پایان نامه درباره مدیریت بحران و بهبود عملکرد

شکل ‏214: انواع اتصالات تیر به ستون RBS [31و32]
در ادامه چند اتصال در این زمینه معرفی می گردد.
بررسی اتصال تیر با جان شکافدار
علاوه بر وجود تنش برشی در بال های تیر عوامل دیگری نیز به عنوان دلایل عمده شکست اتصال در طی زلزله نورت ریج شناخته شد. از جمله اینکه آیین نامه های طراحی که بین سالهای 1985تا1994 تدوین شده اند معمولاً توصیه به طراحی اتصال با ناحیه پانلی ضعیف ستون می کردند در نتیجه تغییر شکل پلاستیک ناحیه اتصال عمدتاً در ناحیه پانل رخ می داد و باعث افزایش تنش و کرنش در جوش اتصال بال تیر می شد.
یکی از مهمترین و کار آمد ترین اتصالات، که ایده آن پس از زلزله نورثریج مطرح شد اتصال تیر به ستون با تیر با جان شکافدار می باشد لازم به ذکر است که ایده طراحی این اتصال در ابتدا توسط موسسه طراحی لرزه ای سازه های فولادی (SSDA)در آمریکا در سال 1996 مطرح شد. اتصال تیر با جان شکافدار در 15 آوریل 1997 به عنوان یک اتصال بهبود یافته سازه های فولادی در موسسه سازه های فولادی آمریکا (AISC)، مطرح شد و توانست در 15 فوریه 1999 ضمیمه مقررات آن شود. و نیز توانست در سال 2000در FEMA350، که به بحث مدیریت بحران در سازه ها می پردازد، به عنوان اتصالی که بهبود دهنده رفتار قاب های خمشی است، مطرح شود. به طور بسیار خلاصه، در این اتصال هدف بر این است که جان و بال تیر را در محدوده اتصال با شکافی در طول معین، از یکدیگر جدا کنند، که به مزایای این ایده و نحوه طراحی آن در ادامه اشاره می شود[1].
هندسه کلی اتصالات تیر های با جان شکافدار
اتصال تیر با جان شکافدار ، همانگونه که از نام آن مشخص است ، دارای شکافی در جان تیر می باشد که این شکاف برای رسیدن به اهداف متعالی رفتار اتصالات و رفع کاستی های عمده موجود در اتصالات گیر دار رایج پیش از زلزله نورثریج که در بخش قبل بدان اشاره شد، نقش بسیار مهمی ایفا می کند.
این اتصال به صورت شماتیک در شکل(2-15) نشان داده شده است
شکل ‏215: اتصال تیر به ستون با جان شکاف دار بصورت شماتیک[1]
همانگونه که در شکل نشان داده شده است، شکاف جدا کننده بال تیر از جان آن در مجاورت بال ستون می باشد و از هندسه خاصی بر خوردار است، جزء اصلی بعدی در اتصالات تیر با جان شکافدار، ورقی موسوم به ورق برشی جان تیر است، اما در اصل وظیفه آن تقویت تیر در محل اتصال با ستون است، تا قادر به دور کردن مفصل پلاستیک از ستون، به منظور حفظ پایداری جانبی سازه و ایمن نگه داشتن اتصال از شکست در هنگام بروز زلزله باشد. در این اتصال بالهای تیر به بال ستون توسط جوش نفوذی کامل متصل می شود و هندسه جوش طبق جزئیات پیشنهاد شده برای این نوع اتصال به نحوی است که بتواند مقاومت فلز مبنا را (در اینجا بال تیر و بال ستون) فراهم کند. جان تیر به بال ستون نیز توسط جوش نفوذی متصل می شود، اما ورق برشی به جان تیر توسط جوش گوشه متصل می گردد. وجود سخت کننده ها در این نوع اتصال عاملی قطعی نمی باشد و به ملزومات طراحی و نظر طراح از لحاظ گیرداری، در نظر گرفته شده برای اتصال بستگی دارد.
مزایای هندسه اتصال با جان شکافدار نسبت به اتصالات رایج
مطالعات انجام شده بر روی اتصالات تیر با جان شکافدار حاکی از آن است که این اتصال با توجه به هندسه خاص خود قادر به برطرف کردن ضعف های موجود در اتصالات رایج پیش از زلزله نورثریج که در ادامه در قالب نکاتی بدان اشاره می شود:
1- همانگونه که اشاره شد، یکی از مهمترین ضعف هایی که در مورد اتصالات پیش از زلزله نورثریج مطرح است، تمرکز تنش در ناحیه اتصال، بوجود آمدن ممان اهرمی در جوش بالهای تیر به بال ستون کاهش ظرفیت باربری تیر و کاهش عمر اتصال در برابر خستگی می باشد. ارائه دهندگان این اتصال معتقدند که وجود شکاف در جان تیر که در اتصالات تیر با جان شکافدار تعبیه می شود موجب حذف تنش برشی عمودی در بال های تیر و جوش آن شده و تقریبا تمام برش قائم را جان تیر و ورق برشی آن تحمل می کند و در بررسیها نشان داده اند که تعبیه شکاف در جان تیر، برش قائم در بال تیر را از 50% در حالت بدون شکاف به حداکثر 3% کاهش می دهد [27]. بعبارتی با تعبیه شکاف توزیع تنش در محدوده اتصال نیز مانند کل طول تیر بر توزیع تنش کلاسیک که در بخش آتی بدان اشاره خواهد شد، منطبق می شود و در نتیجه کاستی های اتصالات رایج پیش از زلزله نورثریج بر طرف می گردد.
