بخشی از مقاله
چکیده
در اثر وقوع زلزلههای مختلف، ساختمانهای با سیستم مرکب از قابهای سازهای و میانقابها، متحمل آسیبهای جانی و مالی فراوانی شدهاند. برای شناخت رفتار این سازهها در برابر نیروهای زلزله، بررسی تاثیر میانقابها که تاکنون کمتر مورد توجه واقع شده است، ضروری به نظر میرسد. در این راستا عملکرد میانقابها در زلزلههای گذشته نشان داده است که ضعف مصالح و اجرای نادرست و در نظر نگرفتن میانقابها در طراحی از دلایل مهم ایجاد خرابیها در این ساختمانهاست. میانقابها در زلزلههای شدید و متوسط بر رفتار لرزهای سازهها تأثیر گذارند و از آنجا که مهمترین پارامتر در طرح لرزهای، ضریب رفتار است؛
چنین استدلال میشود که میانقابها بر روی ضریب رفتار تأثیر میگذارند. لذا با توجه به اهمیت محاسبه ضریب رفتار سازهها، در پژوهش حاضر ضریب رفتار قاب خمشی فولادی یک بار به صورت قاب تنها و یک بار با در نظر گرفتن میانقاب بنایی محاسبه شده است و در مراحل بعد طول دهانه قاب و میانقاب افزایش یافته و در هر مرحله ضریب رفتار محاسبه شده است. تاثیرات افزایش طول میانقاب بر روی مقدار تقریبی عدد ضریب رفتار مورد بررسی قرار گرفته شده است. برای صحتسنجی مدل ساخته شده، یک نمونه آزمایشگاهی قاب فولادی یک طبقه پر شده با مصالح بنایی ، در نرم افزار ABAQUS با روش میکرو مدلسازی شده است و پس از مطابقت نتایج مدلسازی عددی و آزمایشگاهی، مدلهای مورد نظر با روش میکرو ساخته شده و مورد تحلیل قرار گرفتند.
واژه های کلیدی: میانقاب بنایی، ضریب رفتار، مدلسازی میکرو، تحلیل استاتیکی غیر خطی.
مقدمه
ساختمانهای دارای اسکلت فولادی یا بتنی با دیوارهای بنایی محصور در قاب از مهمترین ساختمانهای متداول در شهرهای ایران هستند که معمولاً در سازههای کوتاه و متوسط مورد استفاده قرار میگیرند. در ادبیات فنی موجود، این گونه دیوارها با عناوین مختلفی مانند میانقاب، جداگر میانقابی یا جداکنندههای میانقابی و سیستم متشکل از قاب و میانقاب با عناوینی چون قاببندی شده، سیستم دوگانه یا ترکیبی و قاب مرکب و ... نامیده میشوند. معمولاً قاب و میانقاب در تمام نقاط با یکدیگر در تماس بوده و هیچگونه درزی بین آنها وجود ندارد. در مورد میانقابهای ساخته شده با آجر فشاری، رج آخر به صورت مورب اجرا میشود تا تماس کاملی بین دیوار و تیر فوقانی وجود داشته باشد - شکل - 1 الف - و در مورد سفال نیز با تکه کردن آن و استفاده از ملات این تماس ایجاد میشود - شکل - 1 ب - .
در هنگام زلزله، میانقابها به دلیل اندرکنش با قاب و داشتن سختی زیاد، نیروهای زیادی را جذب میکنند و به دلیل تردی و عملکرد غیرارتجاعی مصالح مصرفی آنها، به سرعت منهدم میشوند و فروریختن آنها با تلفات جانی و مالی همراه خواهد بود. در ساختمان-های مرکب که قابهای سازهای انعطافپذیر از میانقابها هستند، قاب سازهای و میانقاب به هنگام اعمال نیروی جانبی به صورت هماهنگ با هم رفتار نمیکنند. این عدم هماهنگی موجب ایجاد شکستهایی در مجموعه میشود. معمولاً برای تحلیل و طراحی سازه-های ساختمانی، آنها را به صورت قابهایی که از اعضای اصلی مانند تیر، ستون و مهاربندیها تشکیل شدهاند، در نظر میگیرند و این در حالی است که میانقابهای مصالحبنایی به شکل دیوارهای خارجی و داخلی در ساختمانهای معمول شهری به کاربرده میشوند. قاب مرکب - میانپر - ، متشکل از سیستم باربر قاب بتنمسلح یا فولادی است که میانقابها به عنوان دیوارهای جداکننده فضاهای معماری و یا به صورت دیوارهای پوششی، فضای بین قابهای سازهای را پر کردهاند،
میانقابها عموماً به عنوان اعضای غیرسازهای تلقی میشوند و از آنها در تحلیل و طراحی قاب مرکب صرفنظر میشود؛ در حالی که میانقابها بر روی رفتار سازه از قبیل مقاومت، سختی و شکلپذیری سیستم سازهای تأثیر میگذارند و در هنگام زلزلههای شدید و متوسط، رفتار قاب مرکب با قاب بدون میانقاب یکسان نمیباشد. اندرکنش بین قاب و میانقاب میتواند برای عملکرد سازه مفید یا مضر باشد که این موضوعِ تحقیقات بسیاری در چند دهه اخیر بوده است. میانقابها اساساً رفتار ساختمان را تحت بارهای جانبی مانند باد و زلزله تغییر میدهند. در هنگام وقوع زلزله، میانقاب مصالحبنایی با قاب محیطی برخورد نموده و نیروی اندرکنشی ایجاد شده بین آنها باعث افزایش ظرفیت باربری، میرایی و سختی جانبی قاب مرکب میگردد. از طرفی میانقابهای مصالحبنایی غیرمسلح معمولاً رفتار ترد یا نیمه تردی دارند و تحت بارهای درون صفحه، متحمل خسارتهای سازهای و غیرسازهای به صورت ترکهای جزئی و خردشدگی و انهدام کامل میشوند.
