سازه و فولاد
سال:1402 | دوره:17 | شماره:41 |تعداد مقالات:6

زلزله های گذشته با تحمیل خسارت های زیاد، بیانگر ضعف عملکرد لرزه ای سازه ها به خصوص در محل اتصال تیر به ستون بوده و کاربرد قطعاتی مثل میراگرهای اصطکاکی و جاری شونده جهت استهلاک انرژی زلزله و کاهش ارتعاشات ناشی از آن، به یکی از ضرورت های مهندسی عمران تبدیل گردیده است. سیستم های کنترل غیرفعال چندسطحی یکی از مواردی است که در دهۀ اخیر مورد توجه محققین قرار گرفته است. ایدۀ کلی در سیستم های مذکور، ترکیب دو سیستم کنترل غیرفعال با سختی متفاوت بوده که تحت نیروهای با شدت مختلف، موجب تغییر در مشخصات سیستم و بروز رفتارهای متفاوت تحت سطوح انرژی است. در این تحقیق در ابتدا یک سیستم کنترل دوسطحی با میراگر غیرفعال اصطکاکی-جاری شونده در ورق روسری در محل اتصال گیردار تیر به ستون، با قابلیت جذب انرژی و تغییر سختی در سطوح متفاوت زلزله، جهت کاهش ارتعاشات لرزه ای سازه ها ارائه گردیده و با انجام تحلیل های استاتیکی غیرخطی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود ABAQUS عملکرد آن ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به نتایج ارزیابی، بهبود عملکرد نمونه های تحلیلی با نسبت بهینۀ طول به ضخامت ورق روسری بوده و افزایش پایداری و مساحت زیر منحنی های هیسترزیس و به تبع آن افزایش استهلاک انرژی از اثرات آن است. مقایسۀ منحنی های هیسترزیس میراگر پیشنهادی در محل اتصال گیردار، گویای رفتار شکل پذیر با عملکرد دوسطحی مناسب مطابق انتظار بوده و اتلاف انرژی در سطوح مختلف نیرویی را به خوبی فراهم آورده است، طوری که ضوابط طرح لرزه ای برای اتصال خمشی ویژه را بر اساس آیین نامۀ AISC تأمین می کند. همچنین میراگر پیشنهادی به عنوان عضو مستهلک کنندۀ انرژی در سطوح مختلف زلزله، باعث جذب انرژی شده و با تحمل لغزش و تسلیم، قادر به کنترل لرزه ای سازه خواهد بود.

بررسی عملکرد سازه ها به خصوص سازه های فولادی در برابر بار انفجار از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از پیش بینی­های مهم برای مواجهه با نیروهای جانبی مخرب در سازه ها، کاربرد سیستم­های باربر سازه ای فولادی است. در این پژوهش، تعداد 7 نمونه از سیستم های باربرجانبی فولادی در سازۀ فولادی 5 طبقه ایجاد شدند که با درنظرگرفتن ضوابط و استاندارد 2800 با نرم افزار ABAQUS و SAP2000، تحت بار انفجار مورد تحلیل عددی قرار گرفتند. انفجار از نوع هوایی در نظر گرفته شد و مقدار مادۀ منفجره به میزان  200 کیلوگرم بر حسب T. N. T و در فاصلۀ 2 متری از محور چشمۀ اتصال تیر و ستون سیستم قاب با اتصال صلب و در ارتفاع 8/2 متری از سطح زمین ایجاد شد. نتایج نشان داد که در تمامی مدل ها ستون مجاور با مبدأ انفجار، دچار اعوجاج شدید گشته و در ناحیۀ چشمۀ اتصال آن ها خرابی پلاستیک به وجود آمد. همچنین تنش ها در جان تیر و ورق های اتصال در پای ستون به مقدار بیشینه رسید. این رخداد، در مدل های قاب خمشی کم تر دیده شد و در مدل های قاب خمشی متوسط و قاب خمشی ویژه، سیستم عملکرد بهتری داشت و در مدل های مختلف دیوار برشی، آسیب های پلاستیک در پای ستون مجاور به مبدأ انفجار، مشاهده نشد و میزان جذب انرژی نسبت به وزن سازه به دست آمد. در نتیجه، قاب خمشی ویژه بیش ترین میزان جذب انرژی را داشت و کم ترین آن نیز مربوط به قاب خمشی هم محور بود.

