دانلود متن کامل پایان نامه درجه کارشناسی ارشد رشته عمران گرایش سازه

با عنوان:بررسی اتصالات خمشی بر پایه سختی متغیر در سازه های فولادی

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

در رشته مهندسی عمران-سازه

عنوان پایان نامه:

بررسی اتصالات خمشی بر پایه سختی متغیر در سازه های فولادی

استاد راهنما:

دکتر مرتضی نقی پور

استاد مشاور:

دکتر مرتضی اسکندری قادی

تابستان 1393

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

چکیده

شکست گسترده و قابل توجه اتصالات قاب های خمشی فولادی در طی زلزله نورثریج (1994)، بیانگر ضعف عمده این اتصالات و عدم شناخت صحیح آن توسط مهندسین بود. زلزله نورثریج، به دلیل تحولاتی که در روند طراحی و ساخت اتصالات گیردار جوشی در سازهای فولادی ایجاد کرد، بعنوان نقطه عطفی در تاریخ طراحی و اجرای این نوع سازه ها محسوب می شود. به دنبال زلزله نورثریج تعدادی از ساختمان های فولادی جوشی با سیستم قاب خمشی (WSMF) در ناحیه اتصالات تیر به ستون دچار شکست شدند. ساختمان های آسیب دیده طیف وسیعی از ساختمان ها را از نظر ارتفاع و عمر شامل می شوند. پس از زلزله نورثریج تغییرات زیادی در نحوه طرح و اجرای اتصالات سازه های فولادی، بمنظور برطرف کردن مشکلات اتصالات خمشی رایج آن زمان پیشنهاد شد. از جمله این اتصالات جدید، می توان به اتصال تیر به ستون با تیر با جان شکاف دار، اتصالات گیردار تیر به ستون با صفحات کناری، اتصال با جان یا بال کاهش یافته تیر و … اشاره نمود. مطالعات نشان داده اند که این اتصالات بسیاری از ضعف­های اتصالات رایج را برطرف نموده اند که از مهمترین مزیت های این اتصالات مدرن، انتقال مفصل پلاستیک به درون تیر در محدوده دور از اتصال می باشد.

   در این تحقیق, اتصال با هندسه متغیر از لحاظ خمش حول محور قوی تیر، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد، این اتصال قادر است مفصل پلاستیک را از ناحیه اتصال دور نگه دارد و با این اتصال می توان از بخش بیشتری از بافت عضو در استهلاک انرژی بهره جست و به مقادیر بیشتری از ذخیره سازی و استهلاک انرژی در طول عضو رسید. در این تحقیق با توجه به نقاط ضعف اتصالات قبلی, با رویکردی جدید، راهکارهایی جهت اصلاح عملکرد آن ارائه شده است که این راه حلها، به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته است. اصلاح هندسی اتصال، اگرچه سبب افزایش سختی و مقاومت کل سازه می شود، درعین حال، اضافه نمودن اجزای جدید به اتصال موجب کاهش ظرفیت شکل پذیری مدل­ها شده است. بمنظور مقایسه و نتیجه گیری بهتر اتصالات رایج قبل از زلزله نورثریج و نیز اتصال جدید، با بهره گرفتن از روش اجزای محدود از نرم افزار Abaqus برای مدلسازی در قابهای(یک دهانه) 3 و 4 و 5 متری بهره گیری شده است.

واژه های كلیدی:

