ارزیابی رفتار لرزه ای اتصال مقاوم خمشی پیچ و مهره ای با پیوند فولادی در ساختمانهای بتنی با اعضاء پیش ساخته به روش اجزاء محدود

اول - سیستم های پیش ساخته همواره پاسخی بوده به تقاضای روز افزون برای اقتصادی تر کردن و صنعتی کردن ساخت وسازها، تقاضایی که غالبا بوسیله سازه های متداول بتنی بطور کامل پاسخ داده نمیشود. کیفیت بالاتر، سرعت بیشتر در اجرا و اقتصادی تر بودن سازه های پیش ساخته، برتری های آشکار این سیستم نسبت به روش های متداول ساخت و ساز است. در دهه های گذشته، تعداد زیادی سازه پیش ساخته بتنی در نواحی زلزله خیز در کشورهای مختلف دنیا ساخته شده اند. در کشورهای زلزله خیز پیشرفته تر، مانند آمریکا و نیوزلند پیشینه اقبال به سیستم پیش ساخته به دهه 80 میلادی(بیش از سه دهه قبل) میرسد. درکنار استفاده از قابهای پیش ساخته با اتصالاات مفصلی، استفاده از اعضاء پیش ساخته بتنی در قابهای مقاوم خمشی نیز در این کشورها مورد توجه مهندسین بوده به نحوی که امروزه سازه هایی با قابهای مقاوم خمشی که در آنها از تیر ، ستون ، دیوار و سقف های پیش ساخته بهره برده وتجربه زلزله های نسبتا بزرگ را نیز پشت سر گذاشته اند، در این کشورها دیده میشود. با این وجود این سیستم ها بطور طبیعی دارای نقاط ضعفی نیز هستند که همواره عملکرد رضایت بخش سازه های پیش ساخته را به ویژه در مناطق با ریسک لرزه ای بالا مورد تردید قرار داده است. بررسی های انجام شده برروی رفتار سازه های پیش ساخته بعد از زلزله های بزرگ، برخی ضعف های رفتاری سیستم های پیش ساخته اولیه در زلزله را نشان داده است. بنابراین استفاده از این سیستم در مناطق زلزله خیز همواره با احتیاط صورت گرفته و کاربرد آن در این مناطق برای مهندسین همواره با محدودیت همراه بوده است. به ویژه اینکه در مقایسه با سازه های متعارف، دستور العمل های فنی کافی برای طراحی این سازه ها وجود ندارد. باور پژوهشگران بر این است که عملکرد ضعیف لرزه ای قابهای خمشی پیش ساخته بیشتر مربوط است به رفتار ترد (غیرشکل پذیر)اتصالات بین اجزاء سازه و جزییات نامناسب آن. درطراحی قابهای خمشی پیش ساخته که یکپارچگی سازه بسیار اهمیت دارد ، در حال حاضر یکی از مشکلات مهندسین یافتن روشی اقتصادی و کارآمد برای اتصال اعضاء است به نحوی که مقاومت ، سختی و شکل پذیری کافی برای سازه فراهم گردد. طراحی و ساخت سازه های بتنی پیش ساخته به صورت قاب ساده (با اتصالات مفصلی) البته غیر معمول نیست. در روش های متداول طراحی این قابها، برای مقابله با بارجانبی از یک سیستم پشتیبان مثل دیوار برشی یا بادبندی فلزی استفاده میشود. اما استفاده از اتصالات مقاوم خمشی که بتواند بادبند و دیوار برشی را در سازه های پیش ساخته خذف نماید دشوار است و ارایه و بسط ضوابطی برای طراحی اتصال مقاوم خمشی پیش ساخته تیر به ستون که در عین حال دارای توجیه اجرایی و اقتصادی هم باشد، زمینه پژوهشی گسترده و نسبتا جدیدی را برای محققان فراهم آورده است. از آنجاییکه بسیاری از سازه ها به دلیل عملکرد ضعیف اتصالاتشان در هنگام زلزله آسیب دیده اند ، به منظور استفاده از مزایای پیش ساختگی و گسترش کاربرد آنها به ویژه در مناطق لرزه خیز، اتصالات این اعضاء بایستی مورد ارزیابی و بررسی ویژه قرار گیرند. دوم - امروزه کاربرد روش اجزاء محدود برای تحلیل، بررسی و بیان رفتار غیر خطی سازه