کشور ایران بدلیل وجود گسل های متعدد و اعمال تنش توسط صفحات پوسته مرزی، همواره شاهد رخداد زلزله های متعددی در طول سال می باشد. بنابراین ارائه ی سیستم های مقاوم برای پایداری سازه ها در برابر نیروهای جانبی از دغدغه های اصلی مهندسی عمران در کشور می باشد. از سیستم های مقاوم جانبی، مدل قاب مهاربند واگرا می باشد که با تکیه بر دوران تیر پیوند باعث جذب نیروی زلزله در سازه می شود، در حالیکه دوران بیش از حد در ناحیه تیر پیوند می تواند سطح عملکرد سازه را دچار ضعف گرداند و باعث تشکیل ترک هایی قابل توجه در دال بتنی گردد. در تحقیق حاضر مدل نوینی از سیستم مهاربند واگرای مجهز به ورق فولادی در ناحیه تحتانی تیر پیوند و تیر خارج از پیوند ارائه شده است. مدلسازی عددی در نرم افزار آباکوس و پروتکل بارگذاری بر مبنای ATC-24 اعمال گردیده است. نتایج حاصل نشان می دهد مکانیابی بهینه ورق های فولادی و اعمال آن ها در ناحیه تحتانی تیر و تیر خارج از پیوند باعث بهبود عملکرد برشی سیستم مهاربندی در تشکیل مفاصل پلاستیک و افزایش مقاومت برشی و شکل پذیری مدل مهاربندی می گردد. در نهایت میزان جذب انرژی توسط مدل ها در مقایسه با مدل رایج دارای عملکرد مطلوب قابل توجهی می باشد.

استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی نسبت به بسیاری از سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی به لحاظ عملکردی و نیز اقتصادی مقرون به صرفه است. علی رغم مزایای بسیار دیوارهای برشی فولادی، این سیستم به صورت گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. برخی از دلایل کم توجهی شامل عدم شناخت صحیح رفتار سیستم و بزرگی قابل توجه مقاطع ستون های اطراف دیوار نسبت به دیوار برشی بتنی می باشد. هدف این تحقیق بهبود رفتار سیستم تعریف شده فوق با بهره گیری از رفتار برشی ورق و ستون های فرعی پیرامون آن و استفاده از ظرفیت حداکثر سیستم است. در این تحقیق ورق و ستون های فرعی مانند تیر پیوند در سیستم های مهاربند واگرا در نظر گرفته شده است که ورق پرکننده و ستون های فرعی پیرامون آن به ترتیب نقش جان و بال تیر پیوند را بازی می کنند. بدین منظور نمونه های مختلف در نرم افزار اجزای محدود مدل سازی و رفتار چرخه ای آنها بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد استفاده از این سیستم با رویکرد ذکر شده در قاب های فولادی در مقایسه با دیوارهای برشی فولادی باعث افزایش جذب انرژی و سطح زیر منحنی های هیسترزیس و نیز کاهش پدیده باریک شدگی منحنی می شود. از جمله دیگر مزایای این سیستم می توان به کاهش قابل توجه تقاضا در ستون ها، قابلیت انطباق با معماری، منحنی های چرخه ای پایدار، عدم تاثیر سیستم ارایه شده در رفتار اتصالات تیر به ستون و در نتیجه عدم نیاز به اتصالات خمشی، قابلیت استفاده در ساختمان های بلندمرتبه و همچنین قابلیت استفاده در بهسازی لرزه ای ساختمان ها اشاره نمود.

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.

فلات ایران از نظر وقوع زلزله یکی از فعال ترین مناطق دنیا بوده و هر از چند گاهی زمین لرزه های مخرب و مصیبت بار با آسیب های جانبی و مالی وسیع در کشورمان به وقوع می پیوندد که پیشگیری از وقوع یا کاهش تلفات جانی و مالی ناشی از این زلزله ها در کشورمان ایران از اهمیت خاصی برخوردار است. خرابی های وارده به سازه در زلزله های گذشته که مطابق با آیین نامه ها طراحی گردیدند نقاط ضعف شیوه های موجود در طراحی لرزه ای سازه ها را به خوبی مشخص ساخته است. لذا در حال حاضر بیشتر آیین نامه های طراحی لرزه ای به سرعت به سمت طراحی بر اساس عملکرد حرکت می کنند که ساختمان با توجه به عملکردی که در زلزله از خود نشان می دهد طراحی گردد. با این اوصاف در سال های اخیر بحث رفتار غیر خطی و روش عملکردی در ارزیابی لرزه ای سازه ها مطرح گردیده است. اگرچه دقیق ترین شیوه در ارزیابی رفتار لرزه ای سازه ها استفاده از تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی است، اما دستورالعمل های معتبر (دستور العمل هایی همچون ATC و یا FEMA، آیین نامه های بهسازی لرزه ای ساختمان)، استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده بار افزون را به دلیل سادگی در به کارگیری و تفسیر نتایج توصیه کرده اند. در پژوهش پیش رو ضوابط دستور العمل های مذکور در خصوص ارزیابی لرزه ای سیستم های برون محور (EBF) با الگوهای مختلف بار جانبی در روش بار افزون سنتی و بار افزون پیشرفته در مقایسه با تحلیل دینامیکی غیرخطی مورد ارزیابی قرارگرفته است؛ و نتایج به صورت پیشنهاد هایی ارائه شده اند؛ اما در کل نتایج حاکی از آن است که اختلاف میان پاسخ های حاصل از روش های مختلف بار افزون، در سازه های کوتاه مرتبه ناچیز است.

