بخشی از مقاله
خلاصه
در روشهای رایج طراحی، رفتار قاب پیرامونی در قاب مهاربندی ضربدری - قاب با اتصال گاستپلیت - به صورت قاب مفصلی در نظر گرفته میشود و برای این نوع قابها ظرفیت باربری جانبی در نظر گرفته نمیشود. معمولاً اتصالات تیر به ستون در این قابها با استفاده از نبشی جان صورت میگیرد اما وجود گاستپلیتها برای اتصال مهاربندها به قاب می-تواند باعث ایجاد گیرداری و انتقال لنگر توسط اتصالات تیر به ستون شود.
در این مقاله اثرات گاستپلیت در تغییر میزان شکلپذیری و جذب انرژی سیستمهای مهاربندی ضربدری بررسی شده است. به این منظور رفتار قاب پیرامونی مربوط به دو قاب مهاربندی ضربدری در ساختمانهای 5 و 10 طبقه با قاب معادل که دارای اتصال خمشی ویژه میباشد بصورت مقایسهای بررسی گردیده است. نتایج نشان میدهد که قابهای با اتصالات گاستپلیت شرایط قاب با اتصال خمشی ویژه را دارا میباشند. بنابراین باید افزایش سختی و پارامترهای لرزهای ناشی از گیرداری گاستپلیتها در طراحی سیستم مد نظر قرار گیرند.
.1 مقدمه
جین و همکاران در سال [1] 1978 اثرات سختی خمشی گاستپلیت و طول مهاربند را بر روی رفتار چرخهای اعضای مهاربند مورد بررسی قرار دادند. آنها نتیجه گرفتند که افزایش سختی خمشی گاستپلیت به مقداری بزرگتر از مهاربند مزیت چندانی ندارد. لیکن آنها متوجه شدند که افزایش سختی خمشی گاستپلیت - تا سختی مهاربند - در حالت کلی منجر به کاهش طول موثر مهاربند میشود. و این موضوع منجر به بهبود عملکرد چرخهای عضو مهاری میشود.
آستانه اصل و هانسون در سال [2] 1981 به مطالعه برای تعیین بهترین فاصله آزاد خمش در قابهای مهاربندی ضربدری پرداختند. در این آزمایش مشاهده شد که گاستپلیتهای با فاصله آزاد خمش 2t, 4t بسیار شکلپذیر و رفتار چرخهای بهتری داشتند. آنها پیشنهاد کردند که در طراحی گاستپلیتها از فاصله آزاد خمش، حداقل 2t و حداکثر 4t استفاده شود.
تورنتون در سال [3] 1984 با انجام آزمایش فشاری بر روی گاستپلیتها، رابطهای را برای تعیین ظرفیت فشاری گاستپلیتها پیشنهاد نمود. در روش تورنتون از طول بزرگتر و یا میانگین سه طول ستون فرضی به عرض واحد که در ابتدا، وسط و انتهای عرض موثر ویتمور قرار میگیرند، برای تعیین ظرفیت فشاری گاستپلیتها، استفاده میشود. در این روش از روابط طراحی ستون برای تعیین ظرفیت فشاری استفاده میشود.
یو و همکاران در سال [4] 2008 فاصله آزاد خمش بیضیگون را پیشنهاد نمودند. آنها پیشنهاد نمودند که برای کاهش در خرابی جوشها و بهبود عملکرد لرزهای گاستپلیتها از فاصله آزاد خمش بیضیگون به جای فاصله آزاد خمش خطی استفاده شود. براندون [5] در سال 2007 با انجام آزمایش بر روی قاب مهاربندی شده به بررسی تاثیر وجود گاستپلیت و اثر آن بر صلبیت اتصال قاب پرداخت. نتایج آزمایش او نشان داد که وجود گاستپلیتها باعث صلبتر شدن اتصال شده و این اتصالات قادر به انتقال لنگر هستند.
در سال 2009 تورنتون و مویر [6] به مطالعه رفتار اتصال گاستپلیت پرداختند. به عقیده آنها اتصال گاستپلیت در قاب-های مهاربندی از نوع اتصال مفصلی نمیباشد بلکه این نوع اتصال باعث صلب شدن اتصال قاب میشود.
کروستی و همکاران در سال [7] 2013 با انجام آزمایش برروی گاستپلیتهای با ابعاد مختلف به این نتیجه رسیدند که افزایش طول و عرض گاستپلیت باعث کاهش ظرفیت کمانشی گاستپلیت میشود و افزایش عرض نسبت به افزایش طول گاستپلیت اثر بیشتری در کاهش مقاومت دارد.
