سازه و فولاد
سال:1403 | دوره:20 | شماره:45 |تعداد مقالات:6

1در سازه ­های فولادی، تیرهای قاب خمشی به دلیل این که عضو شکل ­پذیر سازه می باشند، از نقش حائز اهمیتی برخوردار هستند. ظرفیت تیرهای فولادی متعارف از کم­ترین ظرفیت پلاستیک و ظرفیت کمانش جانبی-پیچشی محاسبه می­ شود. به منظور دست یافتن به ظرفیت پلاستیک تیرها، وقوع کمانش جانبی-پیچشی با استفاده از مهارهای جانبی-پیچشی به تعویق انداخته می­ شود تا ظرفیت پلاستیک مقطع حاکم شود. در بعضی از سازه ­ها امکان جانمایی مهارهای جانبی-پیچشی مناسب وجود ندارد؛ به همین دلیل، اجرایی بودن بعضی از تیرها با چالش­ هایی مواجه است. راهکار مناسب برای رفع این چالش، استفاده از مقاطع دوبل ناودانی به جای مقاطع I شکل و استفاده از قیدهای متصل کنندۀ ناودانی­ ها به یکدیگر به جهت بالابردن ظرفیت کمانشی مقطع است. در این مطالعه، چندین قید میانی جهت اتصال تیرهای دوبل ناودانی به یکدیگر در نظر گرفته شدند و از بین آن­ ها، قید میانی با بهترین عملکرد به عنوان قید میانی مناسب، جهت اتصال دوبل ناودانی ­ها به یکدیگر معرفی شدند. در این تحقیق با استفاده از نرم ­افزار آباکوس به مدل­سازی تیرهای دوبل ناودانی­ و مقایسۀ آن با تیرهای دارای مقطع I شکل پرداخته شده است. جهت اعمال حالت­ های مختلف بارگذاری، لنگر متمرکز اعمال شده در یک انتهای تیر، به صورت ضریبی از لنگر اعمال شده در انتهای دیگر تیر در نظر گرفته شد. همچنین در این مطالعه، جهت بررسی طول تیرها، چهار طول تیر یعنی 4، 6، 8 و 10 متر استفاده شد. نتایج تحقیق نشان داد که از بین طول­ های متنوع درنظرگرفته شده برای فواصل بین قیدهای میانی اتصال دوبل ناودانی ­ها به یکدیگر، مقدار طول مهاری استفاده شده برای تیر با مقطع ناودانی تک مناسب می ­باشد. علاوه بر این، نتایج تحقیق تأیید می­ کند که قید میانی ملحوظ شده برای اتصال ناودانی ­ها به یکدیگر دارای عملکرد مناسبی است و منجر می­ شود که ظرفیت خمشی در تیرهای دوبل ناودانی، مشابه ظرفیت خمشی در تیرهای I شکل متناظر باشد.

1هدف از این تحقیق، ارزیابی هزینۀ چرخۀ عمر قاب های فولادی با مهاربندی همگرای ضربدری بهینه سازی شده در چهارچوب نگرش طراحی مبتنی بر عملکرد می باشد. امروزه تأثیر زلزله بر طراحی یک سازه با هدف بهینه نمودن وزن سازه و کاهش هزینۀ ساخت اولیۀ سازه، در نظر گرفته می شود. چنین سازه ای اگرچه کم ترین هزینۀ ساخت را خواهد داشت ولی در رابطه با هزینۀ اعمالی در اثر وقوع زلزله در طول مدت بهره برداری از آن، نمی توان برآوردی داشت. تحلیل هزینۀ چرخۀ عمر، روشی مناسب جهت بررسی هزینه و عملکرد سازه هایی است که برای مدت طولانی باید خدمت رسانی داشته باشند. این تحقیق مشتمل بر دو گام اصلی است؛ در گام اول، دو قاب سه دهانۀ 10 طبقه با سیستم مهاربند ضربدری با موقعیت قرارگیری مهاربند در دهانۀ وسط و دهانه های کناری،  با استفاده از الگوریتم فراابتکاری مرکز جرم در چهارچوب روش طراحی مبتنی بر عملکرد و با درنظرگیری وزن سازه به عنوان تابع هدف و روش تابع جریمۀ خارجی، بهینه سازی شده اند. در این فاز از مطالعه، از نرم افزار OpenSees، جهت انجام مدل سازی و تحلیل های غیرخطی، و از نرم افزار متلب برای پیاده سازی موضوع بهینه سازی استفاده شده است. در گام دوم به بررسی هزینۀ چرخۀ عمر قاب های حاصل از روند بهینه سازی، با استفاده از رابطۀ ون و کانگ پرداخته شده است. با توجه به نتایج به دست آمده، مشاهده شد که قرارگیری مهاربند در دهانه های کناری موجب کاهش تقریباً 10% هزینۀ چرخۀ عمر اعضای سازه ای نسبت به قاب های مهاربندی با قرارگیری مهاربند در دهانۀ وسط، می شود.

