دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل
دانشكده مهندسي عمران
پايان نامه جهت دريافت درجه کارشناسي ارشد، رشته مهندسي عمران – زلزله
موضوع:
ضريب رفتار در اتصالات نيمه‌صلب به روش تئوري و عملي
اساتيدراهنما:
دکترغلامرضا عبدا… زاده
دکترعلي رضا ميرزاگل تبارروشن
نام و مشخصات دانشجو:
سيد علي اسدي
شماره دانشجويي : 894140002
تابستان 1392
Babol Noshirvani University of Technology
Faculty of Civil Engineering
Master of Science Thesis

Title:
Behavior Factor in Semi – Rigid Connection by Theory and Practical Method
Supervisors:
Dr. Gholamreza Abdollahzadeh
Dr. Alireza Mirzagoltabar Roshan
By:
Seyed Ali Asadi
894140002

تقديم به
تمامي کساني که براي اعتلاي نام حق سر از پا نمي شناسند،
و در راه خدمت به خلق شب و روز ندارند،
و همچنين تقديم به پدر دلسوز، مادر مهربان و همسر عزيزم که همواره مشوق من بوده اند.
تقدير و تشکر
پس از حمد و سپاس بيکران خداوند متعال که توفيق برداشتن گامي ديگر در راه آموختن را به من عنايت فرمود، بر خود لازم مي دانم از تمامي کسانيکه مرا در به انجام رساندن اين کار کوچک ياري داده اند تشکر و قدرداني کنم. بويژه:
استاد عزيزم جناب آقاي دکتر غلامرضا عبدا… زاده که زحمت راهنمايي اين پايان نامه را به عهده داشتند و صبورانه با راهنماييهاي بي دريغ خود مرا مرهون لطف خود نموده‌‌‌اند.
استاد ارجمندم جناب آقاي دکترعليرضا ميرزا گل‌تبار روشن که در طول اين مدت از مشاوره و راهنماييهاي ارزشمندشان بهره مند شدم .
از دوست عزيزم جناب دکتر سيدعلي تقي‌زاده به خاطر مشاوره‌هاي ارزنده‌شان در انجام و نگارش پايان نامه‌ سپاسگزاري مينمايم.
‌ در نهايت از آزمايشگاه به آزما جهت همکاري با اينجانب در تست مدل‌هاي ساخته شده کمال تشکر را دارم.
چکيده
براي طراحي سازه ها، استفاده از الگوي طراحي بر اساس ضريب رفتار مناسب ترين روش از نظر هزينه و زمان است. استفاده از اتصالات نيمه صلب درسازه ها علاوه بر اين که از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است، بخاطر تعديل در مقادير نيروهاي عضو مربوطه از نظر رفتار سازه اي و شکل پذيري بسيار بهتر عمل مي کنند. درآيين نامه ها و مراجع موجود مباحث مربوط به شناخت اتصالات نيمه صلب و تأثير آن بر خواص و رفتار سازه به اندازه اتصالات مفصلي و صلب گسترده نبوده و درحد تحقيقات و مباحث خاص مطرح شده است. در اين پايان نامه سعي بر بررسي کامل ضريب رفتار در سازه هاي با اتصال نيمه صلب است. که هدف از اين تحقيق بدست آوردن ضريب رفتار در قابهاي مقاوم خمشي با اتصالات نيمه صلب مي باشد. بدين منظور دو نمونه اتصال کنسولي تير به ستون مورد آزمايش قرار گرفته است که يکي اتصال تير به ستون توسط نبشي بالا و پايين و ديگري با ورق بالا و پايين و تقويت لچکي در قسمت پايين کار ساخته شده است. اين نمونه ها تحت بارگذاري مونوتونيک قرار گرفته شده تا نمونه ها به تنش تسليم و در نهايت به شکست منجر شوند. مدل هاي ساخته شده تحت نرم افزارCatia مدلسازي مي شود که در نتيجه سازه اي با درصد گيرداري بدست آمده در سه، پنج و ده طبقه تحت نرم افزار Abaqus مدل مي شود. در نهايب ضريب رفتار به روش يانگ در سازه هاي مذکور بدست مي آيد.
فهرست

فصل اولError! Bookmark not defined.
آشنايي با انواع اتصال هاError! Bookmark not defined.
فصل اولError! Bookmark not defined.
آشنايي با انواع اتصال هاError! Bookmark not defined.
1-1- مقدمهError! Bookmark not defined.
1-2- تاريخچه بررسي و آناليز اتصال نيمه گيردارError! Bookmark not defined.
1-3- شاخص گيردار بودن اتصالError! Bookmark not defined.
فصل دومError! Bookmark not defined.
اتصال نيمه صلب و تأثير آن برخواص اعضاء و قابهاي مقاوم خمشي فولاديError! Bookmark not defined.
فصل دومError! Bookmark not defined.
