سازه و فولاد
سال:1395 | دوره:12 | شماره:19 |تعداد مقالات:7

دیوارهای برشی فولادی دارای بازشو، به دلیل عملکرد مناسب معماری، مورد اقبال چشمگیر بوده است. نوع خاصی از این سیستم ها، دیوارهای برشی دارای بازشوی درب شکل است که در آن بازشو همانند یک دروازه از کف تا تیر بالایی امتداد می یابد و المان های مرزی ضعیف تر نسبت به ستونهای اصلی در طرفین بازشو تعبیه می شوند. با فرض رفتار برشی محض برای این سیستم می توان هر کدام از پانل های طرفین بازشو را به عنوان یک دیوار برشی با المان های مرزی قائم غیر یکسان در نظر گرفت. رفتار این نوع دیوار برشی با استفاده از روابط متداول دیوارهای برشی فولادی قابل بیان نبوده و در ادبیات فنی تاکنون به دقت مورد بررسی قرار نگرفته است. در این مطالعه رفتار دیوار برشی فولادی با یک ستون قوی و یک ستون ضعیف به صورت تحلیلی و عددی بررسی شده است. روابط تحلیلی برای تعیین منحنی بار تغییرمکان سیستم با تفکیک عملکرد ورق، ستون قوی و ستون ضعیف ارائه شده است. به منظور بررسی صحت روابط تحلیلی، 12 مدل عددی دیوار برشی با تغییر ابعاد کلی سیستم و مقاطع مختلف ستون ها به روش اجزای محدود مورد مطالعه قرار گرفته و میزان خطاهای احتمالی بین نتایج نیز تحلیل شده است. نتایج بدست آمده حاکی از انطباق مناسب روابط تحلیلی با رفتار واقعی این سیستم بوده و قابل استفاده بودن این روابط در طراحی این نوع دیوارهای برشی را بیان می دارد.

به دلیل عدم قطعیت های متعدد در زمان ساخت، نصب اتصالات فلنجی و پیچیدگی های رفتار نیمه گیرداری آنها، رفتار این اتصالات در سازه با رفتار آنها وقتی بصورت جداگانه مورد مطالعه قرار می گیرند، متفاوت است. در تحقیق حاضر، رفتار یک نمونه سیستم اتصالات فلنجی در شرایط واقعی در یک قاب سه طبقه فولادی سه بعدی به روش حل مساله معکوس تعیین شده است. برای شبیه سازی رفتار اتصال در مدل اجزای محدود قاب سه طبقه فولادی سه بعدی، از شش المان خطی در میان دو صفحه اتصا ل که با فاصله کوچکی از یکدیگر قرار دارند استفاده شد. فرکانسهای شش مود اول سازه به ازای مدول یانگ های مختلف برای المان تیر با استفاده از آنالیز مودال به دست آمد. با انجام فرایند بهنگام سازی برای مدل اجزای محدود قاب سه طبقه فولادی سه بعدی از طریق کاهش تفاوت فرکانس های طبیعی تجربی و تحلیلی آن، المان تیر با مدول یانگ مشخص جایگزین سیستم اتصال فلنجی تعیین گردید. مدل بهنگام شده، ضمن ارائه تقریب بسیار خوب از فرکانس های طبیعی قاب سه طبقه فولادی سه بعدی، یک رفتار انعطاف پذیر را در درجات آزادی مختلف برای اتصال به دست می دهد و می تواند رفتار نیمه گیرداری اتصال را در سازه به خوبی نشان دهد. تعیین فرکانس طبیعی به عنوان یکی از پارامترهای مهم تحلیل دینامیکی یک سازه از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. کارهای انجام شده در زمینه تعیین فرکانس های طبیعی یک سازه نشان می دهد که تفاوت قابل توجهی بین نتایج تجربی و تحلیلی متعارف سازه ها وجود دارد که یکی از دلایل این تفاوت به نحوه ساده سازی مدل مساله برمی گردد.

