دانلود پایان نامه : عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر و تعیین پارامترهای عملکرد لرزه ای مورد استفاده استاندارد 2800 ایران

جابجایی جانبی در سازه­های ساختمانی اهمیت زیادی برای مهندسان دارد، به عبارت دیگر به منظور حداقل کردن اثرات نیروهای زلزله و باد، بادبندها به صورت موفق استفاده شده­اند. به هرحال وقتی بادبندها در معرض نیروهای فشاری بزرگ قرار می­گیرند، در معرض تغییر شکل کمانشی قرار گرفته و رفتار هیسترتیک نامتقارن را در فشار و کشش نشان می­دهند [17].

تحقیق بر  BRBها اولین بار توسطYashino  و همکاران انجام شد. آنها دو نمونه را که “دیوار برشی با بادبند” می­نامیدند، شامل صفحه فولادی مسطح روکش شده با پانل­های بتن مسلح و بعضی از مواد لغزنده در بین آنها، مورد آزمایش قرار دادند [7].

در سال 2009 پروفسور Akira ازمؤسسه تکنولوژی توکیو، با مؤسسه فولاد ژاپن تلاش گروهی کرد، تا با توسعه­ی المان­های فشاری، حالت گسیختگی فشاری را، از المان های لاغر حذف کند. به دکتر Wada در سال2005 الهام شد که از بادبندهای کمانش­ناپذیر(BRB یاUNBONDED BRACE )، همانند استخوان بدن انسان استفاده کند. پروسه منطقی دکتر  Wadaبرای کنترل آسیب، استفاده از المان­های BRB به عنوان المان­های محافظ لرزه­ای بود. دکتر BRB ,Wada را طراحی کرد و به استخوان انسان شباهت داد، بدین صورت که در انتها بزرگتر و در وسط دهانه با مقطع کاهش یافته آن را طراحی نمود. طرح اولیه طراحی ساختمان با بادبندهای کمانش ناپذیر که از “دمپرهای هیستریک” بود، در اتصال با قاب­های مقاوم خمشی استفاده شد [26]. اولین آزمایش بر روی [1]BRBF (بادبندهای کمانش ناپذیر)، در آمریکا در دانشگاه برکلی کالیفرنیا در سال 1999، تحت نظر پروفسور Popov.E وپروفسور Makris.N انجام شد.

آزمایش­های گسترده­ای، بوسیله Tsaiو lai در سال2002 انجام شد. جزئیات BRB دوبل لوله به این ترتیب میباشد که هر بادبند از دو قطعه همانند تشکیل یافته است و هر قطعه دارای یک هسته فولادی، که همانند یک ورق و یا T شکل است، شامل می­شود که بوسیله لوله فولادی روکش شده است و هر دو انتهای هسته فولادیT شکل می باشد. بدین ترتیب هر قسمت از بادبند می­تواند براحتی به ورق اتصال((gusset plate متصل شوند. پس از اتصال دو قطعه نصب شده، ورق­های زائده (platetab)  دیده می­شود که جهت اتصال دو قطعه به همدیگر استفاده می­شوند. به علاوه به منظور آسان کردن حوزه اتصال، یک ورق اتصال با طول کاهش یافته برای بهبود بخشیدن پایداری ناحیه اتصال می­باشد. نمونه از پاسخ BRB دوبل T شکل حاصل کار بود که دارای پایداری بالایی می باشند [15].

در سال 2008 اقای Weng و اقای Lin به بررسی نوع اتصال مهاربند های کمانش ناپذیر پرداختند که حاصل کار ایشان بررسی نمونه های مختلف بود که نشان از مقاومت بالای اتصال وشکل پذیری مناسب این نوع اتصالات بود [27].

در چند دهه اخیر بادبندهای مقید در برابر کمانش به صورت فزاینده مخصوصا در ژاپن جهت عملکرد لرزه­ای بهتر معمول شده­اند. بادبند مقید شده در برابر کمانش یا BRB، از یک المان باربر و یک المان نگاهدارنده جانبی تشکیل شده است. المان بابر، بارهای محوری را در هر یک از دو حالت کششی و فشاری، که به BRB انتقال پیدا می­کند، حمل می­کند. المان­های نگهدارنده جانبی تکیه گاه­های جانبی را برای المان های باربر فراهم می­­کنند تا از کمانش BRB وقتی که BRB تحت فشار بارگزاری شده است جلوگیری کند و BRBقادر خواهد بود تا مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی را در المان­های فولادی که برای باربری ساخته شده­اند افزایش دهد [28].

