تبلیغات

مطالعه پارامتریک بر یک اتصال RBS جدید با کاهش در ارتفاع جان تیر - قسمت 1

مطالعه پارامتریک بر یک اتصال RBS جدید با کاهش در ارتفاع جان تیرخلاصه
در اتصالات RBS با کاهش موضعی مقطع تیر در مجاورت ستون از تمرکز تنش در محل اتصال جلوگیری می گردد و محل ایجاد مفصل پلاستیک از اتصال به مقطعی از تیر در نزدیکی بر ستون منتقل می شود. نوع خاصی از اتصال RBS معروف به اتصال استخوانی ( Dogbone ) که در آن بال های تیر به صورت قوسی از دایره برش یافته است ، عملکرد بسیار خوبی در مقابله با بارهای لرزه ای نشان داده است. در تحقیق حاضر نوعی از اتصال RBS با اعمال کاهش موضعی در جان تیر به منظور دستیابی به حالت بهینه آن مورد مطالعه پارامتریک اجزا محدود قرار گرفت و با اتصالات مشابه نظیر اتصال استخوانی مورد مقایسه قرار گرفت. برای اتصال مورد مطالعه عملکرد خوبی در دور کردن مفصل پلاستیک از اتصال به همراه شکل پذیری بالا، اتلاف انرژی زیاد و مقاومت خوب مشاهده گردید.

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 .

ادامه دارد...


مسیر شما: مقالات مقالات مطالعه پارامتریک بر یک اتصال RBS جدید با کاهش در ارتفاع جان تیر - قسمت 1