پایان نامه مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای

زلزله یکی از پدیده­های مخرب طبیعی است که تنها طی نیم قرن اخیر خسارات جانی و مالی زیادی را به جا گذاشته است و با توجه به زلزله خیز بودن کشور ما و قرارگیری آن بر روی کمربند الپ-هیمالیا ضروری است که ما بیش از این به روش­های مقابله با این پدیده از جمله مقاوم­سازی سازه­ها در برابر زلزله بپردازیم. از این رو ارزیابی لرزه­ای سازه­ها و مقاوم­سازی ساختمان­های موجود به عنوان یک ضرورت مطرح می­گردد. در سازه­هایی که طراحی براساس نیروی زلزله است همواره باید برای مقابله با نیروی جانبی زلزله که بر سازه وارد می­شود سیستم مقاومی را طراحی نمود که ازجمله این سیستم­ها استفاده از انواع مهاربندهای فلزی می­باشد اما نقص عمده در بادبندهای متعارف اختلاف بین ظرفیت کششی و فشاری این مهاربندها و زوال مقاومت آنها در بارگزاری­های چرخه­ای می­باشد بنابراین برای رسیدن به یک رفتار الاستوپلاستیک  ایده­ال و جلوگیری از کمانش فشاری مهاربندها باید از مکانیزم مناسبی استفاده نمود. روشی که مد نظر قرار گرفته عبارت است از محصورسازی یک هسته فلزی شکل پذیر در میان حجمی از بتن که خود توسط یک قشاء فلزی در بر گرفته شده است که اصطلاحاً بادبند کمانش تاب (BRB) نامیده می­شود و از یک المان باربر و یک المان نگه­دارنده جانبی تشکیل شده است. المان باربر، بارهای محوری را در هر یک از دو حالت کششی و فشاری، که به BRB انتقال پیدا می­کند، حمل می­کند. المان­های نگه­دارنده تکیه­گاه­های جانبی را برای المان­های باربر فراهم می­­کنند تا از کمانش BRB وقتی که BRB تحت فشار بارگذاری شده است جلوگیری کند و  BRB قادر خواهد بود تا مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی را در المان­های فولادی که برای باربری ساخته شده­اند افزایش دهد.

ما دراین تحقیق بنا داریم بادبندهای فوق را که ترکیبی از فولاد و بتن می باشند، طوری به کار ببریم که مسئله کمانش بادبندهای معمولی را حل نماید. عملکرد این گونه بادبندها را در سازه­های بتن مسلح در سه حالت ارتفاعی مختلف (۳ و ۶ و۱۲ طبقه) مورد بررسی قرار می دهیم. طراحی اولیه تمامی سازه­های مزبور با استفاده از نرم افزار Etabs صورت گرفته و سپس با مدلسازی در نرم افزار OpenSees تحلیل غیرخطی مدلها انجام پذیرفت.

پارامترهای مورد بررسی عبارت بودند از بار نهایی (برش پایه حداکثر)، تغییرمکان حداکثر، انرژی جذب شده و شکل پذیری که با تغییر در مشخصات سازه از جمله هندسه مانند طول دهانه­ها و ارتفاع سازه مورد ارزیابی قرار گرفتند.

 

۱-۲- انواع سیستم های بتن مسلح و رفتار اعضا آنها

۱-۲-۱ انواع قاب های خمشی بتن مسلح

ساختار قاب خمشی شامل ستون­ها وشاهتیرهایی که به وسیله اتصالات صلب به یکدیگر متصل شده­اند می­باشد که در آن سختی جانبی قاب به سختی ستون­ها و تیر و اتصالات آن بستگی دارد. از لحاظ رفتاری این سیستم نسبتاً شکل­پذیر می­باشد و قابلیت بالایی برای اتلاف انرژی از خود نشان می­دهد، ولی سختی این سیستم نسبتاً کم بوده و در برابر بارهای جانبی دچار ضعف سختی می­شود به همین دلیل در این نوع سیستم­ها از اعضای مقاوم در برابر بار جانبی مثل مهاربندها استفاده می­شود. در زیر تعاریفی از انواع سیستم قاب خمشی به بیان آیین نامه آمده است.

۱-۲-۱-۱ قاب خمشی معمولی

قابهای خمشی معمولی همان قاب­های دارای شکل پذیری کم هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که در مناطق با لرزه خیزی زیاد وخیلی زیاد نمی­توان از آن استفاده نمود وباید در انتخاب این نوع سیستم برای مناطق مختلف دقت بیشتری نمود [۱].

