بخشی از مقاله
چکیده
اتصالات در قابهای خمشی با اهمیت ترین اعضای سازهای بوده و رفتار لرزهای قاب متاثر از چگونگی و عملکرد اتصالات تیرها به ستونها و اتصال ستونها به فنداسیون می باشد. اتصالات هنگام تاثیر نیروها بر قابمعمولاً در معرض آسیب های جدی هستند. درصورتی که اتصالات بتوانند شکل پذیری و کارآیی لازم در برابر تحریکات لرزه ای ارائه نمایند، ظرفیت لرزه ای قاب خمشی تحت عملکرد این اتصالات قرار خواهد گرفت. آلیاژهای حافظه دار شکلی، اخراًی ، بعنوان ابزاری برای مستهلک نمودن انرژی در سازه ها مورد استفاده قرار گرفته وتاکنون رودیکرد اصلی استفاده از آنها در مهاربندی ها و اتصالات تیرها به ستون ها بوده و اتصالات ستون ها به فنداسیون کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
دراین مقاله ضمن معرفی آلیاژهای حافظه دار شکلی و کاربرد آنها در اتصالات سازه های فولادی ، اتصال ستون به فنداسیون فولادی ابداعی به نحوی پیشنهاد گردیده که نه تنها یک مدل تئوریک نبوده بلکهمدل کاملاً اجرائی و قابلیت مدل سازی در نرم افزار بصورت ماکرو بر اساس رفتارمنطبق بر واقعیت را داشته و به دلیل ویژگی خاص آن می توان ازمیلهها - از جنس های مختلف - جهت برقراری اتصال بین ستون و فنداسیون استفاده نمود و در هنگام بروز تحریکات خیلی شدید فقط میله اتصال مورد آسیب احتمالی قرار خواهد گرفت که قابل اصلاح وتعویض می باشندو سپس ضمن بررسی حساسیت قاب خمشی به نحوه اتصال ستون به فنداسیون ، رفتار میکرو و ماکرو اتصال پیشنهادی بررسی سپس در قاب نمونه بکارگیری و بازتاب لرزه ای قاب مورد مطالعه تحت رکورد زلزله های مختلف با تجهیز اتصال توسط مصالح مختلف از جمله فولاد و آلیاژهای حافظه دار شکلی ، بررسی و نتایج مورد مقایسه قرار گرفت.
-1 مقدمه
یکی از سازه های مقاوم در برابر بارهای جانبی قاب خمشی است و رفتار و ظرفیت شکل پذیری اتصالات در سازه های خمشی از ضروری ترین عوامل حاکم بر ظرفیت لرزه ای اینگونه سازه ها است. علاوه بر اتصالات تیرها به ستونها ، نحوه اتصال ستونها به فنداسیونها نیز تاثیر بسزایی درحمل نیروهای جانبی توسط قاب خمشی دارند.
بر اساس نحوه اتصال ستون به فنداسیون قاب خمشی عملکرد متفاوتی از خود نشان می دهد. از آنجائیکه انتخاب نحوه اتصال ستون به فنداسیون بر عهده طراح بوده ، می توان در انتخاب عملکرد قاب تصمیم گرفت. این موضوع می تواند مبنای طرح اتصال کنترل شده ای گردد که شماتیک آن در شکل 1، نشان داده شده است. اتصال مذکور در صورت داشتن سختی دورانی بی نهایت مانند اتصال گیردار و در صورت عدم وجود سختی دورانی، مشابه اتصال مفصلی عمل می نماید و در محدوده فوق در صورت استفاده از مصالح مناسب می تواند تحت بارگذاری های چرخه ای ولرزه ای عملکرد مناسبی ازخود نشان دهد. عملکرد دینامیکی اتصال کنترل شده، مستلزم دارا بودن خاصیت ویژه الاستیسیته ، تحمل کرنش های بزرگ ، مستهلک نمودن انرژی ، برگشت پذیری و...، بصورت توام می باشد.
با کاربرد تدابیر لازم در این اتصال می توان سختی و شکل پذیری جانبی قاب خمشی فولادی - قابلیت استهلاک انرژی ناشی از تحریکات لرزه ای - ، علاوه بر وجود عناصر لرزه بر - نوع و مشخصات فنی آنها ، سختی ، میرایی... - ، را بهبود بخشید .بنابراین رفتار کنترل شده دینامیکی این اتصالاتقویاً نیازمند استفاده از مصالح ویژه ای می باشد این مصالح تحت عنوان آلیاژهای حافظه دار شکلی - SMA - نام برده می شود. - الف - اتصال مفصلی - ب - اتصال کنترل شده - ج - اتصال گیردار شکل 1 شماتیک انواع اتصال ستون به فنداسیون و اتصال کنترل شده و محدوده بکار گیری اتصال کنترل شده
-2 معرفی آلیاژهای حافظه دار شکلی
آلیاژهای حافظه دارشکلی از نظر لئوناردولسی و بقیه - 2015 - ، موادی عجیبی با مشخصه های سحرآمیز بوده و تحت پوشش تغییر شکلهای دائمی مشهود تا %10 یا بیشتر، هستند. به علاوه فلز بوده و خواص فلزی مثل مقاومت، سختی، پرداخت پذیری و از این قبیل از خود نشان می دهند.[1] آشوین و بقیه - 2015 - دو ویژگی برجسته آلیاژهای حافظه دار شکلی را دارا بودن حافظه شکلی و رفتار سوپرالاستیک بیان می کنند.
