پاورپوینت پاورپوینت ترميم و مقاوم سازي ساختمان (pptx) 33 اسلاید
دسته بندی : پاورپوینت
نوع فایل : PowerPoint (.pptx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )
تعداد اسلاید: 33 اسلاید
قسمتی از متن PowerPoint (.pptx) :
دانشگاه آزاد اسلامي ـ واحد نيشابور
عنوان :
ترميم و مقاوم سازي ساختمان
استاد ارجمند:
جناب آقاي مهندس خسروي
دانشجو :
رامين طاهري نيا
زمستان 86
مقاوم سازي ساختمان هاي فلزي موجود با کاهش مقطع بال
چکيده :
قبل از زلزله نر تريج ، تصوير بر اين بود که سازه هاي داراي قاب خمشي فولادي داراي رفتار مناسبي در هنگام وقوع زلزله مي باشند ، اما پس از وقوع زلزله نر تريج بر اثر تحقيقات ، مشخص شد که بيشتر اتصالات بعلت ترک خوردگي جوش بدون داشتن شکل پذيري مناسب دچار شکست صلب شده بود . براي جلوگيري از ترک خوردگي جوش و در نتيجه شکس ترد اتصال ، مي توان از دو روش عمده بهره جست . يکي تقويت اتصال ر ناحيه اتصال تير به ستون مي باشد . مشکل عمده اين روش ازايش لنگر وارده به ستون است . ر.ش دوم ، تضعيف تير در ناحيه نزديک اتصال مي باشد . در اين روش ميزان کاهش مقطع به حدي است که باعث انتقال مفصل پلاستيک از بر ستون به داخل تير مي شود . اين بدان علت است که بال پاييني معمولا در دسترس بوده و در داخل دال بتني قرار ندارد . در اين مقاله با استفاده از نرم ازار
ANSYS
به بررسي اين مدلها پرداخته شده است .
کليد واژ ه ها : اتصال
RBS
، اتصال
SMF
، مفصل پلاستيک ، منحني هيسترسيس ، چشمه اتصال
مقدمه :
پس از زلزله نر تريج ، خرابيهاي بسياري در سازه هاي فولادي که داراي قاب خمشي فولادي ويژه بودند رخ داد . اين خرابيها نشان دهنده ضعف اين سيستم در برابر زلزله بود . در صورتيکه تا پيش از زلزله نر تريج تصور بر آن بود که سازه هاي داراي قاب خمشي ويژه داراي رفتار بسيار مناسبي در هنگام وقوع زلزله مي باشد . اما مشاهده شد که عدم توجه به نحوه تشکيل مفصل پلاستيک باعث تشکيل مفصل پلاستيک در بر ستون گشته و در نتيجه تمرکز تنش زيادي در انتهاي تير و در ناحيه اتصال تير به ستون ايجاد شده و بالطبع تمرکز کرنش در اين ناحيه ايجاد مي شود . با توجه به اين نکته که جوش متصل کننده بال تير به بال ستون داراي رفتار ترد و شکننده مي باشد و قادر به تحمل کرنشهاي بالا نمي باشد ، در نتيجه اين جوشها بر اثر نيروي زلزله اعمال شده داراي شکستگي شده و بعث جدا شدن تير از ستون مي شود .
در نتيجه به علل ذکر شده در بالا قابهاي خمشي ويژه (که با روابطي که در آيين نامه هاي قبل از زلزله نر ريج بيان شده بود طراحي شده بود) رفتار خوبي از خود نشان نداد . حتي اسختمان هايي که براي استفاده بي وقفه و با کيفيت مناسب طراحي شده بودند نيز نتوانستند در برابر زلزله مقاومت کنند و آسيب ديدند .
