سازه و فولاد
سال:1403 | دوره:18 | شماره:43 |تعداد مقالات:6

با پیشرفت صنعت عمران، استفاده از فولادهای پرمقاومت به مرور بیش تر شده است. فولادهای پرمقاومت به نسبت فولادهای مرسوم قابلیت تحمل تنش های بالاتری را دارند؛ با این وجود شکل پذیری آن ها کم تر است. در حال حاضر به دلیل قیمت بالای آن ها در صنایع خاص استفاده می شوند. اتصال دو قطعۀ فولادی نیازمند استفاده از جوش یا پیچ است. جوش گوشه ساده ترین و پرکاربرد ترین نوع جوش است. بنابراین بررسی این نوع جوش در فولادهای پرمقاومت دارای اهمیت بالایی است. همچنین جوش های گوشه می توانند با راستای نیرو زاویه های متفاوتی داشته باشند که می تواند در مقاومت آن ها تأثیرگذار باشد. در این تحقیق به بررسی تأثیر زاویۀ راستای محور طولی جوش با راستای محور نیروی وارده پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا یک مدل آزمایشگاهی با درنظرگرفتن تأثیر خرابی در جوش با استفاده از نرم افزار ABAQUS مدل سازی و صحت سنجی شد؛ سپس نمونه ها تحت زاویه های مختلف تحلیل شدند؛ پس از آن حداکثر مقاومت جوش و میزان شکل پذیری آن مورد بررسی قرار گرفت. همچنین مقاومت پیشنهادی آیین نامۀ فولاد آمریکا برای جوش ها با زاویه های مختلف بررسی شد. نتایج حاصل از مدل سازی به طور میانگین 14درصد با نتایج آیین نامه اختلاف داشت. براساس نتایج این تحقیق، برخلاف فولادهای نرمه، با افزایش زاویۀ محور طولی جوش با راستای نیروی وارده، میزان شکل پذیری جوش افزایش می یابد.

1در سازه های فولادی بلندمرتبه با سیستم باربر جانبی قاب خمشی، تنظیم سختی سازه به منظور کنترل تغییر مکان های جانبی، همواره امری چالش برانگیز و کنترل کنندۀ طرح است. میراگرهای جرمی متداول ترکیبی از جرم، فنر و کمک فنر هستند. این میراگر­ها بر روی یک محدودۀ فرکانسی خاص تنظیم می­ شوند؛ زمانی که سازه تحت تحریک خارجی در محدودۀ فرکانسی مورد نظر قرار گیرد، این میراگرها با ایجاد یک نیرو در خلاف جهت حرکت سازه باعث کاهش پاسخ­های سازه می ­شوند. مهم­ ترین محدودیت این میراگرها، تأمین نسبت جرمی کافی به منظور کنترل بهینۀ سازه است. المان اینرتر، یک المان با دو پایانه است که می ­تواند نیرویی متناسب با اختلاف شتاب ایجادشده در دو پایانه­ اش تولید کند. از ویژگی ­های متمایز­ کنندۀ این المان نسبت به سایر ابزار­های کنترل سازه، می­ توان به امکان تغییر در ماتریس جرم سازه اشاره کرد. افزودن المان اینرتر به میراگر­های جرمی متداول به ­صورت قابل توجهی باعث افزایش راندمان این میراگر­ها شده و محدودیت این میراگرها برای تأمین نسبت جرمی مناسب را به خوبی برطرف می ­کند. به عنوان مثال می توان گفت اضافه کردن المان اینرتر با 0/2=β  به میراگرجرمی تنظیم شده با 0/03=μ، راندمان این میراگر را برای سیستم های یک درجه آزادی، 57 درصد افزایش می دهد. در این پژوهش بهینه سازی پارامتر­های ترکیب المان اینرتر با میراگرهای جرمی متداول با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ذرات و با قابلیت تعمیم به تمامی سازه­ ها انجام می­ شود.