اتصال نيمه صلب و تأثير آن برخواص اعضاء و قابهاي مقاوم خمشي فولاديError! Bookmark not defined.
2-1- مقدمهError! Bookmark not defined.
2-4- اهميت اتصالات نيمه صلبError! Bookmark not defined.
2-5- پارامترهاي مؤثر اتصال نيمه صلبError! Bookmark not defined.
2-6- شکل‌پذيري و ضريب رفتار و تخمين آنها درقابهاي مقاوم خمشيError! Bookmark not defined.
2-7- الگوي طراحي براساس ظرفيت و شکل‌پذيري سازهError! Bookmark not defined.
2-8- الگوي طراحي براساس ضريب رفتار سازهError! Bookmark not defined.
2-9- تخمين ضريب رفتار قاب (R)Error! Bookmark not defined.
2-10- ضريب شکل‌پذيري قاب (µ)Error! Bookmark not defined.
2-11- اصول روش تعيين ضريب رفتار سازهError! Bookmark not defined.
فصل سومError! Bookmark not defined.
فرمول‌هاي رياضي و روابط مربوط به گيردار بودن اتصالError! Bookmark not defined.
فصل سومError! Bookmark not defined.
فرمول‌هاي رياضي و روابط مربوط به گيردار بودن اتصالError! Bookmark not defined.
3-1- مقدمهError! Bookmark not defined.
3-2- تعريف ارتباط لنگر با دوران الاستيک و پلاستيکError! Bookmark not defined.
3-3- اتصال نيمه گيردار با صفحه انتهايي سرتاسري پيچ و مهرهError! Bookmark not defined.
3-4- اتصال نيمه گيردار از نوع نبشي رو و نشيمنError! Bookmark not defined.
3-5- بررسي نيروهاي وارد بر اتصال و تير نيمه گيردار، و روابط مربوط به خيز و دوران آنError! Bookmark not defined.
3-6- دوران تحت اثر سه نوع بارگذاري متداول براي تير نيمه گيردارError! Bookmark not defined.
3-7- تاثير اتصال نيمه گيردار بر آناليز الاستيک قابError! Bookmark not defined.
3-8- مقدار ممان در وسط دهانه تير برابر استError! Bookmark not defined.
3-9- اتصالات پيچ و مهره اي و تمرکز تنش روي بدنه پيچError! Bookmark not defined.
3-10- پارامترهاي لرزه‌اي سازهError! Bookmark not defined.
3-10-1- ضريب شکل‌پذيريError! Bookmark not defined.
3-10-2- ضريب رفتار (ضريب کاهش مقاومتR)Error! Bookmark not defined.
3-10-3- روش بدست آوردن نيروي برشي پايهError! Bookmark not defined.
3-10-4- ضريب رفتار ناشي از شکل‌پذيري R?Error! Bookmark not defined.
شكل 3-20Error! Bookmark not defined.
3-10-5- عوامل موثر در ضريب رفتار ناشي از اضافه مقاومتError! Bookmark not defined.
3-10-6- ضريب رفتار ناشي از نامعيني سازهRRError! Bookmark not defined.
فصل چهارمError! Bookmark not defined.
مدل‌سازي و آناليز المان محدود اتصال با نبشي فوقاني و نشيمن با تقويت جان ستونError! Bookmark not defined.
فصل چهارمError! Bookmark not defined.
مدل‌سازي و آناليز المان محدود اتصال با نبشي فوقاني و نشيمن با تقويت جان ستونError! Bookmark not defined.
4-1- مقدمهError! Bookmark not defined.
بخش اول: تست نمونه آزمايشيError! Bookmark not defined.
4-2- دو نمونه ساخته شده از دو نوع اتصال با تقويت ورق و نبشيError! Bookmark not defined.
4-2-1- نقشه دو نمونه اتصال ساخته شدهError! Bookmark not defined.
4-2-2- ليست قطعاتError! Bookmark not defined.
4-2-3- شرايط بارگذاري عمودي و تکيه گاهError! Bookmark not defined.
4-2-4- نحوه خواندن مقادير تغيير شکل تيرError! Bookmark not defined.
4-2-5- عکس ها و تصاوير نمونه هاي تست شدهError! Bookmark not defined.
4-2-6- نتايج و نمودارهاي آزمايشاتError! Bookmark not defined.
بخش دوم: تحليل المان محدودError! Bookmark not defined.
4-3- مقايسه رفتار سازه‌اي دو اتصال ساخته شده با روش FEAError! Bookmark not defined.
4-3-1- نقشه ساخت دو نمونه تحليليError! Bookmark not defined.
4-3-2- جدول نتيجه آناليز نمونه‌هاي اول و دومError! Bookmark not defined.
4-3-3- تنش بحراني در اتصالهاي آناليز شدهError! Bookmark not defined.
4-4- ساير مدل هاي آناليز شده به عنوان اتصال نيمه گيردارError! Bookmark not defined.
