(۲.۸) Keff=
Keff سختی موثر در یک سیکل، صورت کسر بیشترین نیروها در کشش و فشار و مخرج کسر بیشترین جابه‌جایی در کشش و فشار هستند. باید یادآوری شود این شاخص دمپینگ برای میراگر BRB یک ایده و برای سیستم غیر خطی کاملا تقریبی می‌باشد.[۲۹]
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
دو پارامتر مهمی که در طراحی میراگر BRB باید مد نظر داشت، یکی طول کوتاه برای میرایی انرژی و دومی رویداد کاهش سیکل خستگی، که می‌بایست بین این دو تعادل باشد. این میراگرها باید طوری طراحی شوند که ساختشان آسان باشد. طوری که از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشند. هم اینکه در هنگام وقوع زلزله عملکرد مناسب داشته باشند. قسمت‌های دیگر مهاربند باید صلب باشد به طوری که نباید انتظار تحمل کمانش و یا تسلیم را از آنها داشته باشیم.
اتصال مهاربند شامل میراگر BRBبه تیرو ستون باید از نوع مفصلی باشد، چون که اگر اتصال مفصلی نباشد در اثر نیرو یک خمش قابل توجه در مهاربند ایجاد می‌شود. بنابراین در اتصال صلب احتمال بالای ایجاد کمانش وجود دارد.
مساحت زیر نمودار هیسترسیس مقدار انرژی جذب شده (دفع شده) المان را نشان می‌دهد. میراگر BRB باید مکانیزم دفع انرژی با تغییر شکل پلاستیک را فراهم کند. سطح کل حلقه‌ها در منحنی هیسترزیس برای دست آوردن میزان جذب انرژی محاسبه می‌شود. اگر درطراحی مهاربند، دفع انرژی نسبت به فاکتورهای دیگر در الویت قرار گیرد ممکن است جواب نامتعادل پیش بینی نشده‌ای دهد که بسیار خطر‌ناک می‌باشد.
به این دلیل که اگر میراگر شکسته شود زوال نیرو به طور مؤثر درسازه انجام نمی‌شود و قابها که در اتصالات آسیب‌پذیر هستند ممکن است تحمل افزایش نیروی جانبی نداشته باشند.
مقایسه رفتار مهاربندی های مقاوم در برابر کمانش با مهاربندهای متداول
مقایسه‌ای بین رفتار سازه‌های دارای مهاربندی معمولی با در نظرگرفتن مقاومت پس‌کمانش و مهاربندی‌های مقاوم در برابر کمانش توسط آقایان بهروز عسگریان[۶] و ناصر امیر حصاری[۷]مورد مطالعه قرار گرفته‌است. مقایسه رفتار مهاربند معمولی و مهاربند مقاوم در برابر کمانش با در نظرگرفتن یک هندسه مشخص و مهاربندی‌های مختلف شامل مهاربندیX ، تک فشاری، سازه‌های ۴ تا ۱۲ طبقه در دو حالت مدل شده‌اند و تحلیل بار فزاینده برروی آنها انجام گرفته‌است. با توجه به تحلیل‌های صورت گرفته، منحنی برش پایه -تغییر مکان بام هر دو نوع مدل بایکدیگر مقایسه، مشخص گردید مهاربندهای مقاوم در برابرکمانش ظرفیت بیشتری نسبت به مهاربندهای معمولی دارا هستند.[۳۰]
رفتار غیرالاستیک مهاربندها
رفتار غیرالاستیک مهاربندها تا حد زیادی تابع لاغری آنها است، رفتار مهاربندهایی عادی در کشش و فشار متفاوت است و مقاومت آنها در فشار نسبت به کشش کمتر است. با بزرگتر شدن نسبت لاغری مقاومت فشاری محوری کاهش می‌یابد و منحنی‌های رفتار سیکلیک لاغرتر می‌شوند. بطور کلی اثرات نامطلوب کمانش مهاربندها را می‌توان به شرح زیر خلاصه کرد: [۳۰]
۱-هنگامی که عضو مهاربندهای تحت فشار به کمانش افتد، ناگهان درصد زیادی از بار محوری آن به عضو بادبندی کششی منتقل می‌شود. این امر میتواند سبب شود که تنش در این عضو بیشتر از حد مجاز شود.
