اتصال مستقیم وصله ستون ها با استفاده از جوش نفوذی ناقص با درصد نفوذ بین 40% تا 60% ضخامت مقطع ستون تا قبل از زلزلۀ نورثریج و کوبه رایج بود. با آشکارشدن ضعف اتصالات جوشی تیر به ستون بعد از زلزلۀ نورثریج و اتصالات جوشی وصله ستون ها بعد از زلزلۀ کوبه، جزئیات طراحی و دستورالعمل اجرایی جدید به آیین نامه اضافه شد و استفاده از جوش نفوذی ناقص در سازه های قاب خمشی ممنوع شد (AISC 341-10) و طراحان ملزم به استفاده از جوش نفوذی کامل بودند. با مطالعات آزمایشگاهی و عددی انجام شده بر روی جوش نفوذی ناقص با درصد نفوذ بالاتر در مقاطع I شکل، امکان استفاده از جوش نفوذی ناقص با درصد نفوذ 85% در آیین نامه تأیید شد (AISC 341-16). تمام مطالعات گذشته بر روی رفتار جوش نفوذی ناقص در مقاطع I شکل صورت گرفته بود؛ در این مطالعه یک مدل عددی سه بعدی اجزای محدود در نرم افزار آباکوس به منظور بررسی رفتار وصله ستون ها شبیه سازی شده است و شکست و گسترش آسیب در ناحیۀ متأثر از حرارت با استفاده از روش آسیب نرم مشاهده شده است. با اطمینان از عملکرد مدل اجزای محدود، 33 نمونه ستون قوطی شکل مدل سازی شده و تأثیر پارامترهایی همچون درصد جوش نفوذی، ضخامت و ابعاد مقطع ستون بر روی رفتار وصله ستون مورد ارزیابی قرار گرفته است.

تامین ورق های پیوستگی اتصال در داخل ستون های قوطی شکل به نحوی که در آیین نامه 2800 و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان توصیه شده، از دیدگاه اجرایی و قابلیت اعتماد، اطمینان بخش به نظر نمی رسد. در این تحقیق با مدل سازی اجزای محدود و تحلیل غیرخطی مادی و هندسی تحت تاثیر بارگذاری های تک آهنگ و رفت و برگشتی، به بررسی رفتار مدل های اتصالات تیر به ستون قوطی شکل با استفاده از ورق های مثلثی پیرامونی با یا بدون بتن پرکننده در داخل ستون و همچنین ورق های مثلثی پیرامونی توام با کاهش عرض بال مقطع تیر به شکل شبه استخوانی در مقایسه با حالات استفاده از ورق پیوستگی داخل ستون پرداخته شده است. درباره نمونه های اتصال انتخاب شده با ابعاد متداول در سازه های ساختمانی متعارف، اتصالات دارای ورق مثلثی پیرامونی بدون یا با بتن داخل ستون، مقاومت و شکل پذیری قابل حصول تیر را تامین و توانمندی قابل ملاحظه ای از نظر میزان انتقال لنگر بین تیر و ستون ارایه می دهند. در اتصالات تیرهای استخوانی منتهی به ورق های مثلثی پیرامونی، تمرکز تنش در محل اتصال تیر به ورق مثلثی کاهش و نسبت شکل پذیری ارتقا می یابد.

