پایان نامه با موضوع بهبود عملکرد، قابلیت اطمینان

بال تیر، 9% به دریفت الاستیک سیستم اضافه می‌شود و برای مقادیر دیگر کاهش بال نیز از یک درون یابی خطی استفاده می‌شود.اگر چه این نوع اتصال به خوبی برای هر دو نوع اتصال پیچ/پرچ یا جوش جان به ستون جوابگو است، با این وجود تصور می‌شود که جان جوش داده شده نسبت به جان پیچ/پرچ شده قابلیت اطمینان سیستم را بالاتر می‌برد چرا که باعث انتقال موثر و بهتر نیرو از اتصال جان به ستون و کاهش تنش در اتصال بال تیر به ستون می‌شود. مطالعات انجام شده در دانشگاه تگزاس (Grubbs,1997) نشان داده‌اند که می‌توان به منظور وارد کردن اثر کاهش بال در هنگام محاسبه دریفت الاستیک قاب، از یک تیر با مقطع منشوری و با ممان اینرسی کاهش یافته نسبت به تیر اولیه استفاده نمود[5].

جدول 2- 2- الزامات اتصال RBSاز پیش پذیرفته شده[5]
General

Applicable System
OMF, SMF
Hinge Location Distance sh
d_e/2+a+b/2
Critical Beam Parameters

Depth Range
W36 and shallower (maximum weight 300 lbs/ft)
Minimum span-to-deph ratio
OMF : 5.
SMF : 7
b_f/〖2t〗_f
Up to 52/√F_y with bf determined as described in section 3.3.1.1
Flange thickness range
1-3/4’’ maximum
Permissible material specifications
A572 Grade 50, A992, A913 Grade 50/S75
Flange reduction parameters
Sec 3.5.5.1
Critical Column Parameters

Depth range
OMF : Not Limited
SMF : W12, W14
Permissible material specifications
A572 Grade 50, A913 Grade 50 and 65, A992

اتصالات مسلح شده:
اولین بار در سال 1988 آیین‌نامه‌ی UBC مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال را بالا برد. این افزایش بر اساس مشاهدات و آزمایش‌های انجام گرفته بر روی چشمه‌ی اتصال صورت گرفت. بعد از زلزله‌ی نورتریج، اکثر قاب‌های خمشی در اتصالات خود ترک‌هایی را تجربه کردند. این ترک‌ها به شکل‌های مختلف تشکیل و توسعه یافته بودند. بعد از این زلزله تحول عظیمی در نوع اتصالات به کار رفته در قاب‌های خمشی صورت گرفت که نتیجه‌ی آن ایجاد اتصالات صلب مسلح بود. در این اتصالات با قوی‌تر کردن محل اتصال تیر به ستون سعی می‌شود محل تشکیل مفصل پلاستیک تا حد ممکن از محل اتصال که به علت جوشکاری و یا سوراخ کاری دارای ضعف می‌باشد،دور شود.
اتصالات ماهیچه ای و اتصالات با ورق تقویتی، هر دو از نوع اتصالات مسلح می‌باشند که عملکرد لرزه‌ای این اتصالات، افزایش مقاومت در وجه ستون می‌باشد تا از ایجاد ترک در جوش بال تیر جلوگیری نمایند. این کار از طریق جا به جا کردن تغییر شکل‌های پلاستیک خمشی به انتها قسمت مقاوم شده و یا به وسیلۀ ترکیب تسلیم چشمه اتصال با تغییر شکل پلاستیک خمشی در انتهای اتصال مقاوم شده انجام می‌شود.

اتصالات ماهیچه ای Haunch connections))
این نوع اتصال در فاز 1 پروژۀ آزمایشیSAC معرفی و نشان داده شد که خمش تیر در انتهای ماهیچه باعث ایجاد شکل‌پذیری لازم در این اتصال می‌شود. ماهیچه ها در اتصال فوق به شکل‌های مختلفی مانند مثلثی و مربعی در بالا و پایین تیر و یا فقط در بال پایینی قرار داده شود. به علت هزینه بر بودن این نوع اتصال از آن بیشتر برای تقویت اتصالات آسیب دیده موجود استفاده می‌شود. در شکل 2- 17 این اتصال نشان داده شده است[6].