از توانایی آلیاژهای حافظه شکلی دربازگشت به یک شکل ازپیش تعیین شده درصورت حرارت دیدن تا بیش از دمای مشخصه استحاله شروع آستنیت، Af ، تحت عنوان اثر حافظه داری شکلی یاد میشود و توانایی آلیاژ حافظه شکلی در بازیابی کرنشهای بالا - حدود - %8 و هیسترزیس تنش کرنش مربوط به این کرنشها بدلیل بارگذاری باربرداری مکانیکی تحت شرایط هم دما، اثر سوپرالاستیک خوانده میشود. اثر حافظه شکلی متعارف در قالب مسیر - 1 به - 6 و اثر سوپر الاستیک در مسیر 7 - به - 13 روی نمودار تنش کرنش دما،رسم شده، درشکل 2 نشان داده شده است.[2]
راو و بقیه - 2014 - ، استحاله های فازی در پاسخ سوپر الاستیک آلیاژهای حافظه دار شکلی را موجب بروز پاسخ هیسترزیس غیرخطی از سوی این آلیاژها دانسته و عقیده دارند که این مسئله موجب شده این مواد بدلیل قابلیت های برتری که در زمینه دفع انرژی دارند، گزینههایی عالی برای کاربرد به عنوان مواد میراگر باشند.[3] بدلیل ساختارهای بلوری متفاوت آستنیت و مارتنزیت، آلیاژهای حافظه دار شکلی در بخش های مختلف پاسخ ابرکشسان، ضرایب مختلفی را به دست میدهند، یا به عبارت دیگر، نسبت به دمای کاری هم حساسیت دارند.
شکل 3 ، عملکرد یک نمونه وایر سوپر الاستیک را در دماهای مختلف نشان می دهد. وایرهاو میله های سوپر الاستیک کلاسیک از نوع نایتینول ، از جمله آلیاژهای حافظه دار شکلی هستند که می توان آنها را در اتصالات سازه ای مورد استفاده قرار داد و در این مقاله نیز از این نوع آلیاژ استفاده گردیده است. ابزار و سیستم های ابداعی بسیاریعمدتاً با استفاده از آلیاژهای حافظه دار شکلی با پایه نایتینول و پایه مس برای جذب بخشی از انرژی ناشی از زلزله و کاهش نیروهای ارتعاشی زلزله بر روی سازه ها و کنترل ارتعاش و میرا کردن آن معرفی شده و برای این منظور آلیاژهای حافظه دار شکلی به اشکال مختلفی تولید شده اند. سختی متغیر در رفتار سوپرالاستیک را می توان برای کنترل نیرو و جابجایی در سه وضعیت مختلف کرنشی مورد استفاده قرار داد.
درکرنش های پایین،کرنش های کمتراز %1 می توان ازمدول الاستیسیته فازآستنیتی برای محدود کردن کرنش های تحت شرایط بار استفاده کرد.درکرنش های میانی،کرنشهای بیش از %1 و کمتر از 6 %، می توان از مدول کاهش یافته برای محدود کردن نیروی منتقل شده به سازه استفاده کرد،حتی اگردر شرایط جابجایی های بزرگ باشد. در کرنش های بزرگ، کرنش های بیش از %6 می توان از مدول افزایش یافته در فاز مارتنزیتی ناشی از تنش برای کنترل جابجایی ها تحت شرایط تنش های ناشی از زلزله استفاده نمود.
با برداشته شدن بار، مسیر تنش پایین در انتقال معکوس، منجر به اتلاف انرژی هیسترزیسی می شود که برای کنترل ارتعاش های اعمال شده بر روی سازه قابلیت مطلوبی محسوب می شود. همچنین رفتار سوپرالاستیک امکان استفاده از المان های آستنیتی را برای ایجاد خود مرکزیت ناشی از قابلیت آلیاژهای حافظه دار در به دست آوردن شکل اصلی خود بعد از دفرمه شدن ناشی از تنش و یا تغییر دما فراهم می کند.
منحنی شماره 1 ، بازتاب وایر تحت تاثیر درجه حرارت کمتر از Mf که پس از آن باربرداری شده و به تنش صفر رسیده و با گرم کردن وایر بالاتر از Af خاصیت حافظه شکلی پدیدار می گردد. منحنی شماره 2 ، بازتاب وایر را بالاتر از درجه حرارت Mf<T<Af که تقرباًی شیبه As را نشان می دهد. منحنی شماره 3 ، وایرسوپر الاستیک کلاسیک بالای Af نشان می دهد. منحنی شماره 4 ، بازتاب سوپر الاستیک وابسته به دما را نشان می دهد. منحنی شماره 5 ، بازتاب را تحت درجه حرارتهای خیلی بالاتر از Af نشان می دهد .[3]
