چکیده:
فلسفه طراحی لرزه‌ای سازه‌ها، برای سالهای متمادی در آیین‌نامه‌های ساختمانی ملی و جهانی مورد قبول واقع شده است.برای رسیدن به این اهداف یکی از اصولی که در آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای سازه‌ها وجود دارد، عبارت است از استفاده از اشکال، سیستم‌ها و موادی که رفتار شکل‌پذیر داشته باشند. زمانی به یک سازه شکل‌پذیر اطلاق می‌شود که بتواند تغییر شکل‌های غیرالاستیک بزرگ را بدون کاهش در مقاومت تحمل نماید. (همچنین نباید ناپایداری و فروریزش در سازه اتفاق افتد). در آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای سازه‌ها، بزرگی نیروی زلزله برای یک سیستم سازه‌ای مشخص، رابطه معکوس با میزان شکل‌پذیری آن سیستم دارد.
سازه‌ها با میزان شکل‌پذیری زیاد برای نیروهای لرزه‌ای کوچکتر و سازه‌ها با میزان شکل‌پذیری کم برای نیروهای لرزه‌ای بزرگتر طراحی می‌شوند. در واقعیت سازه‌های شکل‌پذیرتر تحت زلزله‌هایی قرار خواهند گرفت که از حد مقاومت الاستیک آنها بیشتر است [12]. سازه‌های فولادی از بسیار جهات از جمله مصالح ایده‌ال برای مقاومت در برابر زمین لرزه می‌باشند. این مصالح درجه بالایی از جذب انرژی و شکل‌پذیری را از خود نشان می‌دهد. تجربه نشان می‌دهد که سازه‌های فولادی در زمین لرزه‌ها، معمولاً بخوبی عمل می‌کنند. با این وجود به منظور استفاده بیشتر از شکل‌پذیری فولاد، تدابیر ویژه‌ای در طراحی و جزئیات سیستم‌های قابی و اتصالات نیاز است. فروریختن برج 20 طبقه (pinot suarez) در زمین لرزه 1985 مکزیکوسیتی، که یک سازه فولادی بود، به وضوح نشان داد که فولادی بودن طرح به تنهایی تضمینی برای عملکرد مناسب در برابر زمین لرزه نمی‌باشد.
کلمات کلیدی:
سازه های فولادی
طراحی لرزه ای سازه ها
بارهای رفت و برگشت در سازه
مقدمه:
در دهه 1960 مهندسین سازه به این باور رسیدند که سیستم قاب مقاوم خمشی فولادی با اتصالات جوشی، در رده یکی از شکل‌پذیرترین سیستم‌های سازه‌ای قرار دارد. بسیاری از مهندسین سازه بر این باور بودند که قابهای خمشی اصولاً در مقابل زلزله‌ها حساس نمی‌باشند و فروریزشی در آنها رخ نمی‌دهد و اگر خسارت سازه‌ای رخ دهد، محدود به جاری شدن اعضای قاب بوده و اتصالات آن به صورت الاستیک باقی می‌مانند. به واسطه همین تفکر در آن سالها، سازه‌های صنعتی، آموزشی و تجاری بزرگی که سیستم آنها قاب خمشی فولادی با اتصالات جوشی بود در غرب ایالات متحده بنا گردید.
با وقوع زلزله نورتریج در 17 ژانویه سال 1994، این ایده و تفکر کاملاً عوض شد. بعد از وقوع این زلزله، بسیاری از ساختمانها که سیستم سازه‌ای آنها از قاب مقاوم خمشی فولادی بود، دچار شکست ترد در ناحیه اتصال تیر به ستون شدند. ساختمانهای مذکور ارتفاعی بین 1 تا 26 طبقه و عمری حداکثر تا 30 سال داشتند، حتی ساختمانهایی که در زمان زلزله در حال احداث بودند نیز دچار اینگونه خسارات شده بودند. سازه‌هایی که در مناطقی قرار گرفته بودند که حرکت زمین در آنجا شدید بود، بیشترین خسارت سازه‌ای را متحمل شده بودند و حتی در مناطقی که حرکت زمین در حد متوسط بود، خسارات سازه‌ای شدیدی مشاهده می‌شد ]12].
شکست ترد اتصال تیر به ستون در اثر این زلزله، یک زنگ خطر برای مهندسین به حساب می‌آمد. همچنین این کشف باعث نگرانی در مورد خسارات احتمالی وارده به سازه‌هایی که در مناطق دیگر و تحت زلزله‌های قدیمی‌تری واقع شده بودند، گشت. تحقیقات بعدی نشان داد که این نوع خسارات در تعداد کمی از ساختمانها که تحت زلزله لاندرز 1992، بیگ بیر 1992 و لوماپریتا 1989 قرار گرفته بودند، وجود دارد. در زلزله نورتریج، سازه‌ها بگونه‌ای که از قبل در طراحی‌ها پیش‌بینی شده بودند، رفتار نکردند. خسارات وارده به اتصالات، حتی در سازه‌هایی که نیروی لرزه‌ای وارده به آنها کوچکتر از نیروی طراحی بود، مشاهده می‌شد [12].