به علت پیچیدگی رفتار میانقابها و همچنین عدم وجود یک مدل تحلیلی دقیق و در عین حال ساده برای آنها، جای تعجب نیست که در تحلیل و طراحی قابهای مرکب از اثرات میانقابها چشمپوشی میشود. اما باید دانست، این اغماضها موجب ایجاد خطاهایی در پیشبینی سختی جانبی، مقاومت و شکلپذیری سازه میگردد که در نهایت ممکن است منجر به طرح غیر اقتصادی قاب شود. چشمپوشی از اثر میانقابها از نظر پارامتر مقاومت در جهت اطمینان است؛ زیرا این دیوارها با مقاومت اضافی که به قاب میدهند در تحمل نیروی زلزله و در نتیجه پایداری کل سازه تأثیر مثبتی دارند. اما این نادیده گرفتن همیشه در جهت اطمینان نیست.
به این ترتیب که میانقاب یک سختی اضافی را به قاب تحمیل میکند و درنتیجه هنگام زلزله آن قاب سهم بیشتری از نیروی زلزله را جذب میکند. در واقع میانقاب نیروی زیادی را انتقال میدهد که بعد از سیکلهای اول بارگذاری باعث شکست ترد میانقاب و انتقال نیرو به ستون میشود و این انتقال ناگهانی نیرو باعث شکست ستونها و فروپاشی سازه خواهد شد؛ زیرا قاب بدون میانقاب مدل شده سختی کمتری داشته و در نتیجه برای نیروی کمتری طراحی شده است. اکنون سوالی که اینجا مطرح است این است که اگر میانقابها نیز در فرآیند تحلیل و طراحی به عنوان عضو سازهای در نظر گرفته شوند مقدار تأثیر آنها با افزایش طول بر روی ضریب رفتار به چه صورتی است. این مسئله در این تحقیق به طور کامل مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
برای مدلسازی میانقابها روشهای مختلفی وجود دارد از جمله میتوان مدل المان قطری معادل، روش دستک معادل، روش سه دستک و روش مدل سازی واقعی که خود به صورت میکرو مدل و ماکرو مدل میباشد، را نام برد. جهت مدل سازی قاب مرکب به روش دستک معادل، معمولا میانقاب را با یک دستک قطری جایگزین میشود که دو کنج تحت بار را به هم متصل میکند، که این طرح دارای معایبی میباشد که مهمترین آن در نظر نگرفتن لنگر خمشی و نیروی برشی اعضای قاب میان پر میباشد. El-Dakhakni و همکاران، مدل سه دستک فشاری را برای برطرف کردن معایب دستک قطری پیشنهاد دادند.[1] در مدلسازی واقعی که به دو دسته ماکرو و میکرو تقسیم میشود؛ مدل سازی ماکرو در بررسی رفتار مدلهای بزرگ مانند کل یک ساختمان میباشد. در این نوع مدلسازی کل دیوار به صورت یک جزء دارای رفتار مشخص و ثابت در تمامی نقاط آن بررسی میگردد. کاربرد آن بر تاثیر عمکرد میانقاب ها بر کل ساختمان بخصوص تاثیر میانقاب ها برا عمکرد لرزه ای ساختمان می باشد .[2] در مدلسازی از نوع میکرو، که بیشتر جهت بررسی رفتار مدلهای کوچکی مانند یک پانل یک طبقه و یک دهانه به کار می رود تمام جزئیات دیوار مربوط به یک دیوار از جمله آجرهای بنایی، بلوکهای سفالی و بتنی و همچنین درزهای ملات مدلسازی میگردد.
در این نوع مدلسازی ویژگیهایی سختی و مقاومت نهایی قاب مرکب، حالات شکست برشی میانقابها در اثر ضعف درزهای ملاتی، حالات شکست و خرابی میانقاب تحث بار یکنواخت و چرخهای، نحوه شکل گیری ترک های مرزی و برشی و همچنین خرابیهای کنج، روشهای ترمیم و بهبود عملکرد قاب مرکب مانند اتصالات برشی مورد بررسی قرار می گیرد. از دیگر ویژگیهای مورد بررسی میتوان تاثیر بازشدگی بر سختی و مقاومت میانقابها، بررسی نسبت سختی بین اجزای قاب محیطی و دیوار در الگوهای شکست میانقاب و نحوه شکست و خرابی میانقاب تحت بارهای خارج صفحه را نام برد.[3] با توجه به پیشرفتها در علم تحلیل سازه و نرم افزارهای اجزا محدود ضرورت پیدا میکند مدلسازی بصورت واقعی صورت گیرد.
در مقاله حاضر، مدل المان محدود قاب فولادی یک طبقه و یک دهانه با میانقاب و بدون میانقاب در نرم افزار ABAQUS مدلسازی شده است. برای مدلسازی میانقاب از مدل واقعی میکرو استفاده شده است. در ابتدا، ارزیابی صحت سنجی مدلسازی با مدل آزمایشگاهی صورت گرفته است، سپس به منظور انجام تحلیل استاتیکی بار افزون، توزیع بار جانبی متناسب با مود ارتعاشی اول صورت گرفته است. در نهایت ضریب رفتار قابهای خالی و قابهای مرکب با طول دهانه متفاوت با یکدیگر مقایسه شدهاند.
پارامترهای موثر در ضریب رفتار
