مطالعه پارامتریک بر یک اتصال RBS جدید با کاهش در ارتفاع جان تیر

  

مطالعه پارامتریک بر یک اتصال RBS جدید با کاهش در ارتفاع جان تیر

 

 

 

 

 

مقدمه

 قبل از زلزله ی 1994 Northridge قاب های فولادی مقاوم در برابر خمش با اتصالات جوشی، در مناطق لرزه ای و زلزله خیز آمریکا بسیار معمول بودند.

در این ، قاب ها از اتصالات گیردار جان پیچی و بال جوشی BWWF ( Bolted Web Welded Flange ) استفاده می شد. با مطالعات آزمایشگاهی مجدد بر اتصال BWWF شکل پذیری و اتلاف انرژی بسیار کم و شکست ترد در جوش های بال تیر به ستون در تغییر مکان های اندک برای آن مشاهده گردید [1-4].

در چاره اندیشی برای بهبود عملکرد این اتصالات، اتصال با کاهش در مقطع تیر به نام RBS ( Reduced Beam Section ) پیشنهاد گردید. در این حالت به فاصله ی اندکی از بر ستون به صورت موضعی در مقطع تیر باریک شدگی ایجاد می گردد تا ظرفیت خمشی تیر در آن منطقه کاهش یابد. با این عمل مفصل پلاستیک دور از اتصال تیر به ستون و در خود تیر ایجاد می شود و از شکست در اتصال و جوش بال تیر به ستون جلوگیری می گردد.
در مطالعات قبلی برش های مختلفی برای ایجاد باریک شدگی در تیر پیشنهاد شده است [5-7].

نوعی از اتصال کاهش یافته که با ایجاد برش کمانی در بال تیر ایجاد می شود، بیش از انواع دیگر برش مورد توجه قرار گرفته و در عمل اجرا شده است [5-6] این نوع اتصال معروف به اتصال استخوانی (Dogbone) می باشد.
با انجام مطالعات آزمایشگاهی گسترده تایید شد که اتصال استخوانی شکل پذیری و دوران پلاستیک بالایی داشته و با ایجاد مفصل پلاستیک در منطقه باریک شده ضمن محافظت از اتصال، اتلاف انرژی بیشتری به ارمغان می آورد.
از اشکالات اتصال استخوانی این است که در تغییر مکان های بزرگ توانایی تحمل بار آن کم می شود. دلیل این امر تضعیف مقطع بال تیر و تاثیر آن درکاهش مقاومت مقطع نسبت به تغییر شکل های خارج از صفحه می باشد که در نتیجه باعث می شود تیر در ناحیه باریک شده دچار کمانش های موضعی و جانبی گردد [5-6] .

کاهش در مقطع بال تیر به طور معمول اول باعث کمانش محلی جان و سپس کمانش پیچشی و موضعی بال در بارگذاری می شود [9-10].
هدف تحقیق حاضر، مطالعه پارامتریک تحلیلی نوع جدیدی از اتصال کاهش یافته است.

این اتصال ابتدا توسط صورت آزمایشگاهی بررسی شد. جزییات این اتصال به شکل تیری است که یک مقطع گوه شکل از جان آن برداشته شده و بال دوباره به آن متصل گردیده است.
مزایای این حالت جدید نسبت به حالت کاهش در بال تیر در این است که مقطع حالت پلاستیک بهتری داشته ، فشردگی بیشتری پیدا می کند. در این حالت به دلیل سختی پیچشی قابل توجه تیر ، مقطع مقاومت بیشتری در برابر کمانش جانبی پیچشی از خود نشان می دهد.
در این مقاله مزایا و معایب این اتصال و رفتار آن در بارگذاری رفت و برگشتی شبه لرزه ای مورد بررسی قرار می گیرد. به همین منظور پارامتر های برش محلی در تیر برای ایجاد اتصال، به صورت گام به گام تغییر می یابند و تغییر عملکرد اتصال با تغییر پارامترهای برش، به صورت جدول ارائه و مورد ارزیابی قرار می گیرد و در نهایت با بررسی اطلاعات خروجی از مطالعات پارامتریک، پارامتر های بهینه برش در تیر برای ایجاد اتصال مشخص می شود. همچنین اتصال فوق الذکر و اتصالات مشابه با آن در موارد مختلفی با یکدیگر مقایسه می گردند.

