی پسماند را حذف میکند.
هادیانفر [7] هم در مطالعه عددی به بررسی اثر پارامترهای هندسی نبشی بر رفتار اتصالات پس کشیده پرداخت و نتیجه گرفت که با افزایش ضخامت نبشی ظرفیت اتلاف انرژی اتصال افزایش مییابد. همچنین مرادی و اعلم [8] به کمک نرم افزارهای اجزای محدود به بررسی رفتارسیکلی نمونههای اتصالات پس کشیده با نبشی بالا و پایین که توسط ریکله آزمایش شده بود، پرداختند و نتایج مدلهای اجزای محدود را با نتایج آزمایش مقایسه نمودند و نشان دادند که نتایج به دست آمده از تحلیل رفتار اتصالات براساس اجزای محدود کاملا منبطق بر نتایج آزمایش میباشد.
با توجه به تحقیقات گذشته، در این مطالعه رفتار سیکلی اتصالات پس کشیده با نبشی بالا و پایین، با اضافه نمودن سخت کننده به نبشیها با استفاده از روابط تعادل و نتایج حاصل از تحلیل اجزای محدود مورد بررسی قرار میگیرد. بدین منظور اتصالات پس کشیده با نبشی بالا و پایین در نرم افزار ABAQUS مدلسازی شده و منحنیهای هیسترزیس حاصل از تحلیل غیرخطی همه مدلها قبل و پس از اضافه نمودن سخت کننده به نبشیهای اتصال به دست میآید.
همچنین یک سری روابط عددی براساس معادلات تعادل استاتیکی به منظور پیش بینی رفتار اتصال و تخمین لنگر کلی اتصال پس کشیده با نبشیهای تقویت شده ارائه میگردد. در نهایت براساس روابط عددی ارائه شده و با استفاده از نتایج تحلیل اجزای محدود اتصالات، دو ضریب اصلاح براساس مشخصات نبشی و سخت کننده مورد استفاده در این پژوهش به دست میآید. این ضرایب قابل تعمیم برای سایر نبشیها و سخت کنندهها با ابعاد مختلف بوده و به منظور محاسبه دقیقتر میزان ظرفیت لنگر پلاستیک نبشی اتصال ارائه میگردد.
.2 توسعه روابط عددی
شکل -1 تغییرشکل یک اتصال پس کشیده با نبشیهای سخت شده
شکل -2 دیاگرام آزاد اتصال پس کشیده با نبشیهای تقویت شده
شکل 1 تغییرشکل یک اتصال پس کشیده با نبشیهای بالا و پایین تقویت شده با سخت کننده را نشان میدهد. دیاگرام آزاد اتصال نیز در شکل 2 نشان داده شده است. لنگری که باعث باز شدن گپ میشود، لنگر فشارزدایی، از رابطه زیر محاسبه میشود:
در این رابطه k b و k s سختی تیر و سختی ستون بوده و r دوران نسبی بین تیر و ستون است. جزئیات رفتار یک اتصال پس کشیده با نبشی بالا و پایین در شکل 3 نشان داده شده است. مدل ساده شده نبشی تغییرشکل یافته در عرواحد برای بررسی رفتار نبشی در حالت حدی نهایی درنظر گرفته میشود. هنگامی که اتصال تحت لنگر قرار گیرد، فاصله
بین محل تماس تیر و ستون باز میشود. در نتیجه نبشیها تغییرشکل داده و مفاصل پلاستیک در نبشی به وجود میآید.
نیروها و لنگرهایی که در نبشی به وجود میآیند، در شکل 3 نشان داده شده است. با نوشتن تعادل لنگر در ساقهای نبشی روابط زیر حاصل میگردد:
- پ ×
در این روابط M 1A B ، M 1BA ، M 1BC و M 1CB لنگر واحد طول در نقاط A، B، C و D می باشند. g و L هم
فاصله تا پیچ در ساق روی ستون و تیر میباشند. V a1 و Ta1 نیروی برشی و محوری نبشی در واحد طول می-
باشند. gap هم مقدار شکاف ایجاد شده در اثر تغییرشکل اتصال است. فرض میشود که لنگرهای مفاصل پلاستیک نبشی
ri.PUAC.www 3