اتصالات خمشی، اتصال با هندسه متغیر، استهلاک انرژی

فهرست مطالب

عنوان                                            صفحه

فصل 1-  مقدمه و کلیات.. 1

1-1-        مقدمه.. 2

1-2-        قاب های مقاوم خمشی فولادی (SMRF).. 5

1-3-   اتصال با هندسه متغیر:.. 8

1-4-   تعریف موضوع تحقیق:.. 9

1-5-   اهمیت و اهداف مطالعه اتصال با هندسه متغیر:.. 9

1-6-   روش تحقیق:.. 10

1-7-   ساختار پایان نامه:.. 10

فصل 2-  اتصالات فولادی و سیستم اتصال گیردار با هندسه متغیر   12

2-1-        مقدمه.. 13

2-2-   تعریف اتصال.. 15

2-2-1- انواع اتصالات.. 15

2-3-   منحنی لنگر_ دوران(M- ) اتصالات.. 15

2-4-   طبقه بندی اتصالات خمشی:.. 18

2-4-1- طبقه بندی اتصالات خمشی بر اساس آیین نامه AISC2005. 20

2-4-2- معیار سختی اتصال.. 20

2-4-3- طبقه بندی قاب های خمشی در آیین نامه لرزه ای AISC2005. 22

2-4-4- تقسیم بندی اتصالات خمشی در آیین نامه FEMA 350:.. 22

2-5-   مروری بر اتصالات پیش از زلزله نورثریج.. 24

2-5-1- اتصالات مقاوم خمشی رایج قبل از زلزله نورثریج 1994.. 24

2-5-2- بررسی های عینی انجام شده بر روی اتصالات.. 25

2-5-3- نتیجه گیری.. 30

2-6-   راه حل.. 31

2-6-1- اتصالات تقویت شده:.. 32

2-6-2- اتصالات ضعیف شده.. 36

2-7-   بررسی اتصال تیر با جان شکافدار.. 37

2-7-1- هندسه کلی اتصالات تیر های با جان شکافدار.. 37

2-7-2- مزایای هندسه اتصال با جان شکافدار نسبت به اتصالات رایج.. 38

2-7-3-          نتایج کلی……………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………………. 42

2-8-   بررسی اثر اتصال RBS در بهبود رفتار قابهای خمشی فولادی[10].. 42

2-8-1- هندسه کلی اتصالات RBS. 43

2-8-2- مزایای هندسه اتصال RBS. 44

2-8-3-          اثر RBS در جلوگیری از ترد شكنی اتصال و كنترل تنشها در بر ستون[10]   46

2-8-4-          بهسازی و تقویت اتصالات خمشی ساختمان های موجود با بهره گرفتن از RBS. 47

2-8-5-          نتیجه گیری.. 49

2-9-   اتصال با ورق میانگذر:.. 50

2-9-1-          مزایای هندسه اتصال با ورق میانگذر:.. 51

2-9-2-          سایر مزیتهای اتصال با ورق میانگذر به ستونهای قوطی شکل.. 53

2-9-3-          بررسی نتایج تحلیل.. 54

2-9-4-          نتیجه گیری.. 55

2-10-         سیستم اتصال گیردار با صفحات کناری:.. 56

2-10-1-            مقدمه:…………………………………..                  56

2-10-2-            معرفی اتصال با صفحات کناری.. 57

2-10-3-            مقاوم سازی در برابر ضربه و انفجار با بهره گرفتن از اتصال با صفحات کناری   58

2-10-4-            هندسه های معمول سیستم اتصال با ورق کناری:.. 62

2-10-5-            سازه های اجرا شده:.. 63

2-10-6-            مقایسه اتصال با صفحات کناری و اتصال تیر کاهش یافته (RBS):   63

