سازه و فولاد
سال:1393 | دوره:10 | شماره:16 |تعداد مقالات:7

عدم وجود آیین نامه طرح لرزه ای سازه های فولادی در دهه هفتاد در ایران، منجر به کاربرد گسترده تیرهای لانه زنبوری در قاب های مهاربندی شده واگرا، به عنوان پیوند گردید. این موضوع، ضرورت بررسی رفتارلرزه ای این گونه قاب ها را برای بهسازی لرزه ای آنها ایجاب می نماید. تیر پیوند، به عنوان محل تشکیل مفصل پلاستیک در EBF ها، نقش اصلی را در استهلاک انرژی ورودی زلزله و رفتار لرزه ای این قاب ها دارد. وجود سوراخ های جان در پیوندهای لانه زنبوری، ظرفیت استهلاک انرژی قاب مهاربندی شده واگرا را به دلیل عدم گسترش مفصل پلاستیک در جان و احتمال بروز مدهای شکست ترد، کاهش می دهد. در این مطالعه آزمایشگاهی، 4 نمونه پیوند، شامل پیوند بدون سخت کننده، پیوند با سخت کننده پیشنهادی AISc2010 و دو نمونه پیوند با جزئیات پیشنهادی، با سخت کننده های طولی و مورب، تحت بارگذاری رفت و برگشتی شبه استاتیکی بررسی گردید. نتایج حاکی از رفتار غیر شکل پذیر و دارای زوال مقاومت و سختی پیوندهای معمول (دو نمونه اول) و ارتقاء پارامترهای لرزه ای جزئیات پیشنهادی بود.

در این تحقیق، اثر پارامترهای جریان، زمان، طول فرورونده و بالارونده گلمیخ، در استحکام جوش گلمیخ به کار رفته در سقف کامپوزیت، مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور، ابتدا با درنظرگرفتن اطلاعات مربوط به پارامترها در منابع موجود، طراحی آزمایش انجام شد، سپس از دستگاه جوشکاری قوس الکتریکی گلمیخ برای جوش گلمیخ با سایز 19 mm و طول 115 mm بر روی تیر به همراه ورق گالوانیزه (دک گالوانیزه) استفاده شد. نمونه ها از لحاظ ظاهرجوش، پروفیل جوش، سختی سطح مقطع جوش و استحکام جوش بااستفاده از آزمون خمش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد برای جوش بانفوذ و اتصال مناسب، هر چهار پارامتر دارای اهمیت می باشند، اما تنها از روی ظاهرجوش نمی توان به کیفیت اتصال مطابق با استانداردها پی برد. پارامترهای تعیین شده توسط استانداردها و سازندگان دستگاه به صورت کاملا دقیق تعیین کننده انجام جوش مناسب، در شرایط مختلف طرح اتصال و کار نمی باشد. برای تشخیص وکنترل دقیق تر پارامترها علاوه بر بازرسی چشمی، نیازبه انجام آزمون خمش در محل انجام جوشکاری نیز می باشد.

این تحقیق به بررسی تجربی تاثیر صفحات پوششی گچ برگ و تخته سیمانی الیافی بر عملکرد لرزه ای دیوارهای سبک فولادی با یا بدون مهاربند تسمه ای قطری پرداخته است. برای این هدف، 5 نمونه دیوار سبک فولادی سرد نورد، به طول 3600 میلی متر و ارتفاع 3000 میلی متر تحت بارگذاری جانبی رفت و برگشتی و بدون حضور بار سقلی مورد آزمایش قرار گرفته اند. برای تمام نمونه ها منحنی های چرخه ای، مد شکست و ضریب شکل پذیری استخراج و با یکدیگر مقایسه شده است. آزمایشات نشان دادند که نصب پوشش های غیرسازه ای مانند تخته سیمانی الیافی و گچ برگ، عمدتا به بهبود رفتار لرزه ای دیوارهای سبک فولادی مهاربند شده می انجامد. در مقایسه با نمونه بدون پوشش، نصب پوشش های تخته سیمانی الیافی و تخته گچی، اثرات محسوسی بر ظرفیت برشی، شکل پذیری و مد خرابی قاب های سبک فولادی دارد. ظرفیت برشی نمونه های دارای مهاربند ضربدری و همراه با پوشش های مذکور تا 40% افزایش داشته است. همچنین ضریب شکل پذیری نمونه های مهاریند شده نیز با نصب پوشش های تخته سیمانی الیافی و تخته گچی تا مرز 40% افزایش پیدا می کند.