2- ضعف دیگری که در اتصالات رایج پیش از زلزله نورثریج مطرح است، عدم استقلال بال و جان تیر از یکدیگر برای بروز کمانش جانبی در محدوده اتصال و بوجود آمدن مود کمانش جانبی پیچشی در محدوده اتصال است، اما با تعبیه شکاف در تیر با جان شکافدار، با جدا سازی بال و جان تیر از یکدیگر، بالها و جان تیر این امکان را می یابند که بطور مستقل و حتی همزمان کمانش کنند و مود کمانش جانبی _ پیچشی در ناحیه اتصال حذف می شود و در نتیجه تنشهای برشی ناشی از پیچش مقطع حذف می گردد و باعث ایمن تر شدن اتصال در برابر شکست می شود [21و 2].
3- معضل دیگری که در اتصالات رایج پیش از زلزله نورثریج به چشم می خورد تسلیم شدن زود هنگام اتصال نسبت به مقطع تیر است که علاوه بر شکست اتصال قبل از تسلیم شدن مقطع تیر، موجب تسلیم شدن ستون و از بین رفتن پایداری جانبی سازه نیز می شود. بررسی ها نشان می دهد که اتصالات تیر با جان شکافدار به دلیل وجود ورق برشی در جان تیر، قادر است محل مفصل پلاستیک را از اتصال و ستون دور نماید و این می تواند یکی از مزیتهای بزرگ این اتصال بشمار آید [21و 2].
4- گرادیان های بزرگ تنش و کرنش در ضخامت بال کششی تیر و در عرض آن که اتصالات پیش از زلزله نورثریج وجود دارد که در اتصالات تیر با جان شکافدار با اجازه دادن به بالهای تیر برای کمانش در خارج از صفحه به میزان قابل توجهی کاهش می یابد[29].
5- اتصال جان شکافدار به علت نداشتن جزئیات متعدد نسبت به سایر اتصالات مدرن پس از زلزله نورثریج دارای هزینه کمتری می باشد[26].
شکل ‏216: اتصال تیر به ستون با جان شکاف دار بصورت شماتیک[30و 2]
یکی از اهداف تعبیه حفره دایروی در انتهای شکاف، حذف عامل تمرکز ناشی از وجود شکاف در جان تیر، در انتهای شکاف است [30].
هدف دیگر از تعبیه حفره دایروی در انتهای شکاف اینست که این حفره طبق بررسیهای انجام شده به صورت ضامن عمل می کند، به نحوی که بال تیر دقیقا در این محل شروع به گسیختگی ناشی از کشش می کند ( در بال کششی تیر ) و خود اتصال از شکست مصون می ماند.
براساس ضوابط آیین نامه ها در روش استاتیکی معادل، سازه باید برای این نیروی کاهش یافته طراحی شود. در این روش بعضی از اعضای سازه به گونه ای طراحی می شوند که در مقابل زلزله های بزرگ همانند فیوز عمل کنند. در حقیقت این اعضا در محدودۀ رفتار غیر الاستیک و پلاستیک قرار میگیرند و انرژی ورودی حاصل از زلزله را می توانند به نحو مناسبی در ساز و کار با دیگر اعضای سازه مستهلک کنند. بنابراین طراحی المان های سازه ای می تواند به گونه ای باشد که هنگام وقوع زلزله به بعضی از اعضای سازه ای اجازه داده شود وارد ناحیه پلاستیک شوند. البته به علت ماهیت رفت و برگشتی نیروهای زلزله این امر یک طرفه و دائمی نیست و در جریان زلزله، نیروهای اعمالی به المان های سازه ای به سرعت تغییر جهت می دهند. این امر باعث می شود که سازه از حالت پلاستیک خارج گردد و وارد وضعیت عادی شود. با توجه به تغییر سریع بارهای زلزله اعضای سازه ای زمان کافی پیدا نخواهند کرد که سراسر طول ناحیه پلاستیک را طی کنند و در اکثر موارد عضو به مرحلۀ انهدام نخواهد رسید. این واقعیت در جریان زلزله های متفاوت تجربه شده است. هم چنین با توجه به این که انتظار می رود این اعضا در زلزله، آسیب های جدی متحمل شوند٬ باید مکان یابی آنها به گونه ای صورت پذیرد که پس از آسیب دیدگی ظرفیت باربری ثقلی سازه در حالت بحرانی قرار نگیرد. هرچند این اعضای خاص باید برای استهلاک انرژی زلزله وارد محدوده های غیر الاستیک و پلاستیک شوند، ولی طراحی بقیۀ اعضا و اتصالات سازه باید به گونه ای باشد که در محدوده الاستیک باقی بمانند. به عنوان مثال برای بهبود عملکرد لرزه ای در قاب های خمشی MRF) )٬ قاب های مهار بندی شده ی همگرا (CBF) و قاب های مهار بندی شده واگرا (EBF) به ترتیب مفاصل پلاستیک باید در تیرها ٬ بادبندها و تیرهای پیوند ایجاد شوند تا این اعضا بتوانند به نحو مناسبی انرژی زلزله را مستهلک کنند[1].
نتایج کلی
– به نظر می رسد قابهای خمشی دوگانه معمولی که در ناحیه اتصال تیر به ستون توسط شکاف هایی از بال آن جدا می شود، ضریب رفتارشان به میزان 49/1 تا 72/1 برابر نسبت به حالت بدون شکاف افزایش یابد.
– در سازه های ساختمانی در حالت بدون شکاف، سازه با افزایش ارتفاع تا 5 طبقه (16متر) با افزایش ضریب رفتار و بعد از آن با کاهش ضریب رفتار مواجه میگردد.
– ضریب رفتار قابهای خمشی دوگانه در حالت اتصال شکاف خورده طی روند منظمی با افزایش ارتفاع ساختمان کاهش می یابد.
این نوشته در علمی ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.