یکی از مشکلات مهاربندهای هم مرکز در مناطق لرزه ای وقوع کمانش در هنگام اعمال بار فشاری است که این مساله باعث می شود مهاربند قبل از رسیدن به حد تسلیم ناپایدار شود. پرکردن قوطی های فولادی با بتن یک راه حل مناسب برای این مساله است. استفاده از مهاربندهای مرکب،‏ ظرفیت فشاری و کششی مقطع را افزایش داده،‏ و حتی بعد از چندین حلقه رفت و برگشتی و وارد شدن به مرحله غیر الاستیک رفتار هیسترزیس مهاربند را بهبود می بخشد. زیرا که مدهای کمانشی را تغییر داده و بدین صورت کمانش های موضعی را به تاخیر انداخته و شکل پذیری مقطع را افزایش می دهد. این تحقیق به مطالعه بر روی روش های مختلف در بهبود مهاربندهای مرکب پرداخته و پارامترهای مختلفی از جمله نسبت عرض به ضخامت،‏ نسبت لاغری،‏ نوع بتن و فولاد مصرفی را مورد بررسی قرار می دهد. نتایج تحلیل نشان می دهد که اثر پرکنندگی بر روی رفتار این نوع مهاربندهای مرکب بستگی به نسبت عرض به ضخامت و همچنین نسبت لاغری موثر دارد،‏ بطوریکه در نسبت عرض به ضخامت کوچکتر،‏ بهبود در رفتار مهاربند دیده می شود. همچنین در تراز شکل پذیری پایین،‏ پرکنندگی قطعات فولاد و بتن در بهبود و ظرفیت بعد از کمانش نمونه ها تاثیر چشمگیری ندارد. در ادامه مقایسه عددی بین روش های طراحی ارائه شده در آیین نامه های معتبر بین المللی برای مهاربندهای مرکب صورت گرفته است بطوریکه آیین نامه ژاپن با در نظر گرفتن اثرات کمانش موضعی و پدیده ترک خوردگی بتن و میزان مشارکت آن در باربری،‏ مقطع بزرگتری را پیشنهاد نمود که در نتیجه میزان جذب انرژی آن بمراتب بیشتر است.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

ایجاد شیار در دیوارهای برشی فولادی روشی جدید برای بهبود عملکرد لرزه ای این دیوارها محسوب می شود. ایجاد شیار، ورق فولادی را به تعدادی از اجزا رابط شکل پذیر تبدیل می نماید که هر یک از آنها به واسطه تغییر شکل دو انحنایی و ایجاد مفاصل پلاستیک در دو انتهای اجزا رابط، موجب جذب و استهلاک انرژی لرزه ای سازه می شوند. در این مطالعه اثر محل قرارگیری و امتداد شیارها روی رفتار چرخه ای پانل های برشی فولادی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور طی یک مطالعه آزمایشگاهی، اثر محل قرارگیری شیار در ناحیه مرکزی (روش متداول)، میانه المان های مرزی یا گوشه های دیوار بر روی سختی، مقاومت و ظرفیت اتلاف انرژی و دریفت متناظر با شروع پارگی ورق مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که برخلاف روش متداول با شیارهای واقع در ناحیه مرکزی ورق، تغییر محل شیار به پیرامون ورق منجر به بهبود اساسی در پارامترهای عملکرد لرزه ای دیوار برشی فولادی می شود. بهترین عملکرد برای حالت شیارهای واقع در میانه المان های مرزی با امتداد شیارهای موازی مشاهده می شود. میزان افزایش در مقاومت و دریفت شروع پارگی ورق (شروع کاهش مقاومت) به ترتیب 39 و 100 درصد برای نمونه با شیارهای موازی واقع در میانه المان های مرزی در قیاس با نمونه با شیار در ناحیه مرکزی است. در انتها از مدل اجزا برای صحت سنجی نتایج آزمایش ها استفاده شده است. انتظار می رود با بهینه سازی الگو و فواصل شیارها در نمونه مزبور، حتی عملکرد بهتری قابل حصول باشد.