۲-به علت تغییرمکان جانبی عضو تحت فشار، چرخش انتهائی اعضا زیاد شده و این امر میتواند باعث فروریختگی اتصال شود.[۳۱]
مشخصات مدل های مورد مطالعه و بارگذاری آنها
یک پلان مربع شکل، به طول ١۵ متر که در هر راستا دارای سه قاب می‌باشد انتخاب گردیده و سیستم مهاربندی در هر دو راستا در دهانه‌های کناری فرض شده‌است. ارتفاع هر طبق۲.۳ متر می‌باشد و دهانه باربر ۵ متر و فاصله قابها نیز ۵ متر لحاظ شده است. در این مدلها، مهاربند در دهانه میانی قرار داده شده‌است. مهاربندهای ضربدری، تک قطری در ساختمانهای۴ -۶- ۸- ۱۰- ۱۲ طبقه مورد استفاده قرار گرفته‌اند. محل احداث پروژه تهران و خاک زمین از نوع II فرض گردید. جهت بارگذاری ساختمانها از استاندارد۵۱۹[۳۲] و ویرایش دوم استاندارد۲۸۰۰ استفاده شده‌است. بار مرده طبقات با فرض سقف تیرچه بلوک و حائل‌های داخلی بصورت تیغهcm 10با آجر سفال برای طبقات ۶۵۰ کیلوگرم بر مترمربع می‌باشد. کاربری ساختمانها مسکونی در نظر گرفته و بارزنده ۲۰۰کیلوگرم بر مترمربع منظور شده. [۳۰]
نتایج تحلیل بار فزاینده
با بهره گرفتن از این روش مناسب و دقیق می‌توان اطلاعات ارزشمندی را بدست آورد که به کمک آنالیزهای استاتیکی یا دینامیکی نمی‌توان به آنها دست یافت. موارد زیر را به عنوان نمونه از مزایای این روش می‌توان برشمرد:
۱ تعیین قسمت‌های بحرانی، که در آنها انتظار می‌رود نیاز شکل‌پذیری زیاد بوده و باعث تمرکز نیرو بر روی اتصالات شود.
۲ بدست آوردن حد نهائی و نسبی شرایط المان‌های سازه‌ای، شرایط اتصالات، سختی غیرسازه‌ای و شرایط پی[۳۳]
در این بخش یک نمونه از نمودار مربوط به برش پایه در برابر تغییر مکان بام آورده شده. منحنی آورده شده در دو قسمت یکی مربوط به مدلسازی مهاربندی معمولی و دیگری مربوط به مدل مهاربندی مقاوم در برابر کمانش می‌باشد. مدل رفتاری اعضاء برای مهاربندهای معمولی، مدل پس‌کمانشJain [34]می‌باشد.
بدین ترتیب که عضو پس از کمانش مقاومت و سختی خود را از دست می‌دهد. اما در مدل اعضاء مقاوم در برابر کمانش مقاومت عضو کاهش نمی‌یابد و سختی آن نیز با توجه به سخت شدگی کرنشی کاهش می‌یابد. در این منحنی خط ممتد که با علامت اختصاریOBF معرفی شده مربوط به مدلهای دارای مهاربندی معمولی است و خط چین که با علامت اختصاریBRBF معرفی شده مربوط به مهاربندهای مقاوم در برابر کمانش می‌باشد. [۳۰]
شکل ۲.۱ نمودار برش پایه – تغییر مکان بام سازه دارای مهاربندی ضربدری: الف- چهار طبقه ب- شش طبقه[۳۰]
نتایج به دست آمده از تحقیق انجام شده به شرح زیر می‌باشد:
۱ ظرفیت نهائی مهاربندهای مقاوم در برابر کمانش از مهاربندهای معمولی بیشتر است.
۲ شیب قسمت خطی و یا به عبارتی سختی طبقات منطبق است که این امر صحت مدلسازی انجام شده را بیان می‌کند.
۳ همچنین در بسیاری از حالات ظرفیت تغییر مکان حداکثر در حالت مهاربندی مقاوم در برابر کمانش نسبت به مهاربندی معمولی بیشتر است. البته نتایج بدست آمده با فرض رفتار پس‌کمانش اعضاء مهاربندی با مدل Jain می‌باشد.