قاب های مهاربند مقید شده در برابر کمانش(BRBF) یک رده­ی خاص از قاب­های مهاربندی شده­ی هم­مرکز هستند، تقاطع محورهای اعضای BRBF در یک نقطه­ی اتصال، یک سیستم خرپایی عمودی که نیروهای جانبی را تحمل می­کند، تشکیل می­دهد.BRBF دارای شکل پذیری و جذب انرژی بیشتری در مقایسه با SCBF است، زیرا از کمانش کلی مهاربند و کاهش مقاومت مربوط به آن در نیروها و تغییر شکل­های مربوط به جابجایی نسبی طرح در طبقه­ها، جلوگیری می­نماید. توجه داشته باشید که مهاربندی XوK شکل به عنوان گزینه­های BRB به شمار نمی­روند. در مهاربندی BRB جذب انرژی در طی چرخه­های تسلیم پایدار کششی-فشاری صورت می­پذیرد [28].

قاب­های مهاربندی شده­ی مقید در برابر کمانش، متشکل از، ستون­ها، تیرها و المان­های مهاربندی و تمام اعضایی که به طور اولیه تحت نیروهای محوری قرار دارند، می­باشد. مهاربندها­ی BRB ازیک هسته­ی فولادی و یک سیستم پوششی مقیدکننده­ی کمانش، برای هسته­ی فولادی تشکیل شده است. هسته­ی فولادی در المان مهاربندی، منبع اولیه جذب انرژی در طی یک زلزله­ی متوسط تا شدید است، انتظار می­رود هسته­ی فولادی متحمل تغییر شکل­های غیر الاستیک قابل ملاحظه­ای شود. BRB میتواند سختی الاستیک ایجاد کند، که قابل مقایسه با EBF است. آزمایش­های با مقایسه کامل نشان می­دهندکه، المان­های مهاربندی طراحی شده، به طور متناسب در BRBF، رفتار هیستریک پایدار و متقارنی تحت نیروهای کششی و فشاری در طی تغییر شکل­های غیر الاستیک، ارائه می­دهند. قابلیت شکل­پذیری و جذب انرژی BRBF با قاب خمشی ویژه (SMF) قابل مقایسه بوده و بیشتر از یک سیستم SCBF است. این شکل­پذیری بالا توسط محدود سازی کمانش هسته فولادی حاصل می­شود.

با توجه به مزیت ها و توانایی بالای که برای سیستم مهاربند کمانش تاب بیان شد یکی از مسایل مهم بادبند های BRB  بحث ضریب رفتار وعملکرد واقعی این نوع سیستم ها میباشد که در این زمینه تحقیقاتی انجام گرفته که نشان از رفتار مناسب این نوع سیستم وارائه ضریب رفتار بالاتر نسبت به سیستم های مورد استفاده دیگر میباشد که ازجمله این تحقیقات مطالب دکتر تسنیمی و همکاران ایشان در دانشگاه تهران در این زمینه می باشد. [25]

ازجمله مباحث مطرح دیگر راجع به بادبندهای کمانش ناپذیر مقایسه این نوع سیستم های مقاوم جانبی با بادبندهای متداول دیگر میباشد که در این زمینه نیز مقالاتی ارائه گردیده که از جمله آنها در سال 1389 اقای دکتر فروغی و دکتر عبدلی به بررسی ومقایسه بادبندهای کمانش تاب با بادبندهای متداول پرداختند که حاصل کار ایشان تفاوت خیلی زیاد نمودار هیسترسیز بادبندهای کمانش ناپذیر با بادبندهای متداول تحت بارهای لرزه ای متفاوت بود [28].