طراحی نمونه ها
شکل 1 یک اتصال کاهش یافته با برش گوه ای در جان تیر را نشان می دهد. از آنجائیکه مدول پلاستیک مقطع تیر (Zp) با توان دوم ارتفاع مقطع متناسب است ، بنابراین کاهش در ارتفاع مقطع اثر سریعتری در مدول پلاستیک نیمرخ تیر ، نسبت به حالتی که کاهش در عرض مقطع باشد داشته و بنابراین کاهش محلی در مقطع تیر با تغییرات کمتری در خصوصیات کلی تیر همراه است.

 

شکل 1- برش گوه ای، پارامتر های برش و نمونه قبل از تحلیل
شکل 1- برش گوه ای، پارامتر های برش و نمونه قبل از تحلیل


پارامترهای برش عبارتند از:
a: فاصله ی برش از بر ستون
b: طول منطقه ی اعمال برش
c: ارتفاع برش از پایینترین قسمت لبه ی بال تیر

شکل 1 ابعاد و مهاربندی نمونه را نیز نشان می دهد. کلیه نمونه ها به صورت یک تیر طره با مقطع IPE400 به طول 2.50 متر از برستون در نظر گرفته شده اند و به وسط یک ستون با مقطع IPB360 به ارتفاع 3 متر گیردار گردیده اند. ستون از یک طرف مفصلی است و از طرف دیگر تکیه گاه غلطکی دارد.

مقاطع تیر و ستون به کار گرفته شده در طول مطالعه پارامتریک ثابت فرض می گردند. جهت مهار جانبی تیر و محدود کردن حرکت آن به بالا و پایین در یک صفحه عمودی فرضی، مهار جانبی به فاصله 1.50 متر از بر ستون اعمال گردید [13].
چشمه اتصال ناحیه ای از ستون است که مقابل بال های تیر قرار می گیرد. چشمه اتصال از نظر مقاومت برشی به سه دسته چشمه اتصال ضعیف ، متوسط و قوی تقسیم بندی می شود که بهترین عملکرد برای چشمه اتصال متوسط دیده شده است [8] .

بر طبق مطالعات [8] Cheol-Ho Lee و [13] Moslehi Tabar مقاومت برشی چشمه اتصال نقش مهمی در عملکرد اتصال در بارگذاری رفت و برگشتی دارد.
در مطالعه حاضر چشمه اتصال مورد استفاده بر طبق توصیه های آژانس مدیریت بحران فدرال [15] (FEMA) و بر مبنای روابط به کار گرفته شده در تحقیقات [13] A.Moslehi Tabar از نوع متوسط فرض می گردد.
در اتصال مفروض طبق آیین نامه های [14]AISC و [15] FEMA نیاز به ورق های پیوستگی روبروی بال های تیر وجود داشت و با اندکی محافظه کاری عرض و ارتفاع این ورق ها برابر بال های تیر در نظر گرفته شد .

ارزش گذاری معیار های انتخاب اتصال بهینه
لازم به ذکر است که مهمترین هدف در استفاده از اتصال کاهش یافته، دور کردن تمرکز تنش از اتصال و چشمه اتصال می باشد. در مطاعه حاضر ، ابتدا اطلاعات خروجی هر تحلیل بر اساس اهمیت طبقه بندی می گردند.

این طبقه بندی به قرار زیر است:
1. موفقیت در دور نمودن تمرکز تنش از چشمه اتصال و اتصال تیر به ستون و نیز کمینه بودن کمانش های موضعی بال و جان وکمانش جانبی و پیچشی تیر
به عنوان مثال شکل (a)-2 دیاگرام تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 15cm انتهای تیر برای اتصال با کاهش گوه شکل در ارتفاع جان تیر و شکل (b)-2 دیاگرام تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 15cm انتهای تیر برای اتصال ساده تیر به ستون را نشان می دهند. خاطر نشان می سازد که معیار von mises یک معیار معتبر برای تشخیص شروع تسلیم در مصالح شکل پذیر تحت تنش های مرکب سه بعدی است و مطابق این معیار هنگامی که تفاوت تنش های اصلی در ماده به مقدار مشخصی می رسد، ماده دچار تسلیم شده و جاری می گردد.