بررسی ورق‌های اتصال در مهاربندهای کمانش‌ناپذیر
این نوع مهاربندها هم در کشش و هم در فشار تسلیم می‌شوند. لیکن اتصالات آنها تحت فشار قبل از آنکه به حد تسلیم برسند، کمانش می‌کنند. برای جلوگیری از کمانش زودرس و افزایش ظرفیت اتصالات در برابر نیروی فشاری مهاربند به بررسی رفتار یک قاب یک دهانه - یک طبقه با مهاربند کمانش ناپذیر به روش المان محدود پرداخته شده‌است. در این بررسی آفایان chung-che chou و pei-jin chen [35]. در تایوان و در ادامه مطالعات آن ها آفایان جلال اکبری[۸] وعبدالرحیم حسنوند[۹] در ایران به بررسی عملکرد ورق اتصال مهاربند کمانش ناپذیر پرداخته‌اند[۳۶].
ابتدا نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی اعتبار سنجی شده‌اند و سپس مطالعات پارامتری روی آن انجام گرفته‌است. برای اعتبار سنجی نتایج و مطالعات پارامتری، از نرم‌افزار المان محدود ABAQUS با در نظر گرفتن مصالح بکار رفته در قاب استفاده شده‌است. در ادامه با افزایش ضخامت ورق و هسته مهاربند و افزودن سخت‌کننده ها به لبه آزاد ورق و همچنین استفاده از جفت ورق بجای ورق تکی ظرفیت فشاری ورق تا حد قابل قبولی افزایش می‌یابد. تحلیل به کار رفته در مدل به صورت تحلیل بار افزون)Pushover) غیر خطی می‌باشد.
مهاربند BRB به عنوان سیستم مهاربندی که وظیفه تحمل بارهای جانبی ناشی از زلزله بر عهده دارد. هسته فولادی این مهاربند و بتن اطراف آن باعث می‌شود، که مهاربند هم در کشش و هم در فشار تسلیم شود، این رفتار مهاربندها سبب می‌شود که علاو ه بر تحمل بارهای رفت و برگشتی زیاد ناشی از زلزله، همچنین باعث ناچیز شدن نیرو نامتعادل در وسط دهانه قاب می‌شود.
تنها ایراد اساسی این مهاربندها اتصالات آنهاست، زیرا تحت نیروی فشاری مهاربند، قبل از رسیدن به حد تسلیم، کمانش می‌کنند و در واقع فلسفه کمانش‌ناپذیری زیر سؤال می‌رود. مطابق نتایج آزمایش‌های قبلی‌که بر روی نحوه اتصال مهاربند به ورق انجام شده است، مشاهده می‌شود، عملکرد سه نوع اتصال پیچ، پین و جوش برای افزایش ظرفیت باربری ورق و همچنین جلوگیری از کمانش خارج از صفحه آن تقریباً با هم‌یکسانند.[۳۷]
کمانش ورق و محل حداکثر تنش روی آن
ورقی که برای اتصال مهاربند به تیر و ستون بکار می‌رود، از نوع ورقهایی است، که در مهاربندهای معمولی بکار می‌رود. در این سیستم مهاربندی دو قسمت از ورق که تحت بیشترین تنشها ناشی از نیروی فشاری قرار دارند ناحیه ویتمور[۳۸ ] و ناحیه تورنتن[۳۹] می‌باشند. ناحیه ویتمور ناحیه‌ای با زاویه ۳۰ درجه بین اولین و آخرین پیچی است، که برای اتصال مهاربند به ورق بکار می‌رود. و تورنتن، ناحیه‌ای است که از انتهای ناحیه ویتمور تا محل اتصال ورق به تیر و ستون می‌باشد.
شکل ۲.۲ ناحیه ویتمور و تورنتن[۳۵]
براساس نظریه تورنتن این ناحیه از ورق همانند یک ستون لاغر است، که برای تعیین نیروی کششی و فشاری آن بترتیب دو رابطه (۹.۲) و (۱۰.۲) را پیشنهاد کرده‌است.
رابطه نیروی فشار ورق مطابق فرمول کمانش ستون می‌باشد.
(۲.۹) P y Gusset =Fy be t Py Brac
(۲.۱۰) Pcr Gusset= Pmax
(۲.۱۱) Lc= max{ L1, L2, L3 }
be عرض ناحیه ویتمور، t ضخامت ورق، Fy تنش تسلیم فولاد و k ضریب طول مؤثر ناحیه تورنتن است. در صورتیکه ورق کمانش خارج از صفحه داشته باشد، ۲=K و اگر از کمانش خارج از صفحه ورق جلوگیری شود،.۶۵ ۰=K در نظر گرفته می‌شود.
