اثر اتصال گیردار غیر متعامد تیر به ستون صلیبی بر روی رفتار محوری و خمشی ستون صلیبی
چکیده
استفاده از سیستم های جانبی در دو جهت اصلی ساختمان ، امری متداول می باشد. از این میان سیستم قاب خمشی به عللی چون نیاز به فضای بدون مانع در بین ستون ها دارد، در طرح های متنوع معماری سهم عمده ای را دارد. در طراحی سیستم های قاب خمشی متعامد، ستون یکی از اجزای اصلی سیستم است و بخش مهمی از عملکرد سیستم به عملکرد آن وابسته است. ستون های محل تلاقی این دو سیستم متعامد باید دارای سختی و مقاومت کافی در هر دو راستا باشند. از ستون های صلیبی می توان به عنوان ستون با مقاطعی که دارای رفتار مشابه در هر دو راستا می باشند نام برد، از طرفی یکی از مهمترین اجزا در سیستم قاب خمشی فولادی، اتصال تیر به ستون می باشد. رفتار چشمه اتصال نیز که یک ناحیه مستطیل شکل از جان ستون، محصور بین ورق های پیوستگی و بال های ستون می باشد، نقش مهمی در رفتار اتصال دارد. هدف اصلی در این تحقیق بررسی رفتار محوری و خمشی چشمه اتصال تیر به ستون صلیبی لبه دار در حالت قاب خمشی غیر متعامد (زاویه دار) می باشد. به این منظور ۱۸ مدل از این نوع اتصال در نرم افزار آباکوس مدل شده که این ۱۸ مدل، از ترکیب ۳ تیپ ستون با ۳ زاویه متفاوت اتصال تیر به ستون (۱۵٫۳۰٫۴۵ درجه) نسبت به حالت متعامد و در۲ حالت (وجود و عدم وجود ورق پیوستگی) حاصل شده است. در این مطالعه از تئوری تیر قوی و ستون ضعیف( بر عکس روال معمول) به منظور بررسی رفتار گسیختگی ستون و مطالعه ی رفتار کامل(خمشی و محوری) ستون استفاده شده است. نتایج مطالعه نشان می دهد، ورق پیوستگی در ناحیه چشمه و اندازه ی زاویه اتصال تیر به ستون بر روی پیچش ایجاد شده در محور های ضعیف و قوی موثر بوده و همچنین میزان مشارکت محورهای ضعیف و قوی در تحمل لنگر خمشی وارده از طرف تیر را تغییر می دهد. وجود ورق پیوستگی منجر به مشارکت محور ضعیف در تحمل لنگر خمشی می گردد. از طرفی با افزایش زاویه اتصال، محور ضعیف سهم کمتری در تحمل لنگر خمشی خواهد داشت. در تمامی حالت های مدل شده با ورق پیوستگی، زاویه اتصال با افزایش نسبت لنگر خمشی به لنگر پلاستیک رابطه ی مستقیم دارد و درحالت های بدون ورق پیوستگی این رابطه به صورت معکوس می باشد. نتیجه ی دیگر این مطالعه نشان می دهد، پهنای ستون با مشارکت محور ضعیف در تحمل لنگر خمشی رابطه معکوس خواهد داشت. اتصال موجب پخش شدن لنگر خمشی وارد از طرف تیر به ستون در هر دو راستای محور قوی و ضعیف می گردد.
کلیدواژه‌ها: ستون صلیبی، اتصال زاویه دار، چشمه اتصال، گسیختگی ستون، محور ضعیف و قوی.