با توجه به اشکال (a ، b)-2 بسیار واضح است که در شکل (a)-2 تمرکز تنش از اتصال و چشمه اتصال دور شده و در شروع ناحیه کاهش یافته تمرکز یافته است ولی در شکل (b)-2 تمرکز تنش مستقیما متوجه چشمه اتصال و ناحیه جوش بال تیر به ستون شده است.

اگر تمرکز تنش در اتصال بال تیر به ستون رخ دهد موجب شکست جوش بال تیر به ستون می گردد و در نهایت سبب گسیختگی کلی اتصال می شود. پس نمونه شکل (a)-2 در دور کردن تمرکز تنش از بر ستون بسیار موفق تر از نمونه شکل (b)-2 عمل کرده است.

اما به دلیل کاهش محلی در مقطع تیر در مدل شکل (a)-2 ، کمانش های جانبی بال و جان و کمانش پیچشی جانبی در تیر اتفاق افتاده است که خود سبب کاهش مقاومت در تیر می گردد. بنابراین در طراحی اتصال بهینه کاهش یافته باید اثرات منفی کاهش مقاومت ناشی از کمانش و پیچش تیر نیز مد نظر قرار گیرد.

 

شکل 2- گراف تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 0.15m انتهای تیر برای
شکل 2- گراف تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 0.15m انتهای تیر برای
(a) اتصال با کاهش گوه شکل در ارتفاع جان تیر
(b) اتصال ساده تیر به ستون (BWWF)

 


2. توانایی در اتلاف انرژی بار های وارده (به شکل مجموع مساحت زیر منحنی های بار- تغییر مکان در چرخه های بارگذاری)
علت تعریف این معیار به دلیل اهمیت میزان اتلاف انرژی و استهلاک نیرو ها ی زلزله در سازه ها تحت اثر بار های دینامیکی رفت و برگشتی می باشد.
3. سختی اولیه بیشتر در نمودار بار- تغییر مکان حاصل شده از تحلیل نمونه.
4. بیشینه بودن ممان نهایی تحمل شده توسط تیر Mmax (که ممان به شکل حاصلضرب نیروی اعمالی به انتهای تیر در طول آزاد تیر از بر ستون تا انتهای آن محاسبه می گردد.)

مدلسازی و تحلیل اجزا محدود
تحلیل ها با استفاده از نرم افزار اجزا محدود [16] Ansys انجام گرفت. این نرم افزار قادر به در نظر گرفتن تغییر شکل های بزرگ غیر خطی به همراه غیر خطی هندسی و مصالح در حالت تحلیل سه بعدی است. برای مدل سازی تیر و ستون از المان پوسته ای چهار گره ای (المان shell43) استفاده گردید.

همانطور که از شکل 3 مشخص است یک مش ظریف تر در منطقه کاهش یافته اعمال گردید زیرا پلاستیسیته اکثرا در آن محل اتفاق می افتد و نیاز به دقت محاسبات بالاتری دارد.
برای مقاطع فولادی به کار رفته در این پروژه از فولاد نوع A36 و با مقاومت تسلیم 0.24kg/m2 و مقاومت نهایی 0.387kg/32 استفاده گردید. مدل سازی رفتار فولاد با استفاده از معیارتسلیم von_mises و در نظر گرفتن رفتار غیر خطی مصالح و با ضریب پواسون 0.3 انجام گرفت.

از منحنی فولاد سه خطی با سخت شوندگی سینماتیک استفاده گردید. عملکرد نمونه ها در این سری تحلیل ها به صورت جدول با یکدیگر مقایسه و نهایتا طرح ایده آل بر اساس معیار های فوق الذکر انتخاب می گردد.