دیوار برشی فولادی یکی از انواع سیستم های بار بر جانبی می باشد که استفاده از آن در صنعت ساختمان رو به گسترش است. عملکرد مناسب دیوار برشی فولادی که بر اساس گسترش میدان کششی می باشد، تا حد زیادی وابسته به المان های مرزی شامل تیر ها و ستون ها می باشد. بعبارت در فرایند استهلاک انرژی طی تسلیم ورق نازک جان نیروهای قابل ملاحظه ای به المان های مرزی وارد می گیرد. از این رو برای آنکه سازه مجهز به سیستم دیوار برشی فولادی از عملکرد مناسبی برخوردارباشند می بایست المان های مرزی علی الخصوص ستون ها دارای رفتار الاستیک باشند. در این مقاله برای کنترل رفتار الاستیک ستون ها استفاده از ستون های دارای مقاطع قوطی شکل فولادی پرشده با بتن بعنوان المان مرزی و نیز پانل های حلقه شکل بعنوان ورق جان پیشنهاد شده است. به منظور کنترل رفتار الاستیک ستون، بیرون کشیدگی بال مجاور ورق پرکننده مورد بررسی قرار گرفته شده است. مشاهده می شود که استفاده از ورق های حلقه ای شکل اثر قابل ملاحظه ای در کاهش بیرون کشیدگی بال ستون دارند. بعبارت دیگر استفاده از ورق های حلقه دار می تواند از تسلیم المان های مرزی قایم جلوگیری کند.

مقاله حاضر، به مطالعه تجربی و تحلیلی رفتار اتصالات سه بعدی خمشی جوشی تیر I به ستون های قوطی شکل فولادی، تحت اثر بار محوری ثابت بر روی ستون، بار جانبی چرخه ای در یک راستای اتصال و بار ثقلی ثابت در راستای متعا مد دیگر آن می پردازد. برای این منظور، ابتدا آزمایشات متشکل از چهار نمونه شامل دو نمونه اتصال سه بعدی میانی و دو نمونه ی کناری می باشند. نمونه های میانی شامل یکی ستون قوطی سرد شکل داده شده و تیرهای متصل از چهار طرف همراه با دیافراگم خارجی، و دیگری ستون قوطی ساخته شده از ورق فولادی همراه با دیافراگم داخلی است. نمونه های کناری نیز مشابه نمونه های میانی دارای دو حالت استفاده از دیافراگم داخلی و دیافراگم خارجی هستند. در اتصالات با دیافراگم خارجی، ورق های پوششی فولادی مانند حلقه به دور ستون، با جوش شیاری و به بال های تیر، با جوش گوشه متصل شده اند. سپس بر اساس نتایج آزمایشگاهی، مدل های تحلیلی اجزاء محدود در نرم افزار ABAQUS توسعه داده شد و تاثیر سه پارامتر بار محوری ستون، ضخامت ورق ستون و ضخامت ورق های پوششی بر رفتار اتصال میانی با دیافراگم خارجی، به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. در نتایج آزمایشگاهی تمامی نمونه ها ملاحظه شد که رفتار لرزه ای نمونه های با دیافراگم خارجی در حالت کلی، بسیار نزدیک به نمونه های با دیافراگم داخلی است و با مود گسیختگی تشکیل مفصل پلاستیک در تیر و دقیقا در انتهای ورق های پوششی همراه می باشد ولی تفاوت جزیی به علت تجربه ی کرنش های کوچک تر از حد تسلیم در چشمه ی اتصال در نمونه ی میانی با دیافراگم خارجی در مقایسه با دیافراگم داخلی مشاهده گردید. نتایج حاصل از تحلیل های غیرخطی نیز مطابقت مناسبی با نتایج به دست آمده از آزمایش نشان داد. در بررسی تحلیلی پارامتری مشاهده شد که هر یک از پارامترهای فوق می تواند مود گسیختگی و شکل پذیری سیستم را تغییر دهد به طوری که با افزایش نسبت بار محوری ستون به مقدار حدود 0. 42، با وجود افزایش نسبت اتلاف انرژی، مود گسیختگی از محل تیر به ستون تغییر می یابد و برای نسبت های بیش تر از 0. 58، به کمانش کلی ستون و گسیختگی ترد منتهی خواهد شد.

