سازه و فولاد
سال:1394 | دوره:11 | شماره:18 |تعداد مقالات:10

روش تحلیل مستقیم رویکردی جدید در طراحی پایداری سازه های فولادی به حساب می آید. این روش برخلاف روش طول موثر اثرات مرتبه دوم را با افزایش طول ستون در نظر نگرفته و در مقابل این اثرات با اعمال بار جانبی و کاهش سختی در محاسبات لحاظ می کند. در روش تحلیل مسقیم ضریب طول موثر برابر یک درنظر گرفته می شود. همچنین عیوب اولیه که به صورت جابه جایی گرهی در مورد گره و ناصافی و ناشاقولی در مورد عضو مطرح هستند، با مدل سازی مستقیم نقص و یا در صورت عدم امکان با اعمال بار فرضی در فرضیات طراحی لحاظ می شوند. همچنین بررسی رفتار غیرالاستیک و غیرخطی شدن های هندسی عضو با کاهش سختی عضو در ملاحظات طراحی درنظر گرفته می شود. در سازه های نفتی سنگین، به دلیل وجود بارهای ثقلی سنگین و همچنین طول زیاد ستون ها، اثرات مرتبه دوم در مقایسه با سازه های معمولی نمود بیشتری دارد. این مقاله با هدف بررسی و مقایسه پاسخ های تحلیل دینامیکی غیرخطی سازه های نفتی سنگین طراحی شده به روش تحلیل مستقیم و روش طول موثر با رویکرد ضوابط ANSI/AISC 360-10 انجام می شود.

زلزله های سال های اخیر نشان دادند که روش طراحی سازه ها با استفاده از نیرو نمی تواند روش قابل اعتمادی برای طراحی سازه به منظور عملکرد مورد انتظار در برابر زلزله باشد. روش های طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد شیوه نوینی از طراحی لرزه ای سازه ها می باشد که به منظور بهبود بخشیدن به عملکرد لرزه ای سازه های مقاوم در برابر زلزله توسعه پیدا کرده است. در این روش از تعادل کار داخلی و خارجی برای محاسبه برش پایه استفاده می شود. همچنین این روش توزیع جدیدی از نیروهای داخلی ارائه می کند که می تواند اثر رفتار غیرخطی و مودهای بالاتر سازه را در طراحی در نظر بگیرد. برتری دیگر این روش نسبت به روش مبتنی بر نیرو، انتخاب تغییر مکان هدف و حذف مکانیزم های نامطلوب از ابتدای روند طراحی می باشد. این مقاله به ارزیابی دو روش طراحی مبتنی بر نیرو و روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد در قاب های خمشی ویژه با اتصالات RBS می پردازد. بدین منظور چهار سازه قاب خمشی ویژه فولادی 4، 8، 12 و 20 طبقه بر اساس آیین نامه ایران به عنوان سازه های پایه در نظر گرفته می شود و بار دیگر با روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد طراحی می شوند. سازه های پایه و سازه های طراحی شده بر اساس عملکرد تحت آنالیز غیر الاستیک پوش آور قرار می گیرند. عملکرد و مکانیزم تسلیم سازه ها نشان می دهد که هر دو گروه از سازه ها ایمنی جانی را تامین می کنند. همچنین تحت زلزله سطح سرویس خدمت رسانی بی وقفه را ارضاء می کنند. روش عملکردی تحت زلزله های شدیدتر مکانیزم تسلیم هدف را برآورده می کند ولی در روش نیرویی مشاهده می شود که تعدادی از مفاصل پلاستیک در ستون ها تشکیل شده، مضاف بر اینکه مشاهده می شود از لحاظ اقتصادی روش عملکردی به صرف تر از روش نیرویی است.

