بررسی رفتار استاتیکی غیرخطی و ارائه مدل غیرخطی معادل برای اتصالات تیر-ستون بتن مسلح

اتصالات تیر- ستون در قاب های بتن مسلح از جمله عناصر کلیدی در تعیین رفتار سازه در مقابل انواع بارها می باشد. نگاهی گذرا به خسارت های ناشی از زلزله های گذشته، نشان می دهد که در اکثر موارد تخریب در ساختمان های بتن مسلح، به دلیل ضعف در ناحیه اتصالات آنها صورت گرفته است، در صورتی که سایر اعضای سازه ای یا اصلاً خسارت ندیده اند ویا دچار خسارت های ناچیزی شده اند. از آنجاییکه امروزه بسیاری از سازه های موجود در نواحی لرزه خیز بر اساس ضوابط طراحی لرزه ای آیین نامه های مدرن طراحی و ساخته نشده اند، در نتیجه اعضای سازه ای بویژه اتصالات تیر- ستون از ظرفیت شکل پذیری و مقاومت کافی برخوردار نبوده، که این امر منجر به، به خطر انداختن اینگونه سازه ها و ساکنان آن در هنگام وقوع زلزله های قوی می شود. حال با توجه به این امر نیاز به ارزیابی دقیق تر ظرفیت سازه ای اعضای بتنی در عملیات بهسازی لرزه ای احساس می شود. اما ازآنجاییکه تا به امروز ضوابط ارزیابی رفتار بعضی از اعضای سازه ای همچون اتصالات تیر- ستون بتن مسلح همچنان برپایه قضاوت مهندسی و فاقد اطلاعات تحلیلی و آزمایشگاهی منسجم وجامع بوده، نیاز به انجام تحقیقاتی در این زمینه بجا و مورد نیاز جدی بنظر می رسد. در پایان نامه حاضر هدف اصلی بررسی وارزیابی رفتار غیرخطی اتصالات تیر- ستون بتن مسلح میانی بمنظور ارزیابی دقیق تر ظرفیت سازه ای آن و همچنین ارائه یک مدل تحلیلی برای شبیه سازی پاسخ این اتصالات و تأثیر آن بر پاسخ کلی سازه می باشد. بدین منظور سه نمونه اتصال مبنای آزمایشگاهی a-m-z-4،b01و d07که توسط محققین مختلف مورد آزمایش قرار گرفته اند انتخاب، و سپس با تغییر در نیاز برشی این اتصالات ده نمونه تحلیلی جدید تعریف گردیدند. در ابتدا نحوه مدل سازی اتصالات توسط نرم افزار ansys تشریح شده است و جهت بررسی و ارزیابی صحت نتایج تحلیل غیرخطی سه اتصال مبنای آزمایشگاهی مذکور انتخاب و نتایج تحلیل غیرخطی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. مقایسه نتایج تحلیلی حاصل از نرم افزار و نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که تطابق مناسبی بین نتایج تجربی و تحلیلی وجود دارد. در مرحله بعد، تأثیر رفتار و سختی چشمه اتصال بر پاسخ کلی اتصالات مبنا بررسی شد. سپس برای ارزیابی عملکرد این اتصالات تأثیر پارامترهای مختلفی همچون نسبت بار محوری ستون، نسبت نیاز برشی اتصال و شرایط آرماتورگذاری عرضی بر رفتار این اتصالات بررسی شده و در هر قسمت منحنی های رفتاری مربوطه ارائه شده است. در ادامه منحنی های رفتاری حاصل از تحلیل اجزاء محدود اتصالات مورد مطالعه، در گروه های مشخص دسته بندی شده و مقادیر حداکثر کرنشی برشی اتصال با مقادیر پیشنهادی دستورالعمل-های ارزیابی لرزه ای همچون fema356 و asce/sei41-06 مقایسه شده است. نتایج حاصل از تحلیل اجزاء محدود اتصالات مورد مطالعه نشان دادند که این آیین نامه هاکرنش برشی اتصال متناظر با نقطه افت حداکثر مقاومت(d) را برای اتصالات میانی با شرایط آرماتورگذاری عرضی سازگار و نیاز برشی کمتر از 5/1، دست پایین و بصورت محافظه کارانه ودر مقابل این مقدار را برای اتصالات میانی با نیاز برشی بزرگترمساوی 5/1 دست بالاتخمین می زنند. برای اتصالات با شرایط آرماتورگذاری عرضی ناسازگار نیز بسته به فاصله آرماتورهای عرضی در طول ناحیه مفصل خمشی خمیری و همچنین در طول ناحیه چشمه اتصال، نسبت بار محوری و نیاز برشی اتصال، این آیین نامه ها مقدار d را بصورت محافظه کارانه و دست پایین و گاهاً دست بالاتخمین می زنند. در ادامه با توجه به این نتایج و با در نظر گرفتن تأثیر پارامترهای موثر بر رفتار اتصالات، پیشنهاداتی برای تعیین مقادیر حداکثر کرنش برشی اتصال(d) ارائه شده است. همچنین مدل های سختی اولیه پیشنهادی آیین نامه های مذکور مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج حاصل نشان دادند که این مدل ها، سختی اولیه اتصالات را بسته به نسبت نیاز برشی اتصال و بار محوری آن، دست بالاوگاهاً دست پایین و محافظه کارانه تخمین می زنند. در آخرین مرحله از این پایان نامه، یک مدل تحلیلی عملی و قابل اجرا در نرم افزارهای تجاری مرسوم برای شبیه سازی رفتار الاستیک و غیرالاستیک اتصالات تیر- ستون بتن مسلح ارائه شده است. برای ارزیابی این مدل تحلیلی ارائه شده از 20 نمونه اتصال آزمایشگاهی که توسط محققین مختلف آزمایش شده اند، استفاده شد. نتایج حاصل از ارزیابی مدل تحلیلی ارائه شده، نشان دهنده توانایی قابل قبول این مدل در شبیه سازی رفتار خطی و غیرخطی اتصالات تیر- ستون بتن مسلح می باشد. با مقایسه میان نتایج تحلیل عددی و آزمایشگاهی انطباق خوبی میان نتایج حاصل گردید. از قابلیت های این مدل سازی استفاده از این مدل در قاب های بتن مسلح جهت ارزیابی صحیح تر پاسخ و رفتار قاب های موجود می باشد.