بسم الله الرحمن الرحیم
بررسی رفتارلرزه ایی مهاربندهای فولادی دارای سیستم پانل برشی
موضوع
طراحی لرزه ایی سازه ها باید3معیار اساسی را ارضا نماید
باتوجه به پیشرفت های فاحش روش های کنترل غیرفعال برای استهلاک انرژی زلزله و نیز جلوگیری از خسارات لرزه ایی دراعضای اصلی سازه،سیستم اصلاحی مناسب بخصوص برای بهسازی لرزه ایی سازه های فولادی دارای مهاربند پیشنهاد شده است.
مقدمه
سختی
شکل پذیری
مقاومت
ترکیب مهاربندهای فولادی با عضوی بنام پانل برشی(sps)
Shear panel system
پانل برشی همانند تیر پیوند نرمی می باشد که باعث ارتباط بست ها با تیرکف می گردد اصطلاحا به تیر رابط عمودی موسوم است.
معرفی سیستم
سیستم های متداول مانند قاب های مهاربندی همگرا و واگرا و قاب های خمشی برای مقاوم سازی سازه های فولادی استفاده می شوند اما در کنار مزایا،معایبی هم هرکدام دارند که نمی توانند همزمان نیازهای اساسی سازه که مطرح شده اند را ارضا نمایند.
بررسی مزایا و معایب سیستم های متداول در سازه های فولادی:
1.قابهای مهاربندی همگرا
اگرچه این نوع مهاربندها سختی بالایی دارند اما بدلیل کمانش اعضای فشاری شکل پذیری پایینی دارند.
دلایل استفاده
2.قاب خمشی به علت تسلیم خمشی و شکل پذیری ظرفیت استهلاک انرژی قابل قبولی دارند ولی سختی محدود آنها به عنوان عیب این نوع سیستم می باشد.
سیستم دیگر که دارای مزایای مشابه با سیستم قاب مهاربندی واگراست قاب مهاربندی با اعضای زانویی می باشد که معمولا بصورت همگراست.
مهاربندها به سبب عضو فرعی موسوم به عضو زانویی به تیروستون متصل می شوند در واقع در این نوع مهاربندها به هنگام زلزله بصورت فیوز شکل پذیر عمل می کند و با جاری شدن،انرژی زلزله را مستهلک می گرداند.
قاب مهاربند با اعضای زانویی
عوامل موثر بر رفتار سیکلی قابهای
مهاربندی شده دارای پانل برشی
به دلیل همین ضعف های موجود در سیستم های مهاربندی ذکر شده،استفاده از پانل برشی کمک شایانی به رفتار لرزه ای مهاربندها خواهد کرد که در ادامه بیشتر با خصوصیات و عملکرد آن آشنا می شویم.
مطالعات نشان می دهند که دراثر نیروی برشی به قابهای دارای سیستم پانل برشی، سهم اصلی در رفتار چرخه ایی کل قاب و انرژی ورودی به پانل برشی می رسد و توسط این سیستم انزی تلف می شود(بیش از90%کل انرژی ورودی)
پیوندهاکوتاهتر منجر به:
تاثیر طول پیوند و پانل برشی در2 نمونه مهاربند برون محور:
مقدار استهلاک انرژی کل سیستم و سهم پانل های برشی را برای دو نمونه در نمودارهای زیرنشان میدهیم . اعداد بر حسب درصد، از مقدار انرژی کل در دوره آخر بارگذاری نرمال شده است. با این نمودارها میتوان به رفتار مناسب پانلها و سهم چشمگیر آنها در اتلاف انر ژی پی برد .
عملکرد پانل برشی
در طراحی spsها سعی بر آن است که مقاومت جاری شدن آن کمتر از ظرفیت زیرسازه و روسازه باشد تا با جاری شدن قطعه انرژی مستهلک گردد.
عملکرد سیستم بگونه ایست که ابتدا ورق بکار گرفته در پانل برشی و سپس قاب دور ورق به نقطه تسلیم می رسند و همچنین مهاربند نباید دچار کمانش شود یا به حد جاری شدن برسد.
مدلسازی مهاربند برون محوربا زوج پانل برشی مدلسازی مهاربند برون محور معمول
استفاده از پانل برشی در قابهای برون محور که دارای پیوندهای بلند می باشند و تسلیم خمشی در آنها حاکم است باعث بهبود رفتار لرزه ای می شود.
از تشکیل مفصل و تسلیم خمشی و افت ناگهانی مقاومت تیر پیوند افقی با طول بلند
جلوگیری می کند که این ویژگی موجب ارتقا عملکرد مهاربندها می شود.
مدلسازی مهاربند برون محور با زوج پانل برشی مدلسازی مهاربند برون محور معمول
ورق های فولادی نازک اگر تحت بارگذاری برشی قرار گیرند،توانایی ایجاد سختی و مقاومت زیاد به وسیله میدان های کششی قطری مورب ایجاد شده در ورق را خواهند داشت، که امروزه این ایده بیشتر دردیوارهای برشی فولادی استفاده می شود.
مکانیزم جذب انرژی در پانل برشی
شکل دو مکانیزم جذب انرژی(استهلاک انرژی) در پانل برشی(میراگرهای صفحه ایی)
بین این دو رفتار،مکانیزم برش خالص دارای رفتار مطلوب تری می باشد چون نمودار نیرو-تغییر مکان آن دارای شکل با ثبات تری است.