مقدمه
یکی از انواع سیستم های باربر جانبی سیستم های قاب های خمشی متعامد می باشد. هم چنین در اکثر سیستم های باربر ثقلی و جانبی ساختمان، ستون یکی از اجزای اصلی سیستم است. ستون های محل تلاقی این دو سیستم متعامد باید دارای سختی و مقاومت کافی در هر دو راستا باشند. مقاطع قوطی شکل از جمله مقاطعی می باشند که رفتار مشابه در هر دو جهت از خود نشان می دهند. از جمله مزایای دیگر این مقاطع سختی و مقاومت خمشی مناسب آن ها می باشد. از طرفی بسته بودن سطح مقطع در ستون های صلیبی موجب افزایش مقاومت پیچشی در این مقاطع نسبت به سایر مقاطع می شود. از مقاطع صلیبی نیز می توان به عنوان مقاطعی که دارای رفتار مشابه در هر دو راستا می باشند، نام برد. جهت ساخت مقطع صلیبی می توان یک پروفیلI شکل را از وسط برش زده و نصف کرد. از جمله مزایای ستون های صلیبی می توان به موارد زیر اشاره کرد[۱]:
- جایگزین مناسب برای ستون های سیستم های با قاب خمشی در دو راستا
- مقاومت خمشی و سختی مشابه در هر دو جهت
- عملکرد مناسب اتصالات ورق های پیوستگی و اتصالات تیر به ستون
- ظرفیت باربری بالا نسبت به ستون هایH
- افزایش ظرفیت محوری ستون به دلیل ممان اینرسی بالا
در زلزله های اخیر، گسیختگی اتصالات به عنوان اولین مرحله فروریزش سازه قبل از تسلیم تیرها و ستون ها رخ داده است. در واقع، اگرچه اتصالات صلب، مقاومت و سختی بالایی دارند، اما شکل پذیری پایین آن ها باعث گسیختگی زودرس می گردد، در نتیجه پس از زلزله نورثریج، تحقیقات به سمت افزایش شکل پذیری اتصالات گیردار، دور شدن مفصل پلاستیک از ناحیه اتصال، تقویت چشمه اتصال پیش رفت. از طرفی، تغییر شکل زیاد چشمه اتصال علاوه بر تغییر شکل نسبی زیاد طبقه، موجب تمرکز تنش در بال ستون و در مجاورت جوش های اتصال تیر به ستون می شود[۲]. تاکنون مطالعات گسترده ای در خصوص بررسی اثرات اتصالات گیردار متعامد تیر به ستون صلیبی انجام شده است. در این نوع اتصالات، چشمه اتصال یک ناحیه مستطیل شکل از جان ستون محصور بین ورق های پیوستگی و بال های ستون می باشد. به علت تاثیر زیاد این ناحیه بر پاسخ نهایی سازه، بررسی رفتار لرزه ای چشمه اتصال همواره مورد توجه محققان زیادی بوده است. لذا روش های طراحی چشمه اتصال(در حالت متعامد) یکی از موضوعات بحث شده در این حوزه، طی سالیان اخیر می باشد. بررسی رفتار محوری و خمشی چشمه اتصال تیر به ستون صلیبی لبه دار در حالت قاب خمشی غیر متعامد( زاویه دار) موضوع اصلی این پژوهش می باشد. چشمه ی اتصال در مقاطعIشکل با استفاده از ورق های مضاعف جان تقویت می شود. در ستون های صلیبی شکل، هندسه نسبتا پیچیده ی اتصال، تقویت ناحیه ی چشمه ی اتصال ستون را با مشکل مواجه می کند و افزایش مقاومت برشی چشمه ی اتصال در هر دو جهت اصلی ستون به راحتی امکان پذیر نیست. در مقاطع ساخته شده از ورق این عمل با افزایش ضخامت هر دو جان ستون در ناحیه ی چشمه ی اتصال انجام می شود، ولی در ستون های صلیبی ساخته شده از مقاطع نورد شده که امکان افزایش ضخامت جان در ناحیه ی چشمه ی اتصال وجود ندارد، این تقویت باید با استفاده از ورق های مضاعف کننده ی جان در هر دو راستای ستون انجام گیرد. همان طور که در شکل (۱-۱) مشاهده می شود، ورق های تقویت با جان های ستون دچار انقطاع می شوند. به دلیل وجود دو جان متعامد بر هم در این مقاطع، استفاده از ورق های تقویت جان منجر به تقاطع با جان و ورق های تقویتی راستای دیگر و در نتیجه عدم پیوستگی ورق ها می شود. این عدم پیوستگی ها مانع از گردش و انتقال بار در چشمه ی اتصال این مقطع می شود و در نتیجه تقویت این مقاطع با استفاده از الگوی متداول ورق های مضاعف کننده جان ممکن نمی باشد[۳]. بنابراین وجود ورق پیوستگی در ناحیه ی اتصال، منوط به تناسب هندسی ورق با مقطع ستون، موجب تقویت ناحیه ی چشمه ی اتصال می شود.