2-11-         اتصال CONXL :.. 64

2-11-1-            هندسه کلی و مزایای اتصالCONXL.. 65

2-11-2-            بررسی نتایج حاصل از تحلیل نمونه ها.. 67

2-11-3-       نتیجه گیری.. 69

فصل 3-   مدلسازی و بررسی های تئوری و تحلیلی.. 71

3-1-   طراحی اتصالات تیر به ستون به روش ممان اینرسی متغیر.. 72

3-1-1- مقدمه   72

3-2-   روش اجزاء محدود.. 76

3-3-   معیار های تسلیم.. 76

3-3-1- معیار تسلیم فون میسز و ترسکا.. 77

3-4-        توزیع تنش در تیر ها.. 78

3-4-1- توزیع کلاسیک تنش در تیر ها.. 78

3-4-2- الف: توزیع تنش خمشی در تیر ها.. 79

3-4-3- ب: توزیع تنش برشی در تیر ها:.. 79

3-4-4- توزیع تنش بر اساس مطالعات المان محدود.. 80

3-5-   توزیع انرژی در اعضاء سازه ای.. 82

3-6-   انتخاب نرم افزار.. 89

3-6-1- نحوه ایجاد یک مدل تحلیلی کامپیوتری:.. 90

3-6-2- رفتار مصالح.. 91

3-7-        انتخاب مدل ها و جزییات اتصال مدل شده:.. 92

3-7-1- ارائه معادله هندسه تیر طره تحت بار منفرد:.. 92

3-7-2- ارائه معادله هندسه تیر طره تحت بار گسترده:.. 94

3-7-3- ارائه معادله هندسه تیر دو سر گیردار تحت لنگر:.. 96

3-7-4- ارائه معادله هندسه تیر دو سر گیردار تحت اثر بار گسترده:.. 100

فصل 4-  خروجی ها و نتایج بدست آمده.. 105

4-1-        مقدمه:.. 106

4-2-   طرح و مشخصات اتصالات نمونه:.. 106

4-3-   نحوه اعمال بار و شرائط مرزی:.. 107

4-4-        انتخاب مدل ها:.. 107

4-4-1- تیرهای کنسول تحت بار منفرد در بخش انتهائی.. 107

4-4-2- تیرهای کنسول تحت بار گسترده یکنواخت.. 109

4-4-3- تیرهای دو سرگیردار تحت بار گسترده یکنواخت در طول و لنگر متمرکز یکطرفه   111

4-4-4- جزییات اتصال مدل شده :.. 118

فصل 5-  نتیجه‌گیری و ارائه راهکار.. 132

5-1-   نتیجه‌گیری.. 133

5-2-   پیشنهادات.. 133

فهرست شکل‌‌ها

عنوان                                            صفحه

شکل ‏1‑1: یک نمونه ساختمان با قاب خمشی[19].. 6

شکل ‏1‑2: مکان احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک در تیر (تغییر شکلهای ماندگار)   8

شکل ‏1‑3: هندسه پایه اتصال با هندسه متغیر.. 8

شکل ‏2‑1: انواع منحنی های لنگر_دوران[3].. 17

شکل ‏2‑2: منحنی های لنگر_دوران برخی از اتصالات رایج[6]… 18

شکل ‏2‑3: نمودار لنگر_چرخش و شکل پذیری اتصالات [6]… 19

شکل ‏2‑4: نمودار لنگر_چرخش و شکل پذیری اتصالات [3]… 20

شکل ‏2‑5: نمودار لنگر_چرخش و شکل پذیری اتصالات [3]… 21

شکل ‏2‑6: اتصال خمشی رایج قبل از زلزله نورثریج[21]… 25

شکل ‏2‑7: شکست در جوش بال تیر به بال ستون در طی زلزله نورثریج[26].   27

شکل ‏2‑8: شکست بال ستون[26]… 27

شکل ‏2‑9: شکست بال ستون و جوش تیر به ستون[26]… 28

شکل ‏2‑10: تصاویری از چند نمونه خرابی در زلزله نورثریج شامل: گسترش شکست در ضخامت بال ستون _ گسترش شکست در جان تیر _ شکست کامل اتصال تیر به ستون[26]   28

