پایان نامه بررسي رفتار ممان – دوران اتصالات صلب جوشي
مقدمه
به طور کلي رفتار سازه هاي فلزي به عوامل متعددي بستگي دارد که اثرات متقابل ابن عوامل ،رفتار را نمايان مي سازد. بطور خلاصه اين عوامل را مي توان طبق (نمودار1-1) نشان داد. همانطور که ديده مي شود،يکي از اين عوامل رفتار اتصالات مي باشد که در رفتار کلي قاب مؤثر است.
نمودار1-1 – عوامل شكل دهنده رفتار قاب
يکي از مشخصه هاي مهم اتصالات شکل منحني لنگر- چرخش اتصال تير به ستون مي- باشد.
زلزله 17 ژانويه سال 1994 نورث ريج که در 20 مايلي شمال غرب لس آنجلس اتفاق افتاد اولين زلزله اي بود که به تعداد زيادي از ساختمانهاي مقاوم خمشي در آمريکا آسيب سازه- اي رساند. اگر چه شدت زلزله 8/6 در مقياس ريشتر بود که بر اساس مقدار انرژي ايي که رها کرد يک زلزله متوسط در نظر گرفته مي شد، تعداد زيادي از اتصالات تير به ستون ساختمانهاي مقاوم خمشي در آن زلزله به شدت آسيب ديدند. اين اتصالات در آيين نامه ي (Uniform Building Code) UBC مورد تأييد قرار گرفته بودند و تصور مي شد که ظرفيت کافي دارند تا تير در خمش به حد تسليم برسد و يا ناحيه ي چشمه ي اتصال ستون دچار تسليم برشي گردد. اما بر خلاف انتظار، اکثريت اتصالات به دلايل مختلفي که ذکر خواهد شد بصورت ترد گسيخته شدند و در موارد کمي رفتار آنها شکل پذير بود.
يکسال بعد از زمين لرزه نورث ريج،درست در 17 ژانويه 1995 زلزله اي به بزرگي 9/6 در مقياس ريشتر شهر کوبه در ژاپن را لرزاند که در اين زلزله بسياري از اتصالات قابهاي خمشي آسيب ديدند و حتي بعضي از ساختمانها با قاب خمشي فرو ريختند.
کشف آسيب هاي جدي در ساختمان هاي فولادي با قابهاي خمشي جوشي در زلزله هاي ديگر نيز تاييدي بر آسيب هاي اتفاق افتاده در قابهاي خمشي نورث ريج بود و اين نشان دهنده ي اين مطلب بود که آسيب ها فقط به خصوصيات لرزه اي در زلزله نورث ريج مربوط نمي شود و نقص از خود اتصالات آسيب ديده مي باشد.]9[
با توجه به مطالب بالا به نظر مي رسد که بررسي رفتار اتصال صلب با ورق بالائي و پاييني توصيه شده در آئين نامه 2800 زلزله ايران (مشهور به اتصالات کله گاوي ) كه به عنوان اتصال صلب در سازه هاي فولادي ايران کاربرد وافري دارد، ضروري مي باشد.
- مقدمه
به دنبال زلزله 17 ژانويه 1994 در منطقه نورث ريج واقع در ايالات کاليفرنياي آمريکا به دليل تحولاتي که در روند طراحي و ساخت اتصالات گيردار جوشي در سازه هاي فولادي ايجاد کرد نقطه اي عطفي در تاريخ اتصالات سازه هاي فولادي محسوب مي شود. تعدادي از ساختمانهاي فولادي جوشي با قابهاي خمشي (WSMF) ، در ناحيه اتصال تير به ستون دچار شکست شدند. ساختمانهاي آسيب ديده طيف وسيعي از ساختمانها را از نظر ارتفاع و عمر شامل مي شدند. ساختمانهاي با ارتفاع يک تا 26 طيقه ، و سازه هايي که درست در زمان زلزله بر پا شده بودند تا ساختمانهايي با عمر بيش از 30 سال،آسيب ديدند. علاوه بر اين سازه هاي آسيب ديده در منطقه جغراقيايي وسيعي پراکنده شده بودند. اين آسيب ديدگي ها حتي در مناطقي که نکان هاي متوسط زلزله را تجربه کرده بودند، مشاهده مي- شدند.]16[
کشف آسيب در ساختمانها هشدار دهنده بود.کشف اين آسيب ها اين انديشه را تقويت کرد که در زلزله هاي قبلي هم، آسيب هايي بوجود آمده است،که مخفي مانده اند. تحقيقات بعدي به درستي تأييد کرد که چنين آسيب هايي در زلزله 1992 «لندرز بيگ بير» و زلزله 1989 «لوماپريتا» اتفاق افتاده است.