یکی از روش های کاربردی و مفید که در آیین­ نامۀ Eurocode3 برای بررسی رفتار خمشی اتصالات به صورت تحلیلی مورد استفاده قرار می گیرد، روش مؤلفه ای است. بر اساس این روش منحنی های لنگر-دوران اتصالات بر پایۀ دو پارامتر مقاومت خمشی و سختی اولیه به صورت دوخطی تخمین زده می شوند. بنابراین یکی از مهم ترین پارامترها جهت ارزیابی منحنی لنگر-دوران با استفاده از روش مؤلفه ای، یافتن دقیق سختی اولیۀ اتصال ( S j,ini ) است. موضوعی که در آیین­ نامۀ Eurocode3 به آن اشاره نشده و باعث می شود نتایج به دست آمده دقت کافی را نداشته باشد، بحث پیش تنیدگی پیچ ها است. هدف اصلی این پژوهش اضافه کردن اثر پیش تنیدگی پیچ ها در روش مؤلفه ­ای است. به این منظور باید سختی المان های فنری مدل کنندۀ بال ستون در خمش، ورق انتهایی در خمش و پیچ ها در کشش، که جهت پیش بینی سختی دورانی اتصالات با ورق انتهایی با پیچ های پیش تنیده شده لازم هستند، مورد بررسی قرار گیرند. بر این اساس ابتدا روابطی جهت درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها در روش مؤلفه ­ای ارائه می گردد، سپس چندین اتصال صفحۀ انتهایی که توسط محققین مورد بررسی قرار گرفته در دو حالت بدون درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها و با درنظرگرفتن این اثر، مورد ارزیابی قرار می گیرد تا درستی روابط ارائه شده راستی­ آزمایی گردد. نتایج بیانگر آن است که روش ارائه شده جهت درنظرگرفتن پیش تنیدگی پیچ ها روش مناسب و کارایی است و باعث می شود که دقت روش مؤلفه ­ای توسعه یافته نسبت به روش مؤلفه ­ای مرسوم دقیق تر باشد، به طوری که که اختلاف سختی دورانی مدل آزمایشگاهی با روش مؤلفه­ ای بدون درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها 13/81- درصد و با درنظرگرفتن اثر پیش تنیدگی پیچ ها به 2/41- درصد کاهش یافت.

در روند اجرای سازه های فولادی با اتصالات پیچی، ابتدا پیچ ها توسط کارگران به صورت موقت بسته شده و به اصطلاح سفت می شوند، در این متن آن را بست اولیه نامیده ایم. پس از اجرای اتصالاتِ چند قسمت مختلف به صورت بست اولیه، در مراحل بعدی ساخت، پیچ های اتصال پیش تنیده می گردد؛ به طوری که حداقل نیروی پیش تنیدگی آیین نامه ای در آن ها ایجاد شود. در این متن مرحلۀ پیش تنیده کردن پیچ های اتصال فلنجی با عنوان بست ثانویه شناخته می شود. بنابراین در روند اجرای سازه­ های فولادی با قاب خمشی به کمک اتصالات از پیش پذیرفتۀ ورق انتهایی، اثرات توالی ساخت از اهمیت قابل توجهی برخوردار است، چراکه در دوران ساخت، با توجه به حالت­ های مختلف ساخت حاکم بر شرایط اجرای پروژه، تأخیر در بست ثانویۀ اتصالات، عدم تکمیل سیستم مهار جانبی سازه و از طرفی احتمال رخ داد زلزله­ های با بزرگای مختلف می­تواند منجربه خرابی سازه به صورت موضعی و یا کلی شده و نهایتاً منجربه تحمیل هزینه­ های گزاف بر پروژه گردد. در این تحقیق از شتاب نگاشت های پیشنهادی توسطFEMA-P695 (ATC-63)  با ماهیت دور از گسل استفاده گردید و سپس با استفاده از منحنی های شکنندگی به بررسی میزان آسیب پذیری اتصال BUEEP پرداخته شده است. با عدم اجرای بست ثانویه در سازه، رفتار اتصالات به صورت نیمه صلب بوده و بحث میرایی و کاهش نیاز لرزه ای ناشی از آن محسوس تر می باشد. این روند بیش تر در شتاب های پایین تر قابل مشاهده بود. به طورکلی در سطوح عملکرد جزئی و متوسط، تأثیر عدم اجرای بست ثانویه با توجه به لقی اتصالات و نیاز به دریفت های پایین تر تا رسیدن به این سطح از عملکرد، بیش تر می باشد.