شکل ‏2‑11: انواع اتصالات تقویت شده.. 33

شکل ‏2‑12: انواع اتصالات تقویت شده[27و28].. 34

شکل ‏2‑13: انواع اتصالات تقویت شده[27و28].. 35

شکل ‏2‑14: انواع اتصالات تیر به ستون RBS [31و32].. 36

شکل ‏2‑15: اتصال تیر به ستون با جان شکاف دار بصورت شماتیک[1].. 38

شکل ‏2‑16: اتصال تیر به ستون با جان شکاف دار بصورت شماتیک[30و 2]   40

شکل ‏2‑17: انواع اتصالات RBS[10].. 44

شکل ‏2‑19: مشخصات كلی نمونه ها[8و9]… 46

شکل ‏2‑20: طرح بهسازی پیشنهادی یوانگ و همكاران [32]… 48

شکل ‏2‑21: جزئیات نمونه های آزمایشی چن و تو[31]… 48

شکل ‏2‑22: رفتار هیسترزیس نمونه های آزمایش شده توسط چن و تو[31]… 49

شکل ‏2‑23: شمایی از اتصال با ورق میانگذ رو نحوه مونتاژ آن[11]… 51

شکل ‏2‑24: نحوه انتقال نیروها در اتصال با ورق میانگذر[11].. 52

شکل ‏2‑25: توزیع کرنشهای پلاستیک فون میسز در زیرسازه[11].. 54

شکل ‏2‑26: منحنی هیسترسیس لنگر_ دوران کل زیرسازه با اتصال میانگذر[11]   55

شکل ‏2‑27: منحنی هیسترسیس لنگر_ دوران پلاستیک زیرسازه با اتصال میانگذر[11]   55

شکل ‏2‑28: اتصال با ورق های کناری مجزا [33].. 57

شکل ‏2‑29: اتصال با ورق های کناری تمام عمق [28].. 57

شکل ‏2‑30: جزئیات اتصال با صفحات کناری[34].. 58

شکل ‏2‑30: تاثیر اتصال در کاهش فرو ریختگی پی در پی کف ها [34].. 59

شکل ‏2‑31: هندسه اتصال الف) اتصال ورق کناری ب) اتصال ورق کناری بهبود یافته [34].. 61

شکل ‏2‑32: هندسه های معمول سیستم اتصال ورق کناری[34].. 62

شکل ‏2‑34: نمای كلی اتصال ConXL[3].. 65

شکل ‏2‑35: تعریف هندسه و جزئیات اتصال ConXL.[13].. 66

شکل ‏2‑36: توزیع تنش فون میسز و تغییر شكل اتصال ConXL-R[13.].. 68

شکل ‏2‑37: توزیع تنش فون میسز و تغییر شكل اتصال ConXL-NR[13.].. 69

شکل ‏2‑38: نمودار لنگر-دوران هر دو نمونه اتصال ConXL[13.]… 70

شکل ‏2‑39: نمودارپوش لنگر-دوران هر دو نمونه اتصال ConXL[13.]… 70

شکل ‏3‑1: نمودار معیارهای تسلیم فون میسز و ترسکا [15]… 78

شکل ‏3‑2: معیارهای فون میسز و ترسکا [15]… 78

شکل ‏3‑3: پارامترهای موثر در تنش برشی نسبت به تار خنثی.. 80

شکل ‏3‑4: شمائی از تیر کنسول تحت بار منفرد.. 83

شکل ‏3‑5: در برخورد خودرو با مانع بخشهائی که طاقت سرعت بارگذاری را ندارند دچار خرابی موضعی می گردند [43].. 85

شکل ‏3‑6: مدلسازی تیر کنسول با فنر های سری دارای سختی ثابت.. 86

شکل ‏3‑7: نمودار نیرو _ جابجائی در محدوده خطی.. 86

شکل ‏3‑8: مقایسه نسبی ذخیره سازی انرژی در طول دو تیر با هندسه های ثابت و متغیر.. 87

شکل ‏3‑9: مدلسازی تیر کنسول با فنر های سری دارای سختی متغیر.. 88

شکل ‏3‑10: مکان احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک در تیرها در مجاورت اتصال[27]   88

شکل ‏3‑11: منحنی تنش _ کرنش فولاد St37[14].. 92

شکل ‏3‑12: منحنی تنش _ کرنش جوش[14].. 92

شکل ‏3‑13: تیر کنسول تحت بار متمرکز با تنشهای یکسان در تار بالا و پائین   94

شکل ‏3‑14: تیر کنسول تحت بار گسترده یکنواخت با تنشهای یکسان در تار بالا و پائین.. 95