4-4-1- مدل 1: اتصال نيمه گيردار ساده با نبشي بالا و نشيمنError! Bookmark not defined.
4-4-2- مدل – 2: اتصال نيمه گيردار با نبشي رو و نشيمن و نبشي جانError! Bookmark not defined.
4-5- مدلسازي يک سازه سه طبقه دو دهانه با اتصال گيردار نبشيError! Bookmark not defined.
4-5-1- نماي سه بعدي از شکل سازه و کانتورهاي تنش و تغيير شکلError! Bookmark not defined.
4-5-2- نتايج و نمودارهاي آناليز سازه سه بعديError! Bookmark not defined.
فصل پنجمError! Bookmark not defined.
خلاصه و نتيجه گيريError! Bookmark not defined.
منابع و مراجعError! Bookmark not defined.

فصل اول
آشنايي با انواع اتصال ها
1-1 مقدمه
برا ي طراحي سازه هاي متداول و همچنين طراحي و تخمين اوليه سازه ها استفاده از الگوي طراحي بر اساس ضريب رفتار مناسب ترين روش از نظر صرف هزينه و زمان است.
آئين نامه و تحقيقات موجود در مورد ضريب رفتار سازه هاي با اتصال صلب مفصل بحث کرده ولي عمدتا از ذکر ضريب رفتار سازه هاي با اتصال نيمه صلب صرف نظر کرده يا به صورت اجمالي از آن گذر نموده اند.
اين درحاليست که استفاده از اتصالات نيمه صلب در طرح اقتصادي و رفتار بهتر لرزه اي سازه ها در تحقيقات متعدد بيان شده است. و همچنين از آنجا که اکثر اتصالات اجرائي نه به صورت کاملا صلب عمل ميکنند و نه به صورت مفصل کامل وليکن داراي عملکرد نيمه صلب هستند.
لذا شناخت بهتر سازه هاي با اتصال نيمه صلب و تعيين ضريب رفتار اين گونه سازه ها ضروري به نظر ميرسد.
1-2- انواع اتصال
معمولاً به محل برخورد تير به ستون و يا تير به تير که شامل عناصر تقويت کننده از جمله ورق، نبشي، قطعات تقويت کننده در گره و لچکي ها مي‌باشند، اتصال گفته مي شود.
اتصال ساده: در اين حالت فرض مي شود که اتصال تير به ستون انعطاف پذير بوده و غير صلب است و عکس‌العمل تکيه‌گاهي آن فقط در برابر برش محاسبه مي شود. اين نوع اتصال آزادي دوران تير در انتهاي آنرا تامين مي‌نمايد و براي اين موضوع تغيير شکل غير الاستيک در اتصال مجاز مي‌باشد.
اتصال صلب : اين نوع اتصال در برابر دوران تير از خود مقاومت نشان مي دهد و در تکيه گاه علاوه بر برش، ممان نيز نقش دارد. صلبيت اتصال بستگي به هندسه و شرايط طراحي دارد.

1-3- شاخص صلب بودن اتصال
براي اتصال از صفحه رويين و زيرين و نبشي و ساير مقاطع استفاده مي شود و روش اتصال معمولاً پيچ و مهره و يا جوش و يا ترکيب اين دو مي‌باشد. اتصالات متعارف سه دسته اند. صلب، نيمه صلب و ساده. در تحليل سازه‌هاي فولادي، شناخت دقيق نوع اتصال اهميت ويژه اي دارد.

شکل 1-1- نمودار گشتاور – چرخش براي اتصالات مختلف (نيروي pu به وسط تير وارد مي شود)

در اتصال ساده، فقط از طول کمي از تير از ظرفيت باربري (مقاومت خمشي) استفاده مي شود. افزايش صلبيت اتصال باعث کمتر شدن دوران انتهاي تير نسبت به ستون و کاهش لنگر مياني در دو انتهاي تير مي شود. در واقع با صلب شدن اتصال لنگر مياني تعديل شده و در طول تير پخش مي شود و امکان استفاده از تير آهن ضعيفتر و سبک تر فراهم مي آيد. در اتصال کاملاً صلب، زاويه چرخش بين تير و ستون همواره ثابت باقي مي ماند اما اين نوع اتصال کمتر مورد استفاده قرار مي گيرد چرا که در اغلب موارد اجراي آن در کارگاه سخت و يا غير ممکن است.

