از معایب اتصالات کاهش یافته در بال، احتمال وقوع پدیده کمانش جانبی-پیچشی در تیر است. یک روش موثر در جلوگیری از بروز این پدیده، کاهش مقطع جان به جای کاهش مقطع بال تیر است که ضمن مرتفع نمودن معایب اتصال کاهش یافته در بال، رفتار بهتر و شکل پذیری بیشتری را فراهم می کند. هدف تحقیق حاضر، بررسی تأثیر استفاده از روش کاهش مقطع تیر با تعبیه شیارهای طولی و عرضی بر رفتار قاب های خمشی فولادی با اتصالات پیچی می باشد. نمونه های مورد مطالعه عبارتند از: قاب با تیر با مقطع کامل، و قاب های با تیر با مقطع کاهش یافته به روش های: برش شعاعی در بال، شیار طولی در بال، شیار عرضی در بال، شیار طولی در جان، شیار عمودی در جان، شیار ترکیبی در جان و شیار صلیبی در جان. این قاب های یک طبقه-یک دهانه، به روش اجزاء محدود با اجزای پوسته چهار گرهی S4R و جامد هشت گرهی C3D8R در نرم افزار ABAQUS با فرض رفتار غیرخطی تحلیل شده اند. بارگذاری چرخه-ای شبه-استاتیکی، طبق پروتکل کنترل دسترسی الحاقی، به قاب ها اعمال شد. نتایج تحقیق نشان می دهد ایجاد تیر با مقطع کاهش-یافته می تواند سبب انتقال مفصل پلاستیک از بر ستون به فاصله مناسب در محل مقطع کاهش یافته شود. همچنین، بیشترین اندیس شکست در قاب با تیر با مقطع کامل رخ داده و کمترین اندیس مربوط به قاب با شیار طولی در جان تیر است. اندیس بزرگ احتمال وقوع پارگی در تغییرمکان های نسبی پایین را افزایش می دهد. نتایج منحنی چرخه ای قاب ها نشان می دهد قاب با شیار طولی در بال تیر و قاب با شیار عرضی در بال تیر در گام نهایی بارگذاری، یعنی در دو چرخه ی آخر با بیشترین زاویه دوران، دچار تنزل مقاومت می-شوند. همچنین، قاب با شیار طولی در جان تیر با 8/31 درصد ظرفیت باربری بیشتر و 9/30 درصد استهلاک انرژی بیشتر در مقایسه با سایر قاب های با تیر با مقطع کاهش یافته عملکرد بهتری دارد.

قاب های برون محور فولادی، ویژگی سختی الاستیک بالا که در قابهای با مهاربندی هم محور وجود دارد با خاصیت استهلاک پایدار انرژی که در قابهای خمشی موجود است را همزمان دارند. در این نوع از سیستم های مقاوم لرزه ای، انرژی اغلب از طریق تیرهای پیوند مستهلک می گردد که به سه نوع تیر پیوند کوتاه برشی، تیر پیوند متوسط با رفتار برشی-خمشی و تیر پیوند بلند خمشی تقسیم می شوند. اتصال تیر پیوند به ستون در قابهای برون محور فولادی بایستی لنگر خمشی و نیروهای برشی بسیار بالایی را تحمل کند تا تیر پیوند به دوران پلاستیک مورد نیاز دست یابد. اتصال تیر پیوند بلند به ستون بدلیل پتانسیل گسیختگی بالای آن در اتصال بال تیر پیوند به ستون در معرض شکست بوده و قابل کاربرد در مناطق با لرزه خیزی شدید نمی باشد. برای غلبه بر این مشکل بایستی تمرکز تنش و کرنش را از انتهای تیر پیوند در محل اتصال به ستون دور نگه داشت. استفاده از تیر پیوند با مقطع کاهش یافته می تواند مفصل پلاستیک را به ناحیه با مقطع کاهش یافته انتقال داده و از شکست اتصال جلوگیری کند. این مقاله کاربرد روش کاهش مقطع (RBS) را در تیرهای پیوند بلند بررسی کرده و رفتار اتصال تیرهای پیوند بلند با مقطع کاهش یافته به ستون را مورد بررسی قرار می دهد. تحلیلها با استفاده از نرم افزار المان محدود ABAQUS انجام گرفته و نتایج آنالیزها نشان می دهد که با این روش تمرکز تنش و کرنش از انتهای تیر پیوند در نزدیک وجه ستون تا حدود زیادی دور شده و رفتار اتصال بهبود می یابد.