شکل ‏3‑15: قاب یک دهانه تحت لنگر متمرکز یکطرفه.. 96

شکل ‏3‑16: تفکیک شکل قاب یک دهانه تحت لنگر متمرکز یکطرفه به دو تیر با لنگرهای معین.. 97

شکل ‏3‑17: شکل تفکیک شده منحنی لنگر قاب یک دهانه تحت لنگر متمرکز یکطرفه   98

شکل ‏3‑18: نمودار منحنی لنگر تیر دوسر گیردار تحت لنگر یکطرفه.. 98

شکل ‏3‑19: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار صرفا تحت برش ناشی از لنگر متمرکز یکطرفه.. 99

شکل ‏3‑20: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار صرفا تحت برش ناشی از لنگر متمرکز یکطرفه.. 100

شکل ‏3‑21: تیر دو سر گیردار تحت بار گسترده.. 101

شکل ‏3‑22: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار تحت بار گسترده.. 102

شکل ‏3‑23: نمودار معادله لنگر تیر دو سر گیردار تحت لنگر متمرکز یکطرفه و بار گسترده.. 103

شکل ‏3‑24: قاب فولادی یک دهانه تحت بار گسترده قائم و لنگر متمرکز در انتهای تیر.. 103

شکل ‏3‑25: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار تحت لنگر متمرکز یکطرفه و بار گسترده معین.. 104

شکل ‏3‑26: نمودار معادله هندسی تیر دو سر گیردار صرفا تحت برش ناشی از لنگر متمرکز یکطرفه.. 104

شکل ‏4‑1: نمودار بار چرخه ای اعمال شده به نمونه ها.. 107

شکل ‏4‑2: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه ثابت تحت بار منفرد در بخش انتهائی   108

شکل ‏4‑3: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه متغیر تحت بار منفرد در بخش انتهائی   108

شکل ‏4‑4: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار منفرد با هندسه ثابت   109

شکل ‏4‑5: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار منفرد با هندسه متغیر   109

شکل ‏4‑6: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه ثابت تحت بار گسترده.. 110

شکل ‏4‑7: نمایش کانتورهای تنش تیر با هندسه متغیر تحت بار گسترده.. 110

شکل ‏4‑8: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار گسترده با هندسه ثابت   111

شکل ‏4‑9: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر طره تحت بار گسترده با هندسه متغیر   111

شکل ‏4‑10: نمایش کانتورهای تنش تیر دو سرگیردار با هندسه ثابت تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 112

شکل ‏4‑11: نمایش کانتورهای تنش تیر دو سرگیردار با هندسه متغیر تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 112

شکل ‏4‑12: نمایش چند حالت معادله هندسی تیر دوسر گیردار تحت بار گسترده ثابت و لنگر جانبی متغیر.. 113

شکل ‏4‑13: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر دو سرگیردار با هندسه ثابت تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 114

شکل ‏4‑14: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیر دو سرگیردار با هندسه متغیر تحت بار گسترده یکنواخت و لنگر متمرکز یکطرفه.. 114

شکل ‏4‑15: نمایش معادله هندسی تیر دوسر گیردار با مقطع متغیر(الف) – ثابت و متغیر(ب).. 117

شکل ‏4‑16: معادله منحنی سخت کننده اتصال حاصل از روابط تحلیلی برای تیر فوق   118

شکل ‏4‑17: شمائی از سخت کننده پیشنهادی برای اتصال.. 119

شکل ‏4‑18: شمائی از قاب یک دهانه مورد بررسی تحت بارگذاریهای مسأله   120

شکل ‏4‑19: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 121

شکل ‏4‑20: سخت کننده های الحاقی به تیرIPE14 تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 121

شکل ‏4‑21: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE20 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 121