شکست ترد اتصالات گیردار قاب های خمشی فولادی در زلزله های نورثریج (1994) و کوبه (1995) موجب گردید تا اتصالات صلب جدیدی معرفی که مشکلات اتصالات سنتی را مرتفع ساخته و موجب عملکرد مناسب قاب های خمشی می شوند، اما علاوه بر افزایش هزینه ساخت به دلیل تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها و ایجاد تغییر شکل های غیرالاستیک و ماندگار در زلزله های شدید، هزینه های تعمیرات را بالا می برند. با استفاده از مواد بازگشت پذیر و هوشمندی چون آلیاژهای حافظه دار در این اتصالات می توان تغییرشکل های ماندگار و نیاز به تعمیرات را تا حدود چشمگیری کاهش داد. در این مقاله کاربرد آلیاژ حافظه دار بر پایه آهن و با بازیابی کرنش حدود 5% در اتصال صلب ورق انتهایی و با استفاده از نرم افزار ANSYS مورد بررسی قرار می گیرد. پس از صحت سنجی رفتار چرخه ای یکی از اتصالات ورق انتهایی مورد آزمایش توسط سامنر که بر اساس تئوری ورق ضخیم طرح شد ه است، کاربرد آلیاژ حافظه دار به عنوان پیچ های متصل کننده ورق انتهایی به ستون و یا ورق در محل تشکیل مفصل پلاستیک مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد در اتصال ورق انتهایی طرح شده بر اساس تئوری ورق ضخیم، استفاده از ورق های آلیاژ حافظه دار نقش موثرتری در کاهش چرخش پسماند اتصال نسبت به استفاده از پیچ های آلیاژ حافظه دار دارد. اتصال هیبریدی مجهز به ورق های نام برده، با حفظ مقاومت و شکل پذیری مناسب، جذب انرژی و کرنش پسماند کمتری نسبت به اتصال فولادی مشابه داشته و هزینه های تعمیرات را کاهش می دهد.

در تحلیل و طراحی قاب های فولادی، عامل های گوناگونی وجود دارند که عدم قطعیت هر یک از آن ها می تواند اثر قابل توجهی در ایمنی سازه داشته باشد. در این میان، سختی پیوندهای تکیه گاهی، سختی پیوندهای تیر به ستون و سختی تکیه گاه جانبی یا مهاربند، به سبب عدم قطعیت هایی مانند چگونگی ساخت، اجرا، نصب و الگوسازی عضوها و پیوندهای سازه های فولادی، می توانند به عنوان نمونه هایی از این متغیرها پنداشته شوند. در این مقاله، نخست، بر پایه حل دقیق معادله دیفرانسیل تیر اولر- برنولی، ماتریس پایداری قاب های فولادی ساده و دروازه ای با عضوهای منشوری و نامنشوری و پیوندها و تکیه گاه های نرم در دسترس قرار می گیرد. باید افزود، نرمی پیوندها با فنرهای دورانی و انتقالی خطی الگوسازی می شوند. سپس، با حل چند نمونه عددی، درستی و دقت روش پیشنهادی در تحلیل پایداری یقین اندیشانه وارسی می گردد. در ادامه، از روش شبیه سازی مونت کارلو برای برآورد احتمال شکست در پایداری این گونه قاب ها بهره جویی خواهد شد. در این میان، سختی دورانی پیوندهای تیر به ستون، سختی دورانی پیوندهای ستون به تکیه گاه و سختی انتقالی تکیه گاه جانبی، به عنوان متغیرهای تصادفی اختیار می شوند. بر این پایه، صدهزار مرتبه از رابطه سازی پیشنهادی برای یافتن بار کمانشی قاب های شبیه سازی شده، بهره جویی می گردد و اثر تغییر های ضریب پراکندگی و گونه تابع توزیع احتمال متغیرهای تصادفی در مقاومت کمانشی سازه های یاد شده مورد ارزیابی می گیرد. افزون بر این ها، حساسیت احتمال شکست در پایداری قاب های فولادی ساده و دروازه ای، نسبت به عدم قطعیت در سختی پیوندها و تکیه گاه ها بررسی می شود.

