شکل پذیری قاب خمشی

در اینجا ما بدنبال دور کردن تمرکز تنش ها در انتهای تیر که ناشی از چرخش زاویه ای در محل مفصل پلاستیک در جوش و قطعات اتصال به ستون وصل شده و بررسی شکل پذیری قاب خمشی هستیم. هم چنین با توجه به ذات جوش که رفتاری ترد و شکننده دارد و همین طور طبق دسته بندی انجام شده جزوه المان‌های غیر تلف کننده انرژی قرار گرفته است، واگر جوش قبل از رسیدن به حالت نهایی خود پاره شود(منظور جداشدگی از قطعات) موجب میگردد که اتصال FAIL کند و دیگر نمیتوان از ظرفیت نهایی تیر استفاده کرد.

اصول طراحی اتصال خمشی

لذا جوش ها را براساس Fu طراحی انجام میدهیم. رویکرد در طراحی این است که ابتدا به جای اینکه مفصل پلاستیک در تیر و ستون تشکیل شده باشد، خود اتصال پلاستیک شود بعنوان مثال نبشی‌ها تغییر شکل دهند، زیرا تعمیر آن ها به مراتب آسان تر از تعمیر خرابی در تیر و بعد در ستون است و از لحاظ اقتصادی به صرفه تر و هم چنین چون پریود سازه را به سمت پریودهای بلند می برد پس نیروی کمتری به سازه وارد شده و از نظر لرزه ای رفتار بهتری دارد . لذا در ادامه با در نظر گرفتن این کلیات به مطرح کردن روش های جست و جو شده در مقالات خواهیم پرداخت.

راهکارهای کاهش امکان شکست جوش دراثرچرخش زاویه ای مفصل پلاستیک

باتوجه به مقالات مطالعه شده در این زمینه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

• استفاده از سیستم ترکیبی اتصال گیردار و نیمه گیردار(نیمه صلب)
• استفاده از RBS  (مقطع کاهش یافته تیر)
• استفاده از ورق پشت بند در تقویت اتصال خمشی •استفاده از اتصالات خمشی فولادی تقویت شده توسط ماهیچه، ورق کناری و ورق بال جوش شده

اتصال نیمه صلب

با استناد به آنچه که در کلیات مطرح شد، اساس طراحی ما برای این است که اتصال جذب انرژی داشته . در اتصالات باتوجه به مباحث فولاد در طراحی اتصالات قطر سوراخ ، طول نبشی ها و همچنین اندازه آن ها در مقاومت اتصال تاثیر دارد . در این حالت ما طوری طراحی میکنیم که ممان وارد بر اتصال بیشتر از تیر باشد. همچنین با توجه به نمودار ظرفیت مقاومتی اتصال نیمه گیردار روبه رو ، اگر تیر ها براساس Full Strength طراحی شوند ، اول خود تیر به حالت پلاستیک در می‌آید اما اگر حالت Partial Strength  استفاده کنیم از قبل از پلاستیک شدن تیر اتصال پلاستیک می شود. با نیمه صلب کردن اتصال میتوانیم جوش را شکل پذیرتر و همچنین به کاهش تنش دست بیابیم. شکل زیر تفیکیک هردو نوع مقاومت را نشان می‌دهد.

شکست اتصال در زلزله نورتریج و کوبه

قاب فولادي با اتصالات گيردار جوشي تا قبل از زلزله هاي۱۹۹4 نورتريج و ۱۹۹۵ کوبه, به عنوان سيستم سازه اي شكل پذير مورد توجه طراحان سازه بود. در اثر اين زلزله ها, تعدادقابل توجهي از ساختمان هايي كه در آنها از سيستم قاب خمشي فولادي با اتصالات گيردار جوشي استفاده شده بود و دچارخرابي هايي در ناحيه اتصالات تير به ستون شدند. يكي از علل ا صلي اين خرابي ها شكل پذيري كم و تمركز تنش در ناحيه جوش شده اتصالات گيردار بود.

پس از این زلزله تحقيقات نشان مي دهند كه قاب هاي با اتصالات نيمه گيردار پيچي در برخي شرايط، تحت اثر نيروهاي زلزله رفتاربهتري در مقايسه با قاب هاي گيردار از خود نشان مي دهنداتصالات پيچي نيمه گيردار با ظرفيت خمشي كمتر نسبت به اتصالات جوشي گيردار, شكل پذيري قابل توجه و ظرفيت چرخش پلاستيك بيشتري دارند. ظرفيت چرخش پلاستيك بيشتر اتصالات نيمه گيردار، آنها را قادر مي سازد كه بدون ايجاد خرابي مشابه خرابي هاي اتصالات جوشي, بصورت غيرالاستيك تغييرشكل دهند.

موانع کاربردی نیمه گیردار

تغييرمكان نسبي زياد طبقات قاب هاي نيمه گيردار بويژه درقاب هاي بلند، يکي از موانع عمده کاربرد اتصالات نيمه گيردارمي باشد. اعتقاد عده‌ای از محققين بر اين است که با استفاده ازتركيبي از اتصالات گيردار و نيمه گيردار (قاب دوگانه), ضمن حذف مشكل تغيير مكان نسبي زياد, ميتوان از مزاياي اتصالات نيمه گيردار نيز بهره برد . به اين ترتيب با تركيب اتصالات گيردار و نيمه گيردار, بدون افزايش در ابعاد اعضاء ميتوان محدوديت تغييرمکان نسبي طبقات را برآورده نمود.

در قاب هاي دوگانه، اتصالات نيمه گيردار شكل پذيري لازم را تأمين نموده و با تسليم در زلزله هاي مخرب، انرژي زلزله و تغيير شكل ها را جذب خواهند نمود و اتصالات گيردار نيز با تأمين سختي جانبي, از تغيير مكان جانبي زياد قاب جلوگيري خواهند نمود. استفاده از اتصالات نيمه گيردار كاهش پيچيدگي اتصال, حذف سخت كننده ها و صرفه جوئي در هزينه اجراي قاب و شکل پذیری قاب خمشی را درپي خواهد داشت.

مقایسه نتایج حاصل از 4 زلزله در قاب های مقاله

باتوجه به اینکه در اتصالات نیمه گیردار ایجاد فیوز هایی جهت جذب نیرو و تغییر شکل سبب میشود رفتار سازه بهینه تر شود و هم چنین با توجه به نمودار نتایج زیر در تمامیه زلزله های این نسبت سیستم نیمه گیردار به گیردار تقریبا در بیشتر موارد کمتر از 1 است پس نتیجه میشود میزان چرخش پلاستیک و درنهایت تنش در جوش کاهش یابد . موردی که باید درنظر داشت اگر اتصال همراه با پیچ باشد میتواند شکل پذیری با توجه به سوراخ و ورق ها در شکل پذیری قاب خمشی اثر داشت.