شکل ‏4‑22: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 122

شکل ‏4‑23: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 122

شکل ‏4‑24: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE20 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 3 متری.. 123

شکل ‏4‑25: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 124

شکل ‏4‑26: سخت کننده های الحاقی به تیرIPE14 تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 124

شکل ‏4‑27: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE20 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 124

شکل ‏4‑28: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 125

شکل ‏4‑29: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE14 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 125

شکل ‏4‑30: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE20 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 4 متری.. 126

شکل ‏4‑31: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE16 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 127

شکل ‏4‑32: سخت کننده های الحاقی به تیرIPE16 تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 127

شکل ‏4‑33: نمایش کانتورهای تنش تیرIPE20 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 128

شکل ‏4‑34: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE16 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 128

شکل ‏4‑35: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE16 با سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 129

شکل ‏4‑36: نمودار نیرو _ جابجائی برای تیرIPE22 بدون سخت کننده تحت بارگذاری مساله برای دهانه 5 متری.. 129

شکل ‏4‑37: تصویر سخت کننده اتصال.. 131

فهرست جدول‌‌ها

عنوان                                            صفحه

جدول ‏2‑1: حداقل دریفت سیستم های خمشی بر اساس آیین نامه FEMA 350 [21].   23

جدول ‏4‑1: معادل سازی مقاطع متداول فولادیIPE با مقاطع مسطتیلی(ابعاد بر حسب cm)… 115

جدول ‏4‑2: جدول جزئیات بارگذاری و ابعاد سخت کننده برای دهانه 3 متری   120

جدول ‏4‑3: جدول جزئیات بارگذاری و ابعاد سخت کننده برای دهانه 4 متری   123

جدول ‏4‑4: جدول جزئیات بارگذاری و ابعاد سخت کننده برای دهانه5 متری   127

فصل 1-     مقدمه و کلیات

1-1-      مقدمه

زلـزله 17 ژانویه سال 1994 نورثـریج که در20 مایلی شمال غرب لس آنجلس اتفاق افتاد، اولین زلزله­ای بود که به تعداد زیادی از ساختمان های مقاوم خمشی در محل حادثه آسیب سازه­ای رساند. اگر چه شدت زلزله 8/6 در مقیاس ریشتر بود، که بر اساس مقدار انرژی رها شده، یک زلزله متوسط در نظر گرفته می­شد، تعداد زیادی از اتصالات تیر به ستون ساختمان های مقاوم خمشی، در آن زلزله به شدت آسیب دیدند. این اتصالات در آیین نامه Uniform Building Code) UBC) مورد تأیید قرار گرفته بودند و تصور می شد که ظرفیت کافی دارند تا تیر در خمش، به حد تسلیم برسد و یا ناحیه چشمه اتصال ستون دچار تسلیم برشی گردد. اما بر خلاف انتظار، اکثریت اتصالات، به دلایل مختلفی که ذکر خواهد شد، بصورت ترد گسیخته شدند و در موارد کمی، رفتار آنها شکل پذیر بود. یکسال بعد از زمین لرزه نورثریج، درست در 17 ژانویه 1995 زلزله ای به بزرگی 9/6 در مقیاس ریشتر، شهر کوبه در ژاپن را لرزاند که در این زلزله نیز بسیاری از اتصالات قاب­های خمشی آسیب دیدند و حتی بعضی از ساختمان­ها با قاب خمشی فرو ریختند. کشف آسیب­های جدی در ساختمان های فولادی، با قاب­های خمشی جوشی در زلزله­های دیگر نیز تأییدی بر آسیب­های اتفاق افتاده در قاب­های خمشی نورثریج بود و این نشان دهنده این مطلب بود که آسیب ها فقط به خصوصیات لرزه ای در زلزله نورثریج مربوط نمی شود و نقص، از خود اتصالات آسیب دیده می باشد.