شکل 1-2- نمودار لنگر در طول تير و تاثير نوع اتصال بر آن
در اغلب موارد هنگام افزايش صلبيت اتصال از تقويت فلانج هاي تير توسط نبشي و يا ورق و يا لچکي استفاده مي شود اما ورق تقويت کننده اتصالي جان نيز سهم بسياري در مهار لنگر و برش در اتصال دارد

شکل 1-3- نحوه اتصال تير به ستون از طرف قوي ضعيف و مهار برش توسط ورق جان

فصل دوم
مروري بر ادبيات و اتصال نيمه صلب و تأثير آن برخواص اعضاء و قابهاي مقاوم خمشي فولادي
2-1. مقدمه
برطبق آزمايشات تجربي اتصالات مفصلي بطورکامل بصورت مفصلي عمل نکرده و مقداري از ممان تير را به ستون منتقل مي کنند، همچنين اتصالات صلب نيز بطور کامل بصورت صلب رفتار نکرده و ممکن است مقداري رفتار انعطاف‌پذير از خود نشان دهند، بر همين اساس در حالت طراحي به روش الاستيک اتصالات به سه دسته اتصالات مفصلي، صلب و نيمه صلب تقسيم مي شوند. درطراحي پلاستيک اتصالات ممکن است به دو دسته اتصالات با مقاومت بالا و اتصالات با مقاومت پايين تقسيم شوند. در اتصالات با مقاومت بالا مقاومت اتصال بيشتر از مقاومت تير وابسته است و به هنگام ايجاد مفصل‌ پلاستيک اين مفصل در تير تشکيل مي‌شود، درحاليکه در اتصالات با مقاومت پايين، مفصل در اتصالات ايجاد مي‌شود.
بنابراين مي‌توان گفت به استثناء حالت اتصال مفصلي که در قاب‌هاي مقاوم خمشي کاربرد ندارد چهار حالت اتصال صلب با مقاومت بالا اتصال نيمه صلب با مقاومت بالا اتصال صلب با مقاومت پايين و اتصال نيمه صلب با مقاومت پايين درسازه‌هاي مقاوم خمشي مي‌توانند مورد استفاده قرار گيرند.
استفاده از اتصالات نيمه صلب درسازه‌ها علاوه بر اين که از نظر اقتصادي مقرون به صرفه است بخاطر تعديل در مقادير نيروهاي عضو مربوطه از نظر رفتار سازه‌اي و شکل‌پذيري بسيار بهتر عمل مي‌کنند. در آيين‌نامه‌ها و مراجع موجود مباحث مربوط به شناخت اتصالات نيمه صلب و تأثير آن بر خواص و رفتار سازه به اندازه اتصالات مفصلي و صلب گسترده نبوده و درحد تحقيقات و مباحث خاص مطرح شده است. اتصالات نيمه صلب هم بر خواص الاستيک و هم بر خواص پلاستيک سازه تأثير گذاشته و رفتار سازه را تغيير مي‌دهند. از جمله اين تغييرات را مي‌توان تغيير در عکس‌العمل‌هاي انتهايي تير ماتريس سختي ماتريس جرم زمان تناوب و رفتار لرزه‌اي سازه را نام برد که در ذيل به بررسي هريک پرداخته مي‌شود[1].
2-2. مروري بر ادبيات
فراهاني با بررسي عوامل موثر بر ضريب رفتار اتصال صفحات کناري براي ستون‌هاي دوبل به اين نتايج رسيد که با افزايش تعداد طبقات و تعداد دهانه‌هاي قاب، ضريب افزايش مي يابد و همچنين با افزايش تعداد طبقات، کاهش مي يابد ولي افزايش تعداد دهانه‌هاي قاب تأثير زيادي روي نخواهد داشت و با افزايش تعداد طبقات، ضريب رفتار نيز افزايش مي يابد و همچنين با ارائه رابطه اي براي تعيين ضريب رفتار، ضريب رفتاري برابر 10 را براي اين اتصال پيشنهاد کرد[2]. شيراوند با بررسي رفتار غير خطي سيستم اتصال تير به ستون دوبل با استفاده از صفحات کناري به اين نتايج رسيد که اتصال تير به ستون دوبل با استفاده از صفحات کناري داراي مقاومت و شکل‌پذيري مناسبي مي‌باشد و ميتوان از آن در قاب‌هاي خمشي ويژه براي مناطق با لرزه خيزي زياد استفاده نمود[3]. ناطق الهي نيز با بررسي رفتار اتصال تير به ستون قوطي شکل با استفاده از صفحات کناري به اين نتايج رسيد که مفصل پلاستيک در تير و در فاصله اي دور از بر ستون تشکيل مي‌شود و مقاومت، سختي و ميزان شکل‌پذيري قابل قبول دارد که به اين دليل، ميتوان از آنها در قابهاي خمشي ويژه در مناطق با لرزه خيزي زياد استفاده نمود[4]. قائد رحمت با بررسي اتصال با صفحات کناري از چند جنبه که عبارت است؛ از خمش حول محور قوي تير، خمش حول محور