قابلیت اطمینان رفتار اتصالات پیش تنیده تی استاب (T-Stub) با پیچ های پر مقاومت
چکیده
اتصال تیاستاب (T-stub) که به عنوان اتصال پیچی و معمولا در محدوده اتصال نیمه صلب در نظر گرفته می شود، تحت کششدارای پیش تنیدگی، نیروی ایجاد شده در پیچها در طول بارگزاری کششی وابسته به هندسه اتصال مشتمل بر پارامترهای متعددی همچون سختی کششی پیچ، سختی خمشی بال مقطع، محل نصب پیچ، ابعاد هندسی مقطع، میزان پیشتنیدگی و … میباشد. در این پژوهش، بررسی میزان و چگونگی تغییر نیروی ایجاد شده در پیچهای پرمقاومت پیشتنیده در طول بارگذاری کششی اتصال تیاستاب و همچنین آنالیز حساسیت نیروی ایجاد شده در پیچهای پرمقاومت پیشتنیده نسبت به تغییر در هندسه اتصال تیاستاب مد نظر قرار گرفته است،که گامی ارزشمند در طراحی ایمنتر و اقتصادیتر اتصالات پیچی با پیچهای پر مقاومت پیشتنیده میباشد و ضرورت بررسی دقیقتر و جامعتر این موضوع را مشخص مینماید.
نخست با انتخاب یک نمونه آزمایشگاهی از اتصال پیچی T-stub به شبیهسازی آن در نرمافزار اجزای محدود Abaqus پرداخته میشود تا صحت سنجی نرمافزار و روش مدلسازی مورد استفاده در این پژوهش تعیین گردد.. در ادامه به معرفی المانهای سازهای، بارگذاری، مصالح و نوع تحلیل مورد استفاده در آزمایش و همچنین تعیین ۵۲ نمونه اتصال تیاستاب کنترل شده با محدودیتهای اجرایی و طراحی بهمنظور تعیین یک سری دادههای هدفمند با تغییر در پیکربندی هندسی و مقاومت مصالح اجزای تشکیل دهنده اتصال تیاستاب پرداخته میشود.
در نهایت با انجام تحلیلهای غیر خطی در نرمافزار اجزاء محدود و تعیین تابع حالت حدی بیشینه نیروی کششی پیچها بر حسب متغیرهای تصادفی همانند قطر پیچ، عرض و ضخامت بال مقطع، عرض و ضخامت جان مقطع در دو سطح عملکرد تسلیم و گسیختگی ورق جان به تحلیل قابلیت اطمینان با روش آماری Monte Carlo پرداخته میشود. نتایج نشان داده است که ضخامت ورق جان و قطر پیچ در هردو سطح عملکرد دارای سهم قابل توجه از تاثیرگذاری متغیرهای تصادفی بر روی نیروی کششی بوجود آمده در پیچهای پرمقاومت پیشتنیده در طول بارگذاری کششی دارا هستند.
واژههای کلیدی: پیچ پرمقاومت، پیشتنیده، اتصال تی استاب (T-stub) ، روش اجزای محدود، تحلیلهای غیرخطی ، Abaqus
مقدمه
اتصال تیر به ستون در قاب سازههای فولادی برای انتقال بار از تیر به ستون میباشد. به طور کلی، نیروهای منتقل شده از طریق اتصالات شامل نیروهای محوری، نیروی برشی و لنگرهای پیچشی و خمشی میباشد. یکی از انواع مهم این اتصالات، اتصال تیاستاب (T-stub) است که به عنوان اتصال پیچی و معمولا در محدوده اتصال نیمه صلب در نظر گرفته می شود. در اتصال تیاستاب تحت کششدارای پیش تنیدگی، نیروی ایجاد شده در پیچها در طول بارگذاری کششی وابسته به هندسه اتصال مشتمل بر پارامترهای متعددی همچون سختی کششی پیچ، سختی خمشی بال مقطع تی شکل، محل نصب پیچ، ابعاد هندسی مقطع تی شکل، میزان پیشتنیدگی و … میباشد. با توجه به اینکه تحلیل اتصالات تیاستاب دارای پیش تنیدگی در پیچها (که پایهترین اتصال در مدلسازی فنرهای معادل است) به دلیل پیچیده بودن تغییرشکلها در نواحی مختلف، رفتار غیرخطی مصالح حتی در بارگذاریهای کوچک، مودهای مختلف گسیختگی و… دشوار است و از طرفی انجام آزمایش برای نمونههای مختلف پرهزینه، زمانبر و غیرعملی است، بنابراین با توجه به رشد کمی و کیفی نرم افزارهای اجزاء محدود و توانمندی بالای آنها در انجام تحلیل های پیچیده، استفاده از نرم افزارهای مختلف اجزای محدود از جمله انسیس (Ansysy) و آباکوس (Abaqus) از مناسبترین گزینههای پیش روی محققیق است که مطالعه رفتار این نوع اتصالات پیچیده میتواند در این نرم افزارها انجام گیرد. در اکثر قریب به اتفاق روشهای موجود، به دلیل پیچیدگی زیاد در رفتار کششی و خمشی اتصالات تیاستاب، تجزیه و تحلیل رفتار آنها معمولاً با ساده سازیهایی همراه است که در بعضی موارد دقت نتایج حاصله بر اساس این تحلیلها بحث برانگیز میگردد.
