چهارشنبه ۳۰ مرداد سال ۱۳۹۸

مشخصات بهینه هسته فولادی تسلیم شونده

برآورد مشخصات بهینه هسته فولادی تسلیم شونده در مهاربندهای کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای سازه‌های فولادی مسلح به این اعضاء":

سازه‌های مسلح به مهاربندهای کمانش ناپذیر از جمله معدود سازه‌های مقاوم در برابر زلزله هستندکه دو خصوصیت سختی جانبی بالا و قابلیت فوق العاده‌ای در استهلاک انرژی زلزله را بطور همزمان دارا میباشند. با توجه به لرزه خیزی کشور و کاربرد روزافزون این سازه‌ها در جهان، استفاده و بومی سازی این نوع سیستم مهاربندی در ایران اجتناب ناپذیر بوده و ورود این سیستم باربر جانبی به آیین نامه‌های طراحی خصوصا آیین نامه زلزله ایران الزامی است. این نوع سیستم مهاربندی علاوه بر بهبود چشمگیر عملکرد لرزه‌ای، موجب کاهش ابعاد مقاطع اعضای سازه و همچنین کاهش هزینه‌های تعمیر سازه‌های مسلح به این اعضا پس ازرخداد زلزله می‌شود. در این تحقیق نشان داده می‌شود که مهاربند کمانش ناپذیر (BRB) با چند هسته تسلیمی موازی دارای عملکرد لرزه‌ای بهتری نسبت به BRB تک هسته‌ای می‌باشد. حالت بهینه و ابتکاری این سیستم مهاربندی، استفاده از چند هسته موازی با طول هسته تسلیمی یکسان و با تنش حد تسلیم متفاوت می‌باشد. مزیت این سیستم، افزایش ضریب رفتار، شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی و محدود کردن جابجایی طبقات تحت انواع زلزله‌های خفیف تا شدید می‌باشد. دلیل آن، اتلاف انرژی توسط غیر خطی شدن هسته تسلیمی با تنش حد تسلیم کمتر و حفظ پایداری BRB به دلیل وجود هسته تسلیمی با تنش حد تسلیم بیشتر می‌باشد. در این راستا، این تحقیق به بررسی پارامترهای موثر در بهبود عملکرد لرزه‌ای قاب‌های فولادی با مهاربند کمانش ناپذیر از جمله طول و مساحت هسته تسلیمی، طول و مساحت ناحیه غیر تسلیمی، نوع فولاد هسته تسلیمی، نحوه ترکیب هسته‌های تسلیمی در یک عضو BRB(سری یا موازی)، تعداد طبقات و نوع پیکره بندی مهاربند (ضربدری، شورون و قطری) پرداخته است و پارامترهای عملکرد لرزه-ای از جمله ضریب مقاومت افزون، ضریب شکل پذیری، ضریب کاهش مقاومت وابسته به شکل پذیری وضریب رفتار این سازه‌ها (با BRBهای تک هسته‌ای و چند هسته‌ای) را به روش تحلیل استاتیکی غیر خطی (پوش آور) برآورد می‌نماید. سپس عملکرد این سازه‌ها تحت تحلیل دینامیکی فزاینده (IDA) مورد بررسی قرار می‌گیرد. با توجه به مطالعات انجام شده و یافته‌های این تحقیق، مشخص شد که طول هسته تسلیمی، تنش حد تسلیم، نحوه ترکیب (سری یا موازی بودن) و تعداد هسته‌های تسلیمی ازجمله پارامترهای اصلی در عملکرد این سازه‌ها می‌باشند. محدوده مناسب برای طول هسته تسلیمی، 50 تا 70 درصد طول کل مهاربند می‌باشد. طول هسته تسلیمی کوتاه موجب شکل پذیری کم و طول هسته تسلیمی زیاد موجب غیراقتصادی شدن محفظه محصور کننده می‌شود. محدوده تنش حد تسلیم بهینه از 100 مگاپاسکال تا 300 مگاپاسکال است. همچنین هرچه تنش حد تسلیم فولاد مورد استفاده کمتر باشد، شکل پذیری و در نتیجه اتلاف انرژی بیشتری در سازه وجود خواهد داشت. BRB با فولاد تنش حد تسلیم کمتر در مقایسه با فولاد معمولی، در زلزله‌های خفیف تا متوسط کارایی مناسبی داشته ولی در زلزله‌های شدید موجب تغییر شکل‌های زیاد و در نتیجه خرابی بالا می‌شود. در ترکیب سری، پارامترهایی مثل: طول هسته غیر تسلیمی و انتقالی، مساحت ناحیه غیرتسلیمی و تعداد هسته‌های تسلیمی تاثیر چندانی در میرایی سیستم نداشته و تنها سختی معادلBRB را تغییر می‌دهند. این در حالی است که برای ترکیب موازی ضریب رفتار‌ها حدود پنجاه درصد افزایش یافته و یا نیروهای طراحی حدود پنجاه درصد کاهش و تغییرمکان‌ها در حد مجاز آیین نامه‌ای کنترل می‌شوند. برای برآورد پارامترهای لرزه‌ای، قاب‌های 5، 10 و 15 طبقه با سه پیکره بندی شورن، قطری و ضربدری تحت آنالیز استاتیکی و دینامیکی غیرخطی فزاینده قرار گرفتند. به طور کلی ضریب رفتار با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. ضریب رفتار محاسبه شده برای حالت تک هسته‌ای با مقاومت 200 مگاپاسکال، بدون توجه به ساختار (نحوه پیکره بندی مهاربندها)، برای قاب پنج طبقه حدود 6/7، برای قاب ده طبقه 1/17 و برای قاب پانزده طبقه 7 بدست آمدند. همچنین ضریب رفتار محاسبه شده برای حالت موازی 4، بدون توجه به ساختار، برای قاب پنج طبقه حدود 9/14، برای قاب ده طبقه 6/32 و برای قاب پانزده طبقه 13 بدست آمدند. به طور میانگین ضریب رفتار برای همه قاب‌های مسلح به BRB تک هسته‌ای 6/10 و برای BRB حالت موازی 4، 2/20 بدست آمده است. نسبت اتلاف انرژی زلزله در ترکیب موازی BRB به اتلاف انرژی زلزله در BRB تک هسته‌ای در زلزله‌های خفیف گاهی بیش از 3 برابر می‌رسد و این نسبت در زلزله‌های متوسط و شدید تقریبا با هم برابرند. این در حالی است که تغییر مکان طبقات برای BRB تک هسته‌ای و موازی در حد مجاز می‌باشند. طول و تعداد دهانه‌ها در قاب مفصلی مسلح به BRB تاثیر چندانی روی عملکرد سازه ندارد و ساختار شورن از لحاظ اتلاف انرژی و کنترل جابجایی نسبی طبقات عملکرد بهتری نشان می‌دهد.


پیام یا سوال خود را برایمان بفرستید

پر کردن فیلد های ستاره دار الزامی می باشد.*

*