ضعيف تير، تأثير اتصال بر سختي انتهايي تير در برابر پيچش و نيز قابليت عکس العمل کابلي اتصال در حالت مقطع موضعي ستون، به اين نتايج رسيد که اين اتصال قادر است مفصل پلاستيک را از ناحيه اتصال دور نگه دارد و به چرخش‌هاي پلاستيک بالايي برسد و همچنين اين اتصال موجب افزايش مقاومت در برابر خمش حول محور ضعيف تير و افزايش سختي در مقابل پيچش تير خواهد شد و نيز در حين قطع موضعي ستون، قابليت تحمل نيروهاي محوري ستون را دارد. در اين تحقيق با توجه به نقاط ضعف اتصال، راهکارهايي جهت اصلاح عملکرد آن داده شده است که اين راه حل ها بصورت تئوري مورد بررسي قرار گرفته است. در اين رابطه کار آزمايشگاهي نيز صورت گرفته که نتايج آن صحت کارهاي تئوري را تأئيد مي کند، در اين نمونه ها اضافه نمودن اجزاي جديد به اتصال علاوه بر افزايش ظرفيت شکل‌پذيري مدلها، سبب بهبود رفتار و افزايش ظرفيت باربري اتصال شده است[5]. يخچاليان با بررسي رفتار سيکلي اتصالات خمشي دوطرفه با صفحات کناري و ستون دوبل به اين نتايج رسيد که اين اتصال مقاومت بالايي دارد و با ايجاد مفصل پلاستيک در تير باعث بروز رفتاري شکل پذير در سازه مي‌شود[6]. رحماني و همکاران نشان داده‌اند به طور كلي مقادير ضريب رفتار براي مدل‌هاي داراي صفحات كناري تحت تأثير مؤلفه شكل‌پذيري آن است ولي مقادير ضريب رفتار براي مدل‌هاي بدون صفحات كناري تحت تأثير مؤلفه مقاومتي آن بوده و پائين بودن مؤلفه شكل پذيري ضريب رفتار، نشان از اين دارد كه رفتار اين سازه از نظر شكل پذيري چندان مناسب نيست. و نشان داده‌اند که وجود صفحات كناري باعث افزايش ضريب رفتار مي گردد[7].
2-3.خط تير
به منظور درک بهتر تفاوت‌هاي عملي بين انواع اتصالات، خط تير که به وسيله باتو و روران ‌ابداع گرديد و به وسيله سوروچنيکف به کارگرفته شد وسيله ترسيمي خوبي است.
بانوشتن معادلات شيب افت براي يک تير خمشي که تحت لنگرهاي انتهايي قرارگرفته باشد ورعايت معادلات تقارن بارگذاري معادله خط تير برابر خواهد شد با:
(1)
وقتي که ، (اتصال صلب) باشد، است و براي انتهاي مفصلي که است، شيب برابر خواهد شد.
طبق اين نمودار يک اتصال صلب بايد قادر باشد لنگري معادل (حدود 90%لنگر) يا‌‌‌‌‌‌‌ بيشتر را انتقال دهد. اتصال ساده حداکثر لنگري معادل (حدود 20%لنگر) يا کمتر را انتقال مي‌دهد و از اتصال نيمه صلب انتظار مي‌رود که قادر به انتقال لنگري ميابين مقادير فوق باشد (شکل2-1). در اين شکل محور افقي زاويه چرخش انتهايي تير و محور عمودي لنگر خمشي انتهايي تير است. لنگر گيرداري انتهاي تير با نشان داد شده است. پاره خطي که لنگر داري را به زاويه چرخش انتهاي مفصلي تير متصل مي‌کند خط تير ناميده مي‌شود و هرجا منحني رفتاري ممان-چرخش اتصال اين خط را قطع کند مقدار ممان متحمله اتصال را نشان مي‌دهد.
شکل 2-1. منحني براي اتصال صلب و خط تير[8]
2-4. تقسيم بندي اتصالات
اتصالات معمولا به سه دسته صلب، نيمه صلب و مفصلي تقسيم‌بندي مي‌شوند. آيين‌نامه‌ها و محققين مختلف هر يک حدود خاصي را براي تقسيم بندي ارائه کرده‌اند مه در ذيل به برخي از آتها اشاره مي‌شود.
2-4-1.تقسيم بندي اتصالات براساس AISC
آيين نامه AISC دربخش ASD‌‌ اتصالات را به سه دسته ساده نيمه صلب و صلب تقسيم‌بندي مي‌کند.
الف)اتصالات ساده: اين نوع اتصالات برش را بطور کا‌مل انتقال مي‌دهند ولي قابليت انتقال حداکثر 20درصد ممان حالت انتهاي گيردار را دارند. و يا اينکه چرخش انتهاي تير آنها حداقل 80 درصد حالت اتصال مفصل کامل است.
ب)اتصالات صلب: اين نوع اتصالات بايستي قادر باشند حداقل 90 درصد ممان حالت گيردار کامل را انتقال دهند و يا اينکه چرخش نسبي بين تير و ستون در محل اتصال حداکثر 10 درصد حالت مفصل کامل باشد.