شکل 2- 17- نمونه‌هایی از اتصالات صلب ماهیچه ای مسلح[6].

اتصالات با ورق تقویتی((Cover plated connections
این اتصال مقاوم شده است تا مستقیماً خمش تیر در انتهای ورق تقویتی بتواند شکل‌پذیری لازم در اتصال را ایجاد نماید. این اتصال می‌تواند دارای ورق پوششی در بالا و پایین باشد و یا فقط ورق تقویتی در بال پایین تیر استفاده شود.
تقویت بال پایین به تنهایی با ورق تقویتی، عموماً به عنوان روشی برای اصلاح اتصالات قبل از نورتریج مطرح می‌شود. نمونه ای از این اتصال در شکل 2- 18 نشان داده شده است. مطالعات انجام شده نشان داده‌اند که برای اینکه اتصالات فوق شکل‌پذیری لازم را داشته باشند، باید شرایط زیر برقرار باشند[6]:
تمام جوش‌ها از حداقل سختی شکاف (Notch toughness) برخوردار باشند.
ورق تقویتی و جوش آن در وجه ستون ابعاد لازم و ظرفیت لازم برای محدود کردن تنش‌ها در وجه ستون را داشته باشد.
چشمه اتصال دارای مقاومت کافی برای متعادل کردن مفصل پلاستیک در تیر در انتهای ورق تقویتی را داشته باشد.
جوش‌های بین ورق‌های تقویتی و بال تیر باید دارای ابعاد و مقاومت مناسب باشند تا نیروی لازم به ورق تقویتی انتقال یابد.

شکل 2- 18- نمونه‌هایی از اتصالات صلب با ورق تقویتی مسلح[6].

عوامل موثر بر عملکرد لرزه‌ای اتصالات:
نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که فاکتورهایی نظیر عمق تیر، طول و ضخامت بال تیر اتصال، جهت قرارگیری ستون، جاری شدن چشمه‌ی اتصال و دیگر عوامل اثرات قابل توجهی در رفتار لرزه‌ای یک اتصال خمشی دارند. لذا در این قسمت به این موضوع می‌پردازیم.
نامعینی (Redundancy) در قاب‌های خمشی و اثر آن بر اتصالات:
افزایش تعداد اعضای سازه و اتصالات گیردار باعث افزایش پتانسیل سازه برای جذب و استهلاک انرژی می‌شود. مشارکت تعداد زیادی از قاب‌های ساختمان در تحمل نیروهای جانبی منجر به کوچک شدن اعضای مورد استفاده و شکل‌پذیری بالاتر در اتصال به علت افزایش آن‌ها خواهد شد.
افزونگی یا نامعینی در سازه به معنای آن است که تعداد سیستم مقاوم لرزه‌ای در سازه کافی باشد و اصولاً ثابت شده است هر چه تعداد این سیستم مقاوم لرزه‌ای در سازه بیشتر باشد رفتار سازه در برابر زلزله‌های بزرگ بهتر خواهد بود. در مورد اتصالات قاب‌های خمشی مفهوم افزونگی به معنای دارا بودن تعداد کافی دهانه در قاب‌ها می‌باشد، زیرا در غیر این صورت پایداری سازه در هنگام وقوع زلزله‌های بزرگ پس از گسیختگی یک یا چند عضو سازه‌ای کاهش می‌یابد.
به عبارت دیگر مزیت وجود افزونگی در سیستم این است که معمولاً استفاده از تعداد بیشتری سیستم مقاوم باعث کاهش ابعاد المان‌ها و به تبع آن جوش‌های استفاده شده در سازه شده و آزمایشات هم به خوبی نشان داده‌اند که هر چه ابعاد المان‌های یک قاب کاهش یابد، ظرفیت شکل‌پذیری اتصالات بیشتر خواهد شد. پس به عنوان یک تأثیر جانبی روی اتصالات قاب‌های خمشی فولادی می‌توان تعداد دهانه های قاب را مد نظر قرار داد که هر چه بیشتر باشد، المان‌ها کوچک‌تر، شکل‌پذیری اتصالات قاب بیشتر می‌شود و احتمال وقوع شکست ترد در آن‌ها کمتر خواهد شد. در آیین نامه FEMA-302 برای در نظر گرفتن اثر افزونگی، ضریب ρ در بارگذاری معرفی شده است، که هر چه سطح افزونگی سیستم پایین‌تر باشد، ضریب ρ جهت جبران این کمبود بزرگ‌تر خواهد بود، مقدار این ضریب بین 1تا 5/1 توسط این دستورالعمل در نواحی خاص لرزه‌ای معرفی شده است[7].