۱-۲-۱-۲ قاب خمشی متوسط

قابهای خمشی متوسط همان قاب­های دارای شکل­پذیری متوسط هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که استفاده از آن برای ساختمان­های با اهمیت متوسط ومناطق لرزه­ای مختلف مجاز بوده مشروط بر انکه شرایط ارتفاع ومنظمی سازه کنترل شود [۱].

۱-۲-۱-۳ قاب خمشی ویژه

قابهای خمشی ویژه همان قاب­های دارای شکل­پذیری زیاد هستند که در آیین نامه بتن ایران (آبا) به آن پرداخته شده است که در مناطق با لرزه خیزی زیاد و خیلی زیاد و ساختگاهای مختلف و سازه­های خاص مورد استفاده قرار می­گیرد [۱].

۱-۳ انواع مهاربندی

مهاربند، سیستمی اقتصادی و پربازده برای مقابله با بار جانبی در سازه­های قابی می­باشد. مهاربندها اغلب مانعی برای طرح معماری سازه به حساب می­آیند، لذا معمولاً آنها را در دهانه­هایی قرار می­دهند که حداقل ممانعت ایجاد شود و ضمناً شرایط سازه­ای مهاربند در عمل نیروهای برشی و پیچی ساختمان ارضاء گردد. در بسیاری از اوقات نوع مهاربندی بر اساس فضا و بازشوی موجود تعیین می­گردد بطور کلی مهاربندها به دو دسته تقسیم می شوند [۲]

  • مهاربندهای هم مرکز ( همگرا )
  • مهاربندهای خارج از مرکز ( واگرا )

در چند سال اخیر علاوه بر دو گروه فوق سیستم های مهاربندی جدیدی (مهاربندهای دروازه ای، زانویی و کمانش تاب) نیز توسعه یافته اند که هر کدام را به اختصار توضیح می­دهیم .

۱-۳-۱- مهاربندهای هم مرکز[۱]

این سیستم­ها در مسیر تکمیل سیستم­های سازه­ای فولادی در جهت مقابله با نیروهای باد ابداع گردیدند. در این نوع مهاربندها فرض می­شود که محورهای خنثی در اعضای مختلف، نظیر ستون­ها، تیرها و اعضای مهاربندی در یک نقطه مشترک در هر اتصال با هم تلاقی می­کنند. در قابهای با مهاربندی هم مرکز مقاومت جانبی سازه توسط اعضای قطری که با تیرهای قاب تشکیل یک سیستم خرپایی را می­دهند تأمین می­شود. انواع مهاربندهای هم مرکز عبارتند از ضربدری، قطری، شورن V، v معکوس و k که در شکل ۱-۱ نمایش داده شده است. به علت پیکربندی خرپا گونه، صلبیت جانبی این سیستم­ها بسیار زیاد است بطوریکه یک سیستم قاب فولادی با مهاربندهای هم مرکز از نوع ضربدری در مقایسه با سیستم قاب خمشی نظیر آن می­تواند تا ۱۰ برابر سخت تر باشد [ ۳ ].

 

 

 

 

الف-قطری            ب-ضربدری           پ-K             د-شورنVمعکوس       ه-شورنV

شکل ۱-۱ انواع مهاربندهای هم مرکز [۳]

از مشکلات عمده این سیستم­ها شکل­پذیری و جذب انرژی کم، عمدتاً به دلیل کمانش موضعی یا کلی عضو فشاری مهاربند و تا حدی هم ضعف و عملکرد نامناسب اتصالات آن می­باشد. در زیر به اشکالات عمده هر کدام از انواع بادبندهای فوق به روایت AISC می پردازیم [۴].

الف- بادبندهای ضربدری: در هنگام زلزله در هر سیکل یکی از بادبندها به فشار و دیگری به کشش کار می­کنند. مهاربندی که نیروی فشاری را تحمل می­نماید، کمانش کرده و از سیستم باربری جانبی خارج می­گردد. در سیکل بعدی نیز این اتفاق برای مهاربند دیگر می­افتد و بعد از چند سیکل هر دو مهاربند از سیستم باربری جانبی خارج می­شوند. همانطور که در شکل ۱-۲ مشاهده می­شود حلقه های هیسترزیس قاب فولادی با بادبندهای ضربدری بسیار ناپایدار و نامنظم هستند .

[۱] Centrically braced frame

لینک جزییات بیشتر و دانلود این پایان نامه :

 

پایان نامه ارشد: ارزیابی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای مورد استفاده استاندارد ۲۸۰۰ ایران