علوم و مهندسی زلزله
سال:1397 | دوره:15 | شماره:2 |تعداد مقالات:7

استفاده از بتن به همراه فولاد در سازه ها می تواند نقش مؤثری در بهبود رفتار سازه یعنی افزایش مقاومت و شکل پذیری، ایفا نماید. در بسیاری از موارد در سازه های فولادی که ضوابط شکل پذیری قابل ملاحظه را ارضا نمی کنند. تیرهای مختلط فولادی بتنی شامل یک تیر فولادی هستند که بر روی آن بلوک بتنی با استفاده از اتصالات برشی نصب می شود. در ساخت و ساز سنتی تیرهای مرکب، بلوک های بتنی بدون اتصالات خاص روی تیر فولادی قرار می گیرد و توسط آن حمایت می شود. از آنجا که در این حالت هیچ اتصالی بین بلوک بتنی و تیر فولادی قرار ندارد، تحت اثر بارهای مختلف، هرکدام به شکل مستقل واکنش عمل می کنند. در این تحقیق تیر مختلط با رویی بتنی و تیر فولادی ثابتی را مدل سازی با نرم افزار المان محدود ABAQUS مدل و صحت سنجی با مدل آزمایشگاهی انجام یافته است و در ادامه شش دسته ( میلگرد – اصطکاکی – نبشی – میلگرد L شکل-ناودانی – دو ردیف میلگرد – دو ردیف نبشی ) که تفاوت نمونه ‍ ها فقط در نحوه اتصال بتن به فولاد بوده مدل سازی و برای هر شش سری پنج ضخامت متفاوت در نظر گرفته شده و تحقیق گردیده است که در نتیجه مطالب زیر نتیجه گیری شده است. افزایش تعداد برشگیرها باعث افزایش مقاومت در تیرهای مرکب می شود. با افزایش تعداد برشگیرهای ساده به دو ردیف میزان ده درصد مقاومت نهایی خمشی تیرهای مرکب را افزایش می دهد. تاثیر بین برشگیرهای ناودانی و نبشی تفاوت چندانی نشان نمی دهد. تاثیر بین برشگیرهای ساده و L شکل در حدود 2 درصد فرق کرده است.

یکی از سیستم های مقاوم باربر جانبی که به وفور در ساختمان های کوتاه تا متوسط استفاده می شود سیستم قاب فولادی ساده با مهاربند می باشد. در این سیستم سازه ای، بدلیل محدویت های معماری و سازه ای یا نظر طراح، آرایش بادبندی ها در ارتفاع می تواند شکل های مختلفی داشته باشد. اما فرم چیدمان بادبندی، عملکرد لرزه ای سیستم سازه ای و کارکرد تک به تک المان ها را تحت تأثیر قرار می دهد. در این مطالعه به بررسی تأثیر شکل آرایش بادبندی در ارتفاع بر ظرفیت فروریزش و منحنی های شکنندگی فروریزش قابهای ساده فولادی با مهاربند همگرا پرداخته می شود. برای انجام این کار، نمونه هایی از این سیستم سازه ای با دو تراز ارتفاعی 4 و 8 طبقه و 6 فرم مختلف از چیدمان بادبندی، در نرم افزار PERFORM-3D مدلسازی شده و تحت تحلیل دینامیکی غیرخطی افزایشی (IDA) قرار می گیرد. سپس ظرفیت فروریزش مدل های سازه ای و شاخص عدم قطعیت محاسبه شده و منحنی های شکنندگی فروریزش استخراج می گردند. نتایج نشان می دهند با تغییر در فرم چیدمان بادبندی می توان بدون آنکه سختی جانبی و پریود اصلی سیستم سازه ای چندان تحت تأثیر قرار بگیرد، شتاب فروریزش سازه را افزایش و احتمال فروریزش را به ازای زلزله های شدید کاهش داد.