مرور اجمالی ضوابط طراحی های مهندسی نشانگر این مهم است که موضوع اقتصاد و هزینه ساخت سازه ها از محور های اصلی این ضوابط است. در دهه های اخیر استفاده از الگوریتم های بهینه سازی برای دستیابی به محاسبات بهینه به علوم مهندسی ورود کرده است. الگوریتم های بهینه سازی و در راس آنها الگوریتم های مبتنی بر پدیده های بر گرفته از طبیعت، کارایی خوبی در محاسبه بهینه سازه ها از خود نشان داده اند. خرپا ها از جمله ساز ه های پر کاربرد در عمران هستند. در این پژوهش الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری جهت بهینه سازی خرپاهای فولادی استفاده شده است. الگوریتم مبتنی بر آموزش و یادگیری به دلیل دارا بودن پارامترهای کنترلی محدود چون محاسبه مقدار میانگین داده ها در هر تکرار دارای قدرت بالایی در دستیابی به جواب بهینه است. بررسی ها ی انجام شده بر روی چهار نمونه خرپای فولادی متفاوت، نشان داد که این روش بهینه سازی با حجم محاسباتی کمتر نسبت به سایر روش ها، با کارایی خوبی پاسخ بهینه را ارائه می کند.

به منظور کاهش یا حذف تغییرشکل های باقی مانده ایجاد شده در اعضای اصلی سازه پس از باربرداری زلزله ، می توان از سیستم های خودمرکز استفاده نمود. یکی از روش های ایجاد خاصیت خودمرکزی در سازه ها، استفاده از اتصالات پس کشیده فولادی می باشد.در این تحقیق با استفاده از تحلیل عددی به روش اجزا محدود، به مطالعه رفتار اتصال پس کشیده فولادی همراه با نبشی های فوقانی و تحتانی پیچ شده به بال تیر و بال ستون، تحت بارگذاری چرخه ای پرداخته و با استفاده از مقایسه مقادیر شاخص های خسارت گوناگون، نقش عوامل مختلف در عملکرد این اتصال بررسی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد، با استفاده از روش پس کشیدگی، توان باربری اتصال افزایش قابل توجهی یافته درحالیکه تغییر شکل های باقی مانده در اعضای اصلی اتصال ناچیز می باشد. در یک اتصال پس کشیده ناحیه ماکزیمم تنش ایجاد شده در تیر بر روی بال تیر بوده و استفاده از ورق تقویت با طول بزرگتر سبب کاهش مقادیر تنش های ایجاد شده در تیر و کاهش شاخص های خسارت و درنتیجه کاهش احتمال وقوع گسیختگی ترد در نبشی های کششی اتصال می شود.

آسیب های بسیار در اتصالات بال جوش شده تقویت نشده Welded Un-reinforced Flange) WUF) در زلزله 1994 نورتریج منجر به توسعه اتصالات خمشی مقطع تیر کاهش یافته Reduced Beam Section) RBS) برای جلوگیری از مودهای گسیختگی ترد زودرس در اتصالات جوشی شدند. این مقاله، عملکرد لرزه ای اتصالات مقاوم خمشی با بال سوراخ شده (Drilled flange connection DF) را که اخیراً توسعه یافته اند به عنوان یک جایگزین ساده وکار آمد برای اتصالات RBS در نواحی لرزه ای، مورد مطالعه قرار می دهد. اتصالات DF به وسیله مجموعه ای از سوراخ های تعبیه شده با مته روی بال های بالایی و پایئنی تیر( در امتداد محور اصلی تیر) به منظور ایجاد یک نقطه ضعیف کنترل شده مفصل پلاستیک که میتواند مانع تمرکز های تنش در لبه های اتصال شود، ایجاد می شوند. در این بررسی، مجموعه ای از مطالعات تحلیلی، بر مبنای تحقیقات تجربی قبلی، برای ارزیابی رفتار چرخه ای اتصالات تیر به ستون DF، WUF وRBS انجام گرفت.ترکیبات متفاوت سوراخ ونسبتهای مقاومت برشی چشمه اتصال استفاده گردید تا طرح بهینه ای حاصل شود و مودهای شکست زودرس درجوشهای شیاری با نفوذ کامل اجتناب شود. نتایج نشان می دهد که ترکیب بهینه سوراخهای بال در اتصالات DF مقدار شاخص گسیختگی وکرنشهای پلاستیک نقاط بحرانی براتصالات جوش شده را کاهش داده و درمقایسه با اتصالات WUF و RBS عملکرد لرزه ای مناسبی ارائه می دهد.

