سازه و فولاد
سال:1388 | دوره:5 | شماره:6 |تعداد مقالات:9

با توجه به نقش اتصال تیر به ستون، در عملکرد قاب های فولادی در این مقاله سعی شده است جهت تحلیل غیر خطی و طراحی بهینه قابهای فولادی نیمه صلب، از الگوریتم ژنتیک استفاده شود. در الگوریتم استفاده شده با ارضای محدودیت ها و قید های اعمالی (کنترل تنش های محوری و اندرکشی، جابه جایی نسبی و تعداد مفاصل پلاستیک ایجاد شده)، سعی در طراحی قاب با مناسب ترین و کمترین وزن شده است. اعمال قید تعداد و محل رخداد مفاصل پلاستیک در کنار بقیه قید ها موردی است که می تواند در عملکرد غیر خطی قاب نقش مهمی داشته باشد. جهت تحلیل و طراحی اعضای قاب های انتخاب شده از مقاطع استاندارد I شکل (برای تیر ها) و Box (برای ستون ها) استفاده شده است. با توجه به ابعاد تیر و ستون، همچنین مقدار بار اعمال شده، با توجه به آزمایشات صورت گرفته سختی اولیه به گره های اتصال، اختصاص داده شده است. مقدار این سختی ها توسط الگوریتم ژنتیک در حین روند بهینه سازی تغییر یافته و با حداقل شدن وزن قاب انتخابی، تحت تلاش های اعمالی مقدار سختی مناسب آن نیز به دست آمده است. در این مقاله جهت بهینه کردن وزن قاب، برنامه کامپیوتری تحت نرم افزار MATLAB نوشته شده است که به کمک نرم افزار Excel، توانایی ارتباط (انتقال و دریافت داده) با نرم افزار SAP2000 جهت تحلیل طراحی، را دارا می باشد. در فرایند بهینه سازی وزن سازه بوسیله الگوریتم ژنتیک، از روش های تحلیل استاتیکی خطی و غیر خطی با در نظر گرفتن اثر P-D، بهره گرفته شده است. با توجه به نتایج بدست آمد، تاثیر کاهش سختی اتصال تیر به ستون (اتصال نیمه صلب) در بهینه کردن وزن قاب های کوتاه مرتبه، کمتر از قاب های بلند مرتبه انتخاب شده می باشد. به طوریکه در قابهای کوتاه مرتبه با کاهش سختی اتصالات، وزن سازه افزایش می یابد و در قابهای بلند مرتبه، کاهش سختی اتصال منجر به کاهش وزن سازه شده است. با توجه به نتایج بدست آمده در قاب های نیمه صلب، سختی متوسط اتصالات در هر طبقه از بالا به پایین افزایش یافته تا اینکه تقریبا در طبقات پایین به مرز گیرداری نزدیک شده است. همچنین در قاب های بهینه شده مقدار سختی اتصالات مورد نیاز در حالت تحلیل خطی بیشتر از تحلیل غیر خطی می باشد. که این اختلاف در طبقات بالا زیاد و در طبقات پایین تر تقریبا کمتر می باشد.

کاهش سختی و افزایش دامنه ارتعاش تیرهای فولادی ترک خورده، موجب از دست رفتن کارایی سازه در بارهای بهره برداری می شود. یکی از روشهای بازیابی سختی این نوع تیرها چسباندن ورقهای CFRP روی بال کششی تیرها و در محل بروز ترکها می باشد. برای محاسبه میزان سختی بازیابی شده در تیر ترک خورده توسط CFRP بطور معمول از روشهای تحلیل اجزا محدود استفاده می شود. در این مقاله فرمولاسیون محاسبه سختی تیر بهسازی شده توسط CFRP به روش ریاضی ارایه شده است. در این فرمولاسیون سختی تیر بهسازی شده بر اساس سختی تیر سالم، سختی تیر با فرض ایجاد مفصل در محل ترک، مشخصات مصالح چسب و CFRP و ابعاد هندسی سازه بدست می آید. برای استخراج این فرمولها از مشابه سازی سختی خمشی قسمت باقیمانده در مقطع ترک و ورق تقویتی با یک فنر دورانی استفاده شده است. نحوه بدست آوردن سختی فنر دورانی بر اساس سختی تیر ترک خورده و سختی تیر سالم نیز پیشنهاد گردیده است. روش انجام محاسبات سختی تیر بهسازی شده با ورق CFRP در دو دسته تیرهای معین و نامعین بطور جداگانه بررسی شده و فرمولاسیون پیشنهادی برای دو مورد خاص تیر دوسر مفصل و دوسر گیردار پیاده سازی گردیده است. به منظور صحت سنجی نتایج بدست آمده از روش تحلیلی پیشنهادی، هجده نمونه فرضی با روش اجزا محدود نیز مورد مطالعه قرار گرفته اند. مقایسه نتایج فرمولاسیون پیشنهادی با روش اجزا محدود تطابق بسیار خوبی را نشان داده است. فرمول دیگری نیز با صرفنظر کردن از سختی خمشی باقیمانده در مقطع ترک، برای محاسبه سختی تیر بهسازی شده با CFRPدر کاربرد های عملی پیشنهاد شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از این فرمول و فرمولهای دقیقتر نشان دهنده دقت بسیار خوب رابطه پیشنهادی است. با استفاده از این روش می توان بدون نیاز به اندازه گیری عمق ترک، میزان مصالح مورد نیاز برای بهسازی تیر با CFRP را از رابطه های ساده ای محاسبه نمود.

