پایان نامه با موضوع مدل سازی، مقررات ملی، دینامیکی

دانلود پایان نامه ارشد

می‌گیرد.
Z_b: مدول پلاستیک مقطع
استاندارد 2800، اثرات ضریب β را در تعیین لنگر پلاستیک لحاظ نکرده است. امّا در آیین‌نامه‌یAISC97 این اثرات با اعمال ضریبی به نام در روابط طراحی لحاظ شده است. مقدار این ضریب برای فولادهای A36 و AS72 برابر 5/1 و 3/1 و برای سایر فولادها برابر 1/1 پیشنهاد شده است. بر همین اساس آیین‌نامه‌ی 2800 طراحی اتصالات بدون نتایج آزمایش را برای 25/1 برابر لنگر پلاستیک تیر توصیه کرده است. ضریب عملکردی همانند ضریب مورد استفاده در تعیین ظرفیت لنگر نهایی در مقاطع بتنی دارا می‌باشد. در مقاطع بتنی طراحی شده بر اساس ضوابط ویژه برای تعیین ظرفیت لنگر مقطع، تنش تسلیم میلگرد طولی برای لحاظ کردن اثرات ناشی از سخت شدگی مجدد فولاد در 25/1 ضرب می‌شود. [2].

کنترل ضابطه‌ی تیر ضعیف – ستون قوی
در قاب‌های خمشی ویژه باید ضابطه‌ی تیر ضعیف – ستون قوی برقرار باشد. اما در قاب‌های خمشی معمولی نیازی به برقراری این ضابطه وجود ندارد. از دلایل مربوط به ضرورت ارضای این رابطه می‌توان به چند مورد عمده‌ی زیر اشاره کرد:
1- گسیختگی ستون‌ها عموماً منجر به گسیختگی کل سازه می‌شود.
2- در یک سازه با ستون ضعیف تغییر شکل‌های پلاستیک ممکن است در یک طبقه متمرکز گردد و منجر به ایجاد مکانیزم طبقه‌ی نرم و گسیختگی سازه گردد (شکل 2- 9).

شکل 2- 9- مود گسیختگی و تشکیل طبقه‌ی نرم [2].
3- جاری شدن ستون‌ها در اثر برش و خمش، افت مقاومت بیشتری نسبت به جاری شدن تیرها ایجاد می‌کند. عامل عمده‌ی این افت مقاومت اثرات نیروی محوری در ستون‌ها می‌باشد. آیین‌نامه‌های ساختمانی برای ارزیابی ضابطه‌ی تیر ضعیف – ستون قوی فرض می‌کنند که سختی خمشی ستون‌های بالا و پایین تیر تقریباً با هم برابر است.
ضابطه‌ی تیر ضعیف – ستون قوی در مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان ( طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی) به صورت زیر می‌باشد:
2- 4 ∑▒〖Z_C (F_yc-f_a)〗/∑▒〖Z_b F_yb≻1〗
یا
2- 5 ∑▒〖Z_C (F_yc-f_a ) 〗/1.25∑▒〖M_PZ≻1〗
که در این روابط و تنش‌های تسلیم مصالح ستون و تیر می‌باشد. هم‌چنین بوده و نیز و مقادیر اساس مقطع‌های پلاستیک ستون و تیر می‌باشد. نیز مجموع لنگرهای تیرها که متناظر با مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال محاسبه می‌گردد، می‌باشد. [4].

چشمه‌ی اتصال
ناحیه‌ای از جان ستون که در محل اتصال به تیر قرار دارد چشمه‌ی اتصال نامیده می‌شود. چشمه‌ی اتصال واسطه‌ی انتقال لنگر تیرها به ستون‌ها می‌باشد. در واقع چشمه‌ی اتصال باعث پیوستگی تیر و ستون می‌گردد و در صورت ضعف چشمه‌ی اتصال، بین تیر و ستون یک دوران نسبی ایجاد شده و زاویه‌ی چرخش تیر و ستون یکسان نخواهد بود (شکل 2- 10). [2].

شکل 2- 10- چشمه‌ی اتصال[2].

