بخشی از مقاله
چکیده
اتصال گیردارجوشی تیر به ستون فولادي، توسط ورق هاي روسري و زیرسري - - WFP، یکی از اتصالات از پیش تایید شده مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران می باشد،که کاربرد این نوع اتصال به قاب هاي خمشی متوسط محدود شده است. در این تحقیق، اتصال WFP، دو تیر نورد شده و یک تیر ورق به ستون باکس فولادي در نرم افزار المان محدود مدل شده و رفتار آنها تحت بارگذاري چرخه اي بررسی شده است.
نتایج حاکی از آنست که با افزایش ارتفاع تیر، قابلیت شکل پذیري اتصال WFP کاهش می یابدکه این امر به دلیل وقوع کمانش هاي موضعی بال یا جان تیر در محل تشکیل مفصل پلاستیک و در نتیجه شروع زوال مقاومت قبل از رسیدن به دوران متناظر با دریفت طبقه به مقادیر مناسب می باشد. بنابراین اگر از تیرورق با تناسب ابعادي مناسب از لحاظ نسبت ضخامت به عرض استفاده شود می توان وقوع کمانش هاي موضعی و زوال مقاومت را از بین برد یا به تاخیر انداخت ودر نتیجه با افزایش شکل پذیري، اتصال WFP را در قاب هاي خمشی ویژه بکار برد.
-1 مقدمه
مقاومت جانبی و ظرفیت شکل پذیري از ضروري ترین عوامل حاکم برظرفیت لرزه اي سازه ها می باشد. از قاب هاي خمشی فولادي در طراحی لرزه اي سازه ها استفاده فراوانی می شود. در گذشته این سازه ها را بر اساس تشکیل مفصل پلاستیک و نحوه گسترش آن مورد بررسی قرار نمی دادند اما وقوع زلزله نورثریج در ژانویه سال1994 سبب سوق دادن تحقیقات به سمت افزایش شکل پذیري اتصالات گیردار شد.
تحقیقات گسترده نشان داده است که بهترین شیوه افزایش شکل پذیري و اتلاف انرژي به صورتی است که مفصل پلاستیک ابتدا در تیر وسپس در چشمه اتصال ودر انتها در ستون تشکیل شود. همچنین بیان شده است که تغییر شکل زیاد چشمه اتصال، علاوه بر تغییرشکل نسبی زیاد طبقه، موجب تمرکز تنش در بال ستون و در مجاورت جوش هاي اتصال تیر به ستون می شوند.در مشخصات فنی طراحی لرزه اي سازه هاي فولادي آمریکا ، تغییر شکل برشی چشمه اتصال با کنترل مقاومت آن محدود شده و وظیفه جذب انرژي وتامین شکل پذیري اتصال به تشکیل مفصل پلاستیک در تیر سپرده شده است.[1]
دراین تحقیق سه نمونه ازاتصال گیردار جوشی تیر به ستون فولادي توسط ورق هاي روسري و زیرسري - - WFP، درنرم افزار المان محدود ABAQUS مدل سازي و تحلیل می شود.این اتصالات تحت بارگذاري چرخه اي قرار گرفته و ظرفیت شکل پذیري و مقاومت آنها مورد ارزیابی قرار می گیرند.درتمامی نمونه ها براي اطمینان از تشکیل مفصل پلاستیک برروي تیر و رعایت اصل تیر ضعیف و ستون قوي، ستون و چشمه اتصال قوي در نظر گرفته شده است.
-2 مشخصات نمونه ها
دراین تحقیق اتصال دو تیر نورد شده I22 ، I33 و یک تیرورق I-300*200*8*20 به یک ستون باکس به ابعاد 400*400*30 میلی متر، مورد ارزیابی قرار گرفته است. ابتدا اتصالات بر اساس روش LRFD طراحی و سپس نمونهها در نرمافزار ABAQUS مدلسازي وتحلیل شده است.طول تیر و ستون در کلیه نمونه ها 3 متر می باشد. ورق هاي پیوستگی به ضخامتی برابر با ورق هاي روسري و زیرسري درداخل ستون بکاررفته است.شکل کلیه ورق هاي روسري بصورت کله گاوي،و ورق هاي زیر سري و جان بصورت مستطیلی می باشند - شکل. - 1 مشخصات ابعادي ورق هاي روسري ،زیرسري وجان درجدول1 آمده است.
-3 مشخصات مصالح بکار گرفته شده در مدل المان محدود
تنش- کرنش مصالح فولاد و جوش به صورت دوخطی درنظرگرفته شده است. در شکل2 نمودار تنش- کرنش دوخطی بکار برده شده در مدل-سازي المان محدود نشان داده شده است. لازم به ذکر است که در مدل اجزاي محدود، مصالح تیر و ستون و ورقهاي مورد استفاده داراي ضریب پواسون 0/3 هستندضمناً. ضریب الاستیسیته 200 Gpa در نظر گرفته شده است.
معیار تسلیم فون میسز جهت رفتار غیرخطی مصالح بکار گرفته شده است. با توجه به این که در فولاد با وجود اثر بوشینگر، سطح تسلیم بدون تغییر حجم در اثر افزایش کرنش جابجا میشود، قانون سخت شوندگی سینماتیکی براي فولاد استفاده شده است. جنس مصالح تیرها و ستون ها و ورق هاي اتصال جان تیر از فولاد نرمه st 37 و ورق هاي روسري، زیرسري و پیوستگی از فولاد st 52 می باشد. کلیه جوش هاي بکاررفته از جنس الکترود E70 می باشند. مشخصات مصالح مصرفی در جدول 2 آمده است.
-4 نیروي وارد بر مدل، جهت ارزیابی رفتار اتصال
موسسه ATC درنشریه شماره 24 خود با عنوان - Guidelines for cyclic seismic testing of components of steel structure - با دقتی ویژه، تمام راهنماییهاي لازم براي آزمایش اجزاي سازههاي فولادي را ارائه کرده است و در واقع به نوعی با این کار یک روش واحد براي آزمایشها پیشنهاد کرده است تا نتایج آزمایشها را بتوان به راحتی با یکدیگر مقایسه کرد.
بارگذاري تغییر مکانی منطبق بر راهنماییهاي ATC-24 که در این تحقیق درمدل اجزا محدود جهت بارگذاري چرخهاي بکار گرفته شده در شکل3 نشان داده شده است. این بارگذاري به صورت کنترل- تغییرمکان بوده و به صورت تغییرمکان رفت و برگشتی است، تا اتصال در شرایط مشابهی مانند آنچه در هنگام زلزله تجربه میکند قرار گیرد..[2]