زلزله نورثریج, به دلیل تحولاتی که در روند طراحی و ساخت اتصالات گیردار جوشی در سازه های فولادی ایجاد کرد, نقطه عطفی در تاریخ طراحی و اجرای این نوع سازه ها محسوب می شود. بدنبال زلزله نورثریج, تعدادی از ساختمان­های فولادی جوشی با سیستم قاب خمشی(WSMF), در ناحیه اتصالات تیر به ستون دچار شکست شدند. خرابی دور از انتظار بسیاری از ساختمان­های با سیستم‌ مقاومت جانبی قاب خمشی در این زلزله، نوع نگاه به اتصالات این قاب‌ها را دچار دگرگونی كرد. به همین دلیل مهندسان با مشاهده شكست های غیر منتظره گسترده در جوش‌ها و فلز پایه در اتصالات متعارف قاب‌های مقاوم خمشی، بر آن شدند تا اتصالاتی با شكل‌پذیری بیشتر و جزئیات اصلاح شده، معرفی كنند. یكی از بخش‌های مهم اتصالات تیر به ستون در قابهای خمشی، ناحیه چشمه اتصال می‌باشد كه سختی و مقاومت آن در رفتار و شكل‌پذیری قاب تاثیر بسزایی دارد. بخصوص رفتار چشمه اتصال در قاب‌های خمشی ویژه، كه شكل‌پذیری بالایی از این نوع قاب انتظار می‌رود، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌كند. این موضوع، ضرورت بررسی شكل ‌پذیری، رفتار و عملكرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی فولادی، با منظور نمودن اثر چشمه اتصال در آن‌ها، توسط روش نوین طراحی بر مبنای عملكرد (كه بر پایه تحلیل‌های غیرخطی استوار است) را مشخص می‌كند[[i]].

در طراحی ساختمانها در مناطق لرزه خیز باید به گونه ای عمل کرد که:

الف) ایجاد سختی و مقاومت کافی در سازه جهت کنترل تغییر مکان جانبی تا از تخریب اعضاء سازه ای و غیر سازه ای تحت زلزله متوسط یا کوچک جلوگیری بعمل آید.

ب) ایجاد شکل پذیری و قدرت جذب انرژی مناسب در سازه به خاطر ممانعت از فروریختگی سازه در یک زلزله شدید.

منظور از شکل پذیری، قابلیت استهلاک انرژی توسط رفتار غیرالاستیک کل سازه، یا اعضای آن، تحت اثر تغییرشکل های رفت و برگشتی، بدون کاهش قابل ملاحظه ای در مقاومت آنها می باشد. شکل پذیر بودن یک خاصیت اساسی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله می باشد. شکل پذیری مناسب در ناحیه غیر ارتجاعی اعضاء قاب، نیروهای وارده از زلزله را به نحو موثری مستهلک کرده و اعضاء می توانند قبل از فرو ریختن، تغییر شکل ارتجاعی یا خمیری قابل ملاحظه­ای را تحمل کنند. با توجه به اینکه رفتار ساختمان در مقابل زلزله همواره به صورت ارتجاعی باقی نمی ماند، در بعضی از اجزاء ساختمان تغییر شکل های خمیری بوجود می آید که خود باعث جذب انرژی زلزله می گردد. از آنجائیکه عمده این اتلاف انرژی، در مفاصل پلاستیک رخ داده و در عناصر سازه ای (تیر و ستون و …) با هندسه ثابت، مفاصل پلاستیک، در نقاط خاصی از سازه اتفاق می افتد، لذا درصورتی که بتوان، با تمهیداتی استهلاک انرژی را به نقاط بیشتر یا به طولهائی بیشتر از اعضاء سازه سوق داد، در اینصورت می توان گفت، از ظرفیت بیشتری از عضو در این امر بهره برداری شده است. ضمناً با مشارکت بیشتر بافت عضو سازه ای، در بحث استهلاک انرژی(تحت اثر نیروهای وارده)، می­توان در شرائط برابر(مصالح مصرفی) منحنی­های هیسترزیس با سطح زیر منحنی بیشتری را نسبت به اعضاء سازه ای با هندسه ثابت ایجاد نمود.