آیین‌نامه‌های طراحی اهمیت ویژه‌ای برای چشمه‌ی اتصال قائل هستند و ضوابط متعددی برای طراحی و کنترل مقاومت این ناحیه از قاب خمشی ارائه کرده‌اند. در مدل‌های ساده‌ی محاسباتی که تغییر شکل چشمه‌ی اتصال نادیده گرفته شده است، جابه‌جایی‌های نسبی طبقات دست پایین برآورد می‌شوند و ظرفیت برش پایه دست بالا تخمین زده می‌شود. [2].
نتایج تحلیل اجزاء محدود نشان می‌دهد که هر چند دوران پلاستیک مورد نیاز در اتصالات با چشمه‌ی اتصال ضعیف کمتر می‌باشد، اما شرایط تنش در دوران‌های بالا در وجه اتصال تیر به ستون بسیار بحرانی می‌باشد. همان طوری که چشمه‌ی اتصال می‌تواند به طور مؤثری در شکل‌پذیری سازه مشارکت کند؛ ولی یک چشمه‌ی اتصال ضعیف می‌تواند باعث ایجاد پتانسیل بیشتری برای گسیختگی ترد در دوران‌های پلاستیک گردد. نتایج تحلیل اجزاء محدود نیز نشان می‌دهد که روابط طراحی چشمه‌ی اتصال بر مبنای آیین‌نامه‌های فعلی جای بسیاری تغییر و اصلاح دارد و در برخی از موارد به خصوص در گره‌های داخلی پاسخ مناسبی نمی‌دهد. [2].
بر اساس نظریات پوپوف در سال 1987 در طراحی چشمه‌ی اتصال فولادی در نواحی لرزه خیز سه فلسفه‌ی زیر وجود دارد:
1- چشمه‌ی اتصال الاستیک باقی بماند و تغییر شکل‌های پلاستیک در اتصال تیر به ستون صورت گیرد که این فرض در آیین‌نامه‌ی AISC89 و مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شده است. این گزینه منجر به یک طرح غیراقتصادی خواهد شد. در این حالت مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال به صورت زیر بدست می‌آید:
2- 6 V_n=0.55F_y t_c d_c
که در این معادله
: مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال
: تنش تسلیم فولاد
: ضخامت چشمه‌ی اتصال
: عمق چشمه‌ی اتصال، می‌باشد.
2- همه‌ی تغییر شکل‌های پلاستیک در چشمه‌ی اتصال رخ می‌دهد و از تشکیل مفاصل در تیرها جلوگیری به عمل می‌آید. این فلسفه به طور شدیدی شکل‌پذیری اتصال را کاهش می‌دهد.
3- اجازه‌ی تغییر شکل‌های پلاستیک کنترل شده در چشمه‌ی اتصال داده می‌شود. به عبارت دیگر از تغییر شکل غیرالاستیک تیرها و چشمه‌ی اتصال به طور هم زمان در استهلاک انرژی استفاده می‌شود. در این حالت مقاومت برشی چشمه‌ی اتصال به صورت زیر بدست می‌آید:
2- 7 V_n=0.55F_y t_c d_c (1+(3b_cf t_cf^2)/(d_b d_c t_c ))
جمله‌ی داخل پرانتز برای لحاظ کردن اثر مشارکت بال‌های ستون در ظرفیت برشی چشمه‌ی اتصال در نظر گرفته شده است. در معادله‌ی فوق و ابعاد بال ستون می‌باشند. معادله‌ی فوق بر این اساس که لبه‌های چشمه‌ی اتصال بعد از تغییر شکل آن به صورت خط مستقیم باقی می‌مانند، بدست آمده است. با این فرض مفاصل پلاستیک در بال‌های ستون تشکیل می‌شوند. (شکل 2- 11).