در این پژوهش، تأثیر برش های بیضوی در جان، تأثیر برش های شعاعی در بال و نیز تاثیر وجود سخت کننده، بر رفتار تیر، بر رفتار اتصال و بر عملکرد قاب های خمشی فولادی مطالعه می شود. با روش اجزاء محدود و المان های سه بعدی در ABAQUS، تحلیل های استاتیکی غیرخطی قاب تحت بارگذاری چرخه ای انجام یافته و از معیار شکست فون میزز استفاده می شود. نتایج این تحقیق نشان می دهد در تیر بدون مقطع کاهش یافته بیشینه تنش ها و کرنش ها در جان تیر رخ می دهد و با ایجاد برش در جان، بیشینه تنش ها و کرنش ها به محل مقطع تیر کاهش یافته انتقال می یابد. نسبت مقاومت بیشینه به مقاومت در گام نهایی بارگذاری و نیز میزان انرژی مستهلک شده نشان می دهد، در مقایسه با اتصال با برش شعاعی، اتصال با برش بیضوی تنزل مقاومت کمتر و شکل پذیری بیشتری دارد.

امروزه در طراحی اتصالات خمشی سازه های فولادی استفاده از روش های نوآورانه ای همچون روش کاهش مقطع در میان طراحان رواج فراوانی یافته است. روش کاهش مقطع با تضعیف تعمدی تیر در قسمتی نزدیک به محل اتصال تیر و ستون باعث کاهش کرنش های پلاستیک اتصال و تشکیل مفصل پلاستیک در تیر می شود. در این تحقیق، تاثیر کاهش مقطع بال تیر (RBS) در مقاومت اتصال از طریق دور کردن مفصل پلاستیک از بر ستون و همچنین عملکرد بهینه ی اشکال مختلف کاهش مقطع در بال تیر از طریق شاخص های مختلف نظیر منحنی هیسترزیس، نمودار بارافزون، استهلاک انرژی توسط اتصال و. . . مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، مدل-سازی و تحلیل غیرخطی 10 نمونه ی کاهش مقطع بال تیر بعلاوه یک نمونه بدون کاهش مقطع تیر با استفاده از نرم افزاراجزا محدودی آباکوس تحت بارگذاری چرخه ای صورت گرفته است. نتایج نشان داد، تمام مدل های دارای کاهش مقاطع، توانایی انتقال محل تشکیل کرنش های پلاستیک یا همان مفصل پلاستیک را به داخل تیر و دورتر از بر ستون دارند. در میان همه ی روش های کاهش مقاطع، روش کاهش مقطع بال تیر با سوراخ های نابرابر و بزرگ شونده رو به داخل تیر عملکرد بهتری را نسبت به سایر نمونه ها از خود نشان داده است. میزان استهلاک انرژی در نمونه ی حاوی این روش کاهش مقطع نسبت به نمونه ی مرجع بدون کاهش 68 درصد افزایش داشته است که اختلاف قابل توجهی نسبت به سایر نمونه ها داشته است. ظرفیت خمشی نمونه ی دارای کاهش مقطع بال تیر با سوراخ های نابرابر و بزرگ شونده رو به داخل تیر، عملکرد چرخه ای مناسب تری را نشان داده است، مقادیر ظرفیت خمشی در نمونه ی مذکور نسبت به نمونه ی مرجع بدون کاهش 33 درصد کاهش یافته است. این موضوع باعث پلاستیک شدگی زودتر و اتلاف انرژی بیشتر نسبت به سایر نمونه ها می شود.

یکی از نقدهای مطرح شده به اتصالات پیشنهادی بعد از زلزله های نورثریچ و کوبه، تخریب تیر بعد از وقوع زلزله، دشواری و مقرون به صرفه نبودن تعویض آن پس از زلزله می باشد. به همین منظور ایده استفاده از اتصالات همراه با میراگر شکافدار (SSD) که موجب استهلاک انرژی و تشکیل مفصل پلاستیک در مکانی غیر از المان های اصلی سازه ای میگردد، مطرح شد. در این مطالعه ابتدا مقایسه ای بین اتصال SSD و اتصال تیر با سطح مقطع کاهش یافته (RBS) تحت بارگذاری چرخه ای انجام شده است. در ادامه پیشنهاداتی به منظور بهبود عملکرد اتصال SSD با قابلیت استفاده در قاب های خمشی ویژه مطرح گردیده است، که این پیشنهادات شامل افزایش ضخامت و تعداد نوارها و همچنین کاهش ارتفاع میراگر بوده است. نتایج مطالعات نشان داد که اتصال SSD از لحاظ عملکردی تفاوت زیادی با اتصال RBS نداشته است و مطابق با ضوابط لرزه ای اتصالات از پیش تایید شده، امکان استفاده از این اتصال در قاب های خمشی ویژه وجود دارد با این تفاوت که نیاز به تعویض آن پس از زلزله نمی باشد. همچنین نتایج نشان داد که افزایش ضخامت و کاهش ارتفاع میراگر بر خلاف افزایش تعداد نوارهای آن، بر روی عملکرد اتصال SSD تاثیر بیشتری داشته است. نتایج نشان می دهید اتصال SSD علاوه بر سهولت تعویض می تواند عملکردی مشابه اتصالات RBS را از خود بروز دهد.