مطالعات پیشین، ایجاد پارگی ­های ترد و زود هنگام در اتصال تیر پیوند به ستون را در مجاورت جوش ­های شیاری اتصال بال تیر پیوند به بال ستون و در مواجه با زلزله نشان داده ­اند؛ این نوع پارگی به صورت مشابه در اتصال­ های فلنجی تیر پیوند به تیر خارج از پیوند نیز مشاهده شده است. در این تحقیق ایدۀ استفاده از تیر پیوند قوطی­ شکل با مقطع کاهش­ یافته در نرم ­افزار اجزای محدود آباکوس، به منظور کاهش مقدار تقاضای کرنش پلاستیک ایجاد شده در انتهای بال تیر پیوند و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پارگی در این ناحیه مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که استفاده از مقطع کاهش ­یافته منجر به کاهش مقدار تقاضای کرنش پلاستیک معادل در انتهای بال­ های تیر پیوند قوطی­ شکل تا 38٪ برای تیرهای پیوند برشی، تا 41٪ برای تیرهای پیوند متوسط و تا 68٪ برای تیرهای پیوند بلند و در نتیجه جلوگیری از ایجاد پارگی­ های زود هنگام در ناحیۀ مجاور جوش شیاری اتصال بال تیر  به ورق انتهایی می­ گردد؛ مقدار کرنش پلاستیک معادل در انتهای تیر پیوند قوطی، با کاهش پارامترهای a و bو افزایش پارامتر c (پارامتر­های هندسی مقطع کاهش­ یافته) کاهش می­ یابد و پارامتر c بیش ترین و b کم­ترین تأثیر را بر مقدار این پارامتر دارد؛ همچنین با استفاده از مقطع کاهش ­یافته در تیر پیوند قوطی­ شکل، مقدار اتلاف انرژی تیر پیوند به دلیل افزایش مشارکت بال در اتلاف انرژی، تا 35٪ برای تیر­های پیوند برشی، تا 158٪ برای تیر­های پیوند متوسط و تا 250٪ برای تیر­های پیوند بلند افزایش می­ یابد.

دیوار برشی دیواری است که برای مقاومت در برابر اثر توام تلاش محوری، تلاش خمشی و تلاش برشی ناشی از بارهای قائم و بار زلزله طراحی می شود. سیستم های باربر لرزه ای دیوار برشی بتن آرمه، با توجه به شکل پذیری زیاد و سختی بالا به طور گسترده ای در سازه های بلند اعم از فولادی و بتنی استفاده می شوند. این نوع سیستم های باربر لرزه ای، در زلزله ها عملکرد مناسبی از خودشان نشان داده اند. اما عمده مشکل این نوع دیوارها خرابی و خردشدگی بتن در پای دیوار و کمانش آرماتورهای این ناحیه است، که تعمیر و بهبودپذیری سازه ها را بعد از زلزله دچار مشکل می کند و حتی در مواردی سازه را به طور کلی از سرویس پذیری خارج می کند. اگر یک قطعۀ تعویض پذیر در پای دیوار که تمرکز خرابی در آن ناحیه است قرار داده شود، عملکرد سازه به مقدار قابل توجهی بهبود می پذیرد و باعث می شود با جایگزین کردن سریع قطعۀ تعویض پذیر جدید، هزینه ها و مدت زمان تعمیر سازه بعد از زلزله به مقدار قابل توجهی کاهش یابد و سازه به یک سازۀ تاب آور تبدیل شود. در این تحقیق عملکرد یک قطعۀ تعویض پذیر فولادی در پای دیوار برشی بتن آرمه در سازه های فولادی بررسی و با نمونۀ دیوار برشی بتن آرمۀ متداول مقایسه شده است. به همین منظور قاب های 6 و 12 طبقه با سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن آرمه با و بدون المان مرزی فولادی در نرم افزار Seismostruct2020  مدل شده اند و تحلیل های غیرخطی همچون تاریخچه زمانی دینامیکی و دینامیکی افزایشی روی قاب ها انجام شده است. در این پژوهش پارامترهای طراحی همچون ضریب اضافه مقاومت، ضریب شکل پذیری و ضریب رفتار سازه با استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی محاسبه شده اند. همچنین منحنی های هیسترزیس قاب های 6 و 12 طبقه در هر دو حالت ترسیم و سطح زیر منحنی ها محاسبه شده است. نتایج نشان داد با اضافه شدن المان مرزی فولادی به دیوار برشی بتن آرمه رفتار سازه بهبود یافته و شکل پذیری افزایش می یابد به نحوی که ضریب رفتار قاب مجهز به مهاربند کمانش تاب در ساختمان 6 طبقه، 30 درصد و در ساختمان 12 طبقه 20 درصد افزایش یافت.