در سال 2012 ژائو و همکاران بر روی تاثیر دوران انتهایی مهاربند بر رفتار کمانشی مهاربندهای کمانش ناپذیر با انتهای مفصلی مطالعاتی صورت دادند. تاثیر دوران انتهایی مهاربند بر رفتار کلی و پایداری مهاربندهای کمانش ناپذیر موضوعی مرسوم و مهم در طراحی می باشد. به منظور بررسی بیشتر در این مورد، نه مهاربند کمانش ناپذیر مورد آزمایش قرار گرفتند و در هریک تاثیر دوران انتهای مهاربندها، فاصله بین هسته و قالب و سختی و مقاومت مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ضوابط طراحی مرسوم در برابر پایداری محافظه کارانه نیست. روشی ساده شده برای تخمین اندازه لنگرهای انتهایی پیشنهاد شد. نتایج بدست آمده از مطالعات به صورت خلاصه در زیر آورده شده است.

1- نتایج نشان داد زمانیکه نمونه ها تحت اثر کمانش کلی ناپایدار می شوند، لنگرهای انتهایی از لنگرهای تسلیم مقاطع بیشتر می شود. که نشان دهنده تاثیری منفی بر ناپایداری کلی این نوع مهاربندها می باشد.

2- مقاومت فشاری نمونه ها قبل از کمانش کلی 40% کمتر از مقاومت های پیش بینی شده ای بود که از روابط بدست آمده بود. مشاهده شد که ضوابط طراحی به منظور جلوگیری از کمانش این نوع مهاربندها محافظه کارانه نیست.

3- می توان گفت به منظور جلوگیری از کمانش مهاربندهای کمانش ناپذیر می توان نسبت سختی را افزایش داد اما روشی اقتصادی نیست. پایداری کلی را می توان بهبود داد اگر انتهای مهاربندها به شکل S دوران کند. کمانش به شکل C نامطلوب ترین نوع حالت کمانش می باشد [29].

ارزیابی تاثیر نگهدارنده ها بر خصوصیات خستگی مهاربندهای کمانش ناپذیر با عملکرد بالا در سال 2012 توسط وانگ و همکارانش مورد بررسی قرار گرفت. این مقاله به بررسی آزمایشگاهی و عددی تاثیر نگهدارنده ها بر خصوصیات خستگی مهاربندهای کمانش ناپذیر با عملکرد بالا می پردازد. از نگهدارنده ها به منظور جلوگیری از لغزش هسته مهاربندهای کمانش ناپذیر استفاده می شود. آزمایش های خستگی تحت نرخ کرنش ثابت بر روی چهار نمونه با و بدون نگهدارنده صورت گرفت. براساس نتایج آزمایشگاهی، مهاربندهای با نگهدارنده عملکردی بهتر در برابر آزمایش خستگی نسبت به نمونه های فاقد نگهدارنده از خود نشان دادند. تغییرشکل غیرالاستیک تجمعی مهاربندهای کمانش ناپذیر با نگهدارنده تحت 5/3% و 4% نرخ کرنش الزامات آئین نامه ای را برآورده می کند، درحالیکه برای تغییرشکل غیرالاستیک تجمعی مهاربندهای کمانش ناپذیر بدون نگهدارنده این اتفاق نمی افتد. اگر اصطکاک مناسبی بین هسته و قالب در نظر گرفته شود، از دو مدل می توان به منظور تعیین رفتار چرخه ای این مهاربندها استفاده کرد. اهم نتایج در زیر آورده شده است.

1- مهاربندهای کمانش ناپذیر با  نگهدارنده عملکرد خستگی بهتری در مقایسه با مهابندهای کمانش ناپذیر بدون نگهدارنده دارند.

2- مدلسازی کل مدل پیشنهاد شده مهاربنده بدون نگهدارنده توسط نگارنده بهتر از نیم مدل جواب داد. هر دو مدل با استفاده از آزمایش فشاری صحت سنجی شد [30].

آلمانسا و همکاران در سال 2012 به بررسی تاثیر کمانش موضعی هسته مهاربند کمانش ناپذیر پرداختند. از مهاربندهای کمانش ناپذیر به طور وسیع در مناطق لرزه خیز استفاده می شود. حالات کلیدی در طراحی این نوع مهاربندها کمانش خمشی و کمانش موضعی می باشد. در این مطالعه، نگارنده روشی برای ممانعت از کمانش موضعی در صفحه یک مهاربند کمانش ناپذیر ارائه داده است. آزمایش های بارگذاری چرخه ای بر مهاربندهای کمانش ناپذیر با ملات های متفاوت و ضخامت های متفاوت از قالب به منظور بررسی تاثیر ملات و شکل قالب بر کمانش موضعی مهاربندهای کمانش ناپذیر صورت گرفت. نتایج مورد بحث در کارهای صورت گرفته توسط آلمانسا و همکاران به شرح زیر است.