با افزایش تحقیقات روی عملکرد لرزه ای دیوارهای برشی فولادی و افزایش اطمینان از عملکرد آن ها استفاده از این دیوارها به خصوص در آمریکا و ژاپن به نحو محسوسی گسترش یافته است. باتوجه به شناخت نسبتاً جامعی از رفتار این دیوارها اکنون آیین نامه های طراحی شروع به ارائه ضوابط طراحی برای این دیوارها نموده اند. اساس عملکرد این سازه ها مبتنی بر بهره گیری از عملکرد میدان کششی قطری پس از کمانش ورق فولادی می باشد. در این تحقیق قبل از بررسی عملکرد دیواربرشی های فولادی با اتصالات مفصلی، جهت اطمینان از نتایج عددی، به صحت سنجی نمونه آزمایشگاهی پرداخته و بعد از ارزیابی نتایج، به مدل سازی 12 نمونه دیواربرشی فولادی با نرم افزار آباکوس پرداخته شده است. در این نمونه ها به بررسی پارامترهایی از قبیل ضخامت ورق دیواربرشی، مشخصات هندسی تیر ها و ستون ها و میزان بازشدگی گوشه های ورق پرداخته شده است. نتایج حاصل از این تحقیق مشخص کرد که با افزایش سطح مقطع ستون ها توزیع تنش به صورت یکنواختی در سطح ورق گسترده شده و کل سطح ورق به سمت خارج از صفحه کمانش کرده، این در حالی است که در صورت افزایش مقطع تیر کمانش اغلب به صورت قطری در ورق ها دیده می شود. این در حالی است که در صورت افزایش ضخامت ورق دیواربرشی مقدار کرنش غیر الاستیک ایجاد شده کمتر شده و تقریبا محدود به قسمت های تحتانی ورق طبقه اول بوده است. با افزایش 20 درصدی ضخامت ورق دیواربرشی ظرفیت باربری و سختی نمونه ها به طور متوسط در حدود 18 درصد افزایش یافته و همچنین با افزایش میزان بازشدگی از 5 به 15 درصد ظرفیت باربری در حدود 20 درصد کاهش یافته و مقدار کرنش پلاستیک به صورت قطری در ورق ها ایجاد شده است.

در سال های اخیر، در نظر گرفتن حرکت قائم در سازه ها که به عنوان حرکت گهواره ای شناخته می شود از جمله روش هایی است که برای استهلاک انرژی وارده بر سازه از طریق زلزله به کار می رود. در این مطالعه جهت بررسی تأثیر حرکت گهواره ای در سازه های با مهاربند همگرا و واگرای ویژه، سه سازه فولادی 4، 8 و 12 طبقه قاب خمشی با مهاربند همگرا و واگرای ویژه تحت اثر هفت زلزله حوزه نزدیک با نرم افزار Sap2000 مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج این پژوهش عنوان می نماید با در نظر گرفتن حرکت گهواره ای رفتار سازه ها تغییر می نماید که این تغییر در قاب مهاربندی همگرا و واگرا متفاوت است. در سازه های مهاربندی همگرا با در نظر گرفتن حرکت گهواره ای، نیروی ایجاد شده در ستون و مهاربند افزایش داشته است. همچنین در حالت گهواره ای انرژی بیشتری در سازه مستهلک شده است. در سازه 4، 8 و 12 طبقه مهاربندی واگرا با در نظر گرفتن حرکت گهواره ای، نیروی ایجاد شده در ستون و همچنین نیروی مهاربند دارای افزایش بوده است که تغییرات آن با مهاربند همگرا متفاوت است. با در نظر گرفتن حرکت گهواره ای مفاصل بیشتری در تیرها تشکیل شده است. لذا در حرکت گهواره ای ستون ها، تیرهای خارج از دهانه مهاربندی بیشتر تحت تأثیر قرار گرفته اند. به طور کلی نتایج حاکی از عملکرد بهتر حرکت گهواره ای در سازه همگرا دارد.