با توجه به استفاده فراوان از قابهاي خمشي فولادي در طراحي هاي لرزه اي سازه ها ، و با توجه به اين نکته که اين سازه ها بر اساس ضوابط و آيين نامه هايي طراحي شده است که ضوابط مربوط به نحوه تشکيل مفصل پلاستيک و نحوه گسترش آن را مورد بررسي قرار نداده اند ، در نتيجه پس از زلزله نر تريج تحقيقات به سمت افزايش شکل پذيري اتصالات صلب پيش رفت و به طور کلي اتصالات پس از زلزله نر تريج
(Post-Northridge)
شکل گرفت . در اين اتصالات هدف به طور عمده انتقال مفصل پلاستيک به داخل ير و به يک فاصله معين از بر ستون مي باشد . بگونه اي که با دور ساختن مفصل
پلاستيک از بر ستون ، باعث کاهش تمرکز کرنش بوجود آمده در ناحيه جوش مي شوند و در نتيجه باعث کاهش در ميزان ترک خوردگي جوش و بالطبع کاهش شکست ترد در اتصال مي شوند . روش هاي متعددي براي انتقال مفصل پيشنهاد گرديد . در حالت کلي اين روشها به دو دسته عمده تقسيم مي شود :
يکسري از اتصالات
(Post-Northridge)
بگونه اي طراحي شده اند که با افزودن اجزايي به اتصال باعث افزايش مقاومت تير در ناحيه اتصال شده و در نتيجه باعث کاهش تنش در اتصال مي شود . و در نتيجه باعث انتقال مفصل پلاستيک بداخل تير مي شود . همچنين با مقاومتر کردن اتصال از چرخش اجزاي اتصال نسبت به هم (تير نسبت به ستون) جلوگيري مي کنند که در نتيجه تنش کمتري در ناحيه جوش ايجاد مي شود . استفاده از ماهيچه
(Haunch)
و با پشت بند
(Rib)
و ... از اين دسته اند .
در روش دوم با کاهش مقاومت تير در بخشهاي مشخص از تير ، باعث تضعيف تير در يک ناحيه مشخص و از پيش تعيين شده گشته که در نتيجه مفصل پلاستيک در اين ناحيه تشکيل مي شود . و از بر ستون به داخل تير منتقل مي شود . انواع اتصالات
RBS
از اين دسته اند .
براي مقاوم سازي از هر دو روش مي توان بهره جست . هر کدام از اين دو روش داراي مزايا و معايبي هستند که قبل از انتخاب ديتيل براي بهسازي لرزه اي اتصال بايد به طور کامل به بررسي آنها پرداخت . در اينجا به بررسي يکي از ديتيلهاي مقاومسازي اتصال در قاب خمشي ويژه فولادي پرداخته مي شود .
همانگونه که قبلا ذکر گرديد برش بال تير يکي از روش هاي مقاوم سازي اتصالات مي باشد . برش بال تير در ناحيه نزديک ستون و در يک فاصله مشخص و با ديتيل مشخصي صورت مي پذيرد .
اين نوع اتصال در دنيا با نام
RBS
و يا
Dogbone
و در ايران به نام اتصال استخواني شناخته مي شود . ازمايشات متعددي بر روي اين اتصال صورت پذيرفته و روابط برش و ديتيل آن در
FEMA
موجود مي باشد . [5]. اتصال
RBS
داراي انواع مختلفي مي باشد . اين اتصال داراي سه نوع ديتيل متداول مي باشد . در اينجا به بررسي اتصال
RBS
داراي برش شعاعي پرداخته شده است .
2. روند طراحي اتصال
RBS
:
براي طراحي اتصال
RBS
با برش شعاعي از روابط پيشنهادي
FEMA
استفاده مي شود.
بگونه اي که
a.,b,c,R
بترتيب برابر با شعاع برش و ميزان برش حداکثر و طول برش و فاصله ابتداي ناحيه بريده شده تا بر ستون مي باشد . همچنين
bf
و
d
به ترتيب برابر با عرض بال تير و ارتفاع مقطع تير مي باشد . [5] .