براساس تحقیقاتی که توسط آیکن، تسای و همکاران[۴۰و۴۱] بر روی اتصالات صورت گرفته‌است، نشان داده شده، که در اثر کمانش خارج از صفحه قاب، ورق قبل از آنکه به ظرفیت فشاری نهایی خود برسد در راستای قطر)محل انتهای اتصال مهاربند به ورق ( کمانش می‌کند. در نتیجه برای اطمینان از پایداری اتلاف انرژی عضو BRB لازم است که ظرفیت محوری ورق از مهاربند بیشتر باشد.
مدلسازی قاب فولادی با مهاربند کمانش‌ناپذیر
قاب یک دهانه – یک طبقه با تمام جزئیات در نرم افزار المان محدودABAQUS مدلسازی شده‌است. که در آن، ستون از نوع CFT(Concrete Filled Tube) و هسته مهاربند از دو سپری تشکیل شده که چهار قوطی اطراف آنرا احاطه کرده‌است.
ضخامت سخت‌کننده ها در لبه کناری ورق ۸ میلی‌متر، ضخامت ورق ۱۳ میلی‌متر و ضخامت هسته BRB 10 میلی‌متر می‌باشد، که توسط ده پیچ به ورق مرکزی و کناری وصل شده. برای تمام مقاطع فولادی بکار رفته در مدل، از فولاد ST 37 بصورت دو خطی استفاده شده‌است. معیار تسلیم مناسب برای مصالح فولادی معیار فون میسز می‌باشد. این معیار مناسب‌ترین معیار برای مصالح شکل‌پذیر است.
با اعمال بار استاتیکی افزاینده به وسط بال فوقانی تیر و یک نقص اولیه ناچیز برای کمانش خارج از صفحه قاب، یک جابجایی افقی درقاب بوجود می‌آید، که باعث می‌شود یک مهاربند تحت کشش و دیگری تحت فشار قرار گیرد. در مهاربند تحت فشار، به علت سختی دورانی کم اتصالات، کمانش خارج از صفحه در ورق رخ می‌دهد، که این کمانش خاج از صفحه ورق تحت بار ۸۰۵ کیلو نیوتن می‌باشد. در نتیجه برای جلوگیری از کمانش ورق و همچنین افزایش نیروی فشاری تصمیم گرفته شد، که با افزایش ضخامت ورق و هسته مهاربند و افزودن سخت‌کننده ها به لبه آزاد ورق و همچنین استفاده از جفت ورق بجای ورق تکی ظرفیت فشاری ورق تا حد قابل قبولی افزایش داده‌شود. در ادامه تاثیر افزایش ضخامت ورق و هسته مهاربند، اضافه کردن سخت‌کننده‌ها و تاثیر استفاده از زوج ورق بر ظرفیت باربری ورق مورد بررسی قرار گرفته شده‌است.
نتایج به دست‌آمده از تحقیق انجام شده به شرح زیر می‌باشد:
۱- در صورتی که در اتصالات، ورق تکی استفاده شود، حداکثر ضخامتی که برای ورق می‌توان در نظر گرفت، باید برابر حداکثر ضخامت جان یا بال، تیر و ستون باشد.
۲- استفاده از سخت‌کننده‌ها در تمام طول لبه آزاد ورق، علاوه بر جلوگیری از کمانش خارج از صفحه ورق، موجب افزایش نیروی فشاری آن نیز می‌شود.
۳- استفاده از زوج ورق، موجب افزایش نیروی فشاری ورق می‌شود، لیکن اگر زوج ورق با ضخامت زیاد در نظر گرفته شود، تحت نیرو فشاری، سبب کمانش بال تیر می‌شود و همچنین اگر ضخامت زوج ورق کم باشد، زوج ورق دچار کمانش خارج از صفحه می‌شود.
مزایا و معایب مهاربند کمانش ناپذیر
در مقایسه مهاربندهای BRBF با قابهای خمشی و مهاربندهای هم‌محور، این نوع مهاربندها مزایای زیر را به همراه دارند[۱] :
سختی جانبی الاستیک بالای مهاربندهایBRB در تحریکات ضعیف زمین در مقایسه با قابهای خمشی، ارضاء محدودیت تغییرمکان نسبی ( Drift) آیین نامه ها را تسهیل می‌کند.
