مقایسه سیستم دو گانه قاب خمشی با بادبند ضربدری با سیستم دو گانه

مجید قلهکی ، فرسان خالدی مهم ترین پارامترهایی که انتخاب سیستم های سازه ای را برای طرح لرزه ای تحت تأثیر قرار میدهد، عبارتند از مقاومت، سختی و شکل پذیری. مقاومت از آن جهت مهم است که از خرابی سازه در بارهای کوچک (زلزله های خفیف و متوسط) جلوگیری کند. برای جلوگیری از صدمات ناشی از تغییر شکل های زیاد و کاهش اثرات P-Δ باید سازه حد خاصی از سختی را داشته باشد و در نهایت برای جلوگیری فروریزش ناگهانی ساختمان در زلزله های شدید باید دارای شکل پذیری کافی باشد. هر سیستم باربر زیر را به رسمیت شناخته است: 1- سیستم دیوار باربر، 2- سیستم قاب ساده، 3- سیستم قاب خمشی 4- سیستم دوگانه. هدف از این تحقیق بررسی و مقایسه سیستم دو گانه قاب خمشی با بادبند ضربدری با سیستم دو گانه است. دیوار برشی فولادی یک سیستم باربر جانبی نوینی است که در چهار دهه اخیر مورد توجه طراحان و محققین قرار گرفته است. به طور کلی سیستم دیوار برشی فولادی متشکل از ورق های فولادی است که توسط تیرها و ستون ها احاطه شده و همانند جان تیر ورق و تیرهای طبقات مانند سخت کننده های عرضی در تیر ورق میباشند. (شکل 1) از مزایای سیستم دیوار برشی فولادی میتوان به سختی، مقاومت، شکل پذیری، ظرفیت جذب انرژی و سرعت اجرای بالای آن اشاره کرد. از جمله سازه هایی که در آنها از سیستم دیوار برشی فولادی استفاده شد و در هنگام زلزله عملکرد خوبی نشان داده میتوان به بیمارستان آلویه لس آنجلس و ساختمان 35 طبقه در کوبه اشاره کرد. شکل 1- مقایسه سیستم دیوار برشی فولادی و تیر ورق طره 2- شرح مقاله همان طور که قبلاً اشاره شد هدف از انجام این تحقیق بررسی و مقایسه رفتار دیوار برشی فولادی با اتصال صلب تیر به ستون با سیستم دو گانه قاب خمشی با بادبند ضربدری میباشد. جهت مدل سازی عددی از نمونه 3 طبقه دیوار برشی فولادی با مقیاس 3/1 که دارای اتصال گیر تیر به ستون بوده و توسط بنده و همکاران در دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی ساخته و مورد استفاده قرارگرفته است. روند مطالعه بدین صورت است که ابتدا دیوار برشی فولادی را مطابق نمونه آزمایشگاهی مدل سازی کرده و پس از تعیین صحت مدل اجزای محدود، مطالعه در دو مرحله انجام میشود: در مرحله اول دیوار برشی فولادی تحت آنالیز استاتیکی غیرخطی، بررسی میشود. در مرحله دوم ورق های فولادی از مدل حذف شده و به همان حجم فولاد، بادبند ضربدری قرار داده و مدل تحت آنالیز استاتیکی غیرخطی مورد مطالعه قرار گرفته است. 2-1 تعریف مدل آزمایشگاهی شکل 2، نشان دهنده نمای کلی دیوار برشی فولادی ساخته شده است. ابعاد پانل های برشی 1040 میلیمتر بوده و ستون ها از جنس فولاد پر مقاومت به ضخامت جان و بال 15 میلیمتر، ارتفاع جان 30 میلیمتر و عرض بال 100 میلیمتر است. تیرهای طبقه اول و دوم از نوع IPE100 و تیر طبقه سوم از فولاد پر مقاومت با ضخامت بال و جان 15 میلیمتر، ارتفاع جان 220 میلیمتر و عرض بال 100 میلیمتر است. ورق های استفاده شده از فولاد نرم جاذب انرژی و دارای ضخامت 7.0 میلیمتر است. مشخصات مکانیکی مصالح جدول 1 است: جدول 1- مشخصات مکانیکی اجزای دیوار برشی فولادی 　 　 شکل 2- نمای کلی از مدل آزمایشگاهی دیوار برشی فولادی نمونه آزمایشگاهی تحت بارگذاری دوره ای بر اساس پروتکل بارگذاری ATC24 قرارگرفته و نمودار بار تغییر مکان آن نسبت به طبقه اول مطابق شکل 3 به دست آمده است.(2) شکل 3- منحنی هیستزسیس نمونه آزمایشگاهی 2-2 تعیین صحت مدل اجزای محدود جهت مدل سازی عددی دیوار برشی از نرم افزار ABQUS استفاده شده است. تمام تیرها، ستون ها و ورق ها با استفاده از المان های شل، S4R مدل سازی شده اند. در تعریف مصالح هر دو نوع غیرخطی شدن هندسه و مصالح در نظر گرفته شده است. جهت کالیبره کردن مدل اجزای محدود با نمونه آزمایشگاهی، مدل اجزای محدود را تحت بار یک جهته که در بالای دیوار قرار داده شده مدل سازی نموده و سپس نمودار بار- تغییر مکان طبقه اول آن را به دست آورده و با منحنی پوش حاصل از آزمایش چرخه ای مقایسه شده است در شکل 4 ملاحظه میشود نمودار پوش حاصل از نمونه آزمایشگاهی و نمودار پوش نمونه اجزای محدود تا تغییر مکان 20 میلیمتر دارای تطابق خوبی میباشد، اما از تغییر مکان 20 میلیمتر به بعد نمودار اجزای محدود دارای افت میباشد، این موضوع به علت کاهش مقاومت مصالح تحت بارهای رفت و برگشتی میباشد که در نمونه اجزا محدود تحت بار چرخه ای این افت مقاومت در نمودار بار- تغییر مکان مشاهده میشود. شکل 4- مقایسه نمودار بار تغییر مکان مدل اجزاء محدود تحت بار یک جهته با منحنی پوش حاصل از بار چرخه ای 2-3 مدل های اجزای محدود در این مرحله ابتدا برشی فولادی مطابق نمونه آزمایشگاهی مدل سازی میشود (شکل5). سپس ورق های فولادی را حذف نمود و به جای ورق های فولادی، مهاربند ضربدری قرار میدهیم (شکل6) معادل سازی ورق با بادبند بدین صورت انجام گرفته است که ابتدا حجم ورق فولادی به دست آورده شده است. طول مهاربندها 1471 میلیمتر، میباشد و سطح مقطع لازم برای مهاربند برابر است با: با توجه به سطح مقطع به دست آمده میتوان از نبشی L30x30x5 برای بادبندها استفاده کرد. 1- استادیار دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه سمنان 2- دانشجوی کارشناسی ارشد عمران سازه دانشگاه سمنان