در این مطالعه، یک از متغییر های مدلسازی زاویه بین اتصال تیر و ستون می باشد. در حالت عادی این زاویه ۹۰ درجه بوده و عملکرد چشمه اتصال در این حالت توسط محققان مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در اتصال تیر به ستون در مقاطع صلیبی، چنان چه زاویه میان تیر و ستون تغییر کند، رفتار محوری و خمشی ستون تغییر خواهد کرد. لذا به منظور بررسی رفتار ستون صلیبی تحت اثر اتصال زاویه دار، سه زاویه مورد بررسی در این پژوهش، زوایای ۱۵،۳۰ و ۴۵ درجه می باشد. از طرفی وجود و عدم وجود ورق پیوستگی در محل اتصال می تواند، درگسیختگی و رفتار ستون موثر باشد. لذا یکی دیگر از اهداف این پژوهش بررسی اثر ورق پیوستگی در محل اتصال تیر به ستون می باشد.
فهرست مطالب
فصل ۱
مقدمه و کلیات.. ۱
۱-۱ مقدمه. ۲
۱-۲ ضرورت و اهمیت پژوهش… ۴
۱-۳ اهداف پژوهش… ۴
۱-۴ فرضیات پژوهش… ۵
۱-۵ الزامات عمومی اتصال گیردار. ۵
۱-۶ معرفی اجمالی سیستم قاب خمشی.. ۶
۱-۷ مراحل انجام پژوهش… ۷
۱-۸ ساختار پایان نامه. ۸
فصل ۲
مروری بر تحقیقات انجام شده. ۹
۲-۱ مقدمه. ۱۰
۲-۲ بررسی مطالعات انجام شده. ۱۰
۲-۳ بررسی انواع اتصالات.. ۲۰
۲-۴ بررسی ویژگی مقاطع صلیبی ۲۴
۲-۵بررسی الگوهای اتصال تیر به ستون صلیبی ۲۶
۲-۶مشکلات اتصالات تیر به ستون صلیبی ۲۷
۲-۷ معرفی ورق های پیوستگی ۲۸
۲-۸ اتصال تیر به ستون ۲۹
فصل ۳
طراحی ستون های صلیبی و مدلسازی آن در نرم افزار آباکوس… ۳۱
۳-۱ مقدمه. ۳۲
۳-۲ معرفی نرم افزار آباکوس… ۳۲
۳-۲-۱ المان ها در آباکوس… ۳۳
۳-۲-۲ اصول آباکوس… ۳۳
۳-۲-۳ محیط های آباکوس… ۳۳
۳-۲-۴ روش های مدلسازی آباکوس… ۳۴
۳-۳ روش های طراحی ستون های صلیبی.. ۳۵
۳-۳-۱ در نظر گرفتن کمانش پیچشی.. ۳۵
۳-۳-۲ مقاومت فشاری ستون های صلیبی.. ۳۶
۳-۳-۳ مقاومت خمشی ستون های صلیبی.. ۳۶
۳-۴ مدلسازی ستون های صلیبی و اتصالات غیر متعامد. ۳۶
۳-۴-۱شرایط مرزی انتهای ستون های مدل شده. ۳۹
۳-۵ صحت سنجی.. ۴۶
فصل ۴
نتایج مدلسازی اتصال غیر متعامد تیر به ستون صلیبی.. ۴۹
۴-۱ مقدمه. ۵۰
۴-۲ پاسخ های مورد مطالعه. ۵۷
۴-۲-۱ معیار گسیختگی فون مایسز. ۵۷
۴-۲-۲ کرنش پلاستیک معادل.. ۵۸
۴-۳ نتایج به ازای حالات مختلف مدلسازی اتصال تیر به ستون صلیبی.. ۵۸
۴-۴ بررسی نتایج.. ۷۸
۴-۴-۱ پیچش حول محور قوی و ضعیف.. ۷۸
۴-۴-۲ نسبت پیچش حول محور ضعیف به قوی.. ۷۹
۴-۴-۳ حداکثر لنگر خمشی.. ۸۰
۴-۴-۴لنگر پلاستیک… ۸۱
۴-۴-۵ نسبت لنگر خمشی به لنگر پلاستیک… ۸۲
۴-۵ تفسیر نتایج.. ۸۳
۴-۵-۱ تاثیر وجود و عدم وجود ورق پیوستگی.. ۸۴
۴-۵-۲ تاثیر زاویه اتصال.. ۸۴
۴-۵-۳ تاثیر ابعاد مقطع ستون صلیبی.. ۸۵
فصل ۵
نتیجه گیری و پیشنهادات.. ۸۷
۵-۱ مقدمه. ۸۸
۵-۲ بحث و نتیجه گیری.. ۸۸
۵-۳ پیشنهادات.. ۹۰
مراجع.. ۹۱
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.