شکل 3- تصویری از مدل اجزا محدود یکی از نمونه ها
شکل 3- تصویری از مدل اجزا محدود یکی از نمونه ها


همچنین یک نمونه اتصال ساده تیر به ستون (BWWF) مطابق شکل (b)-2 و یک نمونه اتصال استخوانی(شکل 5) بر اساس راهنمای های طراحی [5 ، 6] Engelhardt ، مورد تحلیل قرار گرفت ونتایج آن با حالت کاهش در جان مقایسه گردید.

تصدیق مدل و فرآیند بارگذاری
به منظور حصول اطمینان از مطالعات پارامتریک تحلیلی انجام شده در تحقیق حاضر سه نمونه آزمایشگاهی از مراجع [1 ، 18 ، 12] و یک نمونه مدلسازی اجزا محدود از مرجع [ 11 ] که توسط محققین پیشین بررسی شده بودند مجددا به روش اجزا محدود به شکل مشابه ای مدلسازی و بارگذاری گردیدند.

نتایج به دست آمده از این مدلسازی در تطابق بسیار خوبی با نمونه های مرجع ارزیابی شد.
در شکل 4 نمودار بار-تغییر مکان انتهای تیر برای نمونه آزمایشگاهی مرجع [ 18 ] و نیز نتایج به دست آمده از تحلیل اجزا محدود این نمونه در مطالعه حاضر آورده شده است.
در مطالعه حاضر بارگذاری چرخه ای با رژیم کنترل تغییر مکان و بر اساس آیین نامه بار گذاری چرخه ای اعضا فولادی ATC_24 [ 17 ] بر نمونه های مطالعه حاضر اعمال گردید.

شکل 4- نمودار بار-تغییر مکان انتهای تیر به دست آمده از : (a) نمونه آزمایشگاهی - (b) نمونه تحلیل شده توسط نرم افزار ANSYS
شکل 4- نمودار بار-تغییر مکان انتهای تیر به دست آمده از : (a) نمونه آزمایشگاهی-(b) نمونه تحلیل شده توسط نرم افزار ANSYS

 

بحث در نتایج مطالعات پارامتریک و انتخاب اتصال بهینه
به منظور انتخاب اتصال بهینه 18 نمونه اتصال با کاهش موضعی در جان تیر با پارامتر های برش مختلف (a ، b ، c)، مورد تحلیل قرارگرفتند. روند کار به این شکل بود که در هر تحلیل تنها یکی از پارامتر های برش محلی در تیر a ، b یا c با گام های کوچک افزایش یا کاهش می یافتند. عملکرد نمونه با این تغییر، بر اساس معیار های فوق الذکر با نمونه های پیشین در مطالعه حاضر ( مطابق جدول 1) مقایسه می گردید و سپس بهترین اندازه برآورد شده برای پارامتر بر نمونه اعمال شده و در مرحله بعد همین عمل مشابها روی پارامتر دیگری آغاز می گردید.

 هدف رسیدن به اندازه های برش موضعی در تیر بود که بهترین عملکرد را بر اساس معیار های ذکر شده برای اتصال داشته باشند. خلاصه ای از تحلیل های انجام گرفته در جدول 1 آمده است.

در جدول 1 ردیف 1 تا 18 مربوط به نمونه های اتصال با کاهش در جان است و نمونه شماره 19 اتصال استخوانی با طراحی بر اساس مرجع [ 5] است که نتایج آن به منظور مقایسه با اتصال با کاهش در جان آورده شده است. از جدول 1 می توان مقایسه ای بین اطلاعات خروجی از تحلیل هر نمونه با نمونه دیگر را به دست آورد.


اولین نمونه ی ساخته شده با شماره (1) در جدول 1 با پارامتر های برش مطابق با آزمایش انجام شده توسط Sean Wilkinson [12] طراحی و تحت بار گذاری چرخه ای قرار گرفت. سپس با ثابت نگه داشتن سایر ابعاد نمونه، پارامتر a از مقدار صفر در اولین آزمایش به مقادیر0.25d ، 0.5d ، 0.75d و d در تحلیل های 2 تا 5 تغییر پیدا کرد تا عملکرد اتصال با تغییر در پارامترa بررسی گردد (d ارتفاع تیر است).