ها به مرحله ای رسیده که نتایج بدست آمده ازآن میتواند با تراز بالایی از اطمینان مورد استناد قرار گیرد. این موضوع در کنار امکان استفاده از کامپیوتر هایی با سرعت و ظرفیت بالا سبب گردیده بررسی و تحلیل غیر خطی سازه ها با صرف هزینه و زمان معقول دردسترس باشد. به ویژه اینکه نیاز به ابزارهای تحلیلی برای بررسی رفتار سازه ها تحت بارهای رفت و برگشتی، هر روز بیشتر احساس میگردد. ازآنجاییکه استفاده از مدلهای آزمایشگاهی در این شرایط گاهی سخت و پیچیده و یا غیر اقتصادی و زمان بر است و یا اینکه اساسا ساخت نمونه ها غیر ممکن میباشد، گرایش به استفاده از روش های تحلیلی افزایش یافته است. امروزه در بسیاری از پروژه های پژوهشی درزمینه مهندسی سازه، استفاده ازیک مدل اجزای محدود به عنوان هسته اصلی پژوهش و یا انجام مطالعات تکمیلی درکنار روشهای آزمایشگاهی متداول گردیده است. هرچند که روشهای آزمایشگاهی برای کنترل و تفسیر نتایج غیر قابل چشم پوشی است. سوم - این پایان نامه بخشی است از مطالعات تجربی - تحلیلی انجام گرفته در دانشگاه رازی کرمانشاه بر روی رفتار قابهای خمشی پیش ساخته در برابر زلزله که بوسیله نوع خاصی از اتصالات پیچ و مهره ای و رابط فولادی برای اولین بار طراحی و اجرا میشوند. در جزییات این اتصال بدیع که درآن تیر بوسیله نوعی رابط فولادی وپیچ ومهره به ستون وصل میشود جوش ار پروسه نصب حذف میشود. متناسب با جزییات اجرایی این رابط، دوتیپ متفاوت از این اتصال(تیپ b وتیپw ) و هر تیپ برای اتصال کناری و میانی تیر- ستون به همراه دو نمونه اتصال یکپارچه(جمعا شش تیپ اتصال)تیر به ستون طراحی، نمونه سازی و مورد بررسی قرار گرفته است. هدف از این مطالعات بررسی رفتار لرزه ای این اتصال پیچ و مهره ای ابداعی در سازه های بتنی پیش ساخته است و نهایتا دستیابی به یک اتصال مناسب است که بتواند با رفتار مقاوم خمشی خود، اجرای قاب خمشی پیش ساخته بتنی در مناطق زلزله خیز را تسهیل کند. این مطالعه بطورکلی هم با روش تحلیلی (مدلسازی اجزاء محدود) و هم روش آزمایشگاهی انجام شده است که این نوشتار نتایج بررسی های تحلیلی را که بصورت مدلسازی اجزاء محدود و با استفاده از نرم افزار abaqus صورت گرفته ارایه میکند. هر تیپ اتصال تحت بارهای رفت و برگشتی (سیکلی) مورد ارزیابی قرار گرفته و در هر مرحله، نتایج بدست آمده با اتصال مشابه یکپارچه(بتن درجا) مقایسه شده است. همچنین نتایج بدست آمده از تحلیل برای راستی آزمایی، با نتایج حاصل شده از فاز آزمایشگاهی این مطالعه سنجیده میگردد. در فاز آزمایشگاهی کلیه نمونه های تحت بررسی در مقیاس واقعی نمونه سازی شده و درآزمایشگاه مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن تست شده اند. لازم به ذکر است فاز آزمایشگاهی تحت پوشش یک پایان نامه مستقل دیگر به انجام رسیده است. بررسی نتایج این پژوهش و مقایسه خروجی ها با نتایج آزمایش، نشان میدهد که تحلیل اجزاء محدود به شرط انجام یک مدل سازی نسبتا دقیق و منظور کردن همه پارامترهای دخیل در رفتار اتصال ، میتواند به عنوان یک ابزار تکمیلی برای درک بهتر رفتار سیستم تحت بررسی واستخراج داده هایی که به دلیل سختی کار نمیتوان از آزمایشات بدست آورد، مورد استفاده قرارگیرد. کلمات کلیدی : تحلیل اجزاء محدود، سازه پیش ساخته بتنی، اتصال مقاوم خمشی، رفتار هیسترزیس، رفتار لرزه ای