در این مقاله، فرمول بندی المان تیر خمیده با شش گره بر مبنای انحنا ارائه شده است. در این فرمول بندی پارامترهای گرهی براساس انحنا انتخاب و با استفاده از معادلات تعادل نیرو، کرنش های برشی و مماسی در رابطه بیانگر انرژی پتانسیل کل لحاظ تا از بروز پدیده پیوند برشی و غشایی اجتناب گردد. به منظور تسهیل در اعمال شرایط مرزی کلی، یک ماتریس بین بردارهای انحنای گرهی و جابجایی گرهی معرفی شده است. هنگامی که از این ماتریس انتقال برای بیان کلیه متغیرهای سینماتیکی استفاده شود، معادلات نهایی تعادل اجزای محدود بر حسب مولفه های جابجایی فقط در سه گره قابل بیان می باشند. نکته جالب توجه در فرمول بندی حاضر این است که برای اکثر مسائل، انتخاب فقط یک المان برای دستیابی به پاسخ تکافو می کند. در ادامه فرمول بندی پیشنهادی در پنج مسئله نمونه مورد استفاده قرار گرفته تا توانایی ها و امتیازات آن مشخص شود. نتایج حاصله نشان می دهند که المان شش گرهی قادر به بیان رفتار تیر خمیده بوده و در مقایسه با فرمول بندی پیشین برای المان سه گرهی، دارای دقت و کارایی کافی می باشد. به منظور پرهیز از هر گونه اشتباهات ریاضی و محاسباتی، در تمامی فرآیند عملیات ریاضی از نرم افزار متمتیکا بهره برداری شده است.

در مقابله با بارهای جانبی از جمله زمین لرزه، قاب با مهاربندی واگرا از سختی بالا و قدرت جذب انرژی مطلوبی برخوردار است. در این سیستم مهاربندی، سختی و شکل پذیری مورد نیاز قاب توسط تیر پیوند که یکی از مهمترین اجزاء قاب می باشد، تامین می گردد، که میزان آن بستگی به مشخصات و جزئیات تیر پیوند دارد. امروزه مهاربندهای واگرا (EBF) به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی زلزله به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی ضریب رفتار مدل های مورد مطالعه در قاب های MRF و CBF و EBF ارائه شده است.مطالعات انجام شده بر روی سه مدل چهار طبقه، شش طبقه و ده طبقه در هر دو محدوده استاتیکی خطی و غیرخطی انجام گرفته است. نتایج بدست آمده حاکی از این است که ضریب رفتار قاب های با مهاربندی واگرا شدیدا متاثر از طول تیر رابط یا پیوند است. بررسی تغییر مکان نسبی و کل در مدل های مورد اشاره نیز نشان می دهد طول تیر رابط در مقدار آن ها تاثیر به سزایی دارد.

هدف از انجام این پژوهش بسط و گسترش مدل تحلیلی یکتا برای پیش بینی رفتار الاستیک و غیرالاستیک تیرهای پیوند می باشد، به نحوی که برای انواع مختلف تیر پیوند شامل تیر پیوند کوتاه، متوسط و بلند قابل استفاده باشد. هنگامی که قابهای مهاربندی شده ی واگرا تحت اثر زلزله های شدید قرار می گیرند، تیرهای پیوند از خود رفتار غیرالاستیک نشان می دهند، درحالیکه تیرهای خارج از ناحیه ی تیر پیوند، ستون ها و مهاربندها به نحوی طراحی شده اند که در محدوده ی الاستیک باقی بمانند. برای انجام تحلیل های غیرخطی مناسب بر روی قابهای مهاربندی شده ی واگرا، نیاز به مدلی تحلیلی می باشد که بتواند با دقت زیادی رفتار غیرالاستیک تیرهای پیوند را پیش بینی کند. طبق اطلاع نویسندگان، در حال حاضر تنها برای تیرهای پیوند کوتاه مدل تحلیلی ارائه شده است. در این پژوهش یک مدل تحلیلی ارائه شده است که می تواند با دقیت بسیار زیادی مقادیر بیشینه و همچنین مقادیر میانی نیروها و تغییر شکلهای تیرهای پیوند کوتاه، متوسط و بلند را پیش بینی کند. پارامترهای مدل بر اساس نتایج چندین آزمایش صورت گرفته بر روی تیرهای پیوند و قابهای مهاربندی شده ی واگرا کالیبره شده اند. مقایسه نتایج به دست آمده از مدل سازی عددی با منحنی های هیسترسیس آزمایشها نشان دهنده ی دقت بسیار بالای مدل تحلیلی ارائه شده می باشد. استفاده از مدل پیشنهادی جهت انجام تحلیل های غیرالاستیک بر روی قابهای مهاربندی شده ی واگرا توصیه می شود.