آزمایشات و تحقیقات باعث پیشرفت‌های قابل توجهی در فهم تفاوت‌های رفتار سازه در دو حالت بارگذاری ساده و رفت و برگشتی گشته است. کارهای بیشتری نیز روی انواع شکل‌پذیر بادبندی‌ها انجام شده که این کار باعث پیشرفت بزرگی در مفهوم طراحی سازه‌های فولادی در برابر زمین لرزه گردیده است. در این پایان نامه به بررسی مقاومت و شکل‌پذیری اعضا و اتصالات در اثر بارگذاری رفت و برگشتی خواهیم پرداخت. پس از توضیحات مقدماتی در دو بخش اول و دوم بطور جداگانه عملکرد و رفتار اتصالات تیر به ستون و اعضا مهاربندی با ارائه تحقیقات و آزمایشاتی که محققین در این رابطه ارائه نموده‌اند، بررسی گشته و نتایج هر تحقیق با شرح روند آزمایش در هر قسمت بیان شده است.
فهرست مطالب
بررسی رفتار و عملکرد اعضاء و اتصالات تحت اثر بارهای رفت‌وبرگشتی
- فلسفه طراحی
- منحنی هیسترزیس جهت مدل کردن اتصالات
-- مدلهای هیسترزیس
-- رفتار هیسترزیس اتصالات
ـ سازه‌های ساختمان فولادی نیمه صلب
-- رفتار لرزه‌ای قابهای صلب و نیمه صلب
ــ طراحی لرزه‌ای قابهای نیمه صلب ساختمانهای فولادی
بخش اول: تحقیقات جهت بررسی رفتار اتصالات تیر به ستون
ـ معرفی (آزمایش و تحقیق)
ـ سیستم قابهای خمشی (Moment Resistant Frame) MRF
- بررسی رفتار اتصالات نیمه صلب با نبشی تحت بارگذاری سیکلی
ــ هدف
ــ معرفی
ــ وسایل آزمایش
ــ روش کار آزمایش
ــ نتایج آزمایش
ــ نتیجه‌گیری
ـــ مدل عددی برای بررسی رفتار لرزه‌ای اتصالات تیر به ستون نیمه صلب
ـــ معرفی
--- دقت مدل عددی
ـــ نتیجه
ـ رفتار اتصالات نبشی فوقانی و نشیمن تحت بارهای لرزه‌ای و بررسی اثر لغزش پیچهای اتصال
ــ هدف
ــ معرفی
ــ آزمایشات
ــ اثر لغزش پیچ
ــ رفتار لغزشی: مقایسه با سایر آزمایشات و نکات طراحی
ــ پیش‌بینی عددی توسط یک مدل مکانیکی
ــ نتیجه
ـ آسیب‌پذیری اتصالات جوشی در زمین لرزه نورتریج
ـ بررسی آزمایشگاهی بر روی اتصال خمشی جوشی فولادی تقویت نشده
ـ عملکرد اتصال بال جوشی و جان پیچی تحت اثر بارگذاری دوره‌ای
ـ بررسی اتصال زوج نبشی جان
ــ هدف
ــ معرفی و شرح آزمایش
ــ نتیجه‌گیری
بخش دوم: عملکرد بادبندها تحت بارگذاری چرخه‌ای
-سیستم قاب مهاربندی شده هم‌مرکز CBF
-- مقدمه
-- انواع سیستم‌های CBF
-- مزایا و معایب قاب با مهاربندی هم مرکز (CBF)
-- رفتار هیسترزیس سیستم CBF
ـ کمانش خارج از صفحه در اثر بار رفت و برگشتی در مهاربندی دوبل نبشی
ــ چکیده
ــ معرفی
ــ طراحی نمونه‌های آزمایش
ــ نتیجه‌گیری و توصیه‌های طراحی
ـ کمانش داخل صفحه مهاربند دوبل نبشی تحت بار چرخه‌ای
-- خلاصه و نتیجه‌گیری
- رفتار اعضای بادبندی فولادی و مرکب با مقاطع توخالی و پرشده
-- هدف
-- معرفی و شرح تحقیقات
-- نتیجه گیری
- رفتار بادبندهای نبشی ضربدری در اثر بار رفت و برگشتی
-- چکیده
-- نتایج و پیشنهادات
مراجع
بررسی رفتار و عملکرد اعضا و اتصالات سازه های فولادی تحت اثر بارهای رفت و برگشت
