عنوان پایان‌نامه
ارزیابی آزمایشگاهی و عددی رفتار لرزه‌ای اتصال خمشی تیر، با جان موج‌دار در ناحیه مفصل پلاستیک، به ستون
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی زلزله
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1172;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 39125
- تاریخ دفاع
- ۱۰ شهریور ۱۳۸۷
- دانشجو
- علی ایمان پور
- استاد راهنما
- سیدرسول میرقادری
- چکیده
- اتصال RBS به‌علت عملکرد لرزه‌ای مناسب و مزایای اقتصادی به‌عنوان یک اتصال تایید صلاحیت شده برای قاب‌های خمشی ویژه به خصوص در ساختمان‌های بلند شناخته شده و مطالعات گسترده‌ای برروی این اتصال بعد از زلزله 1994 نورتریج انجام گرفته است. در اتصالات RBS متعارف، بخشی از بال تیر در فاصله مشخصی از برستون به میزان مورد نیاز بریده می‌شود تا مدول پلاستیک مقطع و در نتیجه مقاومت خمشی مقطع تیر در این ناحیه، کاهش یافته و مقطع تیر در محل مفصل پلاستیک پیش‌بینی شده، تضعیف گردد. با کاهش مقاومت خمشی تیر، مفصل پلاستیک در این ناحیه از تیر و با فاصله از بر ستون، متمرکز می‌شود. اتصالات RBS متعارف دارای بعضی مشکلات و کاستی‌هایی ازجمله مقاومت کم در برابر کمانش جانبی– پیچشی و کمانش‌های موضعی بال و جان می‌باشند که باعث ایجاد محدودیت در استفاده از این اتصال می‌گردند. در این تحقیق نوع جدیدی از اتصال RBS با عنوان اتصالRBS با جان موج‌دار در ناحیه مفصل پلاستیک (AW-RBS)، با بکارگیری ورق موج‌دار در ناحیه مفصل پلاستیک تیر معرفی شده است. در اتصال پیشنهادی این پایان‌نامه، مشابه اتصال RBS متعارف، از ایده کاهش مقاومت خمشی مقطع در ناحیه تضعیف شده تیر، استفاده گردیده است. در اتصال پیشنهادی جان صاف تیر در محدوده مشخصی از تیر با ورق‌های موج‌دار جایگزین می‌شود، به‌علت شکل هندسی و رفتار آکاردئونی ورق‌های موج‌دار، جان موج‌دار جایگزین‌شده در تیر در تحمل تنش‌های محوری ناشی ازخمش سهم ناچیزی داشته و به میزان کمی در مقاومت خمشی ناحیه تضعیف‌شده مشارکت می‌نماید و درنتیجه تیر از نظر خمشی تضعیف می‌شود درحالی که ظرفیت برشی آن بدون تغییر باقی مانده است. بنابراین استفاده از ورق‌های موج‌دار باعث کاهش مشارکت جان در باربری خمشی در ناحیه موج‌دار تیر گردیده و تشکیل مفصل پلاستیک به این ناحیه از تیر هدایت می‌شود. برای ارزیابی رفتار و عملکرد لرزه‌ای و رسیدن به جزئیات‌بندی بهینه برای اتصال پیشنهادی، مطالعات پارامتریک با استفاده نرم‌افزار اجزا محدود غیرخطی ANSYS به‌منظور بررسی اثر پارامترهای مختلف از جمله شکل، ضخامت و تعداد جان موج‌دار قرار گرفته در ناحیه مفصل پلاستیک اتصال AW-RBS انجام گرفت. در ادامه مطالعات چهار نمونه آزمایشگاهی از این اتصال ساخته و تحت بارگذاری چرخه‌ای آزمایش گردید. نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی نشان داد که مفصل پلاستیک در ناحیه پیش‌بینی شده اتصال AW-RBS تشکیل می‌گردد. منحنی رفتار هیسترزیس هر چهار نمونه آزمایشگاهی قابلیت جذب انرژی بالای این اتصال را مشخص می‌کند و هر چهار نمونه آزمایشگاهی توانایی تحمل 8% چرخش بدون افت مقاومت قابل ملاحظه را دارا می‌باشد؛ این امر درحالی است که تحمل چرخش 4% توسط نمونه آزمایشگاهی جهت کسب صلاحیت برای استفاده در قاب‌های خمشی ویژه کفایت می‌کند. هم‌چنین مطالعات عددی با استفاده از روش اجزا محدود برروی نمونه‌های آزمایشگاهی اتصال AW-RBS انجام شد، نتایج مطالعات عددی تاثیر رفتار آکاردئونی جان موج‌دار قرار گرفته در ناحیه مفصل پلاستیک تیر و هم‌چنین عملکرد چرخه‌ای اتصال را تایید می‌کند. نتایج حاصل از مطالعات آزمایشگاهی و عددی مشخص کرد که عمده چرخش پلاستیک اتصال پیشنهادی ناشی از چرخش شکل‌پذیر و پایدار مفصل پلاستیک تشکیل شده در تیر می‌باشد و سایر اجزای اتصال اعم از چشمه اتصال و ورق‌های اتصال مشارکت کمی دارند. در نهایت به کمک تحالیل عددی رفتار کلی و موضعی اتصال AW-RBS در مقایسه با اتصالRBS متعارف و اتصال تقویت نشده مطالعه گردید که نتایج نشان داد که در اتصال پیشنهادی در مقایسه با اتصالRBS متعارف، جان موج‌دار قرار گرفته در ناحیه تضعیف شده باعث افزایش پایداری مفصل پلاستیک طی تغییرشکل‌های غیرخطی می‌گردد.