سازة دیاگرید المان های قطری است که همزمان نقش باربری بارهای افقی و قائم را بر عهده دارند. در سازة دایاگرید، بارهای وارده برخلاف اکثرسیستمهای متداول ساختمانهای بلند مرتبه که توسط مکانیسمهای برشی و خمشی انتقال مییابند، به دلیل پیکره بندی مثلثی آنها و حذف ستونهای قائم از مکانیسم انتقال بار محوری برخوردار بوده و به عبارت دیگر عملکردی خرپایی دارند. سیستم دایاگرید برای کارائی و زیبایی معماری و سازه ای گسترش داده شده است. سازه-های دیاگرید به عنوان یک سیستم سازه ای در ساختمان های بلند از نظر عملکرد، بهبود یافته ی سیستم سازه های قابی و لوله ای می باشد که با کاهش چشم گیر لنگی برش، وزن سازه را به شدت کاهش می دهد. هدف از این تحقیق، بهینه یابی سازه های شبکه قطری برای کمینه سازی وزن سازه، تعیین تعداد تقسیمات افقی و عمودی می باشد. افزونه ی برنامه نویسی گرافیکی گرس هاپر بر روی نرم افزار راینو، با پارامتریک کردن برنامه ی نوشته شده امکان بهینه سازی الگوریتمیک را فراهم می سازد. بهینه یابی در برنامه ی نوشته شده توسط الگوریتم ژنتیک از طریق پلاگین گالاپاگوس بر اساس نتایج خروجی از موتور تحلیل سازه پلاگین کارامبا انجام می شود. نتایج شبیه سازی حاکی از آنست که برای سازه ی شبکه قطری 40 طبقه با مساحت 900 مترمربع هر طبقه، بهینه ترین حالت با تعداد تقسیمات افقی و عمودی 8 و 26 و زاویه 64 با محور افقی، 21508 تن وزن کل سازه خواهد داشت.

با توجه به این که وزن سازه باعث افزایش نیروهای وارده به خصوص نیروهای جانبی مثل زلزله می باشد، پس به این دلیل هر قدر بتوانیم در مسیر سبک سازی ساختمان گام برداریم همان قدر توانسته ایم در برابر نیروی زلزله وارد بر سازه مقاوم باشیم. از آنجا که یکی از روش های تولید بتن سبک استفاده از دانه های سبک می باشد و با توجه به نقش این دانه ها در مقاومت بتن، ارائه طرح اختلاط بهینه برای بتن های سبکدانه اهمیت دارد. نتایج حاصل از آزمایش ها بر روی 140 نمونه، نشان از دست یابی به بتن سبک سازه ای طبق استانداردASTM C330 که حداکثر وزن مخصوص بتن سبک سازه ای را بهkg/m3 1850 و حداقل مقاومت فشاری بتن سبک سازه ای را بهkg/cm3 170 محدود می کند نشان می دهد. می توان با استفاده از پوزولان های با ذرات ریزتر و با تغییر در طرح اختلاط، وزن مخصوص و مقاومت فشاری نمونه ها را به طور صددرصد به حد تعریف شده طبق استانداردASTM C330 رساند.

در این مقاله به منظور بررسی اثرات سیستم گهواره ای بر روی پاسخ لرزه ای ساختمان های فولادی بلند مرتبه منظم، یک سازه 15 طبقه فولادی با سیستم باربر جانبی قاب خمشی ویژه همراه با مهاربند همگرای ضربدری مطابق ویرایش چهارم استاندارد 2800 و آخرین ویرایش های مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان در نرم افزار ETABS2015 طراحی شده است. سپس هفت زلزله مطابق استاندارد 2800 انتخاب و مقیاس شدند و با استفاده از تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی به بررسی و مقایسه پاسخ لرزه ای ساختمان مورد مطالعه در حالت های با و بدون بهره گیری از سیستم گهواره ای پرداخته شده است. نتایج مطالعات( نظیر برش پایه، دریفت، تغییرمکان ها و شتاب های جانبی و قائم سقف و. . . ) حاکی از آن است که بهره گیری از سیستم حرکت گهواره ای در ساختمان های بلند مرتبه فولادی می تواند سبب کاهش قابل ملاحظه ی پاسخ لرزه ای سازه شود.