مهندسی عمران ایران

ارزش گذاری معیار های انتخاب اتصال بهینه
لازم به ذکر است که مهمترین هدف در استفاده از اتصال کاهش یافته، دور کردن تمرکز تنش از اتصال و چشمه اتصال می باشد. در مطاعه حاضر ، ابتدا اطلاعات خروجی هر تحلیل بر اساس اهمیت طبقه بندی می گردند. این طبقه بندی به قرار زیر است:
1. موفقیت در دور نمودن تمرکز تنش از چشمه اتصال و اتصال تیر به ستون و نیز کمینه بودن کمانش های موضعی بال و جان وکمانش جانبی و پیچشی تیر
به عنوان مثال شکل (a)-2 دیاگرام تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 15cm انتهای تیر برای اتصال با کاهش گوه شکل در ارتفاع جان تیر و شکل (b)-2 دیاگرام تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 15cm انتهای تیر برای اتصال ساده تیر به ستون را نشان می دهند. خاطر نشان می سازد که معیار von mises یک معیار معتبر برای تشخیص شروع تسلیم در مصالح شکل پذیر تحت تنش های مرکب سه بعدی است و مطابق این معیار هنگامی که تفاوت تنش های اصلی در ماده به مقدار مشخصی می رسد، ماده دچار تسلیم شده و جاری می گردد.
با توجه به اشکال (a ، b)-2 بسیار واضح است که در شکل (a)-2 تمرکز تنش از اتصال و چشمه اتصال دور شده و در شروع ناحیه کاهش یافته تمرکز یافته است ولی در شکل (b)-2 تمرکز تنش مستقیما متوجه چشمه اتصال و ناحیه جوش بال تیر به ستون شده است. اگر تمرکز تنش در اتصال بال تیر به ستون رخ دهد موجب شکست جوش بال تیر به ستون می گردد و در نهایت سبب گسیختگی کلی اتصال می شود. پس نمونه شکل (a)-2 در دور کردن تمرکز تنش از بر ستون بسیار موفق تر از نمونه شکل (b)-2 عمل کرده است. اما به دلیل کاهش محلی در مقطع تیر در مدل شکل (a)-2 ، کمانش های جانبی بال و جان و کمانش پیچشی جانبی در تیر اتفاق افتاده است که خود سبب کاهش مقاومت در تیر می گردد. بنابراین در طراحی اتصال بهینه کاهش یافته باید اثرات منفی کاهش مقاومت ناشی از کمانش و پیچش تیر نیز مد نظر قرار گیرد.

شکل 2- گراف تنش von mises سه بعدی در تغییر مکان 0.15m انتهای تیر برای
(a) اتصال با کاهش گوه شکل در ارتفاع جان تیر
(b) اتصال ساده تیر به ستون (BWWF)

2. توانایی در اتلاف انرژی بار های وارده (به شکل مجموع مساحت زیر منحنی های بار- تغییر مکان در چرخه های بارگذاری)
علت تعریف این معیار به دلیل اهمیت میزان اتلاف انرژی و استهلاک نیرو ها ی زلزله در سازه ها تحت اثر بار های دینامیکی رفت و برگشتی می باشد.
3. سختی اولیه بیشتر در نمودار بار- تغییر مکان حاصل شده از تحلیل نمونه.
4. بیشینه بودن ممان نهایی تحمل شده توسط تیر Mmax (که ممان به شکل حاصلضرب نیروی اعمالی به انتهای تیر در طول آزاد تیر از بر ستون تا انتهای آن محاسبه می گردد.)

مدلسازی و تحلیل اجزا محدود
تحلیل ها با استفاده از نرم افزار اجزا محدود [16] Ansys انجام گرفت. این نرم افزار قادر به در نظر گرفتن تغییر شکل های بزرگ غیر خطی به همراه غیر خطی هندسی و مصالح در حالت تحلیل سه بعدی است. برای مدل سازی تیر و ستون از المان پوسته ای چهار گره ای (المان shell43) استفاده گردید. همانطور که از شکل 3 مشخص است یک مش ظریف تر در منطقه کاهش یافته اعمال گردید زیرا پلاستیسیته اکثرا در آن محل اتفاق می افتد و نیاز به دقت محاسبات بالاتری دارد.
برای مقاطع فولادی به کار رفته در این پروژه از فولاد نوع A36 و با مقاومت تسلیم 0.24kg/m2 و مقاومت نهایی 0.387kg/32 استفاده گردید. مدل سازی رفتار فولاد با استفاده از معیارتسلیم von_mises و در نظر گرفتن رفتار غیر خطی مصالح و با ضریب پواسون 0.3 انجام گرفت. از منحنی فولاد سه خطی با سخت شوندگی سینماتیک استفاده گردید. عملکرد نمونه ها در این سری تحلیل ها به صورت جدول با یکدیگر مقایسه و نهایتا طرح ایده آل بر اساس معیار های فوق الذکر انتخاب می گردد.

شکل 3- تصویری از مدل اجزا محدود یکی از نمونه ها

همچنین یک نمونه اتصال ساده تیر به ستون (BWWF) مطابق شکل (b)-2 و یک نمونه اتصال استخوانی(شکل 5) بر اساس راهنمای های طراحی [5 ، 6] Engelhardt ، مورد تحلیل قرار گرفت ونتایج آن با حالت کاهش در جان مقایسه گردید.

تصدیق مدل و فرآیند بارگذاری
به منظور حصول اطمینان از مطالعات پارامتریک تحلیلی انجام شده در تحقیق حاضر سه نمونه آزمایشگاهی از مراجع
[1 ، 18 ، 12] و یک نمونه مدلسازی اجزا محدود از مرجع [ 11 ] که توسط محققین پیشین بررسی شده بودند مجددا به روش اجزا محدود به شکل مشابه ای مدلسازی و بارگذاری گردیدند. نتایج به دست آمده از این مدلسازی در تطابق بسیار خوبی با نمونه های مرجع ارزیابی شد.
در شکل 4 نمودار بار-تغییر مکان انتهای تیر برای نمونه آزمایشگاهی مرجع [ 18 ] و نیز نتایج به دست آمده از تحلیل اجزا محدود این نمونه در مطالعه حاضر آورده شده است.
در مطالعه حاضر بارگذاری چرخه ای با رژیم کنترل تغییر مکان و بر اساس آیین نامه بار گذاری چرخه ای اعضا فولادی ATC_24 [ 17 ] بر نمونه های مطالعه حاضر اعمال گردید.

شکل 4- نمودار بار-تغییر مکان انتهای تیر به دست آمده از : (a) نمونه آزمایشگاهی - (b) نمونه تحلیل شده توسط نرم افزار ANSYS

ادامه دارد...