ستون های قوطی شکل بدلیل دارا بودن مقاومت خمشی یکسان در دو جهت، همواره مورد توجه طراحان برای استفاده در قاب های خمشی فولادی در مناطق با خطر لرزه خیزی زیاد بوده است. اما با توجه به عدم دسترسی به داخل ستون بدلیل بسته بودن مقطع آن، اجرا و بازرسی جوش وجه چهارم ورق های پیوستگی به ستون همواره با مشکلاتی همراه بوده است. این امر موجب گردیده است که بعضا مجریان سازه های فولادی از تعبیه این ورق ها در داخل ستون و یا اجرای جوش وجه چهارم آنها اجتناب کنند. در این مطالعه استفاده از ورق های پیوستگی خارجی U شکل به منظور برطرف نمودن این مشکل پیشنهاد شده است. نتایج مطالعات نشان داد که اتصال پیشنهادی قابلیت تغییر مکان نسبی تا 04/0 رادیان را بدون کاهش مقاومت دارا بوده است. همچنین استفاده از اتصال پیشنهادی با افزایش ابعاد تیر و ستون بدلیل ایجاد تنش های فرا الاستیک در ستون و در نتیجه تحت تاثیر قرار دادن عملکرد اتصال، نیازمند تقویت توسط ورق های لچکی بوده است. ورق های تقویت لچکی موجب گردید که مفصل پلاستیک داخل تیر ایجاد شده و منحنی های هیسترزیس منظم و پایدار تشکیل گردد.

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

طی سال های گذشته، برای تعیین رفتار و طراحی شکل پذیری قاب های خمشی مقاوم در برابر بار لرزه یی، پژوهش های بسیاری شامل: انجام عملیات آزمایشگاهی و همچنین ارائه ی مدل های تحلیلی و مکانیکی برای تعیین مقاومت و پایداری اتصالات خمشی در قاب های مقاوم لرزه یی صورت گرفته است. در این نوشتار با استفاده از روش «مدل اجزاء تشکیل دهنده» به رفتار اتصال تیر I به ستون قوطی شکل با ورق های فوقانی و تحتانی پرداخته شده است. همچنین جهت بررسی جامع رفتار اتصال در محدوده ی وسیعی از رفتار غیرخطی از روابط مدل زوال اصلاح شده ی ایبارآـ کراوینکلر استفاده شده است. در ادامه، صحت نتایج به دست آمده با مقایسه ی منحنی بارافزون و متناوب از عملیات آزمایشگاهی و روش مذکور ارائه شده است. نتایج این مطالعه، کارآیی روش مذکور را در تعیین رفتار اتصال با ورق های فوقانی و تحتانی نشان می دهد.

در این مطالعه ضرایب تمرکز تنش برای اتصالات T متشکل از مقاطع راستگوشه با جوش گوشه در نقاط حاد تحت بارگذاری محوری و خمش درون صفحه ای بر روی عضو مهاری یا اصلی از طریق تحلیل مدل های تفصیلی اجزای محدود مورد بررسی قرار گرفته است. از روش برون یابی برای بدست آوردن ضریب تمرکز تنش در پنجه جوش استفاده شده است. ابتدا تنش در نقاط واقع بر امتدادهای حاد به کمک آنالیز اجزای محدود بدست آمده، سپس به کمک برون یابی مقدار تنش و متعاقبا ضریب تمرکز تنش در پنجه جوش به ازای هر یک از امتدادهای بحرانی حاصل می گردد. با بررسی تعداد قابل ملاحظه ای اتصال با ویژگی های پارامتریک متنوع، جامعه آماری برای بررسی و مطالعات پارامتریک و پیشنهاد فرمول پارامتریک فراهم آورده شده و برای محاسبه ضرایب تمرکز تنش تحت اثر بارگذاری محوری و خمش درون صفحه ای در هر یک از نقاط حاد فرمول های پارامتریک ارایه شده است. در انتها نتایج حاصل از این مطالعه با مقادیر بدست آمده برای این نوع از اتصالات ولی با جوش لب (شیاری) که توسط وینگرد بدست آمده، مقایسه شده است.