آیین نامه های طرح لرزه ای ساختمانها به منظور جلوگیری از تلفات جانی، کنترل خسارت و طرح اقتصادی تدوین می شوند. برای این منظور، عموما ترکیب دو عامل مقاومت و شکل پذیری مورد استفاده قرار می گیرند. یک تفاوت عمده بین ضوابط آیین نامه ای طرح لرزه ای با برآورد مقاومت لرزه ای سازه ها این است که طراحی بر اساس آیین نامه در ناحیه ارتجاعی صورت گرفته در صورتیکه برآورد مقاومت لرزه ای با توجه به رفتار خمیری سازه ها و بررسی مسایلی نظیر مقاومت، شکل پذیری و محل مفصل های خمیری صورت می گیرد و به این ترتیب نقاط ضعف سازه ها مشخص می شوند. طبق تحقیق انجام شده در این مقاله بر روی سازه های مورد مطالعه، بارگذاری استاتیکی معادل کفایت لازم را در برآورد کلیه واکنشهای سازه ای اعم از، تغییر مکان جانبی و نسبی و همچنین برش طبقات دارا می باشد. بنابراین با توجه به اینکه استاندارد 2800، برای سازه های منظم با ارتفاع بیش از 50 متر استفاده از تحلیل دینامیکی را الزامی می دارد، باید بررسی نمود که آیا سازه های طرح شده با استفاده از تحلیل طیفی قادر به تحمل زلزله های به مقیاس در آمده تا شتاب 0.35 g می باشند. در این تحقیق سه سازه دو بعدی20 ،15 و 25، طبقه با سیستم قاب خمشی که بارگذاری لرزه ای آن با استفاده از طیف طرح استاندارد 2800 انجام شده، مورد مطالعه قرار گرفته است. آنالیز دینامیکی غیر خطی با استفاده از شتاب نگاشتهای مختلف صورت گرفته و پاسخهای تغییر مکان جانبی و نسبی برای طبقات مختلف محاسبه شده و با مقادیر مجاز آیین نامه مقایسه گردید. همچنین نیاز شکل پذیری طبقات محاسبه و با ظرفیت شکل پذیری طبقات مختلف مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت. شکست موضعی اعضای سازه ای کنترل شده و نهایتا به بررسی آسیب پذیری سازه های فوق پرداخته شد.

یکی از روش ها در تقویت ساختمان های میان مرتبه استفاده از سیستم های دوگانه قاب خمشی همراه با سیستم باربر جانبی دیگر مانند قاب های مهاربندی شده فولادی یا دیوار برشی بتن آرمه است. انتخاب دیوار برشی و یا مهاربندی فولادی در سازه های دارای قاب خمشی فولادی یکی از موضوعات مهم در این رابطه است. بنابراین بررسی رفتار این گونه سازه ها و شناخت اثر هر کدام از دو سیستم فوق در ترکیب با سیستم قاب خمشی ضروری به نظر می رسد. در این مقاله سعی می شود تا تاثیر دیوار برشی و مهاربندی های فولادی در رفتار سازه و اندرکنش سیستم های دوگانه مورد نظر با آنالیز یک سازه 20 طبقه با سیستم قاب خمشی فولادی توسط نرم افزار ETABS 2000 بررسی گردد. نتایج نشان می دهند که دیوار برشی دارای سختی جانبی بیشتری نسبت به سیستم مهاربندی ضربدری بوده و به لحاظ اجرایی ابعاد حاصله برای مشخصات هندسی این سیستم نسبت به سیستم دارای مهاربندی منطقی تر است. همچنین مشخص می شود که برای کنترل تغییر شکل جانبی سازه، افزایش سطح مقطع مهاربند ها تا حد محدودی موثر است، در حالیکه افزایش تعداد دهانه های مهاربندی شده در این مورد بسیار موثرتر خواهد بود.

دو نوع از اتصالات تیر به ستون پیشنهادی پس از زلزله نورتریج، اتصالات پیچی با صفحه انتهایی و سپری اتصال می باشد. در این مقاله بصورت تحلیلی به بررسی و مقایسه عملکرد تناوبی این اتصالات در اثر تغییر پارامتر فاصله افقی پیچهای اتصال به بال ستون تا خط مرکزی جان تیر با مدلسازی اجزا محدود هشت نمونه زیر سازه اتصال، در نرم افزارANSYS.Ver10  پرداخته شده است. نتایج بیان میدارد که در طرح این اتصالات بر مبنای ضوابط آیین نامه AISC برای مقاطع یکسان تیر و ستون، ظرفیت خمشی و سختی الاستیک اتصال با سپری نسبت به اتصال با صفحه انتهایی بیشتر بوده، در حالیکه میزان استهلاک انرژی کل آنها تقریبا یکسان است. نهایتا از بررسی تحلیلی پارامتر فوق مشخص شد، با توجه به حساسیت رفتاری و احتمال تغییر مد خرابی اتصال پیچی با سپری اتصال تحت بار تناوبی نسبت به آرایش افقی پیچهای اتصال به ستون در مواردی که احتمال ضعف در اجرا می رود، علیرغم بیشتر بودن ظرفیت خمشی اتصال با سپری، طرح اتصال پیچی با صفحه انتهایی توصیه میگردد.