اثرات نسبت دهانه به عمق بر رفتار اتصالات :
عمق تیر خود به تنهایی به گونه‌ای موثر است که برای یک لنگر یکسان هر چه عمق بیشتر باشد کرنش‌های کوچک‌تری را تحمل می‌کنند. در شکل 2- 19 توزیع کرنش الاستیک و پلاستیک دو تیر یکسان که فقط در عمق با هم فرق می‌کنند، نشان داده شده است. همان گونه که از شکل‌ها هم معلوم است چرخش پلاستیک و دوران پلاستیک ماکزیمم در تیر عمیق کمتر از تیر کم عمق می‌باشد و این مسئله صرفه نظر از نوع اتصال همواره به عنوان یک اصل می‌تواند حاکم باشد. لذا توصیه دستورالعمل FEMA-302 استفاده از مقاطع W30 تا W36 برای تیرها می‌باشد
اثر دهانه به تنهایی نیز در شکل 2- 20 نشان داده شده است. در این شکل دو تیر مشابه ولی با طول دهانه‌های گوناگون نشان داده شده است. ظرفیت دورانی غیر الاستیک در تیرهای با دهانه بزرگ مشابه با تیر دهانه کوتاه می‌باشد ولی محل تشکیل مفصل پلاستیک، در قسمتی از تیر که لنگر از Mp کمتر و از My بزرگ‌تر است، می‌باشد. این طول علاوه بر مقدار Mp و My به طول خود تیر نیز وابسته است. تغییر در طول تیر بدون ایجاد تغییر در ظرفیت کرنشی یا حداکثر دوران مقطع تنها باعث تغییر در چرخش پلاستیک تیر می‌شود. بنابراین هر چه طول تیر بیشتر باشد چرخش پلاستیک تیر هم بیشتر می‌شود.
در طراحی قاب‌های خمشی همواره باید به این نکته توجه کرد که اگر نسبت طول دهانه به عمق تیر اتصالی کم باشد هم بر قاب و هم بر اتصال اثر می‌گذارد، این اثرات به قرار زیر می‌باشد:
در اتصالاتی که فرض می‌شود مفصل پلاستیک در آن‌ها با فاصله از وجه ستون رخ می‌دهد، چرخش پلاستیک مفصل خیلی بزرگ‌تر از زاویه دوران قاب به دست می‌آید.
هر چه نسبت طول دهانه به عمق تیر اتصال کمتر باشد طول مفصل پلاستیک ایجاد شده روی تیر هم کمتر می‌شود و در نتیجه تیر کرنش‌های خمشی بزرگ‌تری را برای رسیدن به θپیش بینی شده باید تحمل کند که معمولاً غیر قابل دسترسی است.
اگر نسبت فوق کم باشد، تسلیم برشی تیر زودتر از تسلیم خمشی آن رخ داده و کنترل رفتار غیر الاستیک را برش به دست می‌گیرد [6] .
بنابراین آنچه در این آیین نامه به عنوان مقدار قابل قبول برای نسبت دهانه به عمق در نظر گرفته شده است اعداد 8 تا 10 به طور متوسط می‌باشد.

شکل 2- 19- توزیع کرنش الاستیک و پلاستیک در تیرهای با عمق متفاوت[6].