ج)اتصالات نميه صلب: اتصالاتي که حالتي بينابين دوحالت فوق را دارا هستند در اين ناحيه قرار مي‌گيرند.
آئين‌نامه AISC کاربرد اتصالات نيمه صلب را در قابهاي خمشي معمولي در مناطق زلزله خير مجاز مي‌داند.
آئين‌‌نامه LRFD‌ درحالت طراحي حدي اين تقسيم‌بندي را به دو دسته کاملا مقيد و نيمه مقيد (صلب و نيمه صلب) تفکيک کرده است.
الف)قابهاي مهاربندي نشده:
(2) اتصال صلب S>
(3) اتصال نيمه صلب
(4) اتصال مفصل
ب)قاب مهاربندي شده
(5) اتصال صلب S
(6) اتصال نيمه صلب
(7) اتصال مفصل
که S سختي اتصال نيمه صلب و EIو L سختي خمشي و طول تير وابسته هستند.
شکل 2-2. تقسيم بندي اتصالات پيشنهادي EUROCODE3[1]
2-4-2. تقسيم بندي اتصالات توسط برخي محققين
مازولاني1 و پيلوسو2 در تقسيم‌بندي اتصالات علاوه بر سختي چرخشي و مقاومت خمشي نهايي مقاومت خمشي تسليم و ظرفيت چرخشي اتصال رانيز حائز اهميت دانسته اند. شکل 2-3 اين تقسيم بندي رانشان مي‌دهد. بر اين اساس اتصالات به پنج دسته اتصالات صلب مقاومت بالا که به کنترل ظرفيت چرخشي نياز ندارند (A) اتصالات صلب مقاومت بالا که به کنترل ظرفيت چرخشي نياز دارند (B) اتصالات نيمه صلب مقاومت بالا (C) اتصالات صلب مقاومت پايين (D) و اتصالات نميه صلب مقاومت پايين (E) تقسيم مي شوند. خطوط خط چين در شکل همان تقسيم‌بندي اتصالات آيين نامه EUROCODE3 رانشان مي‌دهد[9].
شکل2-3. تقسيم بندي اتصالات پيشنهادي مازولاني و پيلوسو [9]
محور قائم پارامتر بدون بعد نسبت به ممان اتصال به ممان پلاستيک تير و محور افقي پارامتر بدون بعد نسبت چرخش اتصال به چرخش پلاستيک تير است ( که L طول تير و EI سختي تير است).
آستانه اصل روشي را براي تقسيم‌بندي اتصالات معرفي کرد که در آن اتصالات نيمه صلب به دو دسته نيمه صلب سخت و نيمه صلب انعطاف‌پذير تقسيم مي شوند. اتصالات نيمه صلب سخت سهم قابل ملاحظه اي از نيرو‌هاي تير را به ستون منتقل مي کنند. درحالتيکه اتصالات نيمه صلب انعطاف پذير اينچنين نيستند. تحقيقات موجود استفاده از اتصالات نيمه صلب سخت را در نواحي زلزله خيز مجاز مي‌داند ولي استفاده از اتصالات نيمه صلب انعطاف پذير را نيازمند بررسي و تحقيقات بيشتر مي‌کند[10].
براساس تقسيم بندي استانه اتصالات مطابق زير تقسيم‌بندي مي شوند:
(8) اتصال صلب m>18
(9) اتصال نيم سخت m?18 ? 8
(10) اتصال نيمه صلب انعطاف پذير m<8 ?0.5
(11) اتصال مفصل m?0.5
که mنسبت سختي چرخشي الاستيک اتصال به سختي خمشي الاستيک تير وابسته است.
(12)
براي تعيين رفتار بهتر اتصال علاوه برپارامتر سختي m نياز به معرفي پارامتر مقاومت به صورت زير است:
(13)
که و ظرفيت‌هاي ممان پلاستيک اتصال و تير هستند.
باتوجه به پارامترهاي فوق مي‌توان اتصالات رابصورت زير تقسيم بندي کرد)شکل2-4)
(14) اتصال صلب m?18 , ??1
(15) اتصال نيمه صلب }
(16) اتصال مفصل
شکل 2-4. تعريف قاب‌هاي مقاوم خمشي صلب، نيمه صلب و انعطاف‌پذير [10]
2-5. اهميت اتصالات نيمه صلب
در تير تحت بارگذاري يکنواخت با تکيه‌گاه‌هاي انتهايي صلب در دو انتها لنگر بيشترين مقدار و در وسط دهانه لنگر کمترين مقدار خود است. در تير با تکيه‌گاه‌هاي انتهايي مفصلي، در وسط دهانه لنگر بيشترين مقدار و در دو انتها لنگر کمترين مقدار خود است. در حالتيکه در تير با تکيه‌گاه‌هاي انتهايي نيمه صلب لنگر وسط دهانه بنابراين اگر بتوان اتصالي با سختي معين اجرا کرد مي‌توان تير را در حالت بهينه طراحي کرد.