با بررسی اطلاعات خروجی از این پنج تحلیل به ترتیب اهمیت، در این مرحله اندازه بهینه برای پارامتر a مقدار 0.25d تعیین گردید. به منظور حصول مقدار بهینه برای پارامتر a در تحلیل های 6 و 7 از جدول 1 مقادیر 0.125d و 0.375d نیز مورد بررسی قرارگرفت. پس از تحلیل شماره 7، با بررسی نتایج a بهینه برابر با 0.375d تعیین شد. مقدار a به دست آمده در این مرحله را a* نامیدیم.
همین روند به صورت کاملا مشابه برای یافتن پارامتر های بهینه b و c نیز انجام گرفت. به طوری که مشابه حالت قبل در حین تغییر در یک پارامتر سایر ابعاد ثابت نگه داشته می شدند. پارامتر های بهینه محاسبه شده برای b و c تا انتهای تحلیل 18 ، به ترتیب b*=1.75d و c*=0.1d تعیین گردیدند.

 

جدول 1- مقایسه ی نتایج تحلیل ها
جدول 1- مقایسه ی نتایج تحلیل ها


توضیحات جدول : 1. واحد انرژی ژول می باشد. 2. Not def به این معنی است که پارامتر مورد نظر قابل محاسبه نمی باشد. 3. پارامتر های برش برای اتصال با کاهش در جان مطابق شکل 1 و برای اتصال استخوانی مطابق شکل 5 می باشند.

با افزایش در پارامتر a مقطع باریک شده تیر از بر ستون دور شده و سبب ایجاد مفصل پلاستیک در اتصال به جای مقطع باریک شده می گردد. با کاهش بسیار زیاد a مجددا تسلیم در خود اتصال رخ می دهد. مقدار a بهینه باعث می گردد که تسلیم عمدتا در باریک شدگی تیر رخ دهد و اتصال از تمرکز تنش حفظ شود.
با افزایش در پارامتر b ، طول ناحیه باریک شدگی زیاد شده و عملا نقش باریک شدگی تیر کاهش یافته و مفصل پلاستیک به اتصال منتقل می گردد.
با کاهش زیاد پارامتر b مشاهده می گردد که به دلیل کوچک شدن ناحیه کاهش یافته، مفصل پلاستیک از ناحیه کاهش یافته تیر به اتصال منتقل می شود.
اما در مورد پارامتر c باید گفت که با افزایش آن مقطع تیر بسیار ضعیف و دچار کمانش های جانبی و کاهش مقاومت شدید می گردد. با کاهش زیاد این پارامتر نیز اتصال مانند اتصال تیر به ستون بدون باریک شدگی تیر عمل نموده و تسلیم عمدتا در اتصال رخ می دهد.
پارامتر ها ی بهینه شده b و c در کنار پارامتر بهینه a که بعد از تحلیل های زیاد و مقایسه نتایج به دست آمدند، توانستند بهترین نتیجه در دور کردن تمرکز تنش از چشمه اتصال و ستون، و انتقال مفصل پلاستیک به درون تیر را داشته باشند.

شکل 5- اتصال استخوانی (Dogbone) و پارامتر های برش آن
شکل 5- اتصال استخوانی (Dogbone) و پارامتر های برش آن


نمونه ها در طی بارگذاری چرخه ای رفتاری نسبتا مشابه داشتند. برای جلوگیری از طولانی شدن مقاله، تنها رفتار نمونه شماره 14 ( که دارای پارامترهای بهینه برش بود ) در طول بارگذاری ذیلا بررسی می گردد.


دراولین چرخه از تغییر مکان 9cm انتهای تیر که برابر با دوران 0.036 رادیان انتهای آزاد تیر بود، کاهش مقاومت در پایین آمدن انتهای آزاد تیر رادیان انتهای آزاد تیر بود، کاهش مقاومت در پایین آمدن انتهای آزاد تیر 0.036 رادیان اولین نشانه های کمانش محلی در بال پایینی دیده شد.

بیشترین کمانش در بال تیر در شروع ناحیه باریک شده از طرف نزدیک تر به اتصال اتفاق افتاد (شکل 5 – (a)). با ادامه فرآیند بار گذاری در اولین چرخه از دوران 0.048 رادیان مقاومت نمونه در حرکت به سمت بالا شروع به کاهش کرد.