برای کاهش خرابی ساختمانها در زلزله و جذب انرژی زلزله، اتصالی مناسب است که به طور قطع مفصل پلاستیک را در داخل تیر ایجاد نماید تا قطعات اتصال، جوش، چشمه اتصال و ستون دچار صدمه نشود. اتصال پشت بند دار یکی از انواع اتصالاتی است که توانایی ایجاد شرایط فوق را دارد. نمونه ای از این اتصال در دانشگاه برکلی آزمایش شده است. در این تحقیق این اتصال با در نظر گرفتن اثر پس کمانش، به روش المان محدود مدلسازی و با نتایج آزمایشگاهی کالیبره شده است. چیدمان دو ورق پشت بند در بالا و پایین تیر همراه با ورق سخت کننده جان تیر و جان ستون به گونه ای است که با عملکرد خرپایی آنها ناحیه صلبی ایجاد شده که مفصل پلاستیک در تیر ایجاد می کند. قطعات خود اتصال نمی شکنند، تمرکز جوش در اتصال پایین بوده و جوش در حین بارگذاری آسیب نمی بیند و چشمه اتصال از پلاستیک شدن حفظ می شود. در این تحقیق اثر هر یک از ورقهای پشت بند در بالا و پایین اتصال و جان تیر به وسیله برداشتن مورد مطالعه قرار گرفته است. برای بررسی، هر یک از ورقها برداشته شده و تحت اتصال جدیدی مورد بارگذاری قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با برداشتن ورقهای پشت بند، با وجود اینکه هنوز مفصل در تیر ایجاد می شود، لیکن تمرکز تنش در جوش بالا رفته و خود اتصال در آستانه خرابی قرار می گیرد. به علاوه چشمه اتصال دچار چرخش پلاستیک می شود. با برداشتن سخت کننده جان تیر، مفصل پلاستیک دقیقا در محل اتصال ایجاد شده و آن را در آستانه خرابی قرار می دهد.

یکی از سیستم­های مقاوم در برابر بار لرزه­ای سیستم دیوار برشی فولادی شیاردار است. عملکرد این سیستم به گونه­ای است که با ایجاد شیارهای عمودی در ورق دیوار برشی فولادی معمولی، این ورق به تعدادی نوار خمشی تبدیل می­شود که با اعمال بار جانبی با تحمل تغییرشکل­های پلاستیک انرژی ورودی به سازه را مستهلک می­کند. در این مجموعه سختی و مقاومت نهایی دیوار برشی فولادی به راحتی با تغییر مشخصات شیارها و ترکیب­بندی آن­ها قابل تنظیم است. رفتار شکل­پذیر و توانایی استهلاک انرژی خوب از دیگر مزایای این نوع دیوار برشی فولادی است. حال چنانچه به جای شیارهای عمودی از شیارهای شیبدار (مایل) در ورق استفاده شود، عملکرد نوارها از حالت خمشی به محوری تغییر کرده و به طور مشابه با تحمل تغییرشکل­های پلاستیک به عنوان یک میراگر غیرفعال عمل می­کنند. در این مدل می­توان با تغییر طول این اعضای محوری، تغییرمکان جاری شدن نوارها و سایر پارامترهای لرزه­ای مجموعه را تغییر داد. هدف از این پژوهش ارزیابی عددی دیوار برشی فولادی شیاردار با شیارهای مایل و با ترکیب­بندی شیار و سخت­کننده­ی انتهایی متفاوت است. برای این منظور پس از صحت­سنجی مدل­سازی در نرم­افزار Abaqus، یک مطالعه پارامتریک بر روی دیوار فولادی با جایگذاری مختلف شیارها و سخت­کننده­های انتهایی متفاوت انجام می­شود و رفتار آن تحت بار رفت­ و برگشتی مورد بررسی قرار می­گیرد. همچنین رفتار این نمونه­ها با یک نمونه­ی بدون شیار مقایسه می­شود.  مقایسه نتایج دیوار فولادی پیشنهادی با شیارهای شیبدار و دیوار فولادی بدون شیار با همان ابعاد نشان می­دهد علی­رغم کاهش مقاومت و سختی اولیه در نمونه شیاردار، این دیوار از رفتار چرخه­ای مناسب­تری برخوردار است و توانایی استهلاک انرژی بیشتری دارد و خصوصاً در دریفت­های بالای 2 درصد افت مقاومت کمتر و عملکرد بهتری از خود نشان می­دهد. نتایج نشان می­دهند تنها با تغییر در محل قرارگیری شیارها می­توان مقاومت نهایی و سختی اولیه را به ترتیب تا 19 و 25 درصد تغییر داد. همچنین برای بالابردن میزان استهلاک انرژی استفاده از سخت­کننده­های انتهایی با ممان اینرسی بالاتر یکی از مؤثرترین راه­هاست؛ به طوری که استفاده از مقطع Box100 به عنوان سخت­کننده توانسته است استهلاک انرژی را نسبت به نمونه­ی معیار بیش از 2 برابر کند. در مجموع عملکرد دیوار برشی با شکل شیار پیشنهادی، مناسب ارزیابی می­شود.