بیان مساله
یکی از اقتصادیترین روشهای مهار جانبی سازههای قاب فولادی، استفاده از قاب خمشی فولادی با اتصالات گیردار است. بهمنظور حفظ یکپارچگی ساختمانهای با قاب خمشی فولادی (MRF)[1]، زمانی که در معرض نیروهای افقی همچون باد و زلزله قرار میگیرند، استفاده از اتصالات پیچی برای تامین گیرداری لازم اتصال تیر به ستون، به عنوان یک راهحل عملی میباشد. استفاده از اتصال پیچی تیاستاب (T-stub) یکی از انواع پرکاربرد این نوع اتصال پیچی گیردار در سازههای فولادی میباشد.
علاوه بر استفاده مستقیم از اتصال تیاستاب در سازههای پیچی، در بسیاری از موارد اتصالات بسیار پیچیده را با مجموعهای از اتصالات تیاستاب معادل تحت کشش معادلسازی مینمایند تا امکان تحلیل و طراحی آنها میسر گردد، لذا بررسی دقیق رفتار این اتصال و اجزای آن از اهمیت بسزایی در تحقیقات روز پیدا کرده است. علی رغم استفاده روزافزون از اجزای محدود در مدلسازی اتصالات، استاندارد سازی یا مشخص نمودن پارامترهای مهم در مدلسازی اجزای محدود برای اتصال تیاستاب که در آن پارامترهای موثر که در یک محدودهی بهینه تهیه شده باشند، انجام نشده است. به همین منظور، مورد توجه قرار دادن و بررسی پارامتریک رفتار یکی از اجزاء این اتصال، امری مطلوب و ضروری به نظر میرسد که در اینجا، بررسی رفتار پیچهای مقاومت بالا در اتصالات تیاستاب پیشتنیده مد نظر قرار گرفته است و تدقیق ضوابط طراحی به منظور بررسی نیروی ایجاد شده در پیچهای این اتصال با در نظر گرفتن رفتار واقعی اجزای اتصال از طریق تحلیلهای غیرخطی، گامی ارزشمند در طراحی ایمنتر و اقتصادیتر اتصالات پیچی با پیچهای پر مقاومت میباشد و ضرورت بررسی دقیقتر و جامعتر این موضوع را مشخص مینماید.