در همین هنگام کمانش ها در جان تیر شروع گردید به طوری که هنگامی که تیر به بالا حرکت می نمود کمانش موضعی جان تا اندازه ای محو گردیده ولی با پایین آمدن انتهای تیر این کمانش با شدت بیشتری اتفاق می افتاد. در دومین چرخه از دوران 0.048 رادیان دامنه کمانش ها ی موضعی بال و جان تیر به صورت چشمگیری افزایش یافت.


در شروع دوران 0.06 رادیان انتهای آزاد تیر، کمانش موضعی در جان آن بسیار ملموس و واضح بود و کمانش پیچشی جانبی آغاز و با ادامه چرخه های بارگذاری افزایش یافت. در این میزان تغییرمکان، کمانش موضعی در بال بالایی تیر که در انتهای چرخه های 0.048 رادیان به وجود آمد شدت بیشتری یافت.

کمانش در بال بالایی تیر در امتداد ناحیه ای از بال پایینی تیر رخ داد که دچار بیشترین کمانش شده بود افتاد (شکل 5 – (a)). در این هنگام یک ناحیه پلاستیک کامل در ابتدای قسمت کاهش یافته تیر در طرف نزدیک به اتصال شکل گرفته بود. شکل گیری این ناحیه از افزایش پلاستیسیته در اتصال جلو گیری کرد.

شکل 5- گراف تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 0.15m انتهای تیر
شکل 5- گراف تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 0.15m انتهای تیر
(a) نمونه ی شماره 14 ( اتصال با کاهش در جان ) – (b) اتصال استخوانی (Dogbone)


محل اتصال بال تیر به ستون مقطع حساسی است زیرا در این ناحیه تیر با جوش به ستون متصل می شود. فلز جوش حالت شکننده تری نسبت به مصالح فولاد تیر و ستون دارد و در اکثر آزمایشات انجام شده و در مشاهده خرابی های بعد از زلزله شکست از این قسمت شروع شده و توسعه یافته است [14]. پلاستیسیته شدید چشمه اتصال نیز خطرناک است و عواقبی چون شکست در ستون و خرابی پیشرونده در سازه را به دنبال دارد.
با توجه به اشکال 2- (a) و (b) می توان مقایسه ای میان عملکرد اتصال با کاهش در جان تیر نسبت به نمونه اتصال ساده تیر به ستون (BWWF) انجام داد. دیده می شود که اتصال کاهش یافته با کاهش در جان عملکرد چشمگیری در دور کردن تمرکز تنش از اتصال نسبت به نمونه ساده اتصال تیر به ستون دارد.
نیز با توجه به اشکال 5- (a) و (b) ا مقایسه اتصال با کاهش در جان و اتصال استخوانی، عملکرد بهتری در دور کردن تمرکز تنش از چشمه اتصال برای اتصال با کاهش در جان دیده می شود. همچنین برای اتصال با کاهش در جان تمرکز تنش در ناحیه اتصال بال تیر به ستون اندکی پایین تر است.


شکل 6 – (a) نمودار بار _ تغییر مکان نمونه اتصال استخوانی (b) نمودار بار _ تغییر مکان نمونه شماره 14 ( اتصال با کاهش در جان )
شکل 6 – (a) نمودار بار _ تغییر مکان نمونه اتصال استخوانی (b) نمودار بار _ تغییر مکان نمونه شماره 14 ( اتصال با کاهش در جان )