- Abstract
- One of the most economical and practical rigid steel connections in the seismic resistant steel moment frames is reduced beam section (RBS), that is specially used in high rise buildings, RBS connections developed after the 1994 Northridge, earthquake. In this connection, beam section is weakened in the plastic hinge region; section weakening concept in the plastic hinge region of beam cause to reduction of beam plastic section modulus in this region, and force plastic hinge to occur within the reduced section. In the ordinary RBS connection often portions of the beam flanges are selectively trimmed in the region adjacent to the beam-to-column connection that causes the plastic hinge to form in the weakening section. But the ordinary RBS connection has some difficulties and inefficiency such as low lateral-torsional buckling resistance and web and flange local buckling problem that cause to using of this connection is restricted. This study presents a new type of reduced beam section (RBS) connection named Accordion-Web RBS (AW-RBS) connection. AW-RBS decreases the web contribution in moment strength to develop a reduced section in the beam. In AW-RBS, the flat web at the expected location of the beam plastic hinge is replaced with corrugated steel plates (L-shaped folded plates were used in this study). As corrugated plates have negligible bending stiffness and rigidity, implementing them in the plastic hinge region reduces the beam plastic section modulus and consequently the plastic hinge formed in the corrugated region. While the corrugated web has adequate shear strength but the provided moment strength and flexural stiffness are negligible. To investigate the seismic behavior and performance of proposed connection and approach to optimum detailing of AW-RBS connection, parametric analytical studies were conducted to examine the effect of different geometrical parameters such as thickness, number and shape of corrugated plates and also buckling modes of AW-RBS connection. Then four relatively identical specimens including AW-RBS connection have been tested under cyclic loading. All specimens provided at least 8% story drift and allowed for the most stable hysteretic response at large story drift levels without any significant loss of strength. The nonlinear rotation capacity of the proposed connection was in excess of the current requirements for qualifying connections in special steel moment frames. Furthermore the cyclic behavior of specimens was studied by finite element analysis. The analytical results verified the accordion effect of the corrugated web as well as the cyclic performance of specimens. Based on the analytical and experimental results, it is concluded that most of the connection inelastic rotation is provided by the reliable and ductile rotation at the reduced region rather than in the connection plates or panel zone. Finally the behavior of AW-RBS connection was compared with the behavior of conventional RBS and unreinforced connections by finite element analysis, results revealed that AW-RBS connection was more effective than these connections in large plastic rotations.