در سال های اخیر استفاده از مهاربند کمانش تاب به عنوان سیستم مقاوم در برابر زلزله در کشورهای پیشرو در علم سازه و زلزله توسعه یافته است. به دلیل شکل پذیری این سیستم و رفتار مناسب آن، مهاربند کمانش تاب جایگزین مناسبی برای سیستم های متداول مهاربندی به شمار می رود. سیستم های مهاربندی کمانش تاب معمولا در الگوی همگرا مورد توجه بوده است و تاکنون در الگوی واگرا مورد استفاده قرار نگرفته است. استفاده از الگوی واگرا دارای مزیت هایی است که با استفاده از کاهش طول مهاربند محقق می شود و در این تحقیق امکان بهره مندی از آن مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور در این تحقیق با به کارگیری سیستم مهاربند کمانش تاب در الگوی واگرا و مقایسه آن با الگوی همگرا، رفتار سیستم مهاربند کمانش تاب واگرا بررسی و مقایسه می شود. جهت رسیدن به این هدف از دو سازه مجهز به مهاربند کمانش تاب با الگوی همگرا و واگرا استفاده می گردد. جهت انجام مقایسه، دو سازه پس از طراحی مورد تحلیل غیرخطی بارافزون و تاریخچه زمانی قرار گرفته اند و مقادیر جابجایی طبقات و دیاگرام ارتفاعی پلاستیسیته آن ها با یکدیگر مقایسه میگردد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که این الگو ضمن رساندن سازه واگرا به سختی مناسب می تواند تا 30 درصد باعث کاهش دامنه کرنش محوری BRB گردد و همچنین بر یکنواخت کردن شدت کرنش های پلاستیک در ارتفاع سازه و استفاده بهینه از ظرفیت شکل پذیری مهاربندهای کمانش تاب تاثیر مطلوبی می گذارد.

در این مقاله تعیین بار کمانش خمشی ستون های با مقطع متغیر با روشی خاص ارائه می گردد (کمانش درون صفحه قاب). مساله مورد نظر به صورت قاب یک دهانه متقارن با تکیه گاه های مفصلی یا گیردار بررسی می شود. تحلیل مساله بر اساس روش تفاضلات محدود و روش کار مجازی انجام می شود. به این صورت که طول ستون به n تکه تقسیم می شود و صورت تفاضل محدودی معادله دیفرانسیل برای جابجایی جانبی نقاط مرزی تکه ها نوشته می شود. با این کار n-1 معادله حاوی n متغیر (جابجایی نقاط) به دست می آید. کمبود یک معادله به خاطر نداشتن شرط مرزی در سر ستون است که با استفاده از روش کار مجازی معادله مورد نیاز حاصل می شود. دترمینان ماتریس ضرایب متناظر با دستگاه معادلات، مساوی با صفر قرار داده می شود و بار بحرانی به دست می آید. نتایج تحلیل درباره تعدادی مساله گزارش گردیده و با نتایج حاصل از مطالعه سایر محققین مقایسه شده است. مقایسه نشان می دهد که روش ارائه شده با تقریبی مناسب بار بحرانی قاب مورد بررسی را به دست می دهد و این فرمول بندی قابل تعمیم به سایر قاب هایی که از اعضای با مقطع متغیر ساخته شده اند، می باشد.

فولادهای TRIP که یکی از انواع فولادهای استحکام بالای پیشرفته می باشند به دلیل دارا بودن ترکیب بسیار مناسبی از استحکام و شکل پذیری در ده های اخیر مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته اند. آستنیت باقیمانده در ریزساختار علت اصلی خواص مکانیکی مناسب این فولادهاست که با اعمال تغییر شکل مکانیکی به مارتنزیت تبدیل می شود و باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد می گردد. ریزساختار خاص فولادهای TRIP از طریق یک عملیات حرارتی دو مرحله ای شامل آنیل میان بحرانی و پیرسازی میانی حاصل می گردد. دمای هریک از این مراحل تاثیر بسزایی بر ریزساختار نهایی و خواص مکانیکی دارد. در این تحقیق اثر دمای مراحل دوگانه در ریزساختار فولادهای با ترکیب Fe-0.2C-1.5Si-1.5Mn مورد مطالعه قرار گرفت. سه دمای 770، 790 و 810 درجه سانی گراد برای عملیات آنیل و نیز سه دمای 370، 350 و 330 درجه سانتی گراد برای عملیات پیرسازی میانی انتخاب گردید. برای اندازه گیری مقدار آستنیت باقیمانده از آزمایش پراش اشعه ایکس استفاده شد. استحکام و شکل پذیری فولادها نیز از طریق تست کشش حاصل گردید. با افزایش دمای آنیل میان بحرانی مقدار آستنیت باقیمانده، درصد وزنی کربن در آستنیت و استحکام ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد. همچنین مقدار آستنیت باقیمانده و درصد وزنی کربن در آن با بالا رفتن دمای پیرسازی، کاهش می یابد که باعث کاهش استحکام و شکل پذیری می گردد.