برای داشتن مکانیزم برش خالص
در پانل برشی
نمودار نیرو-تغییرمکان(هیسترزیس) برای دو مکانیزم مکانیزم برش خالص مکانیزم میدان کششی
بررسی های صورت گرفته برای دو مدل تحت شرایط یکسان انجام شد مشاهده شذه که قاب با پانل برشی تقویت شده هیچ گونه کمانش موضعی یا تغییرشکل زیاد و لهیدگی درآن ایجاد نمی شود.در واقع تمام تغییرشکل ها جذب پانل برشی می شود و تیراصلی از .تغییرشکل های زیاد و کمانش های موضعی در بال و جان در امان می ماند.
مقایسه رفتاری بین قاب معمولی و قاب به همراه پانل برش
اجرای آسان
کم هزینه
شکل پذیری بالا
میرایی بالا
نیاز کمتر به سخت کننده در طول تیر پیوند افقی
توانایی تعویض پانل ها بعد از زلزله های شدید
ویژگیها ومزایای استفاده از پانل برشی
1.ترکیب مهاربند و پانل برشی به عنوان یک سیستم دوگانه برای عدم کاهش سختی جانبی قاب ها می باشد.
2.انتخاب یک پیوند کوتاه تر پانل برشی احتمال عوارض جانبی در قاب هایی با اتصالات ساده را تا حد زیادی کاهش می دهد.
3.به دلیل محدودیتDRIFTبرای قاب و از طرفی قابلیت اتلاف انرژی پانل برشی می توان با افزایش عمق و ضخامت ورقه و یا کاهش طول پانل این خواسته را برطرف کرد.
4.استهلاک انرژی به خاطر تسلیم برشی پانل ها
نتایج
6.استفاده از پانل برشی در مهاربندها ضریب رفتار را به میزان حدود 8 بطور محافظه کارانه برای مهاربند در کنار مزایای شاخص دیگر می رساند.
ویژگی ها ، مزایا و نتایج حاصل از تحقیقات نشان از کارآمدی سیستم پیشنهادی در امر بهسازی لرزه ای سازه های فلزی دارد.
5.خارج کردن خرابی از اعضای اصلی سازه و الاستیک ماندن (تیر طبقه،ستون و مهاربند)
1. Popov, E.P. “Seismic behaviour of structural subassemblages”, J. Struct. Div., ASCE
1980, 106(ST7), 1451-1474.
2. Engelhardt, M.D., and Husain, A.S. “Cyclic-loading performance of welded flangebolted
web connections”, J. Struct. Engng., AISC, No. 12, 119(1993) 3537-3550.
3. Miller, D.K. “Lessons learned from the Northridge earthquake.” Engng. Struct., No. 4-
6, 20(1998) 249-260.
4. Mahin, S.A. “Lessons from damage to steel buildings during the Northridge
earthquake.” Engng. Struct., No. 4-6, 20(1998) 261-270.
5. Calado, L. “Cyclic behaviour of beam to column bare steel connection: Influence of
column size”, In: Mazzolani, editor, Moment resistant connections of steel frames in
siesmic areas, E & FN SPON 2000, 267-290.
6. Roeder, C.W., and Popov, E.P. “Eccentrically braced steel frames for earthquaks”, J.
Struct. Div. ASCE 1978, 104(ST7), 391-411.
7. Aristizabal-Ochao, J.D. “Disposable knee bracing: improvement in seismic design of
steel frames”, J. Struct. Engng., ASCE, No. 7, 112(1986) 1544-1552.
مراجع
8. Balendra, T., Sam, M.T., and Liaw, C.Y. “Diagonal brace with ductile knee anchor for aseismic steel frame”, Earthquake Engng. Struct. Dyn., No. 6, 19(1990) 847-858. 9. Balendra, T., Sam, M.T., and Liaw, C.Y. “Design of earthquake-resistant steel frames with knee bracing”, J. Construct. Steel Res., No. 3, 18(1991) 193-208. 10. Sam, M.T., Balendra, T., and Liaw, C.Y. “Earthquake-resistant steel frames with energy dissipating knee elements”, Engng. Struct., No. 5, 17(1995) 334-343. 11. American Institute of Steel Construction (AISC), Seismic provisions for structural steel buildings, Chicago, 1997. 12. Zahrai, S.M., and Bruneau, M. “Ductile end-diaphragm for seismic retrofit of slab-ongirder steel bridges”, J. Struct. Engng., ASCE, No. 1, 125(1999), 71-80
13. Zahrai, S.M., and Bruneau, M. “Cyclic testing of ductile end diaphragms slab-on-girder
steel bridges”, J. Struct. Engng., ASCE, No. 9, 125(1999) 987-996.
14. ANSYS (Revision 5.4), User’s Manual, Theory, Swanson Analysis Systems, Inc.,
4(1992).
15. Engelhardt, M.D., and Popov, E.P. “Experimental performance of long links in
eccentrically braced frames”, J. Struct. Engng., ASCE, No. 11, 118(1992) 3067-3088.
16. Krawinkler, H. “Shear in beam-column joints in seismic design of steel frames”, Engng.
J., AISC, No. 3, 15(1978) 82-91.
با تشکر از توجه شما