پیوند تیرها به ستون ها در قاب های فولادی، ساده و یا سخت پنداشته می شود. استفاده از الگوی پیوند سخت یا ساده، هر چند گام های تحلیل و طراحی را آسان می کند، ولی رفتار واقعی سازه را به دست نمی دهد. زیرا، آزمایش ها نشان می دهند که همه پیوند های زیر بار، مقدار مشخصی نرمی از خود نشان می دهند. بنابراین، باید از شیوه ای برای تحلیل بهره جست که به واقعیت نزدیکتر باشد و اثر نرمی پیوند ها را به کار گیرد. در این مقاله، ماتریس سختی وتری کشسان جزء تیر-ستون دارای پیوند های نیمه سخت، زیر اثر لنگرهای گرهی و بار گسترده میانی رابطه سازی می شود. سپس، بر پایه این ماتریس، تحلیل کشسان مرتبه دوم و پایداری قاب های فولادی دو بعدی با پیوند های نیمه سخت انجام می پذیرد. ویژگی اصلی این ماتریس، کلی بودن آن می باشد. زیرا، توانایی الگو سازی یک عضو قابی با هر گونه پیوندی را دارد. همچنین، نسبت به ماتریس های مشابه از دقت و کارایی بیشتری برخوردار است. از سوی دیگر، هر عضو تنها با یک جزء الگو سازی می شود و در روش پیشنهادی، برای عضو های کششی و فشاری رابطه های یکسانی به کار می رود. نمودار بار-تغییر مکان و مقدارهای عددی به دست آمده از فن پیشنهادی با تحلیل های سایر پژوهشگران مقایسه می شوند و اثر نرمی پیوند بر مسیر ایستایی تحلیل کشسان مرتبه دوم، بار کمانشی و رفتار قاب های فولادی بررسی می گردد.

در این مقاله طراحی لرزه ای قاب خمشی فولادی با استفاده از روش انرژی با در نظر گرفتن اثرات بارثقلی، اثرات مرتبه دوم P-D و همچنین رابطه هایی که برای جلوگیری از تشکیل مکانیسم های نامطلوب بدست آورده شده است، بیان می شود. در این روش نیرو های طراحی لرزه ای از انرژی ورودی متناظر با یک مکانیسم تسلیم فرضی و میزان تغییر مکان هدف سازه، به دست می آید. هدف از این روش طراحی لرزه ای قاب خمشی فولادی بررسی توانایی پیش بینی رفتار سازه در مرحله نهایی و استفاده از حداکثر ظرفیت سازه برای اتلاف انرژی ورودی زلزله می باشد. برای مقایسه پاسخ سازه های طراحی شده بر مبنای دو روش استاتیکی معادل و روش انرژی، دو قاب خمشی فولادی 10 و 15 طبقه به کمک این دو روش طراحی شده و نتایج تحلیل استاتیکی غیر خطی آنها با یکدیگر مقایسه می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد که طراحی به روش انرژی در مقایسه با روش متداول استاتیکی معادل موجب بهبود رفتار لرزه ای سازه می شود.

میراگرهای اصطکاکی به علت هزینه پایین و کارایی مناسب در دسته سیستم های کنترلی غیر فعال جایگاه خوبی دارند. در تعیین بار لغزش بهینه میراگرهای اصطکاکی، شاخص های عملکرد مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین روش ساده شده ای نیز در تعیین بار لغزش بهینه میراگرهای اصطکاکی پال بررسی شده است. میراگر اصطکاکی دورانی در سال 2000 معرفی شد. بر روی این میراگر بررسی های عددی و آزمایشگاهی صورت گرفته است. در این مقاله با انجام 540 تحلیل دینامیکی غیر خطی، قابهای خمشی فولادی مجهز به میراگر اصطکاکی دورانی با بارهای لغزش متغیر، بررسی شدند. این تحلیل ها بر روی سه ساختمان با ارتفاع های مختلف و تحت شتاب نگاشتهای متفاوت انجام شد. در ضمن نیروی لغزش بهینه از روش ساده شده نیز به دست آمد. این نتیجه حاصل شد، که شاخص های عملکرد مختلف میراگر جوابهای تقریبا یکسانی را در تعیین بار لغزش بهینه نتیجه می دهند. عملکرد میراگر با افزایش ارتفاع سازه بهبود می یابد. همچنین خطای روش ساده شده در تعیین بار لغزش میراگر های اصطکاکی دورانی کمتر از 2 درصد، در مقایسه با روش دقیق می باشد.