در این مطالعه به تعیین میزان تاثیرگذاری ایجاد کاهش مقطع در تیرها، بروی منحنی های شکنندگی سیستم قاب خمشی متوسط و بررسی نتایج آن پرداخته شده است. برای این منظور از تحلیل های دینامیکی غیرخطی استفاده شده است. بطورکلی دو نوع سازه در این مطالعه انتخاب گردیده است دسته اول قاب های 5 و 10 طبقه قاب خمشی و دسته دوم سازه های با ایجاد کاهش مقطع در تیرها. با توجه به اینکه این تحقیق با استفاده از نرم افزار OpenSees انجام گردیده است، لذا جهت مدلسازی مقطع کاهش یافته از مدل فنر پیچشی Ibarra-Krawinkler بصورت پلاستیسیته متمرکز روی تیرها، ستون ها و ناحیه پانل زون استفاده گردیده است، که پس از تثبیت عملکرد سازه RBS برای یک تیر طره ای، این مدل برای سازه های چند درجه آزادی تعمیم داده شده است، و در انتها مدل ها تحت تحلیل دینامیکی افزایشی قرارگرفته و از نتایج حاصل از تحلیل سازه های قاب خمشی و سازه های RBS برای محاسبه و استخراج منحنی های شکنندگی سازه ها استفاده شده و باهمدیگر مقایسه گردیده اند. با توجه به نمودارهای منحنی های شکنندگی سازه های میان مرتبه احتمال آسیب مدل IMF نسبت به RBS بیشتر بدست آمده است.

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.

تضعیف نامتقارن تیر به عنوان یک راهکار مناسب جهت بهسازی اتصالات مطرح است که عمل انتقال مفصل پلاستیک در آن با تضعیف بال تحتانی تیر و بدون نیاز به دشواری­ های برداشتن دال بتنی انجام می­ شود. دو روش «کاهش مقطع» و «اعمال حرارت» از جمله راهکارهای معرفی شده برای تضعیف نامتقارن تیر می باشند. هدف اصلی این مقاله، بررسی و مقایسه رفتار لرزه­ای سه نوع قاب دو بعدی کوتاه، متوسط و بلندمرتبه بهسازی شده با این دو روش تحت زلزله­ های حوزه نزدیک و دور به صورت عددی است. بدین منظور، جهت اطمینان از دقت مدل سازی عددی، نتایج عددی سه نوع قاب و اتصالات دو بعدی بهسازی شده ­ی قاب­ ها با نتایج آزمایشگاهی صحت­ سنجی شد. نتایج تحلیل قاب­ ها نشان می­ دهد، دریفت نسبی و دوران کلی قاب های بهسازی شده با روش «کاهش مقطع» به طور میانگین 15 درصد بیشتر از قاب های بهسازی شده با روش «اعمال حرارت» می ­باشد. قاب های بیست طبقه با توجه به کاهش دوران کلی آنها نسبت به قاب های سه طبقه، با افزایش طول پریود آنها، می­ توانند متحمل خرابی بیشتری ­شوند. با بالا رفتن ارتفاع طبقات قاب­ ها، اثربخشی زلزله­ های حوزه دور کمتر شده و زلزله ­های حوزه نزدیک تأثیرات خود را بر روی سازه بیشتر نشان می­ دهد.

اتصال تیر با بال کاهش یافته، پس از زلزله نورثریج 1994 پیشنهاد شد. این اتصال با تشکیل مفصل پلاستیک در خارج از ناحیه اتصال، خسارات ایجاد شده در چشمه اتصال را کاهش می دهد. البته به علت تمرکز خسارت در ناحیه کاهش یافته، پس از زلزله های متوسط باید کل تیر را تعویض نمود که عملا ممکن نیست. هدف این مقاله بررسی آزمایشگاهی استفاده از مقطع کاهش یافته در یک فیوز قابل تعویضاست. در این راستا سه اتصال صلب تیر با مقطع بال کاهش یافته (RBS)، اتصال دارای فیوز با مقطع کاهش یافته در بال (RBS-F) و اتصال دارای فیوز با مقطع کاهش یافته در جان (RWS-F) ارزیابی شدند. بارگذاری استاتیکی به صورت چرخه ای اعمال شد و نمودار هیسترزیس لنگر– دریفت ترسیم شد. همه نمونه ها دریفت مورد نیاز برای اتصال صلب در قاب خمشی ویژه را برآورده نمودند و استفاده از انواع اتصالات RBS خسارت در ستون و چشمه اتصال را کاهش می دهد. نتایج نشان داد نمونه های RBS-F وRWS-F علاوه بر اینکه شکل پذیری بسیار مناسبی دارند، با قابلیت تعویض پس از زلزله می توانند جایگزین بسیار خوبی برای اتصالات RBS متعارف باشند.