بررسی نحوه اتصال (ستون فولادی به ستون بتنی) و تاثیر طبقه انتقالی در رفتار ساختمانهای ترکیبی (در ارتفاع) به روش اجزای محدود

مقاومت بالا، سختی زیاد، سرعت در اجرا، شکل دهی مقاطع به کمک قالب بندی، برخی از مزایای بتن و استحکام فوق العاده، وزن کم، سهولت در ساخت، عدم تغییر خاصیت در گذشت زمان، برخی از مزایای فولاد در سازه ها هستند که می توان با ترکیب ایندو مصالح در ساخت ساختمان های ترکیبی (در ارتفاع)، از تمامی این ویژگی ها به صورت همزمان استفاده نمود. هدف از انجام این تحقیق، بررسی روش های کاربردی قابل اطمینان و اقتصادی برای اتصال ستون فولادی از قاب خمشی فوقانی به ستون بتنی از قاب خمشی تحتانی، در تراز اتصال این دو قاب به یکدیگر در ساختمان ترکیبی (در ارتفاع) -توسط مدلسازی عددی اتصالات آنها در نرم افزار آباکوس- است. به منظور اعتبارسنجی اولیه، از دو اتصال و یک قاب که نتایج آزمایشگاهی آنها موجود بود، استفاده شد. نمونه ی اول یک اتصال فولادی یکطرفه، نمونه ی دوم یک اتصال بتنی دوطرفه و نمونه ی سوم یک قاب بتنی ساده بود. از آنجا که بررسی رفتار قاب با و بدون طبقه ی انتقالی، بستگی به نوع و رفتار اتصالات آنها در تراز اتصال دو قاب خمشی فولادی و بتنی به یکدیگر دارد، لذا در ابتدا پنج نوع اتصال با تیر یکطرفه، یکی تمام بتنی و یکی هم تمام فولادی - به عنوان نمونه های شاهد-، یک اتصال ستون فولادی به ستون بتنی به کمک صفحه ی پای ستون و پیچ مهاری (برای قاب بدون طبقه ی انتقال)، اتصال ستون فولادی به ستون بتنی به کمک ورق های انتظار (برای قاب بدون طبقه ی انتقال) و در انتها اتصال ستون قوطی فولادی به صورت مدفون در ستون (برای قاب با طبقه ی انتقال) مدلسازی و رفتار آنها (سختی، مقاومت، شکل پذیری و درصد گیرداری) تحت بارگذاری چرخه ای مورد بررسی قرار گرفتند که طبق ضوابط آیین نامه های معتبر (مثل aisc) همگی مورد تأئید واقع گردیدند. سپس پنج مدل قاب خمشی متوسط یک دهانه ی شش طبقه مدلسازی و تحت بار افزایشی یکنواخت مورد تحلیل پوش آور قرار گرفتند. این قاب ها شامل یک قاب تماماً بتنی، یک قاب تماماً فولادی (به عنوان نمونه های شاهد)، یک نمونه قاب با طبقه ی انتقال (که ستون فولادی قاب خمشی بالایی در ستون بتنی قاب خمشی پایینی در تمام ارتفاع طبقه ی انتقال مدفون می گردد) و دو نمونه قاب بدون طبقه ی انتقال- یکی اتصال ستون های فولادی توسط ورق انتظار به ستون های بتنی، و دیگری اتصال ستون های فولای توسط صفحه ی پای ستون و پیچ مهاری- بودند. در ابتدا، به جهت تعیین ابعاد مقاطع بتنی و فولادی، یک ساختمان شش طبقه در دو حالت قاب های تمام خمشی، قاب های تمام فولادی و نیز در دو حالت ترکیبی در ارتفاع با دو طبقه ی بتنی و چهار طبقه ی فولادی که یکی دارای طبقه ی انتقال و دیگری بدون طبقه ی انتقال بودند، توسط نرم افزار ایتبس (طبق آیین نامه ی 2800 ایران) مورد مدلسازی و تحلیل و طراحی قرار گرفتند. سپس مدلسازی اتصالات و بعد قاب های فوق در آباکوس صورت پذیرفت. نتایج نشان می دهد که تمامی مدل های اتصالات مورد بررسی در این تحقیق از لحاظ سختی کاملاً صلب (گیردار) هستند. همچنین شکل پذیری لازم برای استفاده در قاب خمشی متوسط را دارا می باشند. مدل اتصال مربوط به قاب با طبقه ی انتقالی با افزایش سختی و شکل پذیری به ترتیب به میزان 7/1% و 09/3% نسبت به اتصال بتنی مرجع و همچنین مدل اتصال مربوط به قاب با اتصال ستون فولادی به ستون بتنی به کمک ورقهای انتظار با افزایش سختی و شکل پذیری به ترتیب به میزان 48/0% و 12/4% نسبت به اتصال بتنی مرجع مناسب ترین عملکرد را دارا بودند. ولی در کل تمامی اتصالات نیازهای لازم برای بکار گرفته شدن در قاب خمشی متوسط را ارضاء می نمایند. در بخش قاب ها، براساس نمودار نیرو- دریفت و توزیع تنش و کرنش در آنها، قاب با طبقه ی انتقالی با افزایش ظرفیت برشی نهایی به میزان 19.2% نسبت به قاب بتنی مرجع و گسترش خرابی در قاب مناسب ترین عملکرد را دارا بود. همچنین قاب با اتصال ستون فولادی به ستون بتنی به وسیله ی ورق انتظار با افزایش ظرفیت برشی نهایی به میزان 16% نسبت به قاب بتنی مرجع، عملکرد نسبتاً مشابهی با قاب با طبقه ی انتقالی دارد و می توان این روش را جایگزین استفاده از طبقه ی انتقالی در ساختمان ترکیبی مورد بررسی نمود. قاب با اتصال ستون فولادی به ستون بتنی به وسیله ی کف ستون با افزایش ظرفیت برشی نهایی به میزان 11% نسبت به قاب بتنی مرجع، گزینه ی بعدی برای جایگزینی اتصال با طبقه ی انتقالی در این ساختمان ترکیبی است.