استفاده از اعضای با مقطع متغیر به علت صرفۀ اقتصادی کاربرد فراوانی در سازه های فولادی به خصوص سوله های صنعتی دارد. اما با افزایش دمای ناشی از تغییرات حرارتی، مشخصات مقاومتی و سختی اعضای قاب های صنعتی به سرعت کاهش می یابد. برای طرح کامل و ایمن لازم است پایداری (کمانش حرارتی) در قاب های صنعتی بررسی شود. در مقالۀ حاضر، کمانش حرارتی و ارتعاشات ناشی از تغییرات حرارتی ستون های الاستیک غیرمنشوری با روش رایلی-ریتز بررسی می شود. در گام اول، با استفاده از روش همیلتون، معادلۀ دیفرانسیل حاکم استخراج می گردد. در گام بعدی، شکل ضعیف معادلۀ دیفرانسیل محاسبه شده و از سری چبیشف به عنوان تابع تغییرمکان عرضی و تابع وزن استفاده می گردد. در گام آخر، پس از استخراج ماتریس های سختی مصالح، سختی هندسی و ماتریس جرم در نهایت مقادیر ویژۀ معادله بررسی می شوند. نتایج نشان می دهد که افزایش هم زمان شیب مقطع (β) و ضریب تغییرات حرارتی (γ) تأثیر قابل توجهی در افزایش ضریب طول مؤثر (K) و کاهش ظرفیت بارکمانشی (Pcr) در تمامی شرایط مرزی تکیه گاهی مختلف دارد. هم چنین افزایش هم­زمان شیب مقطع (β) و ضریب تغییرات حرارتی (γ)  بسته به نوع شرایط مرزی تکیه گاهی سبب افزایش یا کاهش فرکانس طبیعی بی بُعد (ω) می­گردد. برای به کارگیری نتایج در محاسبات مهندسی، از منحنی­های هم تراز برای ارائۀ نتایج و نمایش نمودارها استفاده می­شود. از نتایج تحقیق­های پیشین برای اعتبارسنجی استفاده می­شود. تطابق قابل قبولی بین نتایج حاضر و تحقیق­های پیشین برقرار است.

دیافراگم ها علاوه بر تحمل بارهای ثقلی و انتقال این بارها به المان های قائم سازه ای، وظیفۀ جمع آوری نیروهای جانبی و توزیع آن بین سامانه های مقاوم جانبی را بر عهده دارند. طراحان سازه در برخی موارد به دلیل وجود ملاحظات معماری در طراحی قاب های ساختمانی فولادی مهاربندی شده، ناچار به جابجا نمودن مهاربندها در پلان سازه هستند که در دستۀ سازه های با نامنظمی خارج از صفحه طبقه بندی می شوند. در چنین سازه هایی، دیافراگم افقی واقع در مرز ناپیوستگی باید نیروهای برشی ناشی از زلزله را انتقال دهد؛ بنابراین بررسی رفتار این دیافراگم ها برای تحلیل و طراحی سازه دارای اهمیت است. هدف از این پژوهش، بررسی رفتار لرزه ­ای، ظرفیت جابجایی نسبی، ضریب اضافه مقاومت و میزان آسیب پذیری قاب­ های مهاربندی همگرای ناپیوسته در برابر زلزله است. بدین منظور سازه های سه و شش طبقه با مهاربندهای همگرا در دو حالت با و بدون جابجایی خارج از صفحۀ مهاربندها با درنظرگرفتن رفتار غیر ارتجاعی دیافراگم تحت تحلیل پوش ­اور و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی با استفاده از نرم افزار آباکوس قرار گرفتند. بررسی نتایج نشان داد که دیافراگم بتنی موجود در ناحیۀ ناپیوستگی با ضخامت پنج سانتی متر در ناحیۀ انتقال ناپیوستگی مهاربندها، با زاویۀ 45 درجه دچار آسیب شده و توانایی انتقال نیروی برشی که ناشی از بار جانبی مهاربندها می­ باشد را ندارد. این در حالی است که در ضخامت ­های 10 و 20 سانتی ­متر، دیافراگم در ناحیۀ مذکور دچار آسیب نمی شود. با توجه به مطالب بیان شده به نظر می رسد که با حداقل ضخامت تعیین شده در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، دیافراگم بتنی در برابر نیروهای برشی انتقال ­یافته، آسیب ­پذیر است. همچنین نیاز جابجایی نسبی میان طبقه­ ای سازه ­های مورد بررسی، بیش از مقادیر محاسبه شده طبق روابط آیین نامه است.