1یکی از روش ­های جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از زمین به سازه، جداسازی لرزه­ ای است. درواقع در جداسازی لرزه ­ای، هدف اصلی کاهش مقدار شتاب ها و نیروهایی است که در اثر زلزله به سازه منتقل می­ شود. این هدف با نصب سازه بر روی لایه های جداکننده که انعطاف پذیری افقی زیادی دارند انجام می­ گیرد. به این ترتیب هنگام زلزله که زمین زیر سازه به شدت ارتعاش می­ کند، حرکات چندانی به سازه منتقل نمی ­شود. در این پژوهش به ارائۀ یک شاخص جدید جهت مقایسۀ عملکرد سیستم جداسازی پایه پرداخته شده است که می تواند باعث طراحی سیستم جداسازی پایه با عملکرد بهتر برای سازه گردد. با استفاده از این شاخص به نام عملکرد نسبی وزنی (WRPI)، می­ توان عملکرد سازه و سیستم جداسازی پایه را علاوه بر درنظرگرفتن مقدار انرژی کرنشی جذب شده در سازه و جداساز، برای مقدار شتاب ماکزیمم و جابه جایی ایجاد شده در سازه و جداساز نیز مقایسه و طراحی کرد. جهت بررسی کارایی شاخص پیشنهادی و مقایسه با شاخص ­های پیشین، یک قاب خمشی فولادی شش طبقه با و بدون جداساز مورد مطالعه قرار گرفت. به صورت کلی شاخص WRPI نسبت به شاخص­ های مورد استفادۀ پیشین، دارای کارایی و عملکرد بهتری به ویژه در سازه ­های حساس به شتاب و تغییر شکل­ های بین طبقه ­ای می ­باشد.

1در این پژوهش، یک مهاربند کمانش تاب (BRB) نوآورانه مجهز به الاستومر مورد تحلیل عددی قرار گرفت. تحلیل ها با استفاده از نرم افزار Abaqus انجام شد. اجزای مهاربند شامل غلاف، هسته، الاستومر و نحوۀ اتصال آن ها به یکدیگر تشریح شد. نحوۀ اتصال الاستومر به سایر اجزا توضیح داده شد. سپس جزئیات مدل سازی عددی تشریح گردید. هیسترزیس نیرو-جابه جایی BRB مجهز به الاستومر و یک BRB بدون الاستومر با همان ابعاد مقایسه شد. همچنین توزیع تنش در نقاط بحرانی هسته و غلاف مورد بررسی قرار گرفت. مود خرابی این BRB به صورت کمانش قسمت تسلیم شوندۀ هسته دیده شد. مشاهده شد که افزودن الاستومر به BRB موجب افزایش سختی پس از تسلیم و کاهش جابه جایی پسماند می گردد. مدل سازی با نسبت سختی دو برابری الاستومر نسبت به نمونۀ آزمایش نیز مورد بررسی قرار گرفت. این افزایش سختی الاستومر، افزایش 20 درصدی سختی پس از تسلیم را نشان داد. همچنین BRB مجهز به الاستومر توانایی جذب انرژی بیش تری نسبت به BRB بدون الاستومر دارد. در مقایسه با BRBهای مرسوم، مهاربند مجهز به الاستومر حتی پس از گسیختگی هسته، پایداری سازه را به دلیل نقش الاستومر در نواحی بحرانی حفظ می نماید. این ویژگی، کارایی بالای این سیستم را در بهبود رفتار لرزه ای سازه ها نشان می دهد.