در این مقاله به تجزیه و تحلیل عددی رفتار اتصال ستون  CFST مدفون شده در فونداسیون تحت بارگذاری ترکیبی محوری-خمشی پرداخته شده است. ابتدا مدل اجزاء محدود پیشنهادی توسط نتایج آزمایشگاهی تحقیقات قبلی تحلیل و مقایسه شده که نتایج نشان داد که آسیب موضعی، الگوهای خرابی و منحنی هیسترزیس با هم مطابقت داشتند. در ادامه مطالعه دقیق پارامتریک برای ارزیابی رفتار چرخه ای اتصال CFST مدفون شده در فونداسیون با متغیرهای قطر به ضخامت طول مدفون شدگی، مقاومت فشاری بتن و نحوه اتصال ستون CFST به فونداسیون انجام شده است. بر اساس نمودارهای هیسترزیس حاصل شده از مطالعه پارامتریک مدل های عددی، مقادیر شاخص های سختی، مقاومت، شکل پذیری و انرژی برای نمونه ها محاسبه و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعه نشان داد با استفاده از مدل اجزاء محدود پیشنهادی، در اتصال ستون CFST به فونداسیون با صفحه ستون نسبت به ستون CFST در حالت مدفون رفتار چرخه ای ضعیف تری حاصل شده است. علاوه بر این، استفاده از سخت کننده ها در پای ستون مدفون در فونداسیون نسبت به حالت بدون سخت کننده رفتار هیسترزیس بهتر و با استهلاک انرژی بالاتری را از خود نشان داده است. با افزایش مقاومت بتن، تغییرات در حلقه های نمودار هیسترزیس، مقاومت جانبی و سختی جانبی، عملکرد شکل پذیری و اتلاف انرژی تجمعی نیز افزایش کمی داشته است. حالت های آسیب در اتصال ستون CFST به فونداسیون دارای صفحه ستون، در حالت مدفون شده بدون سخت کننده و با سخت کننده دیسکی، بصورت شکستگی لوله فولادی در پای ستون است. آسیب در حالت اتصال ستون CFST مدفون شده با سخت کننده طولی، بصورت ترک خوردگی قطری بتن روی فونداسیون است. افزایش ضخامت لوله فولادی و شرایط مدفون شدگی ستون CFST با سخت کننده اثر مثبتی بر روی حلقه های هیسترزیس اتصال CFST به فونداسیون ایجاد کرده و این نوع اتصال توانسته است مقاومت جانبی، سختی جانبی، شکل پذیری و انرژی تجمعی اتلافی را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.   [1] Concrete Filled Steel Tube

ترکیب سیستم های کنترل خرابی متشکل از میراگرهای فولادی با اتصالات در قاب های فولادی باعث کاهش خرابی وارده به عناصر اصلی سازه در طی زمین لرزه می شوند. در این مطالعه، دو نوع میراگر کمانش تاب در اتصالات مقاوم خمشی تیر به ستون تحت اثر بارگذاری چرخه ای به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته اند. این میراگرها به صورت میراگر ورق قوسی مهار شده در زیر ورق (JAPD) و میراگر لوله در لوله (JTTD) می باشند. با انجام تحلیل چرخه ای تا دریفت 4% بر روی دوازده مدل میراگر به ازای پارامترهای مختلف نظیر ضرایب مختلف مقاومت مصالح میراگر به تیر و مساحت سطح مقطع میراگر، مشخصه های عملکرد لرزه ای شامل سختی اولیه، مقاومت خمشی، شکل پذیری و اتلاف انرژی مقایسه شده است. بر اساس نتایج حاصل از تحلیل، میراگر JTTD نسبت به میراگر JAPD دارای عملکرد بهتری می باشد، به گونه ای که مقاومت خمشی و اتلاف انرژی مدل JTTD به ترتیب در حدود 10% و 5% بیش از مقادیر متناظر مدل JAPD است. با افزایش ضریب مقاومت مصالح از 0.6 به 1.00، مقاومت خمشی مدل ها در حدود 35% افزایش می یابد. در این مدل ها با افزایش سطح مقطع میراگر به میزان 40%، مقاومت خمشی اتصال در حدود 50% افزایش پیدا می کند. روابط تئوری ارائه شده بیش از 85% مقدار متناظر تحلیل عناصر محدود را تخمین می زنند، اما برای تخمین سختی الاستیک مدل ها، باید مقدار مبتنی بر روابط تئوری را بر 50/3 تقسیم نمود. افزایش ضریب مقاومت مصالح از 0.6 به 1.00، تأثیر محسوسی بر اتلاف انرژی نداشته، در حالی که افزایش شکل پذیری در حدود 25% می باشد.