1- کمانش موضعی در نمونه های مستطیلی با نسبت عرض به ضخامت 65 و 76 مشاهده شد. شروع کمانش موضعی با افزایش ضخامت ملات به تاخیر افتاد و تاثیر ضخامت ملات مشاهده شد.

2- ضابطه کمانش موضعی مهاربندهای کمانش ناپذیر را می توان با تغییر ضخامت ملات و شکل قالب تغییر داد. ضابطه ارائه شده به منظور توانایی بهتر در پیش بینی کمانش موضعی در مهاربندهای کمانش ناپذیر بهبود داده شد.

3- در قالب های دایروی، کمانش موضعی تا زمانیکه کرنش پلاستیک هسته داخلی به میزان 3% رسید اتفاق نیفتاد. این امر برای نسبت های زیاد قطر به ضخامت نیز اتفاق افتاد [31].

در سال 2012 هویدایی و رافضی به بررسی رفتار کمانش کلی مهاربندهای کمانش ناپذیر تمام فلزی پرداختند. یکی از الزامات اساسی برای رفتار مکانیکی مناسب مهاربندهای کمانش ناپذیر تحت زلزله­های شدید جلوگیری از کمانش کلی تا زمانی است که مقطع تغییرشکل پلاستیک و شکل­پذیری زیادی را متحمل شود. این مقاله به برسی اجزامحدود مقطع مهاربند تمام فلزی اختصاص دارد. مهاربند پیشنهاد شده دارای مقطع هسته یکسان اما دارای مکانیزم های جلوگیری کننده از کمانش متفاوت است. هدف این مطالعه انجام مطالعات تحلیلی بر روی مهاربندهای کمانش ناپذیر با مقادیر متفاوت فاصله بین هسته و عنصر ممانعت کننده از کمانش می­باشد. نتایج نشان داد که سختی خمشی این نوع مهاربندها می­تواند به طرز چشمگیری رفتار کمانش کلی مهاربند را تحت تاثیر قرار دهد. بعلاوه، حداقل نسبت بار کمانش اولر به مقاومت تسلیم هسته برای مقاصد طراحی پیشنهاد شد. این نسبت پارامتری اساسی است که کمانش مهاربندها را کنترل می کند [32].

متن کامل فایل در لینک زیر :

در سال 2013 پیدرافیتا و همکاران مهاربندی جدید برای ساختمان های مقاوم در برابر زلزله ارائه دادند. نمونه­ای تمام مقیاس از مهاربند پیشنهاد شده تحت تغییرمکان های چرخه­ای مورد آزمایش قرار گرفت و پاسخ هیسترزیس نمونه ها برداشت شد. مهمترین پارامترها نیروی تسلیم و تغییرمکان تسلیم بودند که می توان به صورت جملاتی ریاضی رفتار آنها را تخمین زد. روش طراحی پیشنهادی این نوع مهاربندها می تواند با در نظر گرفتن تغییرشکل جانبی اولیه و فاصله بین هسته تسلیم پذیر و قسمت مقید کننده، کمانش این نوع مهاربندها را تعیین کند. رفتار هیسترزیس این نوع مهاربندها نیز با استفاده از نرم افزار اجزا محدود تعیین شد [33].

در سال 2014 قوان گو و همکاران به بررسی تاثیر پارامترهای مدل بادبند کمانش­ناپذیر بر پاسخ لرزه­ای سازه­ای پرداختند. در این تحقیق به بررسی حساسیت مدل های موجود در مورد بادبندهای کمانش ناپذیر به منظور فراهم نمودن وسیله ای جهت ارزیابی تاثیر پارامترهای ثابت این نوع بادبندها بر رفتار سازه ای، پرداخته شد. با مدلسازی موردی یکی از آزمایشهای قبلی، تاثیر کمانش های کلی و موضعی بر پارامترهای ثابت این نوع بادبندها مشخص شد. مطالعه صورت گرفته راه را برای کاربرد این نوع مصالح و نحوه طراحی آنها هموار کرده است [34].