در این مقاله پایداری تیرهای مایل با مقاطع سرد نورد شده تحت بارهای ثقلی با تکیه گاه الاستیک در برابر کمانش جانبی بررسی می گردد. بدین منظور در مرحله نخست، براساس تئوری والسو تغییر شکل های حاکم بر یک تیر جدار نازک با سطح مقطع نامتقارن تعریف گردیده است. سپس معادلات دیفرانسیل مرتبه چهار حاکم بر تعادل کمانش الاستیک جانبی تیر مذکور با سطح مقطع ثابت تحت بارهای خمشی خارج از مرکز و بار محوری متغیر، با ایستا نمودن انرژی پتانسیل کلی حاکم بر تیر جدار نازک که شامل انرژی کرنشی، انرژی ذخیره شده در فنر الاستیک بستر تیر و کار خارجی است، تعیین می شوند. در ادامه، دستگاه معادله دیفرانسیل مرتبه چهار حاصل شده با استفاده از روش بسط سری های توانی حل می گردد. بدین ترتیب که فرم تغییر شکل حاکم بر تیر مایل به صورت یک سری توانی با جملات نامتناهی در نظر گرفته شده است. سپس، با استفاده از روش حل مقادیر ویژه مقدار بار بحرانی کمانش الاستیک محاسبه می شود. در پایان، چند نمونه مثال عددی شامل تحلیل کمانش جانبی تیر مایل با شیب های مختلف با در نظر گرفتن اثر مهار جانبی جزئی و کامل بر مقادیر بار بحرانی کمانشی ارائه گشته است و نتایج به دست آمده از روش مذکور با مقادیر محاسبه شده توسط روش های عددی، تحلیلی و یا اجزای محدود موجود مقایسه شده اند.

وقوع حوادث گوناگون تروریستی در مورد سازه های مهم در سراسر جهان، اهمیت پرداختن به مبحث پدافند غیرعامل و طراحی ساختمان ها در برابر بارهای ضربه ای ناشی از انفجار را مورد توجه ویژه ای قرار می دهد. در زنجیره انتقال نیرو در سازه ها، اتصالات نقش مهمی را ایفا نموده و حتی بعد از حذف یک عضو سازه ای، اتصالات مناسب می تواند سازه را به هم متصل نگاه داشته و پایداریش را حفظ کند. در این مقاله رفتار اتصالات صلب تیر به ستون با ورق انتهایی بلند در قابهای ساختمانی فولادی تحت اثر بار انفجاری در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل های دینامیکی غیر خطی در نرم افزار المان محدود ABAQUS با در نظر گرفتن اثرات نرخ کرنش نشان داد که برای بهبود عملکرد سازه های فولادی با اتصالات ورق انتهایی بلند در برابر بارهای انفجاری، جانمایی سخت کننده ها بسیار اهمیت دارد و ترکیب توام ورق پیوستگی و مضاعف در ناحیه چشمه اتصال ستون گزینه بسیار مناسبی برای تقویت ناحیه اتصال است. بطور کلی عملکرد سازه های فولادی با اتصالات ورق انتهایی بلند بطور مستقیم با ضخامت جان تیر و ستون در ناحیه چشمه اتصال مرتبط است و برای تقویت ناحیه اتصال در برابر بارهای انفجاری یا باید با اضافه کردن ورق مضاعف به ضخامت ستون افزود و یا با کاهش سطح جان تیر خرابی را از ناحیه اتصال و ستون دور کرده و به تیر منتقل نمود.