بررسی و مقایسه اتصالات گیردار تیر به ستون فولادی دوبل با استفاده از صفحات کناری و با استفاده از صفحات داخلی به روش اجزای محدود

در کشور ایران به دلیل کمبود و هزینه بالای نیمرخ های بال پهن (ipb) جهت استفاده به عنوان ستون، معمولاً دو نیمرخ (ipe) با کمی فاصله از هم همراه با ورق پوششی سراسری یا تسمه به صورت واحد درآمده و تیرها به کمک ورقهای اتصال به ورق پوششی ستون متصل می شوند. این اتصال همرا با کلیه ملحقات خود به ظاهر می تواند یک اتصال کاملاً صلب باشد. در حالی که ورق پوششی ستون فقط در امتداد کناره های طولی خود به ستون جوش شده و در اثر کشش حاصل از نیروی وارده از بال های تیر در این فاصله می توانند آزادانه در صفحه عمود بر خود خم شده و نهایتاً با فرض باربری کافی باعث دوران نسبت به ستون شوند. بنابراین اتصال مورد نظر به صورت نیمه صلب عمل کرده و باعث بروز مشکلات پیش بینی نشده ای خواهد شد. هدف اصلی از ارائه این پایان نامه روشن ساختن مشکلات مزبور و پیدا کردن راه حلی مناسب برای حل این مشکلات بوده است. در این تحقیق جهت رسیدن به اهداف عنوان شده و بهبود رفتار اتصال صلب تیر به ستون های دوبل دو روش پیشنهاد شده است، روش اول استفاده از یک سری سخت کننده داخلی در تراز اتصال، و روش دوم پیشنهاد یک اتصال جدید به عنوان اتصال با صفحات داخلی می باشد، این اتصال برای اولین بار در این پایان نامه مطرح شده است و می توان گفت مخصوص ستون های دوبل طراحی شده است. برای بررسی رفتار اتصالات عنوان شده، اتصال رایج و همچنین اتصال با صفحات کناری نیز مدل شده اند. با توجه به تحقیقات نویسنده و همچنین بر اساس تجربیات دیگران اتصال صلب رایج بدترین رفتار و اتصال با صفحات کناری بهترین رفتار را را برای اتصال صلب تیر به ستون های دوبل دارا می باشد، بنابراین اتصالات مزبور گزینه های مناسبی برای مقایسه و بررسی رفتار اتصالات پیشنهاد شده هستند. بررسی رفتار نمونه ها با استفاده از روش اجزای محدود و به کمک نرم افزار abaqus انجام گرفته و بارگذاری به دو صورت یکطرفه و چرخه ای به نمونه ها اعمال شده است. در نتیجه تحقیقات مشخص شد، که در اتصال رایج حتی با درنظر گرفتن شرایط استاندارد جوشکاری، به دلیل کمانش ورق پوششی ستون و ایجاد تمرکز تنش در گوشه ورق های اتصال بال تیر به ستون، این ورق ها دچار گسیختگی خواهند شد. بنابراین استفاده از اتصال رایج حتی با در نظر گرفتن درصد گیرداری واقعی آن به عنوان تنها سیستم مقاوم جانبی منطقی به نظر نمی رسد؛ چرا که نیمه گیردار بودن این نوع اتصال در نتیجه آسیب های ایجاد شده در ستون است که مطلوب نمی باشد. پس از بررسی ها مشخص شد که اتصال متعارف تقویت شده با استفاده از سخت کننده های داخلی رفتار قابل قبولی دارد و توانسته مشکلات اتصال رایج را تا حدود زیادی بهبود بخشد. در این نوع اتصال مفصل پلاستیک در تیر تشکیل شده و اتصال از مقاومت و شکل پذیری مطلوبی برخوردار است. اتصال مزبور در مقایسه با اتصال با صفحات کناری عملکرد ضعیف تری دارد ولی در مقابل، عملیات ساخت و نصب آن بسیار ساده تر است و می توان حتی در ساختمان های کوتاه مرتبه شخصی از آن بهره گرفت. دومین اتصال پیشنهاد شده اتصال با صفحات داخلی می باشد؛ پس از بررسی این اتصال مشخص شد که این اتصال عملکرد بسیار مناسبی دارد، حتی صلبیت این نوع اتصال از صلبیت اتصال با صفحات کناری بیشتر است، چرا که در این نوع اتصال مقطع تیر در داخل ستون ادامه پیدا می کند؛ ادامه یافتن مقطع تیر در داخل ستون مزایا و معایبی دارد مزایای آن عبارتند از: افزایش صلبیت اتصال، کاهش خطر فرو ریختگی سقف پیش از گسیختگی تیر، عملکرد شبه کابلی پس از قطع ستون های میانی (عملکرد شبه کابلی یکی از عمده ترین دلایل معروف شدن اتصال با صفحات کناری است) به دلیل اجرای تیرها به شکل سراسری و معایب آن عبارتند از: افزایش فاصله آکس به آکس پروفیل های ستون و اجرای ستون به شکل درختی (اجرای ستون به شکل درختی موجب افزایش هزینه های حمل و نقل می شود). حذف یک ستون قاب فولادی در حین حملات تروریستی، رویدادی معمولی نبوده و به طور ذاتی دارای طبیعتی بسیار مخرب می باشد. این پدیده باعث گسیختگی آنی و تخریب نهایی ستون می شود، در نتیجه ظرفیت باربری محوری ستون از بین رفته و باعث تشدید پارگی ناگهانی مقطع عرضی ستون می شود. این سناریو با همزمان واقع شدن خمش های جانبی تیرهای قاب متصل شده به ستون تشدید خواهد شد. مکانیسم سازه نیازمند این امر است که پیوستگی محکمی در طرفین ستون پاره شده ایجاد شود به طوری که یک نگهدارنده و عکس العمل زنجیره ای در برابر تخریب نهایی در فرو ریختگی تصاعدی کامل سازه ایجاد کند. تنها اتصالی که برای این منظور مورد قبول قرار گرفته است اتصال با صفحات کناری می باشد. در این تحقیق اتصال با صفحات داخلی برای اتصال صلب تیر به ستون های دوبل به عنوان گزینه مناسبی برای مقابله با تخریب ستون و اتصال صفحات کناری بعنوان بهترین گزینه برای سنجش عملکرد شبه کابلی اتصال پیشنهادی با استفاده از روش اجزای محدود و توسط نرم افزارabaqus تحلیل گردیده است. در این رساله برای بررسی عملکرد شبه کابلی اتصالات با صفحات داخلی و صفحات کناری یک روش پیشنهاد شده است که علارغم سادگی روش بسیار مناسبی به نظر می رسد. پس از بررسی عملکرد اتصال با ورق های کناری و اتصال با ورق های میانی مشخص شد که هر دو اتصال عملکرد قابل قبولی دارند. با دقت در مطالب عنوان شده متوجه خواهیم شد که مزایای اتصال با صفحات داخلی نسبت به معایب آن بسیار پر رنگ تر و قابل توجه تر است.