فهرست مطالب
فصل ١: مقدمه ۱
١-١ کلیات ۲
۱-۲ اهداف کلی این تحقیق ۳
١-۲-۱- اهداف اصلی از انجام پژوهش. ۴
١-۲-۲- اهداف فرعی از انجام پژوهش. ۴
۱-۳ ساختار تحقیق ۴
فصل ٢: مروری بر پژوهشهای گذشته ۶
٢-١- مقدمه ۷
٢-٢- مقایسه اتصالات جوشی با پیچ در طراحی لرزهای ۸
٢-۳- منحنیهای دوران-لنگر ۱۲
٢-۴- بررسی رفتار اتصال تیاستاب ۱۵
۲-۵- انواع اتصالات تیاستاب ۱۷
۲-۶- عمل اهرمی ۲۰
٢-۷- پژوهشهای انجام شده در زمینه اتصال تیاستاب ۲۱
فصل ۳: مدلسازی سازههای مورد مطالعه در نرم افزار Abaqus 37
۳-١- مقدمه ۳۸
۳-٢- صحتسنجی مدل ۳۹
۳-۳- نحوه اعمال نیروی پیشتنیدگی در پیچ ۴۵
۳-۴- معرفی نمونههای مورد استفاده در پژوهش. ۴۹
فصل ۴: تحلیل قابلیت اطمینان ۵۵
۴-١- مقدمه ۵۶
۴-٢- روش شبیهسازی Monte Carlo 61
۴-۳- تفسیر نتایج تحلیل قابلیت اطمینان ۶۳
۴-۴- آنالیز حساسیت ۶۸
فصل ۵: نتیجه گیری و پیشنهادها ۱۲۸
۵-١- نتیجهگیری ۱۲۹
۵-۱-۱- تحلیل قابلیت اطمینان ۱۲۹
۵-۱-۲- تحلیل حساسیت ۱۳۰
۵-۲- پیشنهادات ۱۳۲
فصل ۶: مراجع ۱۳۳
فهرست شکل ها
شکل (۲-۱)- نمونه اتصالات T-stub.. 8
شکل (۲-۲)- نمونه اتصال کاملا جوشی… ۹
شکل (۲-۳)- شکست اتصال کاملا جوش شده. ۹
شکل (۲-۴)- یک نمونه منحنی دوران-لنگر برای اتصال.. ۱۳
شکل (۲-۵)- مدل فنری از یک اتصال T-stub.. 14
شکل (۲-۶) : مدل فنری از یک T-stub مستقل.. ۱۵
شکل (۲-۷) : مشخصات طبقهبندی سختی اتصال Eurocode. 17
شکل (۲-۸) : اتصالات جان نمونه. ۱۸
شکل (۲-۹) : اتصالات نمونه خمشی… ۱۸
شکل (۲-۱۰) : مشخصات خمش-دوران از اتصالات نمونه. ۱۹
شکل (۲-۱۱) :مکانیزم عمل اهرمی در اتصال T-stub اصلی… ۲۰
شکل (۲-۱۲) : پیکربندی هندسی برای آزمایشات اجزای اتصال T-stub.. 26
شکل (۲-۱۳) : پیکربندی مفصل صفحه انتهایی گسترش داده شده با ۴ پیچ در هر سطر. ۲۷
شکل (۲-۱۴) : مکانیزمهای شکست یک T-stub با ۴ پیچ در یک سطر. ۲۸
شکل (۲-۱۵) :هندسه T-stub و جایگذاری آن در اتصالات پیچی تیر-ستون.. ۲۹
شکل (۲-۱۶) : مدل T-stub سه بعدی صلب ۳۰
شکل (۲-۱۷) : نمایش و تعریف مدل T-stub.. 31
شکل (۲-۱۸) : پارامترهای هندسی اصلی T-stubها ۳۳
شکل (۲-۱۹) : اتصال ورق انتهایی المان T-stub.. 33
شکل (۲-۲۰) : مدل سختی بال ۳۵
شکل (۲-۲۱) : مدل سختی پیچ.. ۳۵
شکل (۲-۲۲) : مدل معادل T-stub از ناحیه کششی از مفاصل پیچی ۳۶
شکل (۳-۱) : مشخصات هندسی نمونه T1.. 41
شکل (۳-۲) : مشخصات مصالح نمونه T1 ۴۲
شکل (۳-۳) : نمودار جابجایی نمونه T1 حاصل از شبیهسازی در نرم افزار Abaqus و آزمایشگاه. ۴۳
شکل (۳-۴) : نمودار نیروی کششی یک بولت-نیروی کل نمونه T1 حاصل از شبیهسازی در نرم افزار Abaqus و آزمایشگاه ۴۴
شکل (۳-۵) : نمای تغییر شکل یافته نمونه T1 حاصل از شبیهسازی در نرم افزار Abaqus در پایان بارگذاری ۴۵
شکل (۳-۶) : صفحه داخلی و محور نیروی مورد نیاز جهت اعمال نیروی پیش تنیدگی پیچ در نرم افزار ۴۶
شکل (۳-۷) : تنظیمات مربوط به ایجاد نیروی پیش تنیدگی پیچ در نرم افزار Abaqus. 46
شکل (۳-۸) : تنظیمات جدول Edit Load مربوط به ایجاد نیروی پیش تنیدگی پیچ در نرم افزار Abaqus 47
شکل (۳-۹) : تنظیمات نحوه استخراج نیروی پیچ به عنوان خروجی پس از تحلیل در نرم افزار Abaqus. 48
شکل (۳-۱۰) : شماتیک پیکربندی هندسی نمونهها و معرفی متغیرهای تصادفی ۵۱
شکل (۴-۱) : مقایسه شاخص قابلیت اطمینان (β) روش Monte Carlo تحت نمونههای مختلف برای سطوح عملکرد اول و دوم. ۶۸
شکل (۴-۲) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱٫ ۷۶
شکل (۴-۳) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲٫ ۷۷
شکل (۴-۴) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳٫٫ ۷۸
شکل (۴-۵) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴٫٫ ۷۹
شکل (۴-۶) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۵٫٫ ۸۰
شکل (۴-۷) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۶٫ ۸۱