شکل 2- 11- تغییر شکل چشمه‌ی اتصال ]2[

شکل 2- 12- شکست ترد در چشمه‌ی اتصال و شکل 2- 13- تقویت چشمه‌ی اتصال،تشکیل مفصل در تیر [1].
بر اساس مطالعات انجام شده که بر روی یک قاب خمشی ویژه 8 طبقه سه دهانه در سه حالت انجام شده است؛ اگر سه مدل هر کدام بر اساس عملکرد چشمه‌ی اتصال بر اساس سه فلسفه‌ی ارائه شده در بالا ایجاد کنیم، خواهیم داشت:
در مدل اول از اثرات تغییر شکل چشمه‌ی اتصال صرف‌نظر شده است.
در مدل دوم طول محدودی برای چشمه‌ی اتصال با اعمال انتهای صلب، اختصاص داده شده است.
در مدل سوم طول چشمه‌ی اتصال و تغییر شکل آن مدل سازی شده است.
نتایج حاصل از مدل سازی فوق به صورت زیر بوده است:
1- مدل عادی ساده شده‌ای که شامل اثرات چشمه‌ی اتصال نمی‌باشد، اثرات جابه‌جایی نسبی و مقاومت جانبی سازه را به طور محافظه‌کارانه ای برآورد می‌کند. صرف‌نظر کردن از تغییر شکل چشمه‌ی اتصال جابه‌جایی نسبی طبقات را حدود 10% دست پایین و مقاومت جانبی را حدود 30% دست بالا نتیجه داده است.
2- نتایج تحلیل دینامیکی غیرخطی نیز نشان می‌دهد که صرف‌نظر کردن از تغییر شکل چشمه‌ی اتصال جواب‌های نسبتاً دقیق، اما محافظه کارانه ای می‌دهد. حداکثر جابه‌جایی نسبی طبقه در دو حالت تا 20% با هم اختلاف دارند. [2].
برای قاب‌های با اتصالات کاملاً گیردار (Fully Restraint) که در ادامه به آن اشاره خواهد شد، مدل سازی خط مرکز به خط مرکز قابل قبول می‌باشد و لازم نیست که ابعاد تیرها و ستون‌ها نیز مدل سازی شوند. در موارد خاص که در FEMA-355C توضیح داده شده است لازم است که چشمه‌ی اتصال به صورت صریح مدل سازی شوند.

اتصالات در قاب‌های خمشی:
سیستم قاب خمشی، به لحاظ رفتاری که در برابر بارهای جانبی از خود نشان می‌دهد، کاربرد زیادی در ساخت و سازهای فولادی دارد. مهم‌ترین پارامتر در طراحی این سیستم نحوه‌ی اتصال اعضای آن می‌باشد که به نحو مؤثری در رفتار سازه‌ای و پایداری سیستم دخیل است.
بر اساس تحقیقات صورت گرفته در دهه‌ی 1960 و اواخر دهه‌ی 1970 و با توجه به رفتار خوب قاب‌های خمشی در زلزله‌های قبل از آن سال‌ها، این سیستم به عنوان یک سیستم لرزه بر مناسب مورد توجه بود. امّا بعد از زلزله‌ی 1994 نورتریج اعتبار این سیستم زیر سؤال رفت. در این زلزله حدود 120 قاب دچار ترک در اتصالات تیر به ستون شدند. اکثر قاب‌های آسیب دیده حدود 10 سال پیش از زلزله ساخته شده بودند. ترک‌ها عموماً از نزدیک جوش بال پایین تیر به ستون شروع و در جهات مختلف توسعه یافته بود.
اتصالات بعد از زلزله نورتریج روی شکل‌پذیری و مقاومت اتصالات تاکید دارند و مکانیزم‌های تسلیم و مدهای خرابی دو فاکتوری هستند که شکل‌پذیری و مقاومت را کنترل می‌کنند. مکانیزم تسلیم این اتصالات مشابه اتصالات قبل از زلزله نورتریج می‌باشد. ولی تفاوت اتصالات قبل و بعد از زلزلۀ نورتریج به مدهای غالب شکست مرتبط می‌شود.
اتصالات بعد از زلزله نورتریج به دو دسته اتصالات غیر مسلح و اتصالات مقاوم یا مسلح شده تقسیم می‌شوند که در ادامه به توضیح آنها پرداخته می شود.