قاب های خمشی پس کشیده خود محور اخیرا به عنوان جایگزین قاب های خمشی با اتصال جوشی در ساختمان های فلزی مطرح شده اند. اتصال این قاب ها شامل دو قسمت اصلی کابل های پس کشیده و ابزار اتلاف انرژی می باشد. در این اتصال کابل های پر مقاومت پس کشیده می شوند و به دلیل نیروی پس کشیدگی که در این کابل ها وجود دارد در هنگام زمین لرزه نیروی بازگرداننده ای ایجاد می شود، که سازه را با آسیب کمی در اعضای اصلی سازه، به موقعیت اولیه قبل از زلزله باز می گرداند. یکی از ابزار اتلاف انرژی برای قاب های خود محور که توسط محققین معرفی شده اند ابزار اصطکاکی بال پایین BFFD می باشد. در مقاله پیش رو ابتدا رفتار اتصال با ابزار اصطکاکی BFFD در قاب 6 طبقه 4 دهانه نسبت به نتایج آزمایشگاهی موجود مورد تطبیق و بررسی قرار گرفته است که در برنامه OpenSEES مدل سازی آن انجام شده است. تحلیل استاتیکی و دینامیکی این قاب در برنامه فوق انجام شده و اثر تعداد کابل های پس کشیده، نیروی پس کشیدگی بهینه، آرایش پس کشیدگی ها در طبقات و اثر مشارکت آلیاژهای حافظه شکل در مصالح کابل ها در رفتار لرزه ای قاب خمشی خود محور بررسی می شود. نتایج نشان می دهد با افزایش تعداد کابل های پس کشیده تا تعداد 40 عدد عملکرد اتصال بهبود می یابد و افزایش نیروی پس کشیدگی نیز تا یک مقدار مشخص باعث بهتر شدن رفتار اتصال می شود.

از ویژگی های مهم قاب های خمشی، رفتار شکل پذیر و قابلیت جذب و استهلاک انرژی القایی، ناشی از زلزله است. زلزله های نرتریج (1994) و کوبه (1995) نگرانی هایی را بابت روش و جزئیات طراحی در اتصالات بر اساس گسیختگی ترد غیر قابل انتظار در اتصالات تیر به ستون سیستم قاب خمشی فولادی فراهم نمود، به طوریکه ایجاد شکل پذیری و توانایی مقاومت در برابر تغییرشکل های بزرگ چرخه ای پلاستیک مورد اهمیت قرار گرفت و استانداردهای طراحی با فرض ایجاد ناحیه مستهلک کننده انرژی، بر روی تیر و در نزدیکی محل اتصال تیر به ستون همراه گردید. بر همین اساس در طرح حاضر اتصال نوین خمشی تیر به ستون با مقطع کاهش ظرفیت خمشی یافته توسط جان آکاردئونی لوله ای شکل (TW-RBS: Tubular Web RBS connection) که با جایگزینی یک لوله در جان تیر در محل مورد نظر جهت مفصل پلاستیک بدست می آید، مورد مطالعه تحلیلی قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که استفاده از مقطع تضعیف شده با جان اکاردئونی لوله ای شکل، با حذف جان تیر در مقاومت خمشی مقطع، منجر به ایجاد فیوز شکل پذیر دور از اجزاء اتصال تیر به ستون می گردد. میزان کاهش ظرفیت خمشی تیر در محل مفصل پلاستیک بر اساس مشخصات ابعادی تیر و لوله مصرفی قابل محاسبه است طوریکه سهم باقیمانده جان لوله ای در مقاومت خمشی مقطع با توان دو ضخامت لوله رابطه مستقیم و با ضخامت جان صاف تیر و همچنین قطر لوله رابطه معکوس خواهد داشت. تعیین محل بهینه قرارگیری جان لوله ای نیز با توجه به طول تیر و نسبت مدول پلاستیک تیر در محل مفصل پلاستیک به مقطع کل قابل ارزیابی است. همچنین نحوه کنترل برش در جان لوله ای با توجه به کمانش های موضعی و کلی حاصل از برش از دیگر نکات مورد طرح است. نتایج نشان داد که بکارگیری لوله در جان تیر، کاهش سختی خمشی مقطع در محل مفصل پلاستیک را در حدود 14 الی 19% درصد به همراه دارد که این میزان کاهش در سختی خمشی با اتصال RBS با 20% کاهش عرض بال برابری می نماید. همچنین این اتصال برحسب عمق تیر مصرفی منجر به کاهش مقاومت خمشی مقطع در محل مفصل پلاستیک بین 22 تا 28% می گردد که بین نتایج حاصل از اتصال RBS با 20% و 50% کاهش عرض بال است.