با تغییر تدریجی روش طراحی سازه ها از روشهایی که بر پایه مقاومت هستند به روشهایی که بر پایه عملکرد میباشند، قابهای ساختمانی متداول موجود پاسخگوی ضوابط این روشها نمیباشند و در صورت طراحی این قابها با ضوابط عملکردی جدید طرح غیر اقتصادی خواهد شد. مشکل اساسی انواع قابهای موجود عدم توازن بین سختی و شکل پذیری در آنهاست. یک سازه برای آنکه در یک زمین لرزه دچار جابه جایی های زیادی نشود باید از سختی کافی برخوردار بوده و برای اینکه انرژی زلزله را به خوبی مستهلک کند باید شکل پذیری بالایی داشته باشد. هدف از این تحقیق بررسی عملکرد لرزه ای قابهای صلب و نیمه صلب و تاثیر اضافه نمودن میراگر اصطکاکی به این قابها میباشد. برای این منظور یک قاب ساختمانی به چهار صورت قاب خمشی، قاب خمشی با میراگر اصطکاکی، قاب نیمه صلب و قاب نیمه صلب با میراگر اصطکاکی طراحی شد و تحت سه رکورد زلزله قرار گرفت. با بررسی نتایج حاصل از آنالیز این قابها مشخص گردید که قاب نیمه صلب با میراگر اصطکاکی بهترین عملکرد را در بین این چهار قاب ساختمانی داشته است. آنالیزها نشان داد با استفاده از اتصالات نیمه صلب در قاب خمشی با میراگر اصطکاکی مقادیر حداکثر تغییرمکان طبقه اول و برش پایه به ترتیب 7 و 20 درصد کاهش می یابند.

در این تحقیق اثرات نیروی پیش تنیدگی اتصال های پیچی با عملکرد اصطکاکی در صفحات اتصال اعضای کششی فولادی مورد مطالعه آزمایشگاهی قرار گرفته است. برای این منظور شش گروه نمونه دوتایی از دو نوع مصالح فولادی انتخاب و آزمایش گردید. به منظور مقایسه رفتار اتصالات پیچی در حالات اتکایی و اصطکاکی ، در سه گروه از نمونه ها، صفحات اتصال با پیچ های دارای عملکرد اتکایی و در مابقی آنها با اتصال دارای عملکرد اصطکاکی آزمایش انجام شده است. در این تحقیق، تاثیر تعداد ردیف پیچ های اتصال و مشخصات مکانیکی مصالح به عنوان متغیرهای آزمایش، در هر دو نوع عملکرد اتصال اصطکاکی و اتکایی، مورد بررسی قرار گرفت.نتایج آزمایشگاهی نشان داد که نه تنها رفتار نمونه ها برای اتصال های دارای عملکرد اصطکاکی، نسبت به اتصال های دارای عملکرد اتکایی، می تواند متفاوت باشد، بلکه نیروی پیش تنیدگی اتصال های اصطکاکی می تواند موجب افزایش سختی در محدوده تغیر شکل های کوچک شود. همچنین استفاده از اتصال های اصطکاکی، میتواند استحکام نهایی سطوح کششی و برشی حوزه برش قالبی را افزایش داده و در نتیجه استحکام نهایی گسیختگی برش قالبی افزایش یابد.