مبنای کار در طراحی اتصالاتی که با ایده بهبود عملکرد در رفتار اتصالات طرح می شوند این است که: اولاً ظرفیت باربری براساس ممان پلاستیک تیر مشخص شوند، ثانیاً اتصال باید آنقدر مقاوم باشد تا بتواند بدون تحمل شکست به حداکثر مقاومت خود برسد. ثالثاً ظرفیت شکل پذیری نیز باید به اندازه کافی تأمین شود، تا نقاطی از سازه که تحت تغییر شکل های پلاستیک بزرگ قرار می گیرند، قادر به اتلاف انرژی باشند.

فلسفه طراحی اتصالات نیز به گونه ای در نظر گرفته می شود که مفصل پلاستیک را از بر ستون دور کرده و به داخل تیر منتقل کند تا پایداری جانبی سازه در صورت تسلیم مقاطع، حفظ شود. بدین ترتیب اتصال در بر ستون به صورت الاستیک رفتار می نماید و مفصل پلاستیک در تیر و در ناحیه ای دور از اتصال اتفاق می افتد و اتصال را از ترد شکنی مصون نگه می دارد.

تمام اتصالات که باعث تشکیل مفصل پلاستیک در ناحیه ای دور از چشمه اتصال می شود را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

• اتصالات تقویت شده (Reinforced Connection)
• اتصالات با تیر تضعیف شده (RBS)

اتصالات تقویت شده شامل اتصالات دارای سخت کننده، اتصالات دارای صفحات پوششی، اتصالات دارای نشیمن، اتصالات دارای ورق برشی و غیره هستند، که توسط تقویتی ها موجب ایجاد مقاومت اضافی در ناحیه اتصال می شوند. اتصال با تیر ضعیف شده، با برش قسمتی از بال های تیر(یا بخشی از جان)، در فاصله ای مشخص از بَر ستون ایجاد می شود. اتصالات تقویت شده با تقویت ناحیه اتصال، اتصال را از تیر مقاوم تر می کند، ولی در اتصال RBS عمل تقویت اتصال، با ضعیف تر کردن تیر نسبت به اتصال صورت می پذیرد.

محوریت مهم دیگر در بهبود عملکرد اتصالات در سازه های فولادی پس از زلزله نورثریج, در راستای اصلاح اتصال در برابر توزیع تنش برشی عمودی در بال تیر قرار گرفت. تا معضلات اشاره شده, به علت وجود این تنش برشی حذف شود[[ii]].

1-2-      قاب های مقاوم خمشی فولادی (SMRF)

قاب خمشی، مجموعه ای از تیرها و ستون ها که دارای اتصالات ممان گیر(صلب)، می باشند که نیروهای جانبی توسط خمش و برش در تیرها و ستون ها تحمل می شود. قاب مقاوم خمشی فولادی، سیستمی می باشد که اتصالات بین تیر و ستون آن به گونه ای طراحی می شوند که انرژی زیادی تلف نمایند و کمک اساسی به شکل پذیری سیستم کنند. از مزایای این سیستم می توان به تطبیق پذیری با شرایط معماری و شکل پذیری زیاد و ایمنی، و در بحث معایب، از سختی الاستیک کم آن گفت.

[[i]] صفائی کوچکسرائی، ساسان؛ (1388)؛ ” بررسی رفتار قاب های خمشی توأم با مهاربندی واگرا دارای اتصالات تیر با جان شكاف دار “، پایان نامه كارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه شمال.

[[ii]] شعبان زاده، احسان؛ (1385)؛ ” بررسی رفتار اتصالات گیردار تیرهای با جان شکافته به روش اجزاء محدود “، پایان نامه كارشناسی ارشد مهندسی سازه، دانشگاه مازندران.

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

تعداد صفحه :163

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :       

*         asa.goharii@gmail.com