شکل 2- 20- اثر طول دهانۀ تیر[6]

اثر ضخامت بال اتصال بر عملکرد اتصال:
علاوه بر اینکه ضخامت بال تیرها در بحث کمانش بال تیر تحت فشار موثر می‌باشد، روی ابعاد جوش در اتصالات جوشی هم تأثیر می‌گذارد، هر چه ابعاد جوش کوچک‌تر باشد، قابل اعتماد تر است و کنترل‌های کمتری لازم است تا از عملکرد جوش‌های با ابعاد کوچک مطمئن شویم. به علاوه مقدار تنش‌های پس ماند در اتصالات با ابعاد جوش بزرگ‌تر بیشتر می‌باشد، پس در کل می‌توان گفت که ضخامت بال تیر نباید آن قدر زیاد باشد که باعث افزایش ضخامت جوش و در نتیجه افزایش تنش‌های پس ماند و عدم کارایی مناسب اتصال نشود.

اثرات تسلیم چشمه اتصال در عملکرد اتصال:
نتایج آزمایشات نشان داده‌اند که نمونه‌هایی که دارای چشمه اتصال ضعیف می‌باشند، علاوه بر ظرفیت دورانی پلاستیک کمتر، نتوانسته‌اند مقاومت برشی که در آیین نامه‌های طراحی برای آن‌ها در نظر گرفته شده است را برآورده سازند. از طرفی دیگر اگر چشمه اتصال بیش از اندازه قوی باشد و مکانیزم تسلیم آن رخ ندهد، شکل‌پذیری کاهش خواهد یافت. لذا بهترین نتیجه زمانی حاصل می‌شود که تسلیم برشی در چشمه اتصال با تسلیم تیر در خمش همزمان باشد. برای اتصالی که تسلیم خمشی تیر در وجه ستون همزمان با تسلیم برشی چشمه اتصال گسترش یابد، برش از رابطه 2- 8 به دست می‌آید.
2- 8 V_pz=(∑▒〖Myield-beam〗)/d_b (L/(L-d_c ))((h-d_b)/h)≈0.9 V_y=(0.9)0.55F_yc d_c t_wc

اثرات خاصیت فولاد در عملکرد اتصال:
مطالعات انجام شده به خوبی ثابت کرده‌اند که استفاده از فولاد با تنش تسلیم پایین باعث تأخیر در افزایش تنش‌های اصلی و به تبع آن عدم شکست ترد در اتصالات می‌شود. بنابراین برآورد مقدار دقیق تنش تسلیم فولاد در تخمین مکانیزم‌های تسلیم و مدهای خرابی اتصال بسیار مهم می‌باشد. قبل از زلزله نورثریچ به علت تخمین کمتر از مقدار واقعی تنش فولاد، مد خرابی اشتباه تشخیص داده می‌شد و به این ترتیب طراحی از اساس اشتباه صورت می‌گرفت. لذا توصیه شده است که به منظور بهبود عملکرد اتصالات برای تیر از فولاد با تنش تسلیم کمتر استفاده شود.

اثرات نوع جوش و پروسه جوش کاری بر رفتار اتصال:
استفاده از الکترودهای جوش ارتقاء یافته و پروسه‌های مناسب برای جوش کاری، اگر چه باعث افزایش قابل توجه ظرفیت دورانی پلاستیک نمی‌شود، اما عملکرد جوش اتصالات را بهبود می‌دهد. بهبود عملکرد جوش به معنای آن است که شکست در جوش‌های بال اتفاق نمی‌افتد. در اتصالات قبل از زلزله نورثریچ یک تسمه فولادی کوچک زیر صفحات فولادی ((backing bar در محل درز جوش بال پایینی تیر قرار داده می‌شد تا مانع ریزش و هدر رفتن ماده مذاب جوش شود.که این مسئله اتصال را نسبت به رشد ترک‌ها بسیار حساس کرده بود. بنابراین توصیه شد که این تسمه از اتصال جوش حذف شود و در عوض خود جوش قوی‌تر گردد. البته موارد دیگر