میراگر جرمی تنظیم شده ترکیبی از جرم، فنر و کمک فنر است که به منظور کاهش پاسخ­ های سازه تحت تحریک جانبی ازجمله نیروی باد و تحریک زلزله به خصوص در حوزۀ تغییرمکان به سازه اضافه می­ شود. با توجه به محتوای فرکانسی بسیار غنی تحریک زلزله، استفاده از میراگرهای جرمی تنظیم شده در قاب­ های خمشی فولادی لزوماً باعث بهبود رفتار سازه تحت هر تحریک زلزله نخواهد شد. روش زمان دوام، یک روش دینامیکی غیرخطی جدید به منظور برآورد رفتار سازه تحت تحریک زلزله است. در این روش تحلیل، سازه تحت یک تحریک فزایندۀ مصنوعی قرار می­ گیرد. نتایج ارزیابی به روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی نشان می­ دهد که میراگر جرمی تنظیم شده، میانگین حداکثر تغییرمکان بام تحت شتابنگاشت­ های زلزلۀ منتخب را کاهش داده است. همچنین عملکرد میراگر جرمی تنظیم شده با افزایش نسبت جرمی و همچنین افزایش ارتفاع سازه بهبود می ­یابد. اضافه کردن میراگر جرمی تنظیم شده به قاب ­های خمشی فولادی منجربه کاهش میانگین حداکثر شتاب بام تحت شتابنگاشت­ های زلزلۀ منتخب و کاهش میانگین حداکثر برش پایۀ ساختمان می­ شود. همچنین برآورد روش زمان دوام از حداکثر تغییرمکان­ های بام سازه در سطح خطری که معادل با زلزله ­ای با دوره بازگشت 475 ساله است، بین 10 تا 20 درصد کم تر از روش تاریخچه زمانی غیرخطی می ­باشد. برآورد روش زمان دوام از حداکثر شتاب بام سازه در سطح خطری که معادل با زلزله ­ای با دوره بازگشت 475 ساله است، بین 10 تا 20 درصد بیش تر از روش تاریخچه زمانی غیرخطی است. همچنین برآورد روش زمان دوام از حداکثر برش پایۀ سازه در سطح خطر مورد نظر بین 5 تا 15 درصد بیش تر از روش تاریخچه زمانی غیرخطی می­ باشد.

1تجربه ­های به دست آمده از زلزله های گذشته و عملکرد لرزه ای ضعیف بعضی از سازه ها در این مواقع، نیاز به استفاده از سیستم های نوین لرزه ای را نشان می­ دهد. این امر بررسی های بیش تر سیستم های لرزه ای جانبی سازه مانند میراگرهای اتلاف کنندۀ انرژی برای بهبود عملکرد لرزه ای سیستم های موجود را ضروری می ­نماید. میراگرهای انرژی به صورت کلی به دو دسته میراگرهای مبتنی بر سرعت مانند میراگرهای ویسکوز و میراگرهای مبتنی بر تغییرمکان مانند میراگرهای تسلیمی و اصطکاکی تقسیم می شوند. میراگرهای اصطکاکی یکی از مؤثرترین وسایل مستهلک کنندۀ انرژی در سازه هستند که در آن بدون ایجاد خرابی (تسلیم شدگی) و با مکانیزم ایجاد اصطکاک می­تواند انرژی لرزه­ای را مستهلک کند. در این مقاله سیستم جدیدی از ترکیب قاب مهاربندی زانویی (KBF) و میراگر اصطکاکی (KBFD) مورد مطالعه قرارگرفته است. میراگر مورد استفاده به صورت یک میراگر اصطکاکی خطی با شیار لوبیایی است. هدف از قراردادن میراگر اصطکاکی در این پیکربندی کمک به جلوگیری از کمانش خارج از صفحۀ مهاربند مجهز به میراگر و استفادۀ حداکثری از ظرفیت میراگر جهت بهبود عملکرد لرزه­ای KBF می باشد. در این مقاله ابتدا صحت سنجی مدل المان محدود KBFD با استفاده از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته است. سپس با درنظرگرفتن شش نوع قاب KBFD که در آن نیروی پیش تنیدگی میراگر اصطکاکی به عنوان پارامتر متغیر در نظر گرفته شده، مورد مطالعه قرار گرفته ­اند. این مطالعات شامل انجام تحلیل پوش­آور جهت محاسبۀ پارامترهای لرزه­ای سازه همچون ضریب شکل­پذیری و ضریب رفتار سازه بود. نتایج حاصل از این تحلیل­ ها نشان دهندۀ بهبود عملکرد لرزه ­ای KBFD نسبت به KBF است به صورتی که ضریب شکل­ پذیری و ضریب رفتار سازه افزایش یافته است. بر اساس نتایج حاصله با افزایش نیروی پیش تنیدگی، ضریب رفتار نیز افزایش و مابین 9/7 تا 9 پیشنهاد می­ گردد. همچنین این قاب­ ها برای مطالعۀ بیش تر رفتار لرزه ­ای، تحت اثر بارگذاری چرخه ­ای قرار گرفتند. نتایج حاصل از تحلیل قاب­ ها به­ صورت منحنی های هیسترزیس، سختی اولیه و سکانتی، مقاومت قاب ها، شکل پذیری، ضریب رفتار، انرژی مستهلک شده و میرایی ویسکوز معادل چرخه ای گزارش شده است. نتایج به دست آمده بیانگر این حقیقت هستند که با عمل کردن میراگر اصطکاکی، کاهش نیاز لرزه ­ای بر روی مهاربند و ستون ­ها به خوبی صورت می ­گیرد. همچنین منحنی های هیسترزیس به دست آمده، سطح بالایی از اتلاف انرژی زلزلۀ ورودی و عملکرد مناسب لرزه ای قاب ها با پیکربندی پیشنهادی را نشان می ­دهند.