سازه هاي فولادي جوشي با قابهاي خمشي به طور معمول در ايالات متحده و جهان،مخصوصاً براي ساخت سازه هاي متوسط تا بلند، مورد استفاده قرار مي گيرند. قبل از زلزله نورث ريج چنين تصور مي شد که اين نوع ساختمانها بسيار شکل پذيرند و از آسيب هايي که ظرفيت سازه را کاهش مي دهد مصون اند،چرا که آسيب هاي بسيار جدي به اين نوع سازه ها در زلزله هاي گذشته به ندرت گزارش شده بود وحتي هيچگونه گزارشي از فروريختن چنين سازه هايي وجود نداشت. کشف شکست ترد در تعدادي از ساختمانها تحت اثر زلزله نورث ريج، نياز آزمايش مجدد اين نوع اتصال را مسجل ساخت.
به هر حال ساختمانها آن طوري که انتظار مي رفت رفتار نکردند و به دليل آسيب هاي اتصالات ضررهاي اقتصادي قابل ملاحظه اي به وجود آمد. اين ضررها را مي توان به دوقسمت هزينه هاي مستقيم، شامل تحقيقات و تعميرات اين گونه اتصالات و همچنين هزينه هاي غير مستقيم،مربوط به عدم استفاده موقت و يا در بعضي موارد طولاني مدت از فضاي داخل اين ساختمانها تقسيم بندي کرد.
ساختمانهاي فولادي جوشي با قابهاي مقاوم خمشي، براي مقابله با تکانهاي زمين لرزه، بر اين اساس طراحي مي شوند که بدون از دست دادن مقاومت، قابليت تسليم و تغيير شکل خميري زيادي را دارا باشند. تغيير شکل خميري مورد نظر، دورانهاي پلاستيک درون تيرها در محل اتصالاتشان به ستون ها را شامل مي شود، که از نظر تئوري انرژي داده شده به ساختمانها را جذب مي کند. بدين ترتيب انتظار مي رود آسيب هايي مثل تسليم و کمانش ها ي موضعي در المانهاي فولادي اتفاق بيفتد، نه اينکه اتصال دچار شکست تردشود. بر اساس اين رفتار مورد انتظار، آئين نامه هاي ساختماني اجازه مي دادند که سازه هاي فولادي جوشي با قابهاي خمشي براي قسمتي از مقاومت لازم براي پاسخ به تکانهاي زمين لرزه حد طراحي،در محدوده پلاستيک طرح شوند. مشاهده آسيب هاي بوجود آمده در زلزله نورث ريج مشخص مي سازد که در بسياري از موارد، شکست هاي ترد اتصالات در محدوده هاي پائين خميري بوده اند و در بعضي موارد در حالي اتفاق افتاده اند که ساختمان هنوز در حد الاستيک بوده است.
2-2) انواع قابهاي ساختماني
در مبحـث دهـم مقـررات ملي ساختمـان ايـران ( طـرح و اجراي ساختمانهـاي فولادي )]4[ و نيز آيين نامه سازههاي فولاديAISC ]3[, سه نوع قاب ساختماني به همراه مفروضات محاسباتي مربـوط به آنهـا مـلاك طرح ومـحاسبة سـازه هاي فولادي قـرارگرفته اسـت و هـريك از آنـها با مشخصـاتي مختـص به خود تعيـن كننده ابعاد اعضاي سـازه و نـوع و مقاومت اتصـالات مربوط , مي باشد .