مشکل عمده در آناليز سازه‌هاي با اتصالات نيمه صلب برقراري ارتباط بين مفهوم سختي اتصال و پارامترهاي تحليل سازه‌اي است زيرا لنگرهاي انتهايي اعضاء که مبناي تعريف درصد سختي اتصال هستند طبق تعريف مي‌توانند کاملا” متأثر از طول و نحوه قرارگرفتن عضو در يک سازه باشند که هيچ ارتباطي به مشخصات واقعي يک اتصال ندارد و بنابراين مي‌توان گفت يک اتصال خاص درسازه‌هاي مختلف سختي‌هاي متفاوتي از خود بروز مي‌دهد.
با در نظر گرفتن معادلات شيب افت يک تير تحت بار گسترده و سختيEI و طول L با دو فنر انتهايي به سختي‌هاي خواهيم داشت‌:
(17) M=
با توجه به معادله فوق و اينکه لنگر گيرداري تير مربوط مي‌باشد پس عبارت داخل کروشه درجه سختي اتصال را نشان مي‌دهد.
از همين عبارت به خوبي مشخص است که اگر اتصال را در شرايطي کاملا مشابه در نظر بگيريم که در آن تنها سختي انتهاي ديگر تير تغيير کرده و يا تير داراي طول ديگري باشد، براي اتصال مقدار متفاوتي بدست خواهد آمد.
در حالت استاتيکي قابهاي معمولي که تير اکثرا تحت بار قائم گسترده مي‌باشد اگر سختي اتصال نيمه صلب برابر 75% باشد لنگرهاي انتها و وسط دهانه تير رابط باهم يکسان بوده و طرح تير بهينه خواهد بود که درآن صورت سختي اتصال نيمه صلب برابر است که طرح اتصالي با چنين سختي دوراني کاملا عملي و طرح تير آن بهينه است[11].
مزيت ديگر استفاده از اتصالات نيمه صلب در قاب‌هاي مقاوم خمشي، رعايت فلسفه طراحي لرزه‌اي ستون قوي- تير ضعيف است. اين فلسفه پيشنهاد مي‌کند تا ستون‌ها بخاطر نقش بسزايشان در تحمل بارهاي قائم و لرزه‌اي نسبت به تير بعد از تيرها به تسليم برسند. طبق اين اصل ظرفيت ستون‌ها در محل اتصال بيشتر از ظرفيت تيرهاي وابسته است. از آنجا که در اين قابها بخاطر نيمه صلب شدن اتصال مقطع تيرها کوچکتر و بخاطر کنترل تغيير مکان جانبي قاب مقطع ستونها بزرگتر از اعضاء متناظر در قابهاي با اتصال صلب مي‌شوند اصل فوق به خوبي رعايت مي‌شود. همچنين همانطور که در ادامه فصل نيز آمده است شکل‌پذيري اين قابها نسبت به قابهاي با اتصال صلب بيشتر و رفتار لرزه‌اي مطلوب‌تري را از خود نشان مي‌دهند.
2-6. پارامترهاي مؤثر اتصال نيمه صلب[10]
پارامترهاي مؤثر بررفتار اتصالات نيمه صلب عبارتند از:
الف)سختي چرخشي اتصال برابر است با:
(18) k=
که درآن ممان منتقله زاويه چرخش اتصال وk سختي اتصال است.
ب)چرخش تسليم اتصال
حداکثر مقدار چرخشي که اتصال قبل از ايجاد تسليم ازخودنشان مي‌دهد راچرخش تسليم اتصال نامند.اين چرخش تابع خصوصيات اتصال و همچنين عمق تير وابسته مي‌باشد.
ج)ماکزيمم چرخش اتصال
طبق تحقيقات آستانه و همکاران حداکثر مقدار چرخش کلي اتصالات پيچي با صفحات انتهايي 0.05rad ذکرشده است. در آزمايشات ال ناشي و دانش حداکثر چرخش براي تسليم اتصالات پيچي با نبشي‌هاي دوبل جان و نبشي‌هاي بالا و پايين مقدار 0.03rad و براي اتصالات جوشي 0.02rad بدست آمده است.
د) ظرفيت اتصال تسليم
اگر ظرفيت تسليم اتصال کمتر از ظرفيت تسليم تير باشد محل وقوع مفصل پلاستيک و در نتيجه محل جذب انرژي دراتصال خواهد بود. در غير اين صورت مفصل پلاستيک و جذب انرژي در انتهاي تير صورت مي‌گيرد.
ه)ظرفيت پلاستيک اتصال
ظرفيت پلاستيک اتصال در واقع مقدار حداکثر لنگري است که اتصال قبل از انهدام مي‌تواند تحمل کند.