1با توجه به افزایش روزافزون استفاده از اسکلت های فولادی در ساختمان های ساخته شده در ایران و افزایش قیمت پروفیل نسبت به ورقِ خام، استفاده از تیرورق در ساخت اسکلت های فولادی رونق فراوان یافته است. اتصالات در تمامی سازه ها ازجمله سازه های فولادی یکی از اجزای اساسی بوده و عامل اصلی یکپارچگی سیستم های سازه ای به شمار می آیند. هدف از این پژوهش تعیین ابعاد مطلوب برای اتصالات صفحۀ انتهایی جهت کاهش هزینه به کمک الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات است؛ به طوری که محدودیت های مکانیکی مربوط به لنگر خمشی و سختی آغازین حاصل و همچنین ایمنی و یکپارچگی اتصال به خطر نیافتد. در مدل بهینه سازی، شش متغییر طراحی ازجمله ابعاد، ضخامت صفحۀ انتهایی، قطر و محل پیچ ها انتخاب شدند تا مقادیر به دست آمده با نتایج ادبیات گذشته مقایسه شوند. برای محاسبۀ ممان خمشی و سختی دورانی اتصال از "روش مؤلفه­ای" موجود در یوروکد 3 بخش 8-1 استفاده شده و همچنین تجزیه و تحلیل و طراحی بهینۀ اتصالات تیر به ستون برای قاب های فولادی دوبعدی در محیط محاسباتی MATLAB صورت پذیرفت. خروجی این برنامه نتایج کاملاً رضایت بخشی را در مقایسه با نتایج موجود در ادبیات گذشته نشان می دهد؛ به طوری که نتایج به دست آمده با استفاده از الگوریتم بهینه سازی یادشده هزینۀ اتصالاتA ،B ، C و D از قاب مورد بررسی به ترتیب 46/24 درصد، 5/29 درصد، 55/10 درصد و 56/44 درصد در مقایسه با پژوهش کابرو و بایو در سال 2005 و همچنین هزینۀ اتصالاتA  و C از قاب مورد بررسی به ترتیب 8/07 درصد و 0/22 درصد نسبت به پژوهش دیاز و همکاران در سال 2012 کاهش یافت.

1میراگرهای تسلیمی به دلیل قابلیت بالای جذب انرژی و بهبود پایداری سازه، به عنوان یکی از روش های مؤثر در کاهش اثرات مخرب زلزله مورد توجه قرار گرفته اند. در این پژوهش، رفتار میراگر غلطکی بیضوی به عنوان نمونه ای بهینه از این نوع میراگرها بررسی شده است. میراگر غلطکی بیضوی، با اضافه شدن غلطک به میراگر بیضوی متداول که از نوع تسلیمی است، قابلیت تحمل مقدار قابل توجهی بار ثقلی و بار قائم زلزله را به این میراگر می ­افزاید و باعث کاهش بار مرده بر دیگر اجزای سیستم باربر ثقلی می ­شود. با استفاده از مدل سازی عددی در نرم افزار آباکوس، تأثیر پارامترهای هندسی مانند طول، عرض، ضخامت، ارتفاع و تعداد غلطک ها بر عملکرد میراگر مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش عرض و ضخامت و کاهش ارتفاع موجب بهبود عملکرد میراگر در جذب انرژی و افزایش مقاومت جانبی می شود؛ درحالی که افزایش طول و تعداد غلطک ها اثری بر منحنی هیسترزیس ندارد اما می تواند در پایداری عملکرد و سازگاری با بارهای ثقلی مؤثر باشد. علاوه بر این، میراگر غلطکی بیضوی توانایی ارائۀ چرخه های هیسترزیس پایدار در زوایای مختلف بارگذاری را دارا می باشد. در پایان، طراحی بهینه ای برای استفاده از این میراگر در جداسازهای لرزه ای ارائه شد که انتظار می رود به طور مؤثر در کاهش انتقال انرژی زلزله به سازه و بهبود پایداری آن مؤثر باشد.