گروه اول : قـاب هاي صلب ( قابهاي يكسره )كه در آنها فرض مي شود اتصالات تيـر و ستون به اندازه كافي صلب هستنـد , طوريكـه در تغييـر شكل قاب , زاويه اوليه بين تير و ستون ثابت باقي مي ماند. بعبارت ديگر , ميزان قيد در برابرحـركت چرخشـي تير نسبـت به ستون بيشتـر از 90 درصـد گيرداري كامل ( ميزان تئـوري گيرداري ) تاميـن مي باشـد. اعضا و اتصـالات اين گروه قابهـا در هر دو شيوه طراحي , يعني روش تنش هاي مجاز و نيز مقاومت نهايي در مقابل بارهاي قائـم و يا جانبي قابل محاسبه وطراحي مي باشند .
گروه دوم : قاب هاي ساده (آزاد ) كه در آنها فرض ميشود اتصالات تير وستون بدون گيرداري هستنـد. در مورد بار قائـم , اتصال انتهاي تيرها و شاهتيرها فقـط براي برش تعبيه شده است و مـي- تواند تحـت اثـر بار قائم , آزادانـه دوران كنـد. در اين نوع اتصـالات دوران آزادانـه تيـر نسبت به ستـون بـراي گيرداري كمـتر از20 درصد گيرداري كامـل , اتصـال سـاده فـرض مـي شود. استفـاده از قـاب هاي گروه دوم در سـاختمـانها در صـورتي مـجاز اسـت كه طـراحي سازه به روش تنـش هـاي مجـاز انجام گيرد و علاوه برآن سيستم مقاوم در مقـابل بـار جـانـبي براي ساختمان تعبيه شود و اتصالات تير و ستون ظرفيت در دوران غيـر ارتجـاعـي داشته باشند تا تنشهـاي توليد شـده در اجـزاي اتصـالات مانـند جوش تحت اثـر حالـت هاي مختلف بارگذاري , در حد مجاز باقي بماند .
گروه سوم : قاب هاي نيمه صلب ( انتهاي قطعات داراي گيـرداري نسبي ) كـه در آنـهـا فـرض مي شود اتصال انتهاي تيـرها و شاهتيـرها داراي ظرفـيت خمـشي به مقداري مشخص و قابل اطمينان , بين صلبيت گروه اول و انعطاف پذيري گروه دوم , مي باشد , يعني20 الي 90 درصد گيرداري كامل اتصال. استفاده از قابهاي گروه سوم در حالي مجاز است كـه محاسبه بطور مستدل نشان دهدكه اتصـالات نيـمه صـلب مفـروض ( به تنهـايي و يـا در تركيب با سيستم مقـاوم در برابر نيروهاي جانبي ) قادر اسـت اثـرمشترك بارهـاي قائـم و جانبي را در حد تنش هاي مـجاز تحمـل كند. درصد گيرداري اعضاي اصـلي كه به چنـيـن اتصالاتي وصل مي شوند , نبايد از اين مقدار حداقل بيشتر باشند .
ساختـمان هـاي نـوع (2) و (3) مـمـكن اسـت بعـضـي تغيـيـر شكلهـاي غيـرارتجاعـي امـا خود محدودساز ( Self limiting ) در قسمتي از فولاد ساختمان را ايجاب نمايند .
2-3) انواع اتصال تير به ستون در ساختمانهاي فولادي
بر اساس آنچه بيان شد , سـه نـوع اتصـال در ساختمـان هاي فـولادي كاربـرد دارد , كه هـريـك بايد تامين كننده يكسري نيازها باشد . در اين قسمت مهمترين جزئيات ايــن سه نوع اتصال تير به ستون همراه با توضيحات مختصــري راجع به آنها آورده مي شود .