و)جوش و پيچ اتصال
جوش‌ها و پيچ‌ها در اتصالات نيمه صلب بايستي بعنوان يک مؤلفه غير جاذب انرژي رفتارکنند تا به المان‌هاي سازه‌اي شکل‌پذير ديگر اجازه دهند تا تغيير شکل‌هاي پلاستيک را درخود ايجاد کنند. عملکرد پيچها در اتصالات پيچي عينا شبيه عملکرد جوش‌ها در اتصالات جوشي است و شکستگي در پيچ يا جوش بصورت ترد بوده و گسيختگي ناشي از آن ناگهاني است.
ز)ناحيه پانلي (panel zone)
ناحيه پانلي ضعيف‌ترين قسمت اتصال بوده و سبب ايجاد زودترين مفصل پلاستيک درسيستم خواهد شد. بهمين خاطر در قاب‌هاي مقاوم خمشي با اتصالات مقاوم بالا پيشنهاد شده است که مقاومت برشي ناحيه پانلي براي 100 درصد ظرفيت ممان شاهتيرهاي متصل شده محاسبه شود. با اين وجود UBC مقاومت 80% ظرفيت ممان تيرهاي متصل شده را ملاک قرار مي‌دهد.
2-7. مدل‌هاي رياضي اتصالات نيمه صلب[1]
به سبب کاربرد زيادي که اتصالات نيمه صلب در ساختمان سازي دارند مطالعات مختلفي در سراسر جهان به منظور بررسي رفتار انواع مختلفي از اين نوع اتصال انجام گرفته است. با استفاده از چنين مدلهايي مهندسين طراح به راحتي قادر به تحليل و طرح دقيق قابهايي که درآنها چنين اتصالاتي به کار رفته است خواهند بود.
مطالعات تحليلي رفتار اتصالات با استفاده از روش‌هاي اجزاء محدود و نيز انجام آزمايش بر روي انواع اتصالات از نظر زمان و هزينه مقرون به صرفه است. کاربردي‌ترين روش در بيان رفتار اتصال نيمه صلب بدست آوردن معادله‌اي ساده از روي منحني‌هاي حاصل از آزمايشات است. آزمايش‌هاي انجام شده بر روي اتصالات مجموعه‌اي از اطلاعات پيرامون اطلاعات پيرامون منحني را ارائه خواهد داد که با بکاربردن اين اطلاعات مدل غير خطي رفتار اتصال قابل استخراج است. برخي از مهمترين مدل‌ها به شرح زير مي‌باشند:
الف) مدل چند جمله اي فراي- موريس
در اين مدل رابطه توسط چند جمله‌اي با توان‌هاي فرد به شکل زير نشان داده مي‌شود:
(19)
که درآن kپارامتر استاندارد کننده‌اي است که بستگي به نوع و هندسه اتصال دارد و ثابت‌هاي انطباق منحني مي‌باشند. اين مدل رفتار() را بطور نسبتا خوبي بيان مي‌کند. ليکن اشکال اصلي آن در طبيعت چند جمله‌اي بودن آن است که داراي يک حداکثري است که از آن مقادير دوباره کاهش مي‌يابند لذا سختي اتصال که توسط شيب منحني ) بدست مي‌آيد در برخي مقادير M احتمالا منفي خواهد شد و اين از لحاظ فيزيکي مقبول گردد. به منظور غلبه بر اين مشکل يک روش تعديل يافته (توسط Azizinamini1985) اعمال شده است و بدين سبب پارامتر kبه صورت زير بيان شده است.
(20)
که پارامتر مشخصات هندسي اتصال و ضرايب با تطابق منحني رفتاري به دست مي‌آيند. اين روش توسط ديگر محققان (Picard, Altman) تکميل شده است.
ب)مدل اسپلاين، جونز، کرباي و نترکات
در اين مدل داده‌هاي آزمايشگاهي درزمينه به تعدادي زير مجموعه تقسيم مي‌شوند که هريک براي دامنه کوچکي از لنگرها بکار مي‌روند. سپس يک منحني درجه سوم اسپلاين جهت مدل کردن هر زير مجموعه بنحوي مورد استفاده قرار مي‌گيرد که در تقاطع زير مجموعه‌ها مشتقات اول و دوم آنها پيوسته باشد. اين مدل مسأله سختي منفي را منتفي کرده و رفتار غير‌خطي را بسيار عالي نشان مي‌دهد لازم به ذکر است اين روش نيازمند تعداد زيادي از داده‌ها است.
ج)مدل تواني کالسن
اين مدل يک تابع تواني را بشکل زير بکار مي‌برد:
(21)
که در آن مطابق شکل زير سختي اوليه اتصال‌، ظرفيت خمش نهايي اتصال و n پارامتري براي انطباق انحنا مدل با منحني واقعي M است. از آنجا که اين مدل تنها شامل سه



قیمت: تومان


پاسخ دهید