با توجه به شکل 6 مقایسه ای بین نمودار بار-تغییر مکان اتصال استخوانی و نمونه شماره 14 ( با کاهش گوه شکل در جان تیر ) از جدول 1 انجام می شود. نمودار(6– (a)) که برای نمونه اتصال استخوانی است دارای چرخه های باز بار- تغییرمکان می باشد. به دلیل اعمال برش موضعی یکسان در بال بالا و پایین تیر، نمودار در طرف مثبت و منفی محور نیرو ها متقارن است.
نمودار(6– (b)) دارای بیشینه نیرو بزرگتر در طرف مثبت و منفی محور نیرو ها نسبت به نمودار (6– (a)) می باشد. ضمنا به دلیل اعمال باریک شدگی تنها در پایین مقطع تیر نمودار بار-تغییر مکان آن نامتقارن است.
با مراجعه به جدول 1، اتصال با کاهش در جان با پارامتر های بهینه برش با شماره 14 و اتصال استخوانی با شماره 19 مشخص شده اند. با مقایسه این دو نمونه اتلاف انرژی نیروهای وارده برای نمونه استخوانی تقریبا برابر با نمونه کاهش در جان است. بیشینه ممان تحمل شده توسط اتصال با کاهش در جان 19% بیش از نمونه استخوانی می باشد در حالی که نمونه استخوانی از نظر سختی اولیه نمودار بار-تغییر مکان 0.8% سخت تر است.

نتیجه گیری
در تحقیق حاضر ، مطالعه پارامتریک تحلیلی برای اطمینان از عملکرد اتصال با کاهش در جان انجام گرفت. این مطالعه بر یافتن پارامتر های بهینه برش
موضعی در جان تیر بر اساس معیارهای معتبر و مستدل متمرکز گردید.
پس از بررسی نتایج مختلف عددی و توصیفی به دست آمده از تحلیل های اجزا محدود، در نهایت مقادیر پارامتر های بهینه برش برای اتصال با کاهش در جان a*=0.375d و b*=1.75d و c*=0.1d برآورد شدند ( d ارتفاع تیر است ). چنانچه اتصال تیر به ستون با کاهش محلی گوه شکل در جان تیر با اعمال پارامتر های برش a* و b* و c* تعیین شده در مطالعه حاضر باشند، تمرکز تنش در محل اتصال تیر به ستون و چشمه اتصال بسیار کاهش یافته و به منطقه ی باریک شده در تیر منتقل می گردد. در نتیجه منطقه کاهش یافته تغییر مکان های پلاستیک زیاد همراه با اتلاف انرژی بالا در مقابل نیرو های وارد شده از خود نشان خواهد داد که سبب تاخیر افتادن شکست و شکل پذیری قابل توجه برای اتصال می گردد.
لازم به ذکر است که نوعی از اتصال کاهش یافته با کاهش کمانی در بال تیر که اتصال استخوانی نامیده می شود، مورد استقبال وسیع طراحان سازه و سازندگان قرار گرفته است. به منظور ارزش گذاری رفتار اتصال خمشی با کاهش موضعی در جان تیر مقایسه ای میان آن و اتصال استخوانی نیز انجام گرفت.
مشاهده گردید که اتصال با کاهش در جان توانایی بیشتری در دور کردن تمرکز تنش از اتصال تیر به ستون و چشمه اتصال از خود نشان می دهد. همچنین اتصال با کاهش در جان اتلاف انرژی برابر ، سختی کمتر و مقاومت بیشتری نسبت به اتصال استخوانی از خود نشان داد. اتصال خمشی با کاهش موضعی در جان تیر توانایی بالایی در دور کردن تمرکز تنش از اتصال در تحلیل ها ی مطالعه حاضر و در مطالعات آزمایشگاهی دیگران نشان داده است. این اتصال برای ساخت آسان است و پاسخ لرزه ای خوبی دارد [ 12 ]. از مزایای دیگر آن سختی، مقاومت، شکل پذیری و اتلاف انرژی مناسب می باشند.
این اتصال همچنین می تواند گزینه مناسبی برای مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله و اصلاح اتصالات معمول گیردار تیر به ستون باشد. از آنجایی که معمولا بال بالایی تیر در دال بتنی کف قرار دارد و تنها بال پایینی تیر در دسترس می باشد ، این اتصال سهولت اجرایی بیشتری را نسبت به اتصال استخوانی ایجاد می نماید. از مزایای دیگر آن نسبت به روشهای مشابه تقویت اتصال ( ماهیچه ، ورق- تقویتی و ... ) عدم جذب لنگر قابل توجه در ستون متصله می باشد.
با توجه به مطالعات انجام گرفته در این تحقیق ، اتصال کاهش یافته با کاهش گوه ای در جان تیر به عنوان گزینه مناسب جهت به کارگیری در ساختمان های اسکلت فولادی و اصلاح و مقاوم سازی اتصالات رایج تیر به ستون معرفی می گردد. هر چند که روش های دیگر کاهش در جان برای یافتن بهترین حالت برش باید مورد مطالعات وسیع تری قرار گیرند.