2-3-1) اتصال صلب تير به ستون
يك اتصال صلب بايد قـادر به انتقـال كامل لنگر باشد و هيچگونه چرخش نسبي بيـن اعضاي وارد به اتصال بوجود نيـايد. از آنـجايي كه اكثـر لنگر خمشي تير به صورت يك زوج نيرو در بال هاي كششي و فشاري تيـر با بازوي تقريباً مســاوي در ارتفاع تير حمل مي گردد, نقـش اصلي يك اتصال صلب فراهم آوردن امـكانـاتي بـراي انتقـال ايـن نيروهـاي محوري ميباشد . همچنين از آنجايي كه اكثر نيروي برشي توسط جان تير حمل مي گردد پيوسـتگي كامـل اتصال ايجـاب مي كند كه نيروي برشي مستقيماً از جان انتقال پيدا كند.
در يـك اتصـال صلب تيـر به ستـون, تيـرها ممكن است از دو طـرف به هـر دو بـال ستون متصل شده باشـد , ( اشـكال 2-1 الـف , ب و پ ) و يا فقـط بـه يـك بـال ستـون مـتصل شوند ( شكل 2-1 ت ). همچنين ممكن است كه همانـند شكـل ( 2-2 ) تيـرها از يك يا دو طـرف به جـان ستـون بطور صـلب متصل شده باشنـد . تنـوع اتصالات صلب تير به ستون آنقدر زياد است كه مشكل بتوان ليست كامـلي از آنـها تهـيه نمود , ليـكن اتصـالات نشان داده شده در اشكال ( 2-1) و ( 2-2 ) امروزه بهنحو گسترده تـري مورد استفاده قـرار مي گيرنـد. قسمتي از جوش اغلب اتصالات در كارخانه و يـا در روي زميـن انجـام ميشـود و بـاقي آن پس از نصب توسط جوش در محل تكميل مي شود .
هدف اصلي در طرح يك اتصال صلب, انتقـال نيروهاي موجود از طـريق اتصال بـدون هـرگونه تغيير شكـل موضعـي ناشـي از ايـن نيروها مي باشد . استفـاده ازاتصالات صلب در قاب هاي سازه هاي فولادي دو فايده دارد , اول اينكه از طرح و محاسبه پلاستيك كـه اقتصادي تر مي باشد , مي- تـوان استفاده كرد و ديگر اينكه اگر از طرح و محاسبه الاستيك استفاده شود, در صورت فشرده بودن تيرهاي متصل شده به ستون, مي توان از ده درصد كاهش مجاز لنگر خمـشي و ده درصـد افزايش تنش خمشي مجاز استفاده نمود .
در هر دو حالت, اتصال بايد قادر باشد تا ظرفيت پلاستيك اعضـاي متصل شـده بـه خود را انتقـال دهـد و نيـز آنقدر شكل پذير باشد تا بتواند دوران هاي مفصل پـلاستيك را تحمـل كند. آزمايش هاي انجام شده, توانايي اتصالات صلب را براي هر دو منظور فوق به اثبات رسانيده اند]5 [.
2-3-2) اتصال مفصلي تير به ستون
ايـن نـوع اتصـالات معمولا به دو صورت طـرح و اجـرا مي شـود . اتصـال با جـفت نبشـي جــان ( شكل 2-3 الف ) و يا اتصال با نبشي نشيمن ( شكل2-3 ب ).
در اين اتصالات سعي مي شود كـه حـداقل گيرداري بوجـود آيد و زاويـه بيـن تير و ستـون تا حـد امـكان آزادي دوران داشتـه باشـد . معمـولا در محاسبه اتصـال فـرض بر ايـن اسـت كـه اتصـال كليـه بـرش يا عكـسالعمل موجود را , انتقال مي دهد و لنگر گيرداري به وجـود نمـي آورد و براي اين منظور قطعات اتصالي را تا حد امكان با انعطاف پذيري زيـادي قــرار مي دهـند تـا دوران زاويـه اي تيـر در تكيه گاه آزاد باشد . بـراي ايـن منـظور در اتصال نـوع اول , يعـني اتصال سـاده با جفت نبشي جـان , سعي مي گردد كه نبشي با ضخامت كـم انتخاب گردد تـا حـد امكان خمش پذير باشد و تنش هاي درجه دوم گيرداري كمتر بوجود آيد .
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.