نکته قابل توجه اينکه بعلت عدم دسترسي به بال پاييني تير که معمولا در دال بتني مدفون مي باشد و تخريب دال و برش بال بالايي بسيار پر هزينه مي باشد ، در نتيجه معمولا براي بهسازي اتصالات قاب خمشي موجود ، از اتصال
RBS
در بال پاييني استفاده مي شود . مشخصات برش در اين حالت همانند زماني است که هر دو بال داراي بريدگي هستند . بر اساس تمهيدات
FEMA
، حداکثر ميزان کاهش مقطع برابر با 50% مي باشد که در اينجا نيز حداکثر کاهش به همين ميزان محدود مي شود . برشهاي بيشتر از اين مقدار مي تواند مشکلات ديده اي را براي پايداري تير فراهم سازد . (کمان جان تير، کمانش جانبي ـ پيچشي بال تير و ...) [6و3].
در مدل هاي استفاده شده در اين مقاله از ميزان برش 50% استفاده شده است . يعني ميزان
C=0.25bf
مورد استفاده قرار گرفته است . مقادير برش و ابعاد
a,b,c,R
در جدول (1)موجود مي باشد .
3- آزمايشات صورت پذيرفته :
يکي از ازمايشاتي که به منظور بهسازي لرزه اي اتصالات صلب فولادي با استفاده از کاهش مقطع بال صورت پذيرفته ، توسط
Scott A. Cibjan & Engelhardt
مي باشد . [8] در اين آزمايشات از زير سازه صليبي شکل (شکل 1ـ ب) استفاده شده است . تير در اين مدل از نوع فولاد
A36
مي باشد و داراي مقطع
W30x99
مي باشد . ستون داراي مقطع
W12x279
بوده و با فولاد
A572 Grade
50 مي باشد . انتخاب مقطع و طول دهانه ها به گونه اي بود که زير سازه انتخاب شده بتواند شرايط تير و ستون ها متداول مصرفي در ساختمان (نوع مقطع ، نوع فولاد مصرفي ، طول دهانه تير و طول ستون) را مدل نمايد . همچنين قانون تير ضعيف ـ ستون قوي نيز رعايت شده است . ابتدا اتصال به صورت اتصاات قبل از زلزله نر تريج طراحي و ساخته شد و سپس بهسازي اتصال بر روي اتصال موجود صورت پذيرفت . عمليات جوشکاري در اين نمونه ها توسط الکترود
E70T-4 (47/7 Ksi)
مي باشد و مقاومت جاري شدگي ديناميکي آن برابر با
(50 Ksi) 345 MPa
مي باشد و حد نهايي مقاومت ديناميکي برابر با
(65/5 Ksi)
452MPa
مي باشد . دو مدل از آزمايشات صورت گرفته داراي اتصال
RBS
و با کاهش مقطع 50% در بال پاييني مي باشد .
(DB1,DB2)
. در مدل
DB1
، جوش متصل کننده بال تير به جان ستون تعويض نشده و داراي شرايط اتصال قبل از زلزله نر تريج مي باشد و تنها تسمه پشت بند برداشته مي شود . در مدل
DB2
جوشهاي متصل کننده بال تير به ستون که با الکترود
E70-T-4
صورت رگفته بود ، کاملا برداشته شده و عمليات جوشکاري توسط الکترود
E70T-8
صورت مي پذيرد . همچنين در بال پاييني تسمه پشت بند برداشته مي شود . اما در بال بالايي اين تسمه برداشته نشده و توسط جوش نواري به ستون جوش داده مي شود . تفاوت ديگري که دو مدل
DB1
و
DB2
دارند ، وجود دال بتني به عرض
2440mm
بر روي مدل
DB2
مي باشد که به علت بررسي اثر دال بتني بر روي روند مقاومسازي مي باشد . تعداد و نحوه گسترش برشگيرها نيز همانند ساختمان هاي متعارف موجود مي باشد . منحني هاي هيسرسيس و شکل مدلها پس از آزمايش در شکل (2و3) مشخص است.
بر اساس نتايج به دست آمده براي نمونه
DB1
مشخص شد که ايجاد اتصال
RBS
در مدل
DB1
داراي تاثير زيادي در افزايش شکل پذيري اصتال نمي باشد . در صورتيکه در نمونه
DB2
شکل پذيري به ميزان قابل توجهي افزايش مي يابد . اين تغيير در رفتار دو مدل مي تواند به دو علت باشد .