اتصالات غیر مسلح:
این اتصالات به دو دسته کاملاً گیردار11 و نسبتاً گیردار 12تقسیم می‌شوند. جزئیات اتصالات فوق در آیین نامه FEMA-350 آمده است که در ادامه تنها به جزییات اتصالات با مقطع کاهش یافته (RBS) می‌پردازیم.
جدول 2- 1- اتصالات از پیش پذیرفته شده [5]
Permissible System
Acronym
Connection Description
Category
OMF
WUF-B
Welded Unreinforced Flanges, Bolted Web
Welded, fully
restrained
OMF, SMF
WUF-W
Welded Unreinforced Flanges, Welded Web

OMF, SMF
FF
Free Flange

OMF, SMF
WFP
Welded Flange Plate

OMF, SMF
RBS
Reduced Beam Section

OMF, SMF
RUEP
Bolted, Unstiffened End Plate
Bolted, fully
restrained
OMF, SMF
RSEP
Bolted, Stiffened End

OMF, SMF
BFT
Bolted Flange Plate

OMF, SMF
DST
Double split tee
Bolted, partially
restrained

شکل 2- 14- اتصالات جوشی با گیرداری کامل (FR) [5].

شکل 2- 15- اتصالات پیچی با گیرداری کامل (FR) [5].

شکل 2- 16- اتصال با گیرداری نسبی(PR) [5].

اتصالات با مقطع کاهش یافته (RBS)
این اتصال اولین بار توسط پلونیر (Plunier1990) ارائه شده است، اما تا زمانی که مطالعات اخیر توسط (Chen -1996)، (Iwan kin & Carter -1996) و (Engelhardt et al.- 1996) روی آن انجام شد، استفاده عمومی نداشت.
در این اتصال مقطع تیر در فاصله مشخص از تقاطع تیر به ستون کاهش می‌یابد تا تسلیم در مقطع با مساحت کاهش یافته متمرکز شود. البته این بخش از اتصال مانند یک فیوز در برابر شکست‌های زود هنگام در تقاضای کم‌تر از حد تسلیم هم عمل می‌کند. برای کاهش دادن مقطع، هندسه‌های مختلفی از قبیل برش مستقیم، برش خطی و برش شعاعی پیشنهاد شده است که در تست‌های انجام شده نوع برش مستقیم به خوبی عمل نکرده است و بعد از تسلیم اولیه به علت تمرکز تنش در گوشه‌های برش، اتصال ترک خورده است. نوع برش خطی به صورت تئوری کاملاً منطقی است، زیرا کاهش عرض بال بریده شده از تیر منطبق با دیاگرام لنگر است. لذا انتظار می‌رود تسلیم نیز به صورت یکنواخت روی طول برش توزیع شود، با این وجود مطالعات اخیر روی این نوع برش عملکرد متفاوتی را نشان داده است و شکست در محل کمترین سطح مقطع شکل گرفته است. عملی‌ترین نوع برش، برش شعاعی می‌باشد. در این روش، مقطع بال تیر معمولاً به شکل قطاعی از دایره در بالا و پایین بریده می‌شود. جوش اتصال بال‌های تیر به ستون از نوع جوش شیاری نفوذی بوده و هیچ تقویتی در محل اتصال انجام نمی‌شود. اتصال جان تیر به ستون هم می‌تواند با جوش شیاری نفوذپذیر یا ورق جوش شده یا پیچ یا پرچ صورت گیرد. جدول 2- 2 شرایط پذیرش این نوع اتصال را نشان می‌دهد. در ضمن این اتصال هم در قاب خمشی ویژه و هم قاب‌های خمشی معمولی استفاده می‌شود. در محاسبه جابجایی الاستیک در سازه‌هایی با اتصالات RBS، اثر کاهش بال تیر نیز باید اعمال شود. به این صورت که به ازای 50% کاهش پهنای

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه با موضوع ظرفیت تحمل، زمین لرزه، مدل سازی Next Entries پایان نامه با موضوع بهبود عملکرد، قابلیت اطمینان