شکل (۴-۸) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۷٫٫ ۸۲
شکل (۴-۹) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۸٫٫ ۸۳
شکل (۴-۱۰) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۹٫ ۸۴
شکل (۴-۱۱) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۰٫ ۸۵
شکل (۴-۱۲) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۱٫ ۸۶
شکل (۴-۱۳) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۲٫ ۸۷
شکل (۴-۱۴) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۳٫٫ ۸۸
شکل (۴-۱۵) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۴٫٫ ۸۹
شکل (۴-۱۶) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۵٫٫ ۹۰
شکل (۴-۱۷) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۶٫ ۹۱
شکل (۴-۱۸) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۷٫٫ ۹۲
شکل (۴-۱۹) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۸٫٫ ۹۳
شکل (۴-۲۰) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۱۹٫ ۹۴
شکل (۴-۲۱) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۰٫ ۹۵
شکل (۴-۲۲) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۱٫ ۹۶
شکل (۴-۲۳) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۲٫ ۹۷
شکل (۴-۲۴) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۳٫٫ ۹۸
شکل (۴-۲۵) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۴٫٫ ۹۹
شکل (۴-۲۶) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۵٫٫ ۱۰۰
شکل (۴-۲۷) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۶٫ ۱۰۱
شکل (۴-۲۸) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۷٫٫ ۱۰۲
شکل (۴-۲۹) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۸٫٫ ۱۰۳
شکل (۴-۳۰) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۲۹٫ ۱۰۴
شکل (۴-۳۱) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۰٫ ۱۰۵
شکل (۴-۳۲) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۱٫ ۱۰۶
شکل (۴-۳۳) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۲٫ ۱۰۷
شکل (۴-۳۴) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۳٫٫ ۱۰۸
شکل (۴-۳۵) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۴٫٫ ۱۰۹
شکل (۴-۳۶) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۵٫٫ ۱۱۰
شکل (۴-۳۷) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۶٫ ۱۱۱
شکل (۴-۳۸) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۷٫٫ ۱۱۲
شکل (۴-۳۹) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۸٫٫ ۱۱۳
شکل (۴-۴۰) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۳۹٫ ۱۱۴
شکل (۴-۴۱) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۰٫ ۱۱۵
شکل (۴-۴۲) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۱٫ ۱۱۶
شکل (۴-۴۳) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۲٫ ۱۱۷
شکل (۴-۴۴) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۳٫٫ ۱۱۸
شکل (۴-۴۵) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۴٫٫ ۱۱۹
شکل (۴-۴۶) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۵٫٫ ۱۲۰
شکل (۴-۴۷) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۶٫ ۱۲۱
شکل (۴-۴۸) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۷٫٫ ۱۲۲
شکل (۴-۴۹) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۸٫٫ ۱۲۳
شکل (۴-۵۰) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۴۹٫ ۱۲۴
شکل (۴-۵۱) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۵۰٫ ۱۲۵
شکل (۴-۵۲) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۵۱٫ ۱۲۶
شکل (۴-۵۳) : نمودارهای نیروی کششی اتصال-جابجایی صفحههای بال و نیروی کششی بولت-نیروی کششی اتصال برای نمونه ۵۲٫ ۱۲۷
هنوز بررسیای ثبت نشده است.