اولا : در مدل
DB1
بعلت استفاده از الکترود
E70T-4
که داراي فلز جوش با سختي و چقرمگي کم
(Low Toughness weld metal)
مي باشد ، جوش در مراحل اوليه بارگذاري گسيخته مي شود . در صورتيکه مدل
DB2
که در آن تير توسط جوش با الکترود
E71T-8
که داراي فلز جوش با سختي و چقرمگي زياد
(High Toughness wld metal)
مي باشد صورت پذيرفته است .
ثانيا : در مدل
DB2
بعلت وجود دال بتني و تاثير آن در مقاومت اتصال ، ميزان چرخش به دست آمده بسيار بيشتر از نمونه
DB1
مي باشد . همچنين افزودن دال بتني ابعث کاهش ميزان کرنش در بال بالايي تير مي شود که نشاندهنده اثر مثبت دال بر روي رفتار لرزه اي اتصال مي باشد . همچنين در اين تحقيق مشخص شد که دال بتني تاثير مهمي بر روي رفتار کلي بال پاييني تير ندارد .
مدلسازي اتصال :
با توجه به اينکه مقاطع مورد آزمايش در
SAC
و
FEMA
و ساير منابع موجود همگي مقاطع با ارتفاع زياد براي تير مي باشند و در ايران از اين مقاطع استفاده نمي شود ، بررسي تاثير روش مقاومسازي مطرح شده در بالا بر روي پروفيلهاي متداول در ايران ضروري به نظر مي رسد .
در نتيجه در اينجا به بررسي تاثير ايجاد اتصال
RBS
در بال پاييني بر روي رفتار لرزه اي اتصال توسط نرم افزار
ANSYS
پرداخته شده است . براي مقطع تير از پروفيل
IPE330
و براي مقطع ستون از پروفيل
IPB260
استفاده شده است . همچنين طراحي به گونه اي صورت گرفته که چشمه اتصال در حالت بالانس باشد و در نتيجه از دو ورق مضاعف به ضخامت
1cm
استفاده شده است .
(ظرفيت چشمه اتصال متناسب با ظرفيت پلاستيک تير باشد) . همچنين از ورق پيوستگي نيز در مدلسازي استفاده شده است . دو مدل ، يکي داراي اتصال
SMF
مي باشد و ديگري توسط برش در بال پاييني مقاومسازي شده است . هر دو مدل توسط اتصال مستقيم بال و ديگري توسط برش در بال پاييني مقاومسازي شده است . هر دو مدل توسطا تصال مستقيم بال تير به ستون طراحي شده و مدل شده اند . همچنين در مدل سازي ورقهاي منتقل کننده برش از جان تير به ستون نيز مد نظر قرار گرفته است و طراحي شده است . [2].
براي مدلسازي از المان صفحه اي
SHELL43
استفاده شد که داراي چهار گره مي باشد و هر گره داراي شش درجه آزادي مي باشد (سه درجه آزادي انتقالي و سه درجه آزادي دوراني) و داراي خواص غير خطي و تغيير شکل بزرگ مي باشد . با توجه به اين نکته که در اين زير سازه تمرکز تنش و کرنش در ناحيه اتصال و چشمه اتصال مي باشد از مش بندي ريز تري در اين نواحي استفاده شد . سپس مدلها تحت بارگذاري سيکليک قرار گرفتند . نمودار بارگذاري در شکل (4ـ الف) مشاهده مي شود . نحوه بارگذاري به گونه اي است که تغيير مکان به بالاي زير سازه صليبي شکل وارد مي شود . (شکل 4 ـ ب) براي مدل کردن جوشهاي گوشه که متصل کننده ورق برشي به جان تير مي باشد از المان
SHELL43
استفاده شده است بگونه اي که ضخامت ورق متصل کننده به اندازه ضخامت گلوي جوش مي باشد که داراي تقريب قابل قبول مي باشد .
نحوه مدلسازي و مش بندي انجام شده در شکل (5) مشخص است