مراجع

1. M. D. Engelhardt ، Member ASCE ، and A. S. Husain ، Associate Member ، ASCE ، “CYCLICLOADING PERFORMANCE OF WELDED FLANGE-BOLTED WEB CONNECTIONS” ، Journal of Structural Engineering ، Vol.119 ، No. 12 ، PP 3537-3550 ، December 1993.
2. Duane K. Miller. ، ” Lessons Learned from the Northridge Earthquake’ ، Engineering Structures ، Vol 20. ، PP 249-260 ، 1998.
3. Mahin SA. Lessons from damage to steel buildings during the Northridge earthquake. Eng Struct 1998; 20(4–6):261–70.
4. Calado L. Cyclic behaviour of beam to column bare steel connection: Influence of column size. In: Mazzolani FM ، editor. Moment resistant connections of steel frames in seismic areas. London: E&FN SPON; 2000
5. Michael D. Engelhardt ، Ted Winneberger ، Andrew J. Zekany and Timothy J. Potyraj ، "The Dogbone Connection: Part II" ، Modern Steel Construction ، August 1996.
6. Engelhardt m. D. ، Winneberger T. ، Zekany A. J. ، and Potyraj T. J. ، "Experimental Investigation of Dogbone Moment Connections" ، Engineering Journal ، PP128-139 ، 1998.
7. Iwankiw N. ، ”Ultimate Strength Considerations for Seismic Design of the Reduced Beam Section (Internal Plastic Hinge)” ، Engineering Journal ، PP 3-10 ، 1997.
8. Cheol-Ho Lee ، Sang-Woo Jeon ، Jin-Ho Kim and Chia-Ming Uang ، “Effects of Panel Zone Strength and Beam Web Connection Method on Seismic Performance of Reduced Beam Section Steel Moment Connections” JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING ، PP 1854-1865 ، DECEMBER 2005.
9. farzad naeim ، kan patel and ahmad itani ، “A New Rigid Connection For Heavy Beams and Columns in Steel Moment Resisting Frames” ، Engineer Association of California.2001.
10. Naeim F. The seismic design handbook. 2nd ed. Kluwer Academic Publishers; 2001. p. 418.
11. Uang CM ، Fan CC. Cyclic stability criteria for steel moment connections with reduced beam section. J Struct Eng ASCE 2001;127(9):1021–7.
12. Sean Wilkinson ، Gordon Hurdman ، Adrian Crowther ، “A Moment Resisting Connection for Earthquake Resistant Structures” Journal of Constructional Steel Research ، PP 265-302 ، July 2005.
13. American Institute of Steel Construction (AISC). Seismic provisions for structural steel buildings. Chicago; 2002.
14. A. Moslehi Tabar ، A. Deylami ، “ Instability of Beams With Reduced Beam Section Moment Connections Emphasizing the Effect of Column Panel Zone Ductility” ، Journal of Constructional Steel Research ، PP 1475-1491 ، May 2005.
15. Federal Emergency Management Agency. ، Recommended seismic design criteria for new steel moment-frame buildings. Report no. FEMA-350; 2000.
16. ANSYS (Revision 9.0). User’s manual ، theory ، vol. IV. Swanson Analysis Systems ، Inc;
17. ATC-24 ، Guidelines for Cyclic Seismic Testing of Components of Steel Structures.1992.
18. Chad S. Gilton and Chia-Ming Uang ، “Cyclic Response and Design Recommendations of Weak-Axis Reduced Beam Section Moment Connections” ، JOURNAL OF STRUCTURAL ENGINEERING ، PP 452-463 ، APRIL 2002.


این مقاله تلاشی بود از حسین سلیمانی دانشجوی کارشناسی ارشد سازه، دانشگاه صنعتی سهند تبریز و بهزاد رافضی استادیار دانشکده مهندسی عمران

/ 0 نظر / 137 بازدید