عبادی و حیدری در سال [8] 1394 به بررسی نقش اتصالات انتهایی مهاربندها - گاستپلیتها - در میزان گیرداری اتصالات تیر به ستون در سیستمهای مهاربندی هممرکز پرداختند نتایج مطالعه آنها نشان داد اتصالات گاستپلیت سختی، جذب انرژی و گیرداری بالایی دارند که بر خلاف فرض رایج طراحی یعنی در نظر گرفتن اتصالات مفصلی برای تیرها میباشد.
عبادی و حیدری در سال [9] 1395 در مطالعهای که بر روی اتصالات گاستپلیت انجام دادند دریافتند که تمرکز تنش در لبه اتصال گاستپلیت به تیرها و ستونها به دلیل گیرداری ناشی از گاستپلیتها و چرخش قابل توجه در انتهای تیرها منجر به گسیختگی گاستپلیتها و ناپایداری سیستم در دریفتهای پایین میگردد. آنها برای جلوگیری از این گسیختگی سختکنندهای را طراحی نمودند که میتواند مانع از این خرابی نامطلوب شود.
به منظور بررسی میزان گیرداری گاستپلیتها در قابهای پیرامونی سیستمهای مهاربندی دو نمونه قاب از طبقه اول ساختمانهای 5 و 10 طبقه انتخاب گردیده و پس از طراحی سیستم، گاستپلیتها دیتیل گردیدهاند. سپس با حذف مهاربندها، قاب مربوطه به صورت اتصال خمشی ویژه طراحی گردیده است. با مدلسازی قاب با گاستپلیت و قاب با اتصال خمشی ویژه، شکلپذیری، سختی و میزان جذب انرژی دو قاب به صورت مقایسهای ارائه شدهاند.
.2 طراحی
.1,2 طراحی قابها
دو ساختمان 5 و 10 طبقه با استفاده از سیستم مهاربندی ضربدری به صورت کامل طراحی گردیده و گاستپلیتها نیز با توجه به سایز مهاربندها و حداکثر نیروی وارده به آنها طراحی و دیتیل شدهاند. پلان هر دو ساختمان مشابه و در شکل 1 نشان داده شده است. قاب روی محور A بین محورهای 2 و 3 برای بررسی و مدلسازی بصورت دو بعدی در نظر گرفته شده است. بار مرده و زنده بترتیب برابر با 5 و 2 کیلونیوتن بر مترمربع در نظر گرفته شده و طراحی تیرها، ستونها و مهاربندها با استفاده از روش LRFD آییننامه [10] AISC 360 و ضوابط لرزهای [11] AISC341 طراحی گردیدهاند. تنش تسلیم و نهایی فولاد به ترتیب 235 و 370 مگاپاسکال و مدول یانگ نیز 206 گیگاپاسکال در نظر گرفته شدهاند. مقاطع تیرها و ستونها به ترتیب از نوع IPE و BOX و مهاربندها از نوع ناودانی دوبل در نظر گرفته شدهاند و سقف طبقات نیز از نوع تیرچه بلوک میباشد. تمام اتصالات به صورت مفصلی فرض گردیدهاند و برای توزیع نیروی برشی در ارتفاع ساختمان از [12] ASCE7-10 استفاده گردیده است.
شکل -1 پلان ساختمانهای مورد مطالعه
در طراحی گاستپلیتها حداکثر نیروی قابل انتظار انتقالی از مهاربندها در کشش و فشار، کنترل تنشها در تمام نقاط گاستپلیتها، طراحی دقیق جوشها و طول مورد نیاز، فاصله 2t در انتهای مهاربندها برای چرخش آزادانه گاستپلیت در خارج از صفحه، ناحیه ویتمور و سایر کنترلهای طراحی در نظر گرفته شدهاند.
به منظور بررسی تغییرات پارامترهای لرزهای قابها و مدلسازی در نرمافزار، طبقه اول این قابها برای تحلیل غیرخطی بصورت شکل 2 دیتیل گردیدهاند.
شکل -2 جزئیات طراحی قاب با اتصال گاستپلیت، الف - قاب در ساختمان 5 طبقه - نمونه - GF5، ب